一、显存操作的技术基础与硬件架构

1.1 显存的物理结构与访问模式

现代显卡的显存采用GDDR6/GDDR6X等高速存储器，通过PCIe总线与CPU通信。但在实模式编程或嵌入式系统中，开发者常直接操作传统VGA显存。经典VGA卡将显存映射到物理地址0xA0000-0xBFFFF（64KB区域），其中：

• 0xA0000-0xAFFFF：文本模式显示内存（每字符占2字节）
• 0xB0000-0xB7FFF：单色文本缓冲区（CGA/MDA兼容）
• 0xB8000-0xBFFFF：彩色文本缓冲区（EGA/VGA标准）

1.2 汇编访问显存的两种路径

1.2.1 直接内存访问（DMA）

通过MOV指令直接读写显存地址：

section .data
    buffer db 'Hello',0
section .text
    mov esi, buffer
    mov edi, 0xB8000       ; 彩色文本缓冲区基址
    mov ecx, 5             ; 字符数
copy_char:
    lodsb                  ; 从ESI加载字节到AL
    stosw                  ; 存储AL到EDI，并自动递增EDI
    loop copy_char

注意：现代操作系统启用分页保护后，直接访问物理地址会触发异常，需在实模式或内核驱动中实现。

1.2.2 端口I/O控制

通过IN/OUT指令操作VGA控制器寄存器：

; 设置CRTC寄存器0x0C（光标位置高字节）
mov dx, 0x3D4           ; CRTC索引端口
mov al, 0x0C            ; 寄存器编号
out dx, al
inc dx                  ; 切换到数据端口0x3D5
mov al, 0x00            ; 光标行号高字节
out dx, al

二、核心操作：VGA文本模式下的显存控制

2.1 文本模式显存布局

每个字符占用2字节：

• 低字节：ASCII码
• 高字节：属性字节（背景色|前景色|闪烁位）

示例：在屏幕(5,10)位置显示红色”A”：

calc_pos:
    mov ax, 10            ; 列号
    mov bl, 80            ; 每行字符数
    mul bl                ; AX = 列号 * 80
    add ax, 5             ; 加上行号
    shl ax, 1             ; 乘以2（每个字符2字节）
    add ax, 0xB8000       ; 计算显存偏移
    mov di, ax
    mov word [di], 0x0441  ; 0x41='A'，0x04=红底黑字

2.2 图形模式下的像素操作

在模式13h（320x200 256色）中，显存按线性排列：

set_pixel:
    mov ax, 0x0013        ; 设置VGA模式13h
    int 0x10
    mov dx, 320            ; 屏幕宽度
    mov ax, 100            ; Y坐标
    mul dx
    add ax, 50             ; X坐标
    mov di, ax             ; 计算偏移
    add di, 0xA0000        ; 图形显存基址
    mov byte [di], 4       ; 设置像素为第4种颜色

三、进阶技术：寄存器级显存控制

3.1 VGA寄存器组详解

关键寄存器组：

• Sequencer寄存器（端口0x3C4）：控制显存访问时序
• Graphics控制器（端口0x3CE）：位操作和旋转功能
• Attribute控制器（端口0x3C0）：调色板和显示模式

3.2 动态调色板修改

通过修改Attribute控制器实现颜色实时变化：

change_palette:
    mov dx, 0x3C0
    mov al, 0x10           ; 调色板寄存器索引
    out dx, al
    inc dx
    mov al, 0x3F           ; RGB值（0x3F=亮红）
    out dx, al

四、实践建议与注意事项

4.1 开发环境配置

1. 使用DOSBox或QEMU模拟实模式环境
2. 推荐汇编器：NASM（支持16/32/64位代码）
3. 调试工具：DOS Debug或Bochs内置调试器

4.2 性能优化技巧

1. 使用REP MOVSB/W/D指令批量传输数据
2. 合理利用VGA的硬件光标控制减少显存写入
3. 在图形模式下，优先修改显存连续区域

4.3 现代系统适配方案

对于受保护模式限制的系统，可通过：

1. 开发内核驱动获取直接访问权限
2. 使用Windows的DDK或Linux的DRM接口
3. 通过VGA兼容层（如VBE）进行间接控制

五、完整示例：动态文字效果

org 0x100
start:
    mov ax, 0x0003        ; 80x25文本模式
    int 0x10
    mov si, msg
    mov di, 0xB8000
    mov cx, msg_len
    mov bx, 0x0700        ; 初始属性（灰底黑字）
render_loop:
    lodsb
    stosw
    add bx, 0x0100        ; 循环修改背景色
    loop render_loop
    ; 等待按键退出
    mov ah, 0x00
    int 0x16
    ret
msg db 'Assembly Direct Display Control',0
msg_len equ ($-msg)/2

六、技术演进与替代方案

随着显卡架构发展，直接显存操作逐渐被以下技术取代：

1. VESA BIOS扩展（VBE）：提供标准化的图形模式设置
2. DirectDraw/Direct3D：Windows下的硬件加速接口
3. OpenGL/Vulkan：跨平台的3D渲染API

但在嵌入式系统、操作系统内核开发或复古游戏编程中，汇编级显存操作仍是不可或缺的核心技能。开发者应掌握这种底层控制能力，同时理解其在现代架构中的适用场景与限制。