Адаптер цветной графики ( CGA ), первоначально также называвшийся адаптером цвета/графики или адаптером цветного/графического монитора IBM , [1] представленный в 1981 году, был первой цветной графической картой IBM для IBM PC и де-факто стал компьютерным дисплеем. стандарт .
Оригинальная видеокарта IBM CGA была построена на базе контроллера дисплея Motorola 6845 [2] и имела 16 килобайт встроенной видеопамяти и имела несколько графических и текстовых режимов . Максимальное разрешение дисплея в любом режиме составляло 640×200, а максимальная поддерживаемая глубина цвета — 4 бита (16 цветов).
Карту CGA можно было подключить либо к ЭЛТ- монитору с прямым приводом с использованием 4-битного цифрового ( TTL ) интерфейса RGBI , например, к цветному дисплею IBM 5153 , либо к NTSC -совместимому телевизору или композитному видеомонитору через разъем RCA . [3] Разъем RCA обеспечивал только передачу видео в основной полосе частот, поэтому для подключения карты CGA к телевизору без композитного видеовхода требовался отдельный радиочастотный модулятор . [1]
IBM произвела цветной дисплей для персонального компьютера 5153 для использования с CGA, но он не был доступен в версии [4] и не будет выпущен до марта 1983 года. [5]
Хотя собственный цветной дисплей IBM не был доступен, клиенты могли использовать либо композитный выход (с радиочастотным модулятором, если необходимо), либо выход с прямым приводом с доступными мониторами сторонних производителей, которые поддерживали формат RGBI и скорость сканирования. У некоторых дисплеев сторонних производителей не было ввода интенсивности, в результате чего количество доступных цветов уменьшалось до восьми, [4] а во многих также отсутствовала уникальная схема IBM, которая отображала темно-желтый цвет как коричневый, поэтому любое программное обеспечение, использующее коричневый цвет, отображалось некорректно.
CGA предлагал несколько видеорежимов. [6] [7]
Графические режимы:
Некоторое программное обеспечение достигло большей глубины цвета за счет использования артефактов цвета при подключении к композитному монитору.
Текстовые режимы:
IBM намеревалась сделать CGA совместимым с домашним телевизором. Текстовый режим 40×25 и графический режим 320×200 можно использовать с телевизором, а текстовый режим 80×25 и графический режим 640×200 предназначены для монитора. [2]
CGA использует 4-битную 16-цветную гамму RGBI , но не все цвета доступны постоянно, в зависимости от того, какой графический режим используется. В режимах среднего и высокого разрешения цвета сохраняются с меньшей битовой глубиной и выбираются по фиксированным индексам палитры, а не прямым выбором из полной 16-цветной палитры.
Когда используются четыре бита (для режима низкого разрешения или для программирования регистров цвета), они располагаются в соответствии с цветовой моделью RGBI : [8]
Эти четыре цветовых бита затем интерпретируются монитором внутри или преобразуются в цвета NTSC (см. ниже).
При использовании монитора с прямым приводом четыре цветовых бита выводятся непосредственно на разъем DE-9 на задней стороне карты.
На мониторе четыре сигнала интерпретируются для приведения в действие красных, зеленых и синих пистолетов. Что касается цветовой модели RGBI, описанной выше, монитор будет использовать примерно следующую формулу для преобразования цифрового четырехбитного номера цвета в аналоговые напряжения в диапазоне от 0,0 до 1,0:
красный := 2/3×( номер цвета и 4)/4 + 1/3×( номер цвета и 8)/8 зеленый := 2/3×( номер цвета и 2)/2 + 1/3×( номер цвета и 8) /8 синий := 2/3×( colorNumber & 1)/1 + 1/3×( colorNumber & 8)/8
Цвет 6 обрабатывается по-другому; при использовании приведенной выше формулы цвет 6 станет темно-желтым , как показано слева, но для достижения более приятного коричневого тона в большинстве мониторов RGBI, начиная с цветного дисплея IBM 5153, [10] используется специальная схема. за исключением цвета 6, который меняет свой оттенок с темно-желтого на коричневый за счет уменьшения амплитуды аналогового зеленого сигнала. Точная величина уменьшения различалась в зависимости от модели монитора: оригинальный цветной дисплей персонального компьютера IBM 5153 уменьшает амплитуду зеленого сигнала примерно на одну треть, [11] в то время как расширенный цветной дисплей IBM 5154 внутренне преобразует все 4-битные цветовые числа RGBI в 6-битные. битовые номера цветов ECD, [8] , что соответствует уменьшению вдвое амплитуды зеленого сигнала. Мониторы Tandy CM-2, [12] CM-4 [13] и CM-11 [14] оснащены потенциометром с надписью «BROWN ADJ». для регулировки степени уменьшения зеленого сигнала.
Эта палитра «RGBI с измененным коричневым» была сохранена в качестве палитры по умолчанию для более поздних графических стандартов ПК, таких как EGA и VGA , которые могут выбирать цвета из гораздо более широких гамм, но по умолчанию используют их до перепрограммирования.
Для композитного выхода эти четырехбитные цветовые номера кодируются встроенным оборудованием CGA в NTSC-совместимый сигнал, подаваемый на выходной разъем RCA карты. Из соображений экономии это делается не с помощью преобразователя RGB в YIQ , как того требует стандарт NTSC, а с помощью ряда триггеров и линий задержки. [15] [16]
Следовательно, видимым оттенкам недостает чистоты; в частности, и голубой, и желтый имеют зеленоватый оттенок, а цвет 6 снова выглядит темно-желтым, а не коричневым. [17]
Относительная яркость цветов, создаваемых составной схемой цветогенерации, различается в разных версиях CGA: они идентичны для цветов 1–6 и 9–14 с ранними CGA, выпущенными до 1983 года [18] , и различны для более поздних CGA из-за добавление дополнительных резисторов. [19]
CGA предлагает четыре текстовых режима BIOS ( режимы от 0 до 3 , называемые буквенно-цифровыми режимами или режимами A/N в документации IBM). В этих режимах к отдельным пикселям экрана нельзя обращаться напрямую. Вместо этого экран разделен на сетку ячеек символов, каждая из которых отображает символ, определенный в одном из двух растровых шрифтов, «нормального» и «тонкого», включенных в ПЗУ карты. Шрифты фиксированы и не могут быть изменены или выбраны из программного обеспечения, только с помощью перемычки на самой плате.
Шрифты хранятся в виде растровых изображений с глубиной цвета 1 бит, где «1» представляет символ, а «0» представляет фон. Эти цвета можно выбирать независимо для каждого персонажа на экране из полной 16-цветной палитры CGA. Набор символов определяется аппаратной кодовой страницей 437 .
Данные растрового изображения шрифта доступны только самой карте, они не могут быть прочитаны процессором. В графических режимах вывод текста BIOS осуществляется путем побитового копирования текста из ПЗУ шрифтов в видеопамять.
Режимы BIOS 0 и 1 представляют собой текстовые режимы с 40 столбцами и 25 строками, где каждый символ представляет собой шаблон из 8 × 8 точек. Эффективное разрешение экрана в этом режиме составляет 320 × 200 пикселей ( соотношение сторон 1:1,2). Карта имеет достаточно видеопамяти для восьми различных текстовых страниц в этом режиме.
Разницу между этими двумя режимами можно увидеть только на композитном мониторе, где режим 0 отключает цветовую вспышку, в результате чего весь текст отображается в оттенках серого. Режим 1 включает цветовую вспышку, позволяющую использовать цвет. Режим 0 и режим 1 функционально идентичны на мониторах RGB и на более поздних адаптерах, которые эмулируют CGA без поддержки вывода композитного цвета.
В режимах BIOS 2 и 3 выбираются текстовые режимы с 80 столбцами и 25 строками, при этом каждый символ по-прежнему представляет собой точечный рисунок 8 × 8, но отображается с более высокой скоростью сканирования. Эффективное разрешение экрана в этом режиме составляет 640×200 пикселей. В этом режиме на карте достаточно видеопамяти для четырех различных текстовых страниц.
Как и в текстовых режимах с 40 столбцами, режим 2 отключает цветовую вспышку в композитном сигнале, а режим 3 включает ее.
В каждой ячейке символа хранится четыре бита для цвета переднего плана и фона. Однако в конфигурации карты по умолчанию четвертый бит цвета фона не задает интенсивность, а устанавливает атрибут мигания для ячейки. Все символы на экране с этим набором битов будут периодически мигать, то есть их цвет переднего плана будет изменен на цвет фона, и персонаж станет невидимым. Все персонажи моргают синхронно.
Настроив аппаратный регистр, функцию мигания можно отключить, восстановив доступ к цветам фона высокой интенсивности.
Все мигающие символы на экране мигают синхронно. Эффект мигающего атрибута включен по умолчанию, а фоновый эффект высокой интенсивности отключен; отключение мигания — единственный способ свободно выбирать последние восемь цветовых индексов (8–15) для цвета фона.
Примечательно, что языки программирования GW-BASIC и Microsoft QBASIC , входящие в состав MS-DOS, поддерживали все текстовые режимы CGA с полным управлением цветом, но не предоставляли обычных средств через язык BASIC для переключения CGA из режима мигания в 16-режим. режим фонового цвета. Однако это все еще было возможно путем прямого программирования аппаратных регистров с использованием оператора OUT языка BASIC.
CGA предлагает графические режимы с тремя разрешениями: 160×100, 320×200 и 640×200. Во всех режимах каждый пиксель на экране может быть установлен напрямую, но глубина цвета для более высоких режимов не позволяет свободно выбирать из полных 16. -цветовая палитра.
Режим низкого разрешения 160 × 100 использует 16-цветную палитру и настроен как режим 80 × 25 символов ( режим 3 ), но использует графику, отображаемую в памяти, в 16 КБ памяти. [20]
В режимах среднего разрешения 320×200 ( Режимы 4 и 5 ) каждый пиксель — это два бита, которые выбирают цвета из четырёхцветной палитры. В режиме 4 есть две палитры, а в режиме 5 — одна палитра.
Путем программирования аппаратных регистров можно сделать несколько вариантов. Во-первых, выбранная палитра. Во-вторых, интенсивность, которая определяется для всего экрана, а не для каждого пикселя. В-третьих, цвет 0 («фоновый» цвет) может быть установлен в любой из 16 цветов.
Конкретный графический режим BIOS влияет на доступные палитры. Режим BIOS 4 предлагает две палитры: зеленый/красный/коричневый и голубой/пурпурный/белый.
Как и в текстовых режимах 0 и 2, режим 5 отключает цветовую серию, позволяя цветам отображаться в оттенках серого на композитном мониторе. Однако, в отличие от текстовых режимов, это также влияет на цвета, отображаемые на мониторе RGBI, изменяя их на голубую/красную/белую палитру, показанную выше. Эта палитра не документирована IBM, но использовалась в некотором программном обеспечении.
В режиме высокого разрешения 640 × 200 ( режим 6 ) каждый пиксель имеет один бит, что обеспечивает два цвета, которые можно выбрать из 16-цветной палитры путем программирования аппаратных регистров.
В этом режиме видеоизображение сохраняется в виде простого растрового изображения, где один бит на пиксель устанавливает цвет «переднего плана» или «фона». По умолчанию цвета — черный и ярко-белый, но цвет переднего плана можно изменить на любой из 16-цветной палитры CGA. Цвет фона не может быть изменен с черного на оригинальной карте IBM CGA.
В этом режиме по умолчанию отключается композитный сигнал цветовой синхронизации. В BIOS не предусмотрена возможность включения цветовой синхронизации в режиме 640×200, и для ее включения пользователю необходимо выполнить запись непосредственно в регистр управления режимом.
Существует ряд официальных и неофициальных функций, которые можно использовать для достижения специальных эффектов.
Некоторые из этих настроек можно комбинировать. Примеры можно найти в нескольких играх. [23]
Технически этот режим не является графическим, а является доработкой текстового режима 80×25. Регистр высоты символьной ячейки изменен и теперь отображает только две строки на символьную ячейку вместо обычных восьми строк. Это увеличивает количество отображаемых текстовых строк с 25 до 100 в четыре раза. Эти «плотно сжатые» текстовые символы не являются полными символами. Система отображает только две верхние строки пикселей (по восемь в каждой), прежде чем перейти к следующей строке.
Символ 221 набора символов CGA состоит из прямоугольника, занимающего всю левую половину матрицы символов. (Символ 222 представляет собой прямоугольник, занимающий всю правую половину.)
Поскольку каждому символу могут быть назначены разные цвета переднего плана и фона, он может быть окрашен (например) в синий цвет слева (цвет переднего плана) и ярко-красный справа (цвет фона). Это можно изменить, поменяв местами цвета переднего плана и фона.
Таким образом, используя символ 221 или 222, каждую половину каждой ячейки усеченного символа можно рассматривать как отдельный пиксель, что дает 160 горизонтальных пикселей в каждой строке. Таким образом, возможно разрешение 160 × 100 пикселей при 16 цветах и соотношении сторон 1:1,2.
Несмотря на то, что это обходной путь для получения 16-цветного графического дисплея, он работает довольно хорошо, и этот режим даже упоминается (хотя и не объясняется) в официальной документации IBM по оборудованию. [24] Этот режим использовался ещё в 1983 году в игре Moon Bugs . [25] [26] [27] [28]
В этом режиме можно добиться большей детализации, используя другие символы, сочетая символы ASCII с вышеупомянутой техникой. Это было исследовано Macrocom, Inc в двух играх: Icon: Quest for the Ring (выпущена в 1984 году) и The Seven Spirits of Ra (выпущена в 1987 году). [28] [29] [30] [31] [32]
Тот же метод уменьшения высоты текстовых ячеек можно использовать и в текстовом режиме 40 × 25, что дает разрешение 80 × 100.
Использование композитного выхода вместо монитора RGBI давало видео более низкого качества из-за худшего разделения яркости и цветности в NTSC. [33] Это особенно проблема с текстом из 80 столбцов: [34]
По этой причине каждый текстовый и графический режим имеет дублирующий режим, который отключает составную цветовую гамму , в результате чего изображение становится черно-белым, но также устраняется растекание цвета для получения более четкого изображения. На мониторах RGBI две версии каждого режима обычно идентичны, за исключением графического режима 320×200, где «монохромная» версия создает третью палитру.
Программисты обнаружили, что этот недостаток можно превратить в преимущество, поскольку отдельные узоры из точек высокого разрешения превратятся в однородные области сплошных цветов, что позволит отображать совершенно новые цвета артефактов . С этой техникой можно использовать как стандартный четырехцветный графический режим 320 × 200, так и режим «цвет на чёрном» 640 × 200.
Прямые цвета — это обычные 16 цветов, описанные выше в разделе «Цветовая палитра CGA».
Цвета-артефакты видны потому, что декодер цветности NTSC композитного монитора ошибочно интерпретирует часть информации о яркости как цвет. Тщательно размещая пиксели в соответствующих шаблонах, программист может создавать определенные артефакты с перекрестными цветами, дающие желаемый новый цвет; либо из чисто черно-белых пикселей в режиме 640 × 200, либо в результате комбинации прямых и артефактных цветов в режиме 320 × 200, как показано на следующих изображениях :
Таким образом, при выборе режима 320×200 против 640×200, выборе между двумя палитрами и одном свободно выбираемом цвете (фон в режиме 320×200 и передний план в режиме 640×200) можно использовать множество различных наборов цветов артефактов, в результате чего общая гамма насчитывает более 100 цветов.
Более поздние демонстрации энтузиастов увеличили максимальное количество цветов, которые CGA может отображать одновременно, до 1024. [35] [36] Этот метод включает в себя настройку текстового режима, которая увеличивает количество текстовых строк в четыре раза. Определенные символы ASCII, такие как U и ‼, затем используются для создания необходимых шаблонов, в результате чего на композитном мониторе создаются изображения без сглаживания с эффективным разрешением 80 × 100. [37]
Во время вывода каждой строки происходит 160 циклов цветовой синхронизации NTSC, поэтому в режиме 40 столбцов каждый пиксель занимает половину цикла, а в режиме 80 столбцов каждый пиксель использует четверть цикла. Ограничивая отображение символов одной или двумя верхними строками развертки и используя преимущество расположения пикселей в определенных символах кодовой страницы 437 , можно отображать до 1024 цветов. [35] Эта техника использовалась в демо-версии 8088 MPH . [36]
Вариант этой техники с разрешением 320 × 200 (см. выше) — это то, как стандартный графический режим, поддерживаемый BIOS, выглядит на композитном цветном мониторе. Однако вариант 640 × 200 требует небольшого изменения бита (отключения цветовой синхронизации) непосредственно в аппаратных регистрах CGA. В результате его обычно называют отдельным «режимом».
Будучи полностью зависимым от процесса кодирования/декодирования NTSC, артефакты составного цвета недоступны на мониторе RGBI и не эмулируются EGA, VGA или современными графическими адаптерами.
Современный, ориентированный на игры эмулятор ПК DOSBox поддерживает режим CGA, который может имитировать искажения цвета композитного монитора. Поддерживаются как составной режим 640×200, так и более сложный вариант 320×200.
Составные артефакты, независимо от того, используются ли они намеренно или как нежелательные артефакты, уменьшают эффективное разрешение по горизонтали максимум до 160 пикселей, больше для текста «черное на белом» или «белое на черном», без изменения разрешения по вертикали. Полученный композитный видеодисплей с «искусственными» цветами иногда описывается как «режим» 160 × 200/16 цветов, хотя технически это был метод, использующий стандартный режим.
Низкое разрешение этого метода создания составных цветовых артефактов привело к тому, что он использовался почти исключительно в играх. Многие громкие игры предлагали графику, оптимизированную для мониторов с композитным цветом. Ultima II , первая игра в серии игр, портированная на IBM PC, использовала композитную графику CGA. King's Quest I также предлагал 16-цветную графику на ПК, PCjr и Tandy 1000, но предоставлял «режим RGB» на титульном экране, в котором использовался только обычный графический режим CGA, ограниченный четырьмя цветами.
Синхронизация видео на CGA обеспечивается видеоконтроллером Motorola 6845 . Эта интегральная схема изначально была разработана только для символьных буквенно-цифровых (текстовых) дисплеев и может адресовать максимум 128 строк символов.
Для реализации графических режимов с 200 строками развертки на CGA в MC6845 запрограммировано 100 строк символов на изображение и две строки развертки на строку символов. Поскольку адрес видеопамяти, выводимый MC6845, идентичен для каждой строки развертки в строке символов, CGA должен использовать выходной сигнал «адреса строки» MC6845 (т. е. строку развертки в строке символов) в качестве дополнительного бита адреса для извлечения растровых данных из видео. Память. [38]
Это означает, что если размер растровых данных одной строки развертки не равен степени двойки, растровые данные не могут непрерывно размещаться в видеопамяти. Вместо этого в графических режимах CGA строки развертки с четными номерами хранятся в памяти последовательно, за которыми следует второй блок строк развертки с нечетными номерами, начиная с позиции видеопамяти 8192. Такое расположение приводит к дополнительным накладным расходам в графических режимах для программного обеспечения, которое манипулирует видеопамятью.
Несмотря на то, что видеоконтроллер MC6845 может обеспечивать синхронизацию чересстрочного видео , схема CGA выравнивает сигналы синхронизации таким образом, что сканирование всегда происходит в прогрессивном режиме. Следовательно, невозможно удвоить вертикальное разрешение до 400 строк развертки, используя стандартный монитор с частотой 15 кГц.
Более высокая пропускная способность, используемая в текстовом режиме с 80 столбцами, приводит к появлению случайных коротких горизонтальных линий на экране (известных как «снег»), если программа записывает непосредственно в видеопамять во время рисования экрана. BIOS позволяет избежать этой проблемы, обращаясь к памяти только во время горизонтального обратного хода или временно отключая вывод во время прокрутки. Хотя из-за этого дисплей начинает мерцать, в IBM решили, что это лучше, чем снег. [2] Проблема «снега» не возникает ни на одном другом видеоадаптере, ни на большинстве клонов CGA.
В текстовом режиме с 80 столбцами тактовая частота пикселя удваивается, и все сигналы синхронизации выводятся в течение удвоенного количества тактовых циклов, чтобы длиться надлежащую продолжительность. Схема сигнала цветовой синхронизации композитного выхода является исключением: поскольку она по-прежнему выдает то же количество циклов, теперь с удвоенной тактовой частотой, вырабатываемый сигнал цветовой синхронизации слишком короток для большинства мониторов, что приводит к отсутствию или нестабильности цвета. Следовательно, в документации IBM текстовый режим с 80 столбцами указан как «функция» только для RGBI и черно-белых композитных мониторов. [39] Стабильного цвета по-прежнему можно добиться, установив для цвета границы коричневый цвет, который создает фазу, идентичную правильному сигналу цветовой синхронизации , и служит его заменой.
CGA был выпущен вместе с IBM MDA и фактически мог быть установлен вместе с MDA на том же компьютере. Команда, включенная в PC DOS, позволяла переключать вывод дисплея между картами CGA и MDA. [40] Некоторые программы, такие как ранние версии AutoCAD для MS-DOS, поддерживали одновременное использование обоих дисплеев.
CGA широко поддерживался в программном обеспечении для ПК вплоть до 1990-х годов. Некоторые из программ, поддерживающих плату, были:
В январе 1982 года компания BYTE охарактеризовала результаты CGA как «очень хорошие — немного лучше, чем цветная графика на существующих микрокомпьютерах». [4] Журнал PC Magazine с этим не согласился, сообщив в июне 1983 года, что «монохромный дисплей IBM абсолютно прекрасен для текста и удивительно приятен для глаз, но ограничен простой символьной графикой. Качество текста на дисплеях, подключенных к цветному/графическому адаптеру… ... в лучшем случае среднего качества и способствует утомлению глаз в долгосрочной перспективе». [42]
В ретроспективном комментарии Next Generation также негативно оценила CGA, заявив: «Даже для того времени (начало 1980-х) эта графика была ужасной и бледнела по сравнению с другими цветными машинами, доступными на рынке». [43]
У CGA было несколько конкурентов:
Другие альтернативы:
На смену карте CGA в потребительском пространстве пришла карта IBM Enhanced Graphics Adaptor (EGA), которая поддерживает большинство режимов CGA и добавляет дополнительное разрешение (640 × 350), а также программно выбираемую палитру из 16 цветов из 64 в как текстовый, так и графический режимы.
Цветной графический адаптер использует стандартный разъем DE-9 для прямой передачи видео (на монитор RGBI). Разъем на плате — «мама», а разъем на кабеле монитора — «папа».
_(15808883229).jpg/1280px-Back_panel_of_CGA_Video_Adapter_1501981_(PCB_number_1501982)_(15808883229).jpg)
Цветной графический адаптер использует стандартный разъем RCA для подключения к NTSC -совместимому телевизору или композитному видеомонитору . [3] Разъем на плате — «мама», а разъем кабеля монитора — «папа».
... Палитра CGA, визуализированная с помощью композитного вывода ранней («старого стиля») карты.
Основная проблема возникает, когда сигнал яркости... содержит частотные компоненты, попадающие в полосу цветности.
Резкие переходы от черного к белому... содержат частотные компоненты..., а переходы в полосе цветности создают перекрестную цветность.
