Brevet FR2554256A1 — publié le 19850503

L'invention concerne le domaine des mémoires d'or- dinateur et plus particulièrement des appareils et procédés perfectionnés permettant de mémoriser et de transmettre des données représentatives d'images à un dispositif d'affichage. Dans de nombreux systèmes d'ordinateurs, il est tout à fait usuel de représenter et de véhiculer une informa- tion jusqu'à un utilisateur sous la forme d'images numériques. Ces images peuvent prendre différentes formes, comme par exem- ple la forme de caractères alphanumériques, de graphiques en coordonnées cartésienneget d'autres représentations picturales. Dans de nombreuses applications, les images numériques sont transmises à un utilisateur sur un dispositif d'affichage, comme par exemple un écran vidéo à balayage de trame, une imprimante ou analogue. De façon typique les images devant être afichées sont mémorisées sous forme numérique, sont trai- tées et sont ensuite affichées. Dans de nombreux systèmes d'affichage à ordinateur, les données présentes sous la forme de quantités binaires re- présentatives d'éléments d'image formant une image sur un dispositif d'affichage sont mémorisées dans une méDire désignée sous le terme de "tanpon de trames" ou tampon d'image trame, de telle sor- te que chaque bit de données (1 ou O) est représenté sur un élément d'imaqe correspondant, ou "pixel" en vocable anglo-saxon, sur le dispositif d'af- fichage. Les mémoires utilisées pour mémoriser les représentations de chaque élément d'image formant une image sont connus sous le terme de "mémoires travaillant en mode point". Par conséquent il existe une correspondance bi-univoque entre les données contenues dans la mémoire et l'image affichée. On peut définir un certain nombre de représentations ponctuelles de bits à l'intérieur de la mémoire de manière qu'une couleur puisse être associée à chaque représentation ponctuelle, ce qui permet d'afficher des images polychromes sur un moniteur couleur appro- prié ou analogue. La production et la manipulation d'une ima- ge numérique implique qu'un nombre important de bits dans la représentation en mode point soit mis à jour après une mo- dification. Un certain nombre de dispositifs d'affichage utilisent des dispositifs de mémoire "à double accès", en tant que mémoires tampons de trames, qui permettent à un processeur d'affichage de lire les données transmettant une image qui est affichée, afin de permettre la mise à jour des données actuellement mémorisées à l'intérieur de la mé- moire à double accès. Il est souvent exigé du processeur d'affichage qu'il extraie tout d'abord par lecture les don- nées hors du dispositif de mémoire à double accès, puis qu'il mo- difie, en son intérieur, les données de manière à former une représentation binaire appropriée de la nouvelle image de- vant être affichée. Ces données mises à jour doivent ensuite être préenregistrées dans la mémoire à double accès de tel- le sorte que le dispositif d'affichage particulier peut y avoir accès par l'intermédiaire d'un autre accès de la mé- moire, en vue d'un affichage ultérieur. On a trouvé que l'utilisation d'un dispositif d'affichage à mémoire à double accès réduit de façon signifi- cative le rendement du système, étant donné que les données ne peuvent pas être mises à jour par le processeur d'afficha- ge alors que ce dernier extrait par lecture le contenu de la mémoire fonctionnant selon le mode point, en vue de leur affichage (le processus de lecture dudit contenu est désigné de façon typique sous le terme de cycle "de régénération" ou "de rafraîchissement"). En outre le processeur d'affichage doit souvent lire les données mémorisées à l'intérieur du tampon de trames de la mémoire à double accès, modifier les données, puis réenregistrer les données dans la mémoire. L'exigence d'un cycle de lecture et d'enregis- trement effectué par le processeur d'affichage en liaison avec la nécessité de l'exécution d'un cycle de régénération par ce dispositif d'affichage entraîne une réduction de la vi- tesse globale lors de la mise à jour et de la production d'images en vue de l'affichage. Un facteur limitant la vitesse, à laquelle une image représentée selon une représentation en mode point est manipulée, est la durée du cycle du dispositif de mémoi- re formant la mémoire. De façon typique chaque dispositif de mémoire représente des blocs d'éléments d'image voisins ou d'autres éléments d'affichage définissant l'affichage. Par conséquent une image numérique telle que par exemple une ligne ("vecteur") sera probablement représentée par une pluralité d'éléments d'image, dont les états sont mémorisés dans les dispositifs de mémoire représentant une partie de l'ensemble de la représentation en mode point. Par conséquent, dans des applications requérant une manipulation d'images graphiques à grande vitesse, comme par exemple dans le cas d'une animation, la vitesse à laquelle le système à ordi- nateur peut mettre à jour et afficher les images numériques, dépend de la durée du cycle des dispositifs de mémoire. Les dispositifs de mémoire tels que les mémoires dynamiques à accès direct (D-RAM) possèdent des cycles d'une durée égale à environ quelques centaines de nanosecondes. Par conséquent dans des systèmes o l'ordinateur ou bien le processeur d'af- fichage peut effecteur des manipulations de données, à une vitesse supérieure à celle du dispositif de mémoire d'afficha- ge, la performance globale du système est réduite par les durées de cycle, imposant une limite, du dispositif de mémoire constituant le tampon de trames. Comme cela va être décrit, la présente invention fournit un appareil et un procédé permettant de modifier de façon efficace les données constituant une image, et de trans- férer les données à un tampon de trames en vue de leur affi- chage sur un dispositif d'affichage. La présente invention permet de ce fait la modification et la mise à jour d'images à grande vitesse, par un processeur d'affichage, qui évite les retards associés aux dispositifs d'affichage de mémoire à double accès, connus dans l'art antérieur. La présente invention nmet en oeuvre une architecture de mémoire à ordinateur qui est utilisée d'une manière extrê- mement avantageuse en liaison avec un ordinateur numérique de manière à obtenir une capacité améliorée d'affichage ou de visualisation graphique à grande vitesse. Les données représentatives des images numériques devant être affichées sont produites/ou manipulées par un processeur d'affichage et sont mémorisées dans une partie sélectionnée de la mémoi- re principale du processeur d'affichage. Les modifications ultérieures de l'image mémorisée sont effectuées au moyen du processeur d'affichage qui extrait par lecture les données hors de sa mémoire principale, effectue les opérations ap- propriées sur les données et réenregistre les données dans la mémoire principale. Les données mises à jour sont trans- férées à une mémoire tampon qui mémorise de façon séquentielle les images dans l'ordre dans lequel elles ont été mises à jour par le processeur d'affichage. Les données mémorisées dans la mémoire tampon sont ensuite transférées au tampon de trames d'affichage du dispositif d'affichage particulier, en vue de leur affichage ultérieur. Les données sont trans- férées depuis la mémoire tampon au tampon de trames, pen- dant des intervalles de temps pendant lesquels le tampon de tramesne réalise pas une régénération de l'affichage. Par conséquent le processeur d'affichage peut mettre à jour et manipuler des images devant être affichées, d'une manière sen- siblement indépendante des limitations de cadencement impo- sées par les cycles de régénération du dispositif d'affichage. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description donnée ci- après prises en référence aux dessins annexés, sur lesquels: La figure 1 (a) est un schéma-bloc fonctionnel d'un dispositif d'affichage typique de l'art antérieur; la figure 1(b) est un schéma de cadencement ou chro- nogramme qui illustre la séquence des cycles de mise à jour des trames du cycle de régénération vidéo pour l'affichage de données sur un dispositif d'affichage vidéo; la figure 2 est un schéma-bloc fonctionnel d'une forme de réalisation de la présente invention; et la figure 3 est un schéma de cadencement ou chro- nogramme qui illustre la séquence des opérations conformé- ment à la présente invention en vue de maximiser la cadence à laquelle des images mises à jour peuvent être affichées. On va donner ci-après une description détaillée de l'invention. On va décrire une architecture perfectionnée de mémoire d'ordinateur qui a une application particulière dans le cadre de son utilisation par un ordinateur numérique de manière à offrir une capacité de représentation graphique à grande vitesse. Dans la description qui va suivre, à des fins d'explication, on a indiqué de nombreux détails tels que des dimensions de mémoire spécifiques, des voies de trans- mission de données, etc, afin de permettre une compréhension complète de la présente invention. Cependant il apparaîtra à l'évidence au spécialiste de la technique que ces détails spécifiques ne sont pas nécessaires pour la mise en oeuvre pratique de la présente invention. Dans certains cas, des structures et circuits électriques bien connus sont représen- tés sous la forme de schémas-blocs afin de rendre plus clai- re la présente invention. En se référant brièvement à la figure 1, on voit que l'on y a représenté un dispositif d'affichage vidéo ty- pique à double accès, sous la forme d'un schéma-bloc fonc- tionnel. Ce dispositif comporte une unité centrale de trai- tement (CPU) 10, qui peut comporter un processeur d'affichage spécialisé ou un ordinateur numérique à usage général, ac- couplé à une mémoire tampon de trames 14 à double accès ser- vant à mémoriser une pluralité de quantités binaires sous la forme de données représentatives d'images devant être affi- chées sur un écran vidéo 16. Comme représenté, l'écran vidéo 16 est accouplé à un second accès de la mémoire 14 de telle sorte qu'à la fois l'unité CPU 10 et l'écran vidéo 16 ont accès aux données mémorisées à l'intérieur de la mémoire tampon de trames 14 à double accès. Comme représenté sur la figure 1(b), la mémoire tampon de trames 14 à double accès alterne les cycles de mise à jour des trames et les cycles de régénération vidéo. Pendant un cycle de mise à jour de trame, l'unité CPU 10 peut lire, enregistrer ou modifier d'une autre manière des données mémorisées dans la mémoire 14, en vue de leur afficha- ge ultérieur sur l'écran vidéo 16. Pendant un cycle de ré- génération vidéo, les données mémorisées à l'intérieur de la mémoire à double accès 14 sont lues de manière à régéné- rer une image affichée sur l'écran vidéo 16. Une modifi- cation des données mémorisées à l'intérieur de la mémoire à double accès 14 requiert que l'unité CPU 10 déclenche un cy- cle de lecture de manière à lire les données mémorisées dans la mémoire 14, y compris le contenu de l'affichage en cours, modifier les données, puis les réenregistrer dans la mémoire à double accès 14. L'exigence de cycles de lecture de modifi- cation et d'enregistrement visant à mettre à jour une image affichée concurremment à l'utilisation de cycles de régénération vidéo pour avoir accès au tampon de trames, entraîne une ré- duction substantielle de la performance du dispositif. En pratique on a trouvé qu'un facteur important réduisant la per- formance du dispositif est l'exigence selon laquelle l'unité CPU 10 attend que les données soient envoyées par la mémoire 14, pour exécuter les opérations de lecture en vue de mettre à jour le tampon de trames. En se référant maintenant à la figure 2, on y voit représentéeune forme de réalisation de la présente invention, qui résoud les inconvénients que l'on a trouvé dans les dis- positifs d'affichage à ordinateur de l'art antérieur, du type illustré sur la figure 1(a). Dans la présente forme de réalisation, l'unité CPU 10 est accouplée directement à la mémoire principale 18, comme cela est usuel dans la plupart des systèmes d'ordinateura.COmme représenté, une partie de la mémoire principale 18 contient une copie des données d'af- fichage (image du tampon de trames 22) qui comprend une re- présentation en mode point d'éléments d'affichage sur un écran vidéo 16 ou sur un autre dispositif d'affichage. Les données d'affichage mémorisées y compris l'image 22 du tam- pon de tramespeuvent être mises à jour et manipulées à gran- de vitesse par l'unité CPU 10 moyennant l'utilisation de cy- cleSstandardsde lecture et d'enregistrement, qui sont typiques dans les systèmes d'ordinateurs. Comme on le notera dans la description qui va suivre, la vitesse à laquelle l'image - 22 du tampon de trame peut être mise à jour, est fonction de la vitesse de fonctionnement du système d' ordinateur et est sensiblement indépendante-de la vitesse de régénération du dispositif d'affichage. Les données d'affichage, une fois mi- ses à jour, sont transférées par l'intermédiaire d'une suite d'opérations successives d'enregistrement à la mémoire tampon 26 en vue d'y être mémorisées temporairement. Dans la présente forme de réalisation, la mémoire tampon 26 contient une ca- pacité suffisante de mémoire pour retenir les données y com- pris un nombre d'images successives du tampon de trames, devant être affichées. Une mémoire tampon 26 est accouplée à un- tampon de trames d'affichage 28 qui est utilisé pour régénérer l'image vidéo affichée sur l'écran vidéo 16. Comme cela a été décrit précédemment,-le tampon de trames d'affichage 28 alterne les cycles de mise à jour et de régénération de trames, comme ce- la est illustré sur es figures 1(b) et 3. Par conséquent les données mémorisées dans la mémoire tampon 26 peuvent être en- registrées dans le tampon de trames d'affichage 28 de manière à mettre à jour une image affichée pendant les cycles de mi- se à jour de trames, et ne peuvent Es être enregistrées dans le tampon de trames d'affichage 28 pendant les cycles de ré- génération vidéo, pendant lesquels les données sont lues hors du tampon de tramEsd'affichage 28 et sont transmises à l'écran vidéo 16 sous une forme appropriée pour leur affichage. Bien que dans la présente forme de réalisation, la mémoire tampon 26 agisse à la manière d'un dispositif servant à mémoriser temporairement des images mises à jour dans l'image 22 du tampon de trames, on notera que des conversions des données peuvent se produire pendant cette période par suite d'opé- rations effectuées sur les données mémorisées. De telles con- versions peuvent inclure par exemple des représentations d'a- dresses, des coupures, des rotations ainsi qu'un filtrage et une mise en valeur des données. Bien que la figure 2 représente un dispositif d'affichage comportant un écran vidéo 16, on notera que de nombreux autres dispositifs d'affichage peuvent être utilisés par la présente invention, comme par exemple les imprimantes à laser ou des imprimantes à jet d'encre et analogues. - La vitesse de transfert des données mémorisées à l'intérieur de la mémoire tampon 26, dans le tampon de trames 28 est fonction de la vitesse du dispositif d'affichage particulier, et est sensiblement indépendantede la vitesse à la- quelle l'unité CPU 10 met à jour les données d'affichage qui sont présentes dans l'image 22 du tampon de trames et à l'in- térieur de la mémoire principale 18. En tant que telle la présente invention supprime la nécessité d'utiliser un système à double accès qui rend nécessaire d'envoyer les données à un processeur d'affichage conformément à une série d'opérations d'enregistrement prenant du temps, ainsi que l'exécution des cycles de régénération vidéo et de mise à jour destrames, On notera que, dans la présente invention, seules les opérations d'enregistrement se déroulent entre l'image 22 du tampon de trames, la mémoire tampon 26 et le tampon de trames d'afficha- ge 28, étant donné que les opérations de lecture sont appli- quées à l'image 22 du tampon de trames, située dans la mé- moire principale 22, par l'unité CPU 10. En se référant maintenant à la figure 3, on y voit un diagramme de cadencement ou chronogramme qui illustre le fonctionnement de la présente invention. Comme représenté, l'unité CPU 10 peut exécuter de façon continue et en al- ternance des opérations de lecture et d'enregistrement de données en direction et à partir de la mémoire principale 18, de manière à mettre à jour et à manipuler les données incluant l'image 22 du tampon de trames, en vue d'un afficha- ge ultérieur. De façon similaire, comme cela a été décrit précédemment, le tampon de trames d'affichage 28 exécute en alternance des cycles de régénération vidéo et de mise à jour de trames, comme cela est typique. L'utilisation de la mé- -moire tampon 26 permet aux données d'affichage d'images mi- ses à jour et mémorisées à l'origine à l'intérieur de l'ima- ge 22 du tampon de trames et transférées pour une mémorisation temporaire dans la mémoire tampon 26, d'être enregistrées dans le tampon de trames d'affichage 28 pendant les cycles de mise à jour du tampon de trames. Par conséquent, grâce à l'utilisation de l'image 22 du tampon de trames accouplée à la mémoire tampon 26, la présente invention permet de modifier de façon importante la vitesse à laquelle l'unité CPU 10 met à jour l'image 22 du tampon de trames, à partir de la vitesse à laquelle les mi- ses à jour peuvent être transférées au tampon de trames d'af- fichage 28. Dans le cas o le nombre des opérations d'enregis- trement effectuées par l'unité CPU 10 dans l'image 22 du tam- pon de trames ne dépasse pas la vitesse maximum de mise à jour des trames vidéo, le dispositif d'affichage fonctionne d'une manière générale à la vitesse des cycles de la mémoire principale. Sinon, lorsque l'on utilise des dispositifs de mé- moire très rapides, pour la mémoire principale 18 au point que le nombre des opérations d'enregistrement effectuées par l'unité CPU 10 dépasse la vitesse de mise à jour du tampon de trames d'affichage, la vitesse d'ensemble du dispositif d'affichage est seulement limitée dans le cas improbable o la mémoire tampon est pleine et ne peut pas recevoir de don- nées supplémentaires. Ainsi, dans la description qui précède, on a indi- qué une organisation perfectionnée de la mémoire d'ordina- teur qui permet les manipulations graphiques à grande vi- tesse sur un dispositif d'affichage. 1 1 REVENDICATIONS 1. Dispositif perfectionné d'affichagepar ordina- teur, incluant une unité centrale de traitement (CPU 10) et des moyens d'affichage servant à afficher des images sur un dispositif d'affichage (16), caractérisé en ce qu'il com- porte: - un dispositif de mémoire principale (18) accou- plé à ladite unité (CPU 10) de manière à mémoriser une plu- ralité de points de données qui sont représentatifs d'1éé- ments d'affichage définissant des images devant être affi- chées sur ledit dispositif d'affichage et qui sont mis à jour de façon sélective par ladite unité (CPU 10) au moyen d'opérations de lecture et d'enregistrement dans ledit dis- positif de mémoire principal (18), - un dispositif formant tampon de trames (28) accouplé auxdits moyens d'affichage pour la mémorisation de points de données représentatifs d'images en cours d'affi- chage, et pour régénérer périodiquement ledit affichage de manière à afficher les images définies par les- dits points de données mis à jour, et - un dispositif de mémoire tampon (26) accouplé audit dispositif de mémoire principale (18) et audit disposi- tif formant tampon de trames (28) de manière à recevoir et à mémoriser lesdits points de données mis à jour en provenance dudit dispositif de la mémoire principale (18), et à transfé- rer lesdits points de données mis à jour dans ledit disposi- tif formant tampon de trames (28), entre les périodes o ledit dispositif formant tampon de trames régénère ledit affichage, ce qui a pour effet de permettre la mise à jour par ladite unité (CPU 10) et l'affichage des images à grande vitesse. 2. Dispositif d'affichage nar ordinateur, selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif de mémoire tampon (26) mémorise les points de données représenta- tifs d'images multiples en vue d'un affichage séquentiel, le- dit dispositif formant tampon de trames (28) recevant de façon séquentielle lesdits points de données entre lesdites périodes de régénération. 3. Dispositif d'affichage par ordinateur, selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif d'affi- chage est constitué par un dispositif d'affichage vidéo à balayage de trames (16). 4. Dispositif d'affichage par ordinateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit dispositif de mémoire tampon (26) comporte des moyens de conversion per- mettant d'effecteur des conversions sur lesdits points de données avant la transmission desdits pointsde données au dis- positif formant tampon de trames (18) en vue de l'affichage. 5. Procédé pour mettre à jour des images dans un dispositif d'affichageparordinateur comportant une unité centrale de traitement (CPU 10), une mémoire principale (18) et des moyens d'affichage pour l'affichage desdites images sur un écran d'affichage (16), caractérisé en ce qu'il inclut les phases opératoires consistant à: mémoriser dans ladite mémoire principale (18), une pluralité de points de données représentatifs d'éléments d'image définissant des images devant être affichées sur le- dit écran d'affichage (16), lesdits points de données étantmis à jour de façon sélective par ladite unité (CPU 10) par l'in- termédiaire d'opérations de lecture et d'enregistrement dans ladite mémoire principale (18), - transférer lesditspoints de données mis à jour depuis laditemémoire principale (18) dans ledit dispositif de mémoire tampon (26) accouplé à ladite mémoire principale (18) en vue de leur mémorisation temporaire, - transférer lesdits points de données mis à jour dudit dispositif de mémoire tampon (26) audit dispositif de mémoire tampon de trame (28) accouplé auxdits moyens d'affi- chage afin de permettre à ces derniers d'afficher des images définies par lesdits points de données mis à jour, lesquels sont 2554$25 transférés audit dispositif de mémoire tampon de trames (28) entre des périodes pendant lesquelles ledit dispositif de mémoire tampon de trames régénère ledit affichage, ce qui a pour effet de permettre la mise à jour par ladite unité (CPU 10) et l'affichage des images à grande vitesse. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit dispositif de mémoire tampon (26) mémorise des points de données représentatifs d'images multiples mi- ses à jour en vue de leur affichage séquentiel, ledit dispo- sitif formant tampon de trames (28) recevant successivement lesdits points de données entre lesdites périodes de régéné- ration. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit écran d'affichage est constitué par un écran d'affichage vi(Mo à balayage de trares (16). 8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il inclut en outre la phase opératoire consistant à convertir lesdits points de données mis à jour en effectuant des opérations sur lesdits points de données avant de les re- transmettre audit dispositif formant tampon de trames(28) avant leur affichage ultérieur.