Pole video grafiky - Video Graphics Array

Pole video grafiky
Grafická karta IBM VGA.jpg
Datum vydání 1987 ; Před 34 lety ( 1987 )
Karty
Vstupní úroveň
Střední rozsah
High-end
Dějiny
Předchůdce Vylepšený grafický adaptér
Nástupce

Video Graphics Array ( VGA ) je řadič zobrazení videa a doprovodný de facto grafický standard, poprvé představený s řadou počítačů IBM PS/2 v roce 1987, který se do tří let stal v počítačovém průmyslu všudypřítomným . Termín nyní může odkazovat na standard zobrazení počítače , 15kolíkový konektor D-subminiaturní VGA nebo charakteristiku rozlišení 640 × 480 pro hardware VGA.

VGA byl posledním grafickým standardem IBM, kterému vyhovovala většina výrobců PC klonů , což z něj činí nejnižšího společného jmenovatele, který lze prakticky očekávat od implementace veškerého grafického hardwaru pro počítače po roce 1990.

IBM zamýšlela nahradit VGA standardem XGA ( Extended Graphics Array ), ale neuspěla. Místo toho byla VGA adaptována do mnoha rozšířených forem třetími stranami, souhrnně známými jako Super VGA , a poté ustoupila vlastním jednotkám pro zpracování grafiky, které kromě vlastních rozhraní a schopností nadále implementují běžné grafické režimy a rozhraní VGA do současnosti. den.

Standard analogového rozhraní VGA byl rozšířen tak, aby podporoval rozlišení až 2048 × 1536 a ve speciálních aplikacích ještě vyšší.

Hardware design

Sekce VGA na základní desce v IBM PS/55

Na rozdíl od grafických adaptérů, které tomu předcházely ( MDA , CGA , EGA a mnoho možností třetích stran), původně IBM nevydávala žádnou diskrétní VGA kartu. První komerční implementací VGA byla vestavěná součást IBM PS/2, ve které byla doprovázena 256 kB video RAM a novým konektorem DE-15 nahrazujícím DE-9 používaným předchozími grafickými adaptéry.

IBM později vydala samostatný IBM PS/2 Display Adapter , který využíval VGA, ale mohl být přidán ke strojům, které jej neměly vestavěný.

VGA byl jediný čip implementující celý řadič zobrazení videa, nikoli mnoho diskrétních komponent a integrovaných obvodů grafických adaptérů, které mu předcházely. Pojem „pole“ spíše než „adaptér“ v názvu označoval, že se nejedná o úplné nezávislé rozšiřující zařízení, ale o jedinou součást, kterou lze integrovat do systému.

VGA vyžadovala pouze video paměť, krystaly časování a externí RAMDAC a její malý počet součástí umožňoval IBM zahrnout ji přímo na základní desku PS/2, na rozdíl od předchozích modelů IBM PC - PC , PC/XT a PC AT  - což vyžadovalo samostatný grafický adaptér nainstalovaný ve slotu pro připojení monitoru.

Schopnosti

Porovnání standardních rozlišení včetně VGA 640x480

VGA podporuje všechny grafické režimy podporované kartami MDA, CGA a EGA a také několik nových režimů.

Standardní grafické režimy

  • 640 × 480 v 16 barvách nebo monochromaticky
  • 640 × 350 nebo 640 × 200 v 16 barvách nebo monochromaticky (kompatibilita EGA)
  • 320 × 200 v 256 barvách ( režim 13h )
  • 320 × 200 ve 4 nebo 16 barvách (kompatibilita CGA)

Režimy 640 × 480 16 barev a 320 × 200 256 barev měly plně předefinovatelné palety, přičemž každý záznam byl vybrán z 18bitového (262 144 barev) gamutu.

Ostatní režimy byly standardně přepnuty na standardní palety a pokyny kompatibilní s EGA nebo CGA, ale stále umožňovaly přemapování palety pomocí příkazů specifických pro VGA.

Grafický režim 640 × 480

Vzhledem k tomu, že VGA začali ve velkém klonovat výrobci, kteří přidávali stále větší možnosti, stal se jeho režim 640 × 480 a 16 barev de facto nejnižší společným jmenovatelem grafických karet. V polovině 90. let očekávaly operační systémy jako Windows 95 a OS/2 Warp 3.0 grafický režim 640 × 480 × 16 využívající specifikace VGA paměti a registru , který neposkytoval žádnou podporu pro nižší rozlišení nebo bitové hloubky ani podporu pro další rozložení paměti nebo registru bez dalších ovladačů. Ještě do roku 2000, i poté, co se standard VESA pro grafické karty stal běžným, zůstal grafický režim „VGA“ možností kompatibility pro operační systémy PC.

Další grafické režimy

Lze implementovat nestandardní režimy zobrazení s horizontálním rozlišením:

  • Šířka 512 až 800 pixelů, v 16 barvách
  • Šířka 256 až 400 pixelů, v 256 barvách

A výšky:

  • 200 nebo 350 až 410 řádků (včetně 400 řádků) při obnovovací frekvenci 70 Hz, příp
  • 224 až 256 nebo 448 až 512 řádků (včetně 240 nebo 480 řádků) při obnovovací frekvenci 60 Hz
  • 512 až 600 řádků se sníženou vertikální obnovovací frekvencí (až 50 Hz, včetně např. 528, 544, 552, 560, 576 řádků), v závislosti na kompatibilitě jednotlivých monitorů.

Například režimy vysokého rozlišení se čtvercovými pixely jsou k dispozici při 768 × 576 nebo 704 × 528 v 16 barvách nebo středně nízké rozlišení při 320 × 240 s 256 barvami. Alternativně je k dispozici rozšířené rozlišení s „tlustými“ pixely a 256 barvami, např. 400 × 600 (50 Hz) nebo 360 × 480 (60 Hz), a „tenkými“ pixely, 16 barvami a obnovovací frekvencí 70 Hz, např. 736 × režim 410.

„Úzké“ režimy, jako je 256 × 224, mají tendenci zachovávat stejný poměr pixelů jako např. V režimu 320 × 240, pokud není monitor upraven tak, aby roztáhl obraz na celou obrazovku, protože jsou odvozeny jednoduše maskováním širšího režimu. změny časování pixelů nebo řádků, ale mohou být užitečné pro snížení požadavků na paměť a výpočtů adresování pixelů pro převody arkádových her nebo konzolové emulátory.

Standardní textové režimy

VGA také implementuje několik textových režimů:

  • 80 × 25, vykresleno písmem 9 × 16 pixelů, s efektivním rozlišením 720 × 400
  • 40 × 25, s písmem 9 × 16, s efektivním rozlišením 360 × 400
  • 80 × 43 nebo 80 × 50, s mřížkou písma 8 × 8, s efektivním rozlišením 640 × 344 nebo 640 × 400 pixelů.

Stejně jako u grafických režimů založených na pixelech jsou možné další textové režimy správným naprogramováním VGA s celkovým maximem přibližně 100 × 80 buněk a aktivní oblastí o velikosti přibližně 88 × 64 buněk.

Jednou z variant, která je někdy k vidění, je 80 × 30 nebo 80 × 60 s použitím písma 8 × 16 nebo 8 × 8 a efektivního zobrazení 640 × 480 pixelů, které obchoduje s použitím více blikajícího režimu 60 Hz pro dalších 5 nebo 10 řádky textu a bloky čtvercových znaků (nebo, při 80 × 30, čtvercové půlbloky).

Technické údaje

Na rozdíl od karet, které tomu předcházely a které používaly binární signály TTL k propojení s monitorem (nebo kompozitním , v případě CGA), VGA zavedlo video rozhraní využívající čistě analogové signály RGB, max. 0,7 voltů od vrcholu k vrcholu. Ve spojení s 18bitovým RAMDAC tak vznikl barevný gamut 262 144 barev. Tento gamut je dobře známý jako barevný prostor SRGB (nejčastěji se však dělí na 16 777 216 barev pomocí 24bitového RAMDAC nebo 8 bitů na primární barvu).

Původní specifikace VGA jsou následující:

Časování signálu

Zamýšlená standardní hodnota pro horizontální frekvenci režimu 640 × 480 VGA je přesně dvojnásobkem hodnoty používané ve video systému NTSC-M , protože díky tomu bylo mnohem snazší nabízet volitelná řešení pro výstup TV nebo externí převodník VGA na TV v době vývoje VGA. Je také nejméně nominálně dvakrát vyšší než u CGA, který také podporoval kompozitní monitory .

Všechna odvozená VGA časování (tj. Ta, která používají hlavní krystaly 25,175 a 28,322 MHz a v menší míře nominální linkovou rychlost 31,469 kHz) lze měnit softwarem, který obchází rozhraní firmwaru VGA a komunikuje přímo s hardwarem VGA, jako dělalo to mnoho her založených na systému MS-DOS. Lze však očekávat, že s původními monitory VGA z konce 80. a počátku 90. let budou fungovat pouze standardní režimy nebo režimy, které přinejmenším používají téměř přesně stejné časování H-sync a V-sync jako jeden ze standardních režimů. Použití jiných časování může ve skutečnosti takové monitory poškodit, a proto se jim softwaroví vydavatelé obvykle vyhnuli.

Monitory CRT třetích stran „multisync“ byly flexibilnější a v kombinaci s grafickými kartami „super EGA“, VGA a novějšími SVGA využívajícími rozšířené režimy mohly zobrazovat mnohem širší rozsah rozlišení a obnovovacích frekvencí při libovolných synchronizačních frekvencích a taktování pixelů ceny.

U nejběžnějšího režimu VGA (640 × 480, 60 Hz, neprokládaně ) lze horizontální časování nalézt v Průvodci instalací displeje HP Super VGA a na dalších místech.

Typické použití vybraných režimů

640 × 400 při 70 Hz je tradičně režim videa používaný ke spouštění osobních počítačů x86 kompatibilních s VGA x86, které zobrazují grafickou spouštěcí obrazovku, zatímco spouštění v textovém režimu používá 720 × 400 při 70 Hz.

Tato konvence byla v posledních letech narušena, ale obrazovky POST a BIOS přecházejí na vyšší rozlišení a využívají výhod dat EDID k přizpůsobení rozlišení připojenému monitoru.

640 × 480 @ 60 Hz je výchozí grafický režim Windows (obvykle s 16 barvami), až do Windows 2000. Zůstává volbou v XP a novějších verzích prostřednictvím spouštěcí nabídky „video s nízkým rozlišením“ a nastavení režimu kompatibility podle aplikace navzdory tomu, že systém Windows má nyní výchozí nastavení 1024 × 768 a obecně neumožňuje nastavit rozlišení pod 800 × 600.

Potřeba tak nekvalitního, univerzálně kompatibilního nouzového řešení se od přelomu tisíciletí zmenšovala, protože obrazovky nebo adaptéry se standardním signálem VGA nebo adaptéry, které nedokáží zobrazit nic nad rámec původních rozlišení, jsou stále vzácnější.

320 × 200 při 70 Hz byl nejběžnějším režimem pro počítačové hry z období VGA.

Konektor

Konektor D-SUB (lépe známý jako konektor VGA )
VGA BNC konektory

Standardní rozhraní VGA monitoru je 15kolíkový D-subminiaturní konektor ve skořepině „E“, různě označovaný jako „HD-15“, „DE-15“ a „DB-15“.

Protože VGA používá analogové signály nízkého napětí, degradace signálu se stává faktorem u kabelů nízké kvality nebo příliš dlouhých. Řešení zahrnují stíněné kabely, kabely, které obsahují samostatný interní koaxiální kabel pro každý barevný signál, a „přerušené“ kabely využívající samostatný koaxiální kabel s konektorem BNC pro každý barevný signál.

Oddělovací kabely BNC obvykle používají pět konektorů, každý pro červený, zelený, modrý, horizontální synchronizaci a vertikální synchronizaci, a neobsahují další signálové linky rozhraní VGA. U BNC jsou koaxiální vodiče plně stíněny end-to-end a prostřednictvím propojení, takže není možný přeslech ani vnější interference.

Paleta barev

Výchozí paleta barev VGA 256
Příklady obrázků VGA v rozlišení 640 × 480 se 16 barvami a 320 × 200 s 256 barvami (dole). Dithering se používá k maskování barevných omezení.

Barevný systém VGA využívá palety založené na registrech k mapování barev v různých bitových hloubkách do svého 18bitového výstupního gamutu. Je zpětně kompatibilní s adaptéry EGA a CGA, ale v těchto režimech podporuje extra bitovou hloubku palety.

Například v 16barevných režimech EGA nabízí VGA 16 paletových registrů a v 256barevných režimech 256 registrů. Každý registr palety obsahuje hodnotu 3 × 6 bitů RGB, výběr barvy z 18bitového gamutu DAC .

Tyto barevné registry jsou inicializovány na výchozí hodnoty, od kterých IBM očekávala, že budou pro každý režim nejužitečnější. Například 16barevné režimy EGA se inicializují na výchozí paletu 16 barev CGA a režim 256 barev se inicializuje na paletu skládající se ze 16 barev CGA, 16 odstínů šedi a poté 216 barev zvolených společností IBM, aby odpovídaly očekávaným případům použití. . Po inicializaci je lze kdykoli předefinovat, aniž by se měnil obsah video RAM, což umožňuje cyklování palet .

V 256barevných režimech je DAC nastaven tak, aby kombinoval čtyři 2bitové hodnoty barev, jednu z každé roviny, do 8bitové hodnoty představující index do palety 256 barev. Rozhraní CPU kombinuje 4 roviny stejným způsobem, funkci zvanou „chain-4“, takže každý pixel se CPU jeví jako zabalená 8bitová hodnota představující index palety.

Použití

Videopaměť VGA je mapována do paměti PC pomocí okna v rozsahu mezi segmenty 0xA0000 a 0xBFFFF v adresním prostoru reálného režimu PC (A000: 0000 a B000: FFFF v segmentu: offsetový zápis). Tyto počáteční segmenty jsou obvykle:

  • 0xA0000 pro grafické režimy EGA/VGA (64  kB )
  • 0xB0000 pro černobílý textový režim (32 KB)
  • 0xB8000 pro barevný textový režim a grafické režimy kompatibilní s CGA (32 KB)

Vzhledem k použití různých mapování adres pro různé režimy je možné mít ve stejném stroji nainstalovaný monochromatický adaptér (tj. MDA nebo Hercules ) a barevný adaptér, jako je VGA, EGA nebo CGA .

Na začátku 80. let se toto obvykle používalo k současnému zobrazení tabulek Lotus 1-2-3 v textu s vysokým rozlišením na monochromatickém displeji a související grafice na CGA displeji s nízkým rozlišením. Mnoho programátorů také používalo takové nastavení s monochromatickou kartou zobrazující informace o ladění, zatímco program běžel v grafickém režimu na druhé kartě. Několik debuggerů, jako je Borland's Turbo Debugger , D86 a Microsoft CodeView, by mohlo fungovat v nastavení dvou monitorů. K ladění systému Windows lze použít buď Turbo Debugger nebo CodeView.

Existovaly také ovladače zařízení DOS ox.sys, které implementovaly simulaci sériového rozhraní na monochromatickém displeji a například umožňovaly uživateli přijímat zprávy o selhání z ladicích verzí systému Windows bez použití skutečného sériového terminálu.

Je také možné použít příkaz "MODE MONO" na výzvu DOS k přesměrování výstupu na monochromatický displej. Když nebyl k dispozici monochromatický adaptér, bylo možné použít adresní prostor 0xB000–0xB7FF jako přídavnou paměť pro jiné programy.

Programování

„Odpojením“ 256 KB paměti VGA do čtyř samostatných „rovin“ je 256 kB paměti VGA dostupné v 256barevných režimech. U některých typů grafických operací existuje kompromis pro extra složitost a ztrátu výkonu, ale je to zmírněno tím, že se jiné operace v určitých situacích stávají rychlejšími:

  • Jednobarevné vyplňování mnohoúhelníků by bylo možné urychlit díky možnosti nastavit čtyři pixely jediným zápisem na hardware.
  • Grafický adaptér by mohl pomoci při kopírování oblastí video RAM, což bylo někdy rychlejší než relativně pomalé rozhraní CPU-VGA.
  • Použití více stránek s videem v hardwaru umožnilo dvojité ukládání do vyrovnávací paměti , trojité ukládání do vyrovnávací paměti nebo rozdělení obrazovek, které, i když byly k dispozici v 16barevném režimu VGA 320 × 200, nebylo možné použít standardní režim 13 hodin .
  • Zejména bylo možné několik režimů zobrazení s vyšším rozlišením, a to až do programovatelného limitu 800 × 600 se 16 barvami (nebo 400 × 600 s 256 barvami), stejně jako další vlastní režimy využívající neobvyklé kombinace horizontálních a počet svislých pixelů v obou barevných režimech.

Software jako Fractint , Xlib a ColoRIX také podporoval vylepšené 256-barevné režimy na standardních adaptérech využívajících libovolně kombinovatelné šířky 256, 320 a 360 pixelů a výšky 200, 240 a 256 (nebo 400, 480 a 512) řádků, rozšiřující ještě dále na 384 nebo 400 pixelových sloupců a 576 nebo 600 (nebo 288, 300). Nejznámější a nejčastěji používaný byl však 320 × 240, který nabízel standardní rozlišení 40 sloupců a poměr stran 4: 3 se čtvercovými pixely. Rozlišení „320 × 240 × 8“ se běžně nazývalo Režim X , jméno používalo Michael Abrash, když představil rozlišení v časopise Dr. Dobba .

Režimy s nejvyšším rozlišením se používaly pouze ve zvláštních případech, než ve standardu, zejména tam, kde se jednalo o vysoký počet řádků. Standardní monitory VGA měly rychlost skenování v pevné linii (H-scan)-„multisync“ monitory byly v té době drahé vzácnosti-a proto bylo nutné snížit obnovovací frekvenci svislého/rámcového (V-skenování), aby je bylo možné přizpůsobit , což zvýšilo viditelné blikání a tím i namáhání očí . Například nejvyšší režim 800 × 600, který je jinak založen na odpovídajícím rozlišení SVGA (s 628 řádky celkem), snížil obnovovací frekvenci ze 60 Hz na přibližně 50 Hz (a 832 × 624, teoretické maximální rozlišení dosažitelné s 256 kB při 16 barev, snížilo by to na asi 48 Hz, sotva vyšší než rychlost, s jakou monitory XGA používaly techniku ​​dvojfrekvenčního prokládání ke zmírnění blikání celého snímku).

Tyto režimy byly také zcela nekompatibilní s některými monitory a způsobovaly problémy se zobrazením, jako je ztráta detailů obrazu v nadměrném skenování (zejména v horizontální dimenzi), svislé otáčení, špatná horizontální synchronizace nebo dokonce úplný nedostatek obrazu v závislosti na pokusu o přesný režim. Kvůli těmto potenciálním problémům byla většina vylepšení VGA používaných v komerčních produktech omezena na kombinace „standardně bezpečnější“ pro standardy, jako je 320 × 240 (čtvercové pixely, tři stránky s videem, 60 Hz), 320 × 400 (dvojité rozlišení, dvě stránky videa, 70 Hz) a 360 × 480 (nejvyšší rozlišení kompatibilní se standardními monitory VGA a kartami, jedna stránka videa, 60 Hz) v 256 barvách nebo zdvojnásobení horizontálního rozlišení v 16barevném režimu.

Výrobci hardwaru

Několik společností vyrobilo modely grafických karet kompatibilní s VGA.

Nástupci

Super VGA (SVGA)

Super VGA (SVGA) je zobrazovací standard vyvinutý v roce 1988, kdy společnost NEC Home Electronics oznámila vytvoření asociace Video Electronics Standards Association (VESA). Vývoj SVGA vedl NEC spolu s dalšími členy VESA včetně ATI Technologies a Western Digital . Rozlišení grafického displeje s podporou SVGA až 800 × 600 pixelů , o 36% více než maximální rozlišení VGA 640 × 480 pixelů.

Rozšířené grafické pole (XGA)

Extended Graphics Array (XGA) je zobrazovací standard IBM zavedený v roce 1990. Později se stal nejběžnějším pojmenováním rozlišení displeje 1024  ×  768 pixelů .

Viz také

Reference

Další čtení

externí odkazy