{"id":17947,"date":"2025-02-12T00:09:52","date_gmt":"2025-02-11T23:09:52","guid":{"rendered":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=17947"},"modified":"2025-02-11T14:29:42","modified_gmt":"2025-02-11T13:29:42","slug":"grafik-und-text-ausgeben-gar-nicht-so-einfach-2","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2025\/02\/12\/grafik-und-text-ausgeben-gar-nicht-so-einfach-2\/","title":{"rendered":"Grafik und Text ausgeben \u2013 gar nicht so einfach (2)"},"content":{"rendered":"
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Weiter geht es heute mit dem zweiten Teil über Grafik- und Textausgabe vor allem früher, aber auch heute, der direkt an den Teil von gestern<\/a> anschließt. Es ist übrigens für den Artikel egal ob Text ausgegeben wird (zahlreiche Rechner für den Einsatz im Büro verfügten nur über eine Textdarstellung) oder Grafik, ja die Grafikausgabe ist sogar einfacher. Denn auch beim Text müssen die Pixel aus denen ein Zeichen besteht (5 x 7 beim Apple, 8×8 bei vielen Rechnern, 8×16 oder 9×14 bei IBM Grafikkarten) ja übertragen werden. Sie stehen aber nicht als Bitmuster im RAM sondern in einem eigenen Font-ROM; und müssen erst dort ausgelesen werden.\"\"\/<\/p>\n

Speichertiming<\/h3>\n

Soweit ist alles gut. Das Problem, das sich aber ergibt, ist, dass die Ausgabe dauernd erfolgen muss. Das heißt auf den Grafikspeicher wird dauernd zugegriffen. Nehmen wir mal einen 16 KByte großen Speicher, den erreichten die letzten Heimcomputer problemlos, CGA oder MDA Grafikkarten<\/a> des IBM PC<\/a> hatten einen ebenso großen Bildschirmspeicher, 50-mal pro Sekunde an einen Monitor übertragen mit einem Drittel Overhead für die Ränder, ergeben eine Datenrate von 1.067 Kbyte\/s. Ein Z80 System hatte damals typisch 4 MHz Takt und benötigte dafür mindestens DRAMs<\/a> mit 250 ns Zugriffszeit und etwa 370 bis 400 ns Zykluszeit. Die Zugriffszeit ist die Zeit, nach der ein Prozessor die Daten abrufen kann, das muss bei den meisten Prozessoren nach einem Takt erfolgen, also hier der Kehrwert von 4 MHz = 250 ns. Die Zykluszeit ist bei DRAM länger, weil danach die Information wieder restauriert werden muss und Leitungen zum Bus wieder geschlossen werden. Sie ist aber relevant, denn erst danach kann wieder ein Zugriff erfolgen. Bei 1.067 MByte pro Sekunde findet alle 937 ns ein Zugriff statt, das ist während 40 Prozent der verfügbaren Zeit der Fall.<\/p>\n

Das ist ein Problem, den damals wurden DRAM-Bausteine als speicher verwendet, die nur eine Datenleitung haben, an der Typenbezeichnung an einer \u201e41\u201c erkennbar, also 4116 für ein 16 Kbit DRAM, 4164 für ein 64 Kbit RAM und 41256 für ein 256 Kbit RAM. Ein 8-Bit-Prozessor mit 8 Datenleitungen brauchte so immer (mindestens) acht Bausteine. Mehr konnten es durchaus sein, so hatten Rechner mit 32 KByte RAM meist zwei Bänke mit je 8 x 4116 Bausteinen und 128 KByte Rechner dann zwei Bänke mit 4164 Bausteinen. Die Wahl des Intel 8088<\/a> für den IBM PC erfolgte denn auch (neben anderen Gründen) weil man so weniger Leitungen und Speicherbausteine brauchte.<\/p>\n

Das Problem bei einer solchen Organisation ist: egal an welcher Adresse der Grafikspeicher liegt, es werden immer bei jedem Zugriff alle acht Bausteine angesprochen, da in jedem RAM nur ein Bit eines Bytes gespeichert ist, z.B. Bit 0 im ersten Baustein und Bit 7 im letzten Baustein.CPU und Grafikausgabe, egal über welche Methode die Ausgabe erfolgt, müssen sich absprechen, damit es nicht zu einem Konflikt bei dem Zugriff kommt.<\/p>\n

Zur Lösung dieser Herausforderung gibt es verschiedene Methoden. Man kann dies durch einen separaten Grafikspeicher lösen. Dieser wird dann nur in den Adressbereich eingeblendet, wenn ein Zugriff durch die CPU nötig ist und dann kann sie sich mit der Ausgabe synchronisieren, das geschieht meist durch ein Anlegen eines \u201eWait\u201c Signals an die CPU, wenn gerade ein Zugriff erfolgt. Das ist eine elegante Methode. Einen separaten Grafikspeicher hatte z.B. der Osborne 1<\/a>. Alle Einbaukarten in den IBM PC arbeiten auch nach diesem Prinzip.<\/p>\n

Bei einer Reihe von Computern wie dem Apple II<\/a>, Amstrad CPC<\/a> oder den MSX nutzte man eine Eigenheit des Maschinenzyklus von CPUs aus. Sie hatten im ersten Zyklus beim Holen eines Befehls eine feste Reihenfolge:<\/p>\n