Video Graphics Array ( VGA ) — это контроллер видеодисплея и сопутствующий графический стандарт де-факто, впервые представленный в линейке компьютеров IBM PS/2 в 1987 году, [1] [2] [3] и ставший повсеместным в индустрии совместимости с IBM PC . в течение трех лет. [4] Теперь этот термин может относиться к стандарту компьютерного дисплея , 15-контактному D-сверхминиатюрному разъему VGA или характеристике разрешения 640 × 480 оборудования VGA. [5]
VGA был последним графическим стандартом IBM, которому соответствовало большинство производителей компьютеров, совместимых с IBM PC, что делало его наименьшим общим знаменателем , который можно было реализовать практически во всем графическом оборудовании ПК после 1990 года. [6]
IBM намеревалась заменить VGA стандартом Extended Graphics Array (XGA), но потерпела неудачу. [7] [ не удалось проверить ] Вместо этого, VGA был адаптирован во множество расширенных форм третьими лицами, известными под общим названием Super VGA , [8] затем уступил место специальным графическим процессорам , которые, в дополнение к своим собственным интерфейсам и возможностям, продолжают реализовать распространенные по сей день графические режимы и интерфейсы VGA.
Стандарт аналогового интерфейса VGA был расширен для поддержки разрешений до 2048 × 1536 и даже выше в специальных приложениях. [9]
Оперативная память (RAM) цветовой палитры и соответствующий ей цифро - аналоговый преобразователь (DAC) были интегрированы в один чип (RAMDAC ) , а контроллер электронно-лучевой трубки ( CRTC ) был интегрирован в основной чип VGA, что исключило необходимость несколько других фишек в предыдущих графических адаптерах, поэтому для VGA дополнительно требовалась лишь внешняя видеопамять и кристаллы синхронизации . [10] [11]
Такое небольшое количество деталей позволило IBM разместить VGA непосредственно на материнской плате PS/2, в отличие от предыдущих моделей IBM PC — PC , PC/XT и PC AT , — которым требовался отдельный адаптер дисплея, установленный в слот для подключения монитор. Термин «массив», а не «адаптер» в названии означал, что это не полностью независимое устройство расширения, а отдельный компонент, который можно интегрировать в систему. [12]
В отличие от предшествовавших ему графических адаптеров ( MDA , CGA , EGA и многих сторонних вариантов) изначально IBM не выпускала дискретную карту VGA. Первой коммерческой реализацией VGA был встроенный компонент IBM PS/2, в котором он сопровождался 256 КБ видеопамяти и новым разъемом DE-15, заменяющим DE-9, использовавшийся в предыдущих графических адаптерах. Позже IBM выпустила автономный адаптер дисплея IBM PS/2 , который использовал VGA, но мог быть добавлен к машинам, у которых он не был встроен. [13] [12]
VGA поддерживает все графические режимы, поддерживаемые картами MDA, CGA и EGA, а также несколько новых режимов.
Режимы 640 × 480 с 16 цветами и 320 × 200 с 256 цветами имели полностью переопределяемые палитры, при этом каждая запись выбиралась из 18-битной (262 144 цвета) гаммы. [16] [17] [18] [19]
В других режимах по умолчанию используются стандартные палитры и инструкции, совместимые с EGA или CGA, но по-прежнему допускается переназначение палитры с помощью команд, специфичных для VGA.
Поскольку производители начали в больших количествах клонировать VGA, добавляя постоянно растущие возможности, его 16-цветный режим 640 × 480 стал де-факто наименьшим общим знаменателем видеокарт. К середине 1990-х годов графический режим 640 × 480 × 16 с использованием спецификаций памяти и регистров VGA ожидался в таких операционных системах, как Windows 95 и OS / 2 Warp 3.0 , который не обеспечивал поддержки более низких разрешений или разрядности, а также поддержки другие схемы памяти или регистров без дополнительных драйверов. В 2000-е годы, даже после того, как стандарт VESA для видеокарт стал обычным явлением, графический режим VGA оставался вариантом совместимости с операционными системами ПК.
Могут быть реализованы нестандартные режимы отображения с разрешением по горизонтали:
И высоты:
Например, доступны режимы высокого разрешения с квадратными пикселями при 768×576 или 704×528 с 16 цветами или средне-низкое разрешение при 320×240 с 256 цветами. В качестве альтернативы доступно расширенное разрешение с «толстыми» пикселями и 256 цветами, например, 400 × 600 (50 Гц) или 360 × 480 (60 Гц), а также «тонкие» пиксели, 16 цветов и частота обновления 70 Гц, например, 736. × режим 410.
«Узкие» режимы, такие как 256 × 224 , как правило, сохраняют то же соотношение пикселей, что и, например, в режиме 320 × 240 , если только монитор не настроен на растягивание изображения до заполнения экрана, поскольку вместо этого они получаются просто путем маскировки более широкого режима. изменения тайминга пикселей или строк, но может быть полезен для снижения требований к памяти и вычислений адресации пикселей для преобразований аркадных игр или эмуляторов консолей.
Версия Pinball Fantasies для ПК имеет возможность использовать нестандартные режимы «высокого разрешения», такие как 640 × 350 , что позволяет отображать на экране большую часть стола для пинбола. [20]
VGA также реализует несколько текстовых режимов:
Как и в случае с режимами пиксельной графики, дополнительные текстовые режимы возможны при правильном программировании VGA с общим максимальным размером около 100 × 80 ячеек и активной областью, охватывающей около 88 × 64 ячеек.
Иногда встречается вариант 80 × 30 или 80 × 60 с использованием шрифта 8 × 16 или 8 × 8 и эффективного дисплея с разрешением 640 × 480 пикселей, в котором использование более мерцающего режима с частотой 60 Гц заменяется дополнительными 5 или 10 строки текста и квадратные блоки символов (или, при размере 80 × 30 , квадратные полублоки).
В отличие от предшествовавших ему карт, которые использовали двоичные сигналы TTL для взаимодействия с монитором (а также композитные , в случае CGA), VGA представила видеоинтерфейс, использующий чисто аналоговые сигналы RGB с пиковым диапазоном 0,7 Вольт. пиковая макс. В сочетании с 18-битным RAMDAC (6 бит на канал RGB) это обеспечивало цветовую гамму в 262 144 цвета. [16] [17] [18] [19]
Исходные характеристики VGA следующие:
Предполагаемое стандартное значение горизонтальной частоты в режиме VGA 640 × 480 ровно вдвое превышает значение, используемое в видеосистеме NTSC-M , поскольку это значительно упрощает предложение дополнительных решений ТВ-выхода или внешних преобразователей VGA-TV. во время разработки VGA. Кроме того, номинально это как минимум вдвое больше, чем у CGA, который также поддерживает композитные мониторы .
Все производные тайминги VGA (т.е. те, которые используют главные кристаллы 25,175 и 28,322 МГц и, в меньшей степени, номинальную линейную частоту 31,469 кГц) могут быть изменены с помощью программного обеспечения, которое обходит интерфейс прошивки VGA и напрямую взаимодействует с аппаратным обеспечением VGA, как многие игры на базе MS-DOS так и сделали. Однако можно ожидать, что только стандартные режимы или режимы, которые, по крайней мере, используют почти те же тайминги H-sync и V-sync, что и один из стандартных режимов, будут работать с оригинальными VGA-мониторами конца 1980-х и начала 1990-х годов. Использование других таймингов может фактически повредить такие мониторы, и поэтому издатели программного обеспечения обычно избегали этого.
ЭЛТ-мониторы с «мультисинхронизацией» сторонних производителей были более гибкими и в сочетании с видеокартами «super EGA», VGA и более поздними версиями SVGA, использующими расширенные режимы, могли отображать гораздо более широкий диапазон разрешений и частот обновления при произвольных частотах синхронизации и тактовой частоте пикселей. ставки.
Для наиболее распространенного режима VGA ( 640×480 , 60 Гц, без чересстрочной развертки ) тайминги по горизонтали можно найти в Руководстве по установке дисплея HP Super VGA и в других местах. [25] [26]
640 × 400 при 70 Гц традиционно является видеорежимом, используемым для загрузки VGA-совместимых персональных компьютеров x86 [27] , на которых отображается графический загрузочный экран, тогда как при загрузке в текстовом режиме используется разрешение 720 × 400 при 70 Гц.
Однако в последние годы это соглашение было нарушено: экраны POST и BIOS перешли на более высокие разрешения, используя данные EDID для согласования разрешения с подключенным монитором.
640 × 480 при 60 Гц — это графический режим Windows по умолчанию (обычно с 16 цветами), [27] до Windows 2000. Он остается опцией в XP и более поздних версиях с помощью опции «Видео с низким разрешением» в меню загрузки и для каждого приложения. настройки режима совместимости, несмотря на то, что в новых версиях Windows по умолчанию установлено разрешение 1024 × 768 и обычно не допускается установка разрешения ниже 800 × 600 .
Потребность в таком низкокачественном, универсально совместимом запасном варианте уменьшилась с начала нового тысячелетия, поскольку экраны или адаптеры стандарта VGA-сигнализации, неспособные отображать что-либо за пределами исходного разрешения, становятся все более редкими.
320 × 200 с частотой 70 Гц был наиболее распространенным режимом для компьютерных игр эпохи VGA, при этом удвоение пикселей и удвоение строк выполнялось аппаратно для представления на мониторе сигнала 640 × 400 с частотой 70 Гц.
Загрузочное изображение LOGO.SYS Windows 95/98/Me имело разрешение 320 × 400 и отображалось с удвоением пикселей для представления на мониторе сигнала 640 × 400 с частотой 70 Гц. Сигнал из 400 строк был таким же, как стандартный текстовый режим 80 × 25 , а это означало, что нажатие для возврата в текстовый режим не меняло частоту видеосигнала, и, следовательно, монитору не требовалось повторной синхронизации (что в противном случае могло бы произойти). прошло несколько секунд).Esc
Стандартный интерфейс монитора VGA представляет собой 15-контактный сверхминиатюрный D-разъем в корпусе «E», называемый по-разному «DE-15», «HD-15» и ошибочно «DB-15 (HD)».
Поскольку VGA использует низковольтные аналоговые сигналы, ухудшение сигнала становится фактором при использовании некачественных или слишком длинных кабелей. Решения включают в себя экранированные кабели, кабели с отдельным внутренним коаксиальным кабелем для каждого цветового сигнала и «разорванные» кабели, использующие отдельный коаксиальный кабель с разъемом BNC для каждого цветового сигнала.
Кабели BNC обычно используют пять разъемов, по одному для красного, зеленого, синего, горизонтальной синхронизации и вертикальной синхронизации, и не включают в себя другие сигнальные линии интерфейса VGA. Благодаря разъему BNC коаксиальные провода полностью экранируются между концами и межсоединениями, поэтому перекрестные помехи практически отсутствуют и внешние помехи практически не возникают.
Цветовая система VGA использует палитры на основе регистров для сопоставления цветов различной битовой глубины с 18-битной выходной гаммой. Он обратно совместим с адаптерами EGA и CGA, но в этих режимах поддерживает дополнительную разрядность палитры.
Например, в 16-цветных режимах EGA VGA предлагает 16 регистров палитры, а в 256-цветных режимах — 256 регистров. [28] Каждый регистр палитры содержит значение RGB размером 3×6 бит , выбирающее цвет из 18-битной гаммы ЦАП .
Эти регистры цвета инициализируются значениями по умолчанию, которые IBM ожидает наиболее полезными для каждого режима. Например, 16-цветные режимы EGA инициализируются 16-цветной палитрой CGA по умолчанию, а 256-цветный режим инициализируется палитрой, состоящей из 16 цветов CGA, 16 оттенков серого, а затем 216 цветов, выбранных IBM для соответствия ожидаемым сценариям использования. . [29] [30] После инициализации их можно переопределить в любое время без изменения содержимого видеопамяти, что позволяет осуществлять циклическое переключение палитры .
В режимах с 256 цветами ЦАП настроен на объединение четырех 2-битных значений цвета, по одному из каждой плоскости, в 8-битное значение, представляющее индекс в 256-цветной палитре. Интерфейс ЦП объединяет 4 плоскости таким же образом, функция под названием «цепочка-4», так что каждый пиксель представляется ЦП как упакованное 8-битное значение, представляющее индекс палитры. [31]
Видеопамять VGA отображается в память ПК через окно в диапазоне между сегментами 0xA0000 и 0xBFFFF в адресном пространстве реального режима ПК (A000:0000 и B000:FFFF в нотации сегмент:смещение). Обычно такими стартовыми сегментами являются:
Благодаря использованию различных сопоставлений адресов для разных режимов на одном компьютере можно установить монохромный адаптер (например, MDA или Hercules ) и цветной адаптер, например VGA, EGA или CGA .
В начале 1980-х годов это обычно использовалось для одновременного отображения электронных таблиц Lotus 1-2-3 в виде текста с высоким разрешением на монохромном дисплее и связанной графики на дисплее CGA с низким разрешением. Многие программисты также использовали такую настройку, когда на монохромной карте отображалась отладочная информация, в то время как программа работала в графическом режиме на другой карте. Некоторые отладчики, такие как Turbo Debugger от Borland , D86 и CodeView от Microsoft, могут работать в конфигурации с двумя мониторами. Для отладки Windows можно использовать либо Turbo Debugger, либо CodeView.
Существовали также драйверы устройств, такие как ox.sys, которые реализовывали симуляцию последовательного интерфейса на монохромном дисплее и, например, позволяли пользователю получать сообщения о сбоях из отладочных версий Windows без использования реального последовательного терминала.
Также можно использовать команду «MODE MONO» в командной строке, чтобы перенаправить вывод на монохромный дисплей. При отсутствии монохромного адаптера можно было использовать адресное пространство 0xB000–0xB7FF в качестве дополнительной памяти для других программ.
«Расцепление» 256 КБ VGA-памяти на четыре отдельные «плоскости» делает 256 КБ VGA-памяти доступной в 256-цветных режимах. Существует компромисс между дополнительной сложностью и потерей производительности в некоторых типах графических операций, но это смягчается за счет того, что другие операции в определенных ситуациях становятся быстрее:
Программное обеспечение, такое как Fractint , Xlib и ColoRIX, также поддерживает измененные 256-цветные режимы на стандартных адаптерах, используя свободно комбинируемую ширину 256, 320 и 360 пикселей и высоту 200, 240 и 256 (или 400, 480 и 512) строк, расширяя еще дальше до столбцов размером 384 или 400 пикселей и 576 или 600 (или 288, 300). Однако самым известным и наиболее часто используемым было разрешение 320 × 240 , поскольку оно предлагало стандартное разрешение в 40 столбцов и соотношение сторон 4:3 с квадратными пикселями. Разрешение « 320 × 240 × 8» обычно называлось Mode X — это имя использовал Майкл Абраш , когда он представил разрешение в журнале доктора Добба .
Режимы с самым высоким разрешением использовались только в особых случаях, а не в качестве стандартных, особенно когда требовалось большое количество строк. Стандартные мониторы VGA имели фиксированную частоту линейной развертки (H-развертки) — «мультисинхронные» мониторы в то время были дорогой редкостью — и поэтому частоту обновления кадров по вертикали/кадру (V-развертку) пришлось уменьшить, чтобы приспособить их. , что увеличивает видимое мерцание и, следовательно, нагрузку на глаза . Например, самый высокий режим 800 × 600 , основанный на соответствующем разрешении SVGA (всего 628 строк), снижает частоту обновления с 60 Гц до примерно 50 Гц (и 832 × 624 — теоретическое максимальное разрешение, достижимое при 256 КБ). при 16 цветах это снизило бы ее примерно до 48 Гц, что едва превышает скорость, с которой мониторы XGA используют технику двухчастотной чересстрочной развертки для уменьшения полнокадрового мерцания).
Эти режимы также были совершенно несовместимы с некоторыми мониторами, вызывая такие проблемы с отображением, как исчезновение деталей изображения из-за чрезмерной развертки (особенно в горизонтальном измерении), вертикальный перекат, плохая горизонтальная синхронизация или даже полное отсутствие изображения в зависимости от конкретного режима. Из-за этих потенциальных проблем большинство настроек VGA, используемых в коммерческих продуктах, были ограничены более соответствующими стандартам, «безопасными для монитора» комбинациями, такими как 320 × 240 (квадратные пиксели, три страницы видео, 60 Гц), 320 × 400 (двойное разрешение). разрешение, две видеостраницы, 70 Гц) и 360 × 480 (наивысшее разрешение, совместимое как со стандартными мониторами VGA, так и с картами, одна видеостраница, 60 Гц) в 256 цветах или удвоенное горизонтальное разрешение в 16-цветном режиме.
Несколько компаний выпустили модели графических плат, совместимые с VGA. [32]
Super VGA (SVGA) — это стандарт отображения, разработанный в 1988 году, когда компания NEC Home Electronics объявила о создании Ассоциации стандартов видеоэлектроники (VESA). Разработкой SVGA руководила компания NEC вместе с другими членами VESA, включая ATI Technologies и Western Digital . Разрешение графического дисплея с поддержкой SVGA достигает 800 × 600 пикселей , что на 36% больше, чем максимальное разрешение VGA, равное 640 × 480 пикселей. [33]
Extended Graphics Array (XGA) — стандарт дисплеев IBM, представленный в 1990 году. Позже он стал наиболее распространенным названием разрешения дисплея 1024 × 768 пикселей .
О самолетах говорят, что DC3 и 737 — самые популярные самолеты, когда-либо построенные, а 737, в частности, самый продаваемый самолет за всю историю.
То же самое можно сказать и о вездесущем VGA и его старшем брате XGA.
VGA, который до сих пор можно найти в современных графических и центральных процессорах, заложил основу для стандарта видео и стандарта программирования приложений.
{{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )