MC6845P是摩托罗拉（Motorola）于1970年代末推出的8位CRT控制器（CRTC），作为早期IBM PC及其兼容机显示系统的核心组件，其技术架构和应用场景深刻影响了个人计算机显示技术的发展。
一、硬件架构与技术规格

1. 核心功能与物理特性

• 芯片定位：作为阴极射线管（CRT）控制器，MC6845P负责生成CRT显示器所需的时序信号（如水平同步、垂直同步），并管理显存地址映射和字符生成。

• 工艺与封装：

◦ 0.8微米NMOS工艺：集成约1500个晶体管，支持最高1MHz时钟频率。

◦ 40引脚DIP封装：兼容工业级设计，典型工作电压5V±5%。

• 寄存器配置：

◦ 18个可编程寄存器：通过地址线A0选择寄存器，数据线D0-D7写入参数，控制显示模式、刷新率、字符窗口等。

◦ 关键寄存器：

◦ R0-R3：水平同步参数（如水平扫描线数、同步脉冲宽度）。

◦ R4-R7：垂直同步参数（如垂直扫描线数、同步位置）。

◦ R10-R11：光标起始/结束位置（控制闪烁效果）。

2. 显示模式与分辨率
显示模式 分辨率 颜色/灰度 典型应用场景
MDA文本模式 720×350 单色 早期IBM PC文本终端
CGA文本模式 640×200 16色 兼容IBM PC彩色文本显示
CGA图形模式 320×200 4色 简单游戏（如《俄罗斯方块》）
Hercules图形 720×348 单色 兼容MDA的扩展图形模式

3. 显存与总线接口

• 显存管理：

◦ 地址生成：通过寄存器R12-R13设置显存起始地址（如MDA的B000:0000，CGA的B800:0000）。

◦ 数据传输：

◦ 字符模式：显存每2字节存储1个字符（ASCII码+属性）。

◦ 图形模式：显存按位平面（Bit Plane）存储像素数据（如CGA的4位平面）。

• 总线兼容性：

◦ 8位ISA总线：最大带宽8MB/s，限制图形数据传输效率。

◦ 与CPU协同：依赖CPU进行显存读写，无独立图形加速功能。

二、编程逻辑与应用实例

1. 寄存器编程示例（以CGA文本模式为例）
; 设置640×200 16色文本模式
MOV DX, 0x3D4 ; 选择CRTC地址寄存器
MOV AL, 0x00 ; 写入R0（水平字符总数）
OUT DX, AL
MOV AL, 0x71 ; 水平扫描线数=0x71（十进制113）
MOV DX, 0x3D5 ; 选择CRTC数据寄存器
OUT DX, AL

MOV DX, 0x3D4
MOV AL, 0x04 ; 写入R4（垂直字符总数）
OUT DX, AL
MOV AL, 0x1F ; 垂直扫描线数=0x1F（十进制31）
MOV DX, 0x3D5
OUT DX, AL

; 设置显存起始地址（B800:0000）
MOV DX, 0x3D4
MOV AL, 0x0C ; 写入R12（显存起始地址高8位）
OUT DX, AL
MOV AL, 0xB8 ; 显存段地址=0xB8（B800H）
MOV DX, 0x3D5
OUT DX, AL

MOV DX, 0x3D4
MOV AL, 0x0D ; 写入R13（显存起始地址低8位）
OUT DX, AL
MOV AL, 0x00 ; 显存偏移地址=0x0000
MOV DX, 0x3D5
OUT DX, AL
2. 图形模式扩展

• CGA彩色图形：

◦ 颜色控制：通过端口0x3D8（模式控制寄存器）设置调色板，例如：
MOV DX, 0x3D8
MOV AL, 0x00 ; 选择颜色集0（红/绿/蓝）
OUT DX, AL
◦ 位平面操作：

◦ 写操作：通过端口0x3CE/0x3CF设置位平面掩码，实现像素颜色叠加。

◦ 读操作：分四次读取不同位平面数据，组合成完整像素值。

3. 驱动与软件生态

• BIOS支持：

◦ INT 10H：通过BIOS中断实现文本模式控制（如清屏、光标移动）。

◦ 直接显存访问：

◦ 文本模式：直接写入B800H段（字符ASCII码+属性）。

◦ 图形模式：按位平面写入显存（如0xB8000对应平面0）。

• 第三方工具：

◦ DEBUG命令：直接操作CRTC寄存器（如MOV DX, 0x3D4写入索引）。

◦ Turbo Pascal：通过Port[$3D4] := Index; Port[$3D5] := Value控制显示参数。

三、历史影响与现代适配

1. 行业地位与技术局限

• 技术里程碑：

◦ 标准化显示接口：MC6845P定义了CRT控制器的通用寄存器模型，成为后续CRTC（如HD63484）的设计基础。

◦ 兼容性推动：通过MDA/CGA等标准，促进了PC硬件的兼容性和软件生态发展。

• 性能瓶颈：

◦ 带宽限制：ISA总线和显存架构无法支持高分辨率图形（如640×480）。

◦ 功能单一：缺乏硬件图形加速，依赖CPU处理所有图形操作。

2. 现代使用与维护

• 复古计算：

◦ 硬件搭建：需搭配8088/80286主板（如IBM PC/AT）和CRT显示器。

◦ 系统兼容性：

◦ DOS 6.22：原生支持MDA/CGA模式。

◦ Windows 3.1：通过第三方驱动实现16色图形。

• 故障排查：

◦ 常见问题：

◦ 花屏：显存颗粒老化（如更换三星K4D263238F-TC28）。

◦ 同步异常：CRTC寄存器参数错误（需重新校准）。

◦ 工具推荐：

◦ VGA Monitor Test Pattern Generator：检测CRT显示信号完整性。

◦ PC-Doctor：诊断硬件兼容性问题。

3. 技术遗产与延伸资源

• 技术文档：

◦ MC6845P数据手册（需通过Wayback Machine访问）。

◦ IBM PC技术参考手册。

• 社区支持：

◦ VOGONS论坛CRTC专题：讨论寄存器调试和硬件改造。

◦ RetroRGB工业显卡兼容性列表：提供CRT显示器兼容性测试数据。

四、延伸技术对比
控制器型号 推出时间 核心功能 典型应用场景
MC6845P 1978 CRT时序控制、字符模式 IBM PC/XT/AT文本终端
TMS9918A 1981 彩色图形生成（CGA兼容） TI-99/4A家用电脑
HD63484 1984 位映射图形、多分辨率支持 NEC PC-9801系列
82786 1986 集成图形处理器（GPU） 高端工作站图形加速

五、总结

MC6845P作为第一代PC显示控制器，通过标准化寄存器接口和兼容性设计，奠定了个人计算机显示技术的基础。尽管其性能在现代计算中已显落后，但其在工业控制、复古计算和硬件研究领域仍具有独特价值。对于爱好者而言，深入理解MC6845P的工作原理，不仅能解码早期计算机的显示机制，还能为研究CRT技术和硬件逆向工程提供关键视角。