Matriz de gráficos de video - Video Graphics Array

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Matriz de gráficos de video
Tarjeta gráfica IBM VGA.jpg
Fecha de lanzamiento 1986 ; Hace 35 años  ( 1986 )
Tarjetas
Nivel Básico
Rango medio
Gama alta
Historia
Predecesor Adaptador de gráficos mejorado
Sucesor

Video Graphics Array ( VGA ) es un controlador de pantalla de video y el estándar gráfico de facto que lo acompaña, introducido por primera vez con la línea de computadoras IBM PS / 2 en 1987, que se volvió omnipresente en la industria de las PC en tres años. El término ahora puede referirse al estándar de visualización de la computadora , el conector VGA subminiatura D de 15 clavijas o la característica de resolución de 640 × 480 del hardware VGA.

VGA fue el último estándar de gráficos de IBM con el que se conformaron la mayoría de los fabricantes de clones de PC , por lo que es el mínimo común denominador que se puede esperar que implemente prácticamente todo el hardware de gráficos de PC posterior a 1990.

IBM pretendía reemplazar VGA con el estándar Extended Graphics Array (XGA), pero fracasó. En cambio, VGA fue adaptado en muchas formas extendidas por terceros, conocidos colectivamente como Super VGA , luego dio paso a unidades de procesamiento de gráficos personalizados que, además de sus interfaces y capacidades patentadas, continúan implementando modos e interfaces de gráficos VGA comunes hasta el presente. día.

El estándar de interfaz analógica VGA se ha ampliado para admitir resoluciones de hasta 2048x1536 e incluso superiores en aplicaciones especiales.

Diseño de hardware

Sección VGA en la placa base en IBM PS / 55

A diferencia de los adaptadores de gráficos que lo precedieron ( MDA , CGA , EGA y muchas opciones de terceros), inicialmente IBM no lanzó una tarjeta VGA discreta. La primera implementación comercial de VGA fue un componente integrado del IBM PS / 2, en el que iba acompañado de 256KB de RAM de video y un nuevo conector DE-15 que reemplaza al DE-9 utilizado por adaptadores gráficos anteriores.

IBM lanzó más tarde el Adaptador de pantalla PS / 2 independiente de IBM , que utilizaba el VGA pero se podía agregar a las máquinas que no lo tenían integrado.

El VGA era un solo chip que implementaba la totalidad de un controlador de pantalla de video, en lugar de los muchos componentes discretos y circuitos integrados de los adaptadores gráficos que lo habían precedido. El término "matriz" en lugar de "adaptador" en el nombre indicaba que no era un dispositivo de expansión independiente completo, sino un solo componente que podía integrarse en un sistema.

El VGA solo requería memoria de video, cristales de temporización y un RAMDAC externo , y su pequeño recuento de partes permitió a IBM incluirlo directamente en la placa base PS / 2, a diferencia de los modelos anteriores de IBM PC ( PC , PC / XT y PC AT)  . que requería un adaptador de pantalla separado instalado en una ranura para poder conectar un monitor.

Capacidades

Comparación de resoluciones estándar que incluyen 640x480 de VGA

El VGA admite todos los modos gráficos admitidos por las tarjetas MDA, CGA y EGA, así como múltiples modos nuevos.

Modos gráficos estándar

  • 640 × 480 en 16 colores o monocromo
  • 640 × 350 o 640 × 200 en 16 colores o monocromo (compatibilidad EGA)
  • 320 × 200 en 256 colores ( modo 13h )
  • 320 × 200 en 4 o 16 colores (compatibilidad con CGA)

Los modos 640 × 480 16 colores y 320 × 200 256 colores tenían paletas completamente redefinibles, con cada entrada seleccionada de una gama de 18 bits (262,144 colores) .

Los otros modos tenían por defecto paletas e instrucciones compatibles con EGA o CGA estándar, pero aún así permitían la reasignación de la paleta con comandos específicos de VGA.

Modo de gráficos 640x480

A medida que el VGA comenzó a ser clonado en grandes cantidades por los fabricantes que agregaron capacidades cada vez mayores, su modo de 640x480 y 16 colores se convirtió en el denominador común más bajo de facto de las tarjetas gráficas. A mediados de los 90, los sistemas operativos como Windows 95 y OS / 2 Warp 3.0 esperaban un modo de gráficos de 640x480x16 usando la memoria VGA y las especificaciones de registro , que no brindaban soporte para resoluciones más bajas o profundidades de bits, o soporte para otra memoria o registro. diseños sin controladores adicionales. Bien entrada la década de 2000, incluso después de que el estándar VESA para tarjetas gráficas se volviera común, el modo de gráficos "VGA" siguió siendo una opción de compatibilidad para los sistemas operativos de PC.

Otros modos gráficos

Se pueden implementar modos de visualización no estándar, con resoluciones horizontales de:

  • 512 a 800 píxeles de ancho, en 16 colores
  • 256 a 400 píxeles de ancho, en 256 colores

Y alturas de:

  • 200 o 350 a 410 líneas (incluidas 400 líneas) a una frecuencia de actualización de 70 Hz, o
  • 224 a 256 o 448 a 512 líneas (incluidas 240 o 480 líneas) a una frecuencia de actualización de 60 Hz
  • 512 a 600 líneas a frecuencias de actualización verticales reducidas (hasta 50 Hz, e incluyendo, por ejemplo, 528, 544, 552, 560, 576 líneas), dependiendo de la compatibilidad del monitor individual.

Por ejemplo, los modos de alta resolución con píxeles cuadrados están disponibles a 768 × 576 o 704 × 528 en 16 colores, o resolución media-baja a 320 × 240 con 256 colores. Alternativamente, la resolución extendida está disponible con píxeles "gruesos" y 256 colores usando, por ejemplo, 400 × 600 (50 Hz) o 360 × 480 (60 Hz), y píxeles "finos", 16 colores y la frecuencia de actualización de 70 Hz con, por ejemplo, 736. Modo × 410.

Los modos "estrechos" como 256 × 224 tienden a conservar la misma proporción de píxeles que en, por ejemplo, el modo 320 × 240, a menos que el monitor se ajuste para estirar la imagen para llenar la pantalla, ya que se obtienen simplemente enmascarando el modo más ancho. de alterar los tiempos de píxeles o líneas, pero puede ser útil para reducir los requisitos de memoria y los cálculos de direccionamiento de píxeles para conversiones de juegos de arcade o emuladores de consola.

Modos de texto estándar

VGA también implementa varios modos de texto:

  • 80 × 25, renderizado con una fuente de 9 × 16 píxeles, con una resolución efectiva de 720 × 400
  • 40 × 25, con fuente 9x16, con una resolución efectiva de 360 ​​× 400
  • 80 × 43 o 80 × 50, con una cuadrícula de fuentes de 8 × 8, con una resolución efectiva de 640 × 344 o 640 × 400 píxeles.

Al igual que con los modos gráficos basados ​​en píxeles, son posibles modos de texto adicionales programando el VGA correctamente, con un máximo general de aproximadamente 100 × 80 celdas y un área activa que abarca aproximadamente 88 × 64 celdas.

Una variante que se ve a veces es 80 × 30 u 80 × 60, usando una fuente de 8 × 16 u 8 × 8 y una pantalla efectiva de 640 × 480 píxeles, que intercambia el uso del modo más parpadeante de 60 Hz por 5 o 10 adicionales. líneas de texto y bloques de caracteres cuadrados (o, a 80 × 30, semibloques cuadrados).

Detalles técnicos

A diferencia de las tarjetas que lo precedieron, que usaban señales TTL binarias para interactuar con un monitor (o compuesto , en el caso del CGA), el VGA introdujo una interfaz de video que usaba señales RGB analógicas puras, 0,7 voltios pico a pico como máximo. Junto con un RAMDAC de 18 bits, esto produjo una gama de colores de 262144 colores. Esta gama ha llegado a ser conocida como el espacio de color SRGB (pero comúnmente se divide en 16.777.216 colores usando un RAMDAC de 24 bits u 8 bits por color primario).

Las especificaciones originales de VGA son las siguientes:

Tiempos de señal

El valor estándar previsto para la frecuencia horizontal del modo 640x480 de VGA es exactamente el doble del valor utilizado en el sistema de video NTSC-M , ya que esto hizo que fuera mucho más fácil ofrecer soluciones de salida de TV opcionales o cajas convertidoras de VGA a TV externas en la Momento del desarrollo de VGA. También es al menos nominalmente el doble que el de CGA, que también admite monitores compuestos .

Todos los tiempos de VGA derivados (es decir, aquellos que utilizan los cristales maestros de 25,175 y 28,322 MHz y, en menor medida, la velocidad de línea nominal de 31,469 kHz) se pueden variar mediante software que omite la interfaz de firmware VGA y se comunica directamente con el hardware VGA, como muchos juegos basados ​​en MS-DOS lo hicieron. Sin embargo, se puede esperar que solo los modos estándar, o modos que al menos usan casi exactamente los mismos tiempos de sincronización H y sincronización V que uno de los modos estándar, funcionen con los monitores VGA originales de finales de los 80 y principios de los 90. De hecho, el uso de otros tiempos puede dañar dichos monitores y, por lo tanto, los editores de software generalmente lo evitaban.

Los monitores CRT "multisync" de terceros eran más flexibles y, en combinación con las tarjetas gráficas "super EGA", VGA y posteriores SVGA que usaban modos extendidos, podían mostrar una gama mucho más amplia de resoluciones y frecuencias de actualización en frecuencias de sincronización arbitrarias y reloj de píxeles. tarifas.

Para el modo VGA más común (640 × 480, 60 Hz, no entrelazado ), los tiempos horizontales se pueden encontrar en la Guía de instalación de la pantalla HP Super VGA y en otros lugares.

Usos típicos de los modos seleccionados

640 × 400 a 70 Hz es tradicionalmente el modo de video que se usa para iniciar computadoras personales x86 compatibles con VGA que muestran una pantalla de inicio gráfica, mientras que el inicio en modo texto usa 720 × 400 a 70 Hz.

Sin embargo, esta convención se ha erosionado en los últimos años, con las pantallas POST y BIOS moviéndose a resoluciones más altas, aprovechando los datos EDID para hacer coincidir la resolución con un monitor conectado.

640 × 480 @ 60 Hz es el modo de gráficos predeterminado de Windows (generalmente con 16 colores), hasta Windows 2000. Sigue siendo una opción en XP y versiones posteriores a través de la opción "video de baja resolución" del menú de inicio y la configuración del modo de compatibilidad por aplicación. , a pesar de que Windows ahora tiene un valor predeterminado de 1024x768 y, en general, no permite que se establezca ninguna resolución por debajo de 800x600.

La necesidad de un respaldo universalmente compatible de baja calidad ha disminuido desde el cambio de milenio, ya que las pantallas o adaptadores estándar de señalización VGA que no pueden mostrar nada más allá de las resoluciones originales se han vuelto cada vez más raros.

320 × 200 a 70 Hz era el modo más común para los juegos de PC de la era VGA.

Conector

Un conector D-SUB (más conocido como conector VGA )
Conectores VGA BNC

La interfaz de monitor VGA estándar es un conector D-subminiatura de 15 clavijas en la carcasa "E", conocido como "HD-15", "DE-15" y "DB-15".

Debido a que VGA utiliza señales analógicas de bajo voltaje, la degradación de la señal se convierte en un factor con cables de baja calidad o demasiado largos. Las soluciones incluyen cables blindados, cables que incluyen un cable coaxial interno separado para cada señal de color y cables "rotos" que utilizan un cable coaxial separado con un conector BNC para cada señal de color.

Los cables de conexión BNC suelen utilizar cinco conectores, uno para cada uno de los cables rojo, verde, azul, sincronización horizontal y sincronización vertical, y no incluyen las otras líneas de señal de la interfaz VGA. Con BNC, los cables coaxiales están completamente blindados de extremo a extremo y a través de la interconexión para que no sea posible diafonía o interferencia externa.

Paleta de color

Paleta de colores predeterminada VGA 256
Ejemplos de imágenes VGA en 640 × 480 con 16 colores y 320 × 200 con 256 colores (abajo). El tramado se utiliza para enmascarar las limitaciones de color.

El sistema de color VGA utiliza paletas basadas en registros para asignar colores en varias profundidades de bits a su gama de salida de 18 bits. Es compatible con versiones anteriores de los adaptadores EGA y CGA, pero admite una profundidad de bits adicional para la paleta cuando se encuentra en estos modos.

Por ejemplo, en los modos EGA de 16 colores, VGA ofrece 16 registros de paleta y en los modos de 256 colores, ofrece 256 registros. Cada registro de paleta contiene un valor RGB de 3 × 6 bits , seleccionando un color de la gama de 18 bits del DAC .

Estos registros de color se inicializan a los valores predeterminados que IBM espera que sean más útiles para cada modo. Por ejemplo, los modos EGA de 16 colores se inicializan con la paleta CGA predeterminada de 16 colores, y el modo de 256 colores se inicializa con una paleta que consta de 16 colores CGA, 16 tonos de gris y luego 216 colores elegidos por IBM para adaptarse a los casos de uso esperados. . Después de la inicialización, se pueden redefinir en cualquier momento sin alterar el contenido de la RAM de video, lo que permite el ciclo de paleta .

En los modos de 256 colores, el DAC está configurado para combinar cuatro valores de color de 2 bits, uno de cada plano, en un valor de 8 bits que representa un índice en la paleta de 256 colores. La interfaz de la CPU combina los 4 planos de la misma manera, una característica llamada "cadena-4", de modo que cada píxel aparece en la CPU como un valor empaquetado de 8 bits que representa el índice de la paleta.

Usar

La memoria de video del VGA se asigna a la memoria de la PC a través de una ventana en el rango entre los segmentos 0xA0000 y 0xBFFFF en el espacio de direcciones de modo real de la PC (A000: 0000 y B000: FFFF en segmento: notación de desplazamiento). Normalmente, estos segmentos iniciales son:

  • 0xA0000 para modos gráficos EGA / VGA (64  KB )
  • 0xB0000 para el modo de texto monocromático (32 KB)
  • 0xB8000 para modo de texto en color y modos gráficos compatibles con CGA (32 KB)

Debido al uso de diferentes asignaciones de direcciones para diferentes modos, es posible tener un adaptador monocromo (es decir, MDA o Hercules ) y un adaptador de color como VGA, EGA o CGA instalados en la misma máquina.

A principios de la década de 1980, esto se usaba generalmente para mostrar hojas de cálculo Lotus 1-2-3 en texto de alta resolución en una pantalla monocromática y gráficos asociados en una pantalla CGA de baja resolución simultáneamente. Muchos programadores también utilizaron una configuración de este tipo con la tarjeta monocromática mostrando información de depuración mientras un programa se ejecutaba en modo gráfico en la otra tarjeta. Varios depuradores, como Turbo Debugger de Borland , D86 y CodeView de Microsoft, podrían funcionar en una configuración de monitor dual. Se puede usar Turbo Debugger o CodeView para depurar Windows.

También había controladores de dispositivos DOS como ox.sys , que implementaron una simulación de interfaz en serie en la pantalla monocromática y, por ejemplo, permitieron al usuario recibir mensajes de bloqueo de versiones de depuración de Windows sin utilizar una terminal en serie real.

También es posible utilizar el comando "MODE MONO" en el indicador de DOS para redirigir la salida a la pantalla monocromática. Cuando no había un adaptador monocromo, era posible utilizar el espacio de direcciones 0xB000–0xB7FF como memoria adicional para otros programas.

Programación

"Desencadenar" la memoria VGA de 256 KB en cuatro "planos" separados hace que los 256 KB de RAM de VGA estén disponibles en modos de 256 colores. Existe una compensación por la complejidad adicional y la pérdida de rendimiento en algunos tipos de operaciones gráficas, pero esto se ve mitigado por otras operaciones que se vuelven más rápidas en ciertas situaciones:

  • El relleno de polígonos de un solo color podría acelerarse debido a la capacidad de configurar cuatro píxeles con una sola escritura en el hardware.
  • El adaptador de video podría ayudar a copiar regiones de RAM de video, lo que a veces era más rápido que hacerlo con la interfaz CPU a VGA relativamente lenta.
  • El uso de varias páginas de video en el hardware permitió el almacenamiento en búfer doble , el almacenamiento en búfer triple o las pantallas divididas, lo que, aunque estaba disponible en el modo de 16 colores de 320 × 200 de VGA, no era posible con el modo estándar 13h .
  • Más particularmente, fueron posibles varios modos de visualización de resolución arbitraria más alta, hasta el límite programable de 800 × 600 con 16 colores (o 400 × 600 con 256 colores), así como otros modos personalizados que utilizan combinaciones inusuales de horizontal y recuentos de píxeles verticales en cualquier modo de color.

Software como Fractint , Xlib y ColoRIX también admitían modos ajustados de 256 colores en adaptadores estándar utilizando anchos libremente combinables de 256, 320 y 360 píxeles y alturas de 200, 240 y 256 (o 400, 480 y 512) líneas, extendiéndose aún más a columnas de 384 o 400 píxeles y 576 o 600 (o 288, 300). Sin embargo, 320 × 240 fue el más conocido y el más utilizado, ya que ofrecía una resolución estándar de 40 columnas y una relación de aspecto de 4: 3 con píxeles cuadrados. La resolución "320 × 240 × 8" se llamaba comúnmente Modo X , el nombre que usó Michael Abrash cuando presentó la resolución en el Dr. Dobb's Journal .

Los modos de resolución más alta solo se usaron en casos especiales optativos en lugar de como estándar, especialmente cuando se trataba de un alto número de líneas. Los monitores VGA estándar tenían una frecuencia de escaneo de línea fija (H-scan) (los monitores "multisync" eran, en ese momento, costosos y exóticos), por lo que la frecuencia de actualización vertical / cuadro (V-scan) tuvo que reducirse para adaptarse a ellos , que aumentó el parpadeo visible y, por tanto, la fatiga visual . Por ejemplo, el modo más alto de 800 × 600, basado en la resolución SVGA correspondiente (con 628 líneas en total), redujo la frecuencia de actualización de 60 Hz a aproximadamente 50 Hz (y 832 × 624, la resolución máxima teórica alcanzable con 256 kb en 16 colores, lo habrían reducido a unos 48 Hz, apenas más alto que la velocidad a la que los monitores XGA emplearon una técnica de entrelazado de doble frecuencia para mitigar el parpadeo de fotograma completo).

Estos modos también eran totalmente incompatibles con algunos monitores, lo que producía problemas de visualización como la desaparición de los detalles de la imagen en la sobreexploración (especialmente en la dimensión horizontal), balanceo vertical, sincronización horizontal deficiente o incluso una falta total de imagen según el modo exacto que se intentaba. Debido a estos problemas potenciales, la mayoría de los ajustes de VGA utilizados en productos comerciales se limitaron a combinaciones más compatibles con los estándares y "seguras para el monitor", como 320 × 240 (píxeles cuadrados, tres páginas de video, 60 Hz), 320 × 400 (doble resolución, dos páginas de video, 70 Hz) y 360 × 480 (la resolución más alta compatible con monitores y tarjetas VGA estándar, una página de video, 60 Hz) en 256 colores, o el doble de H-rez en modo de 16 colores.

Fabricantes de hardware

Varias empresas produjeron modelos de placas gráficas compatibles con VGA.

Sucesores

Super VGA (SVGA)

Super VGA (SVGA) es un estándar de visualización desarrollado en 1988, cuando NEC Home Electronics anunció la creación de Video Electronics Standards Association (VESA). El desarrollo de SVGA fue dirigido por NEC , junto con otros miembros de VESA, incluidos ATI Technologies y Western Digital . Resolución de pantalla de gráficos habilitada para SVGA de hasta 800 × 600 píxeles , un 36% más que la resolución máxima de VGA de 640 × 480 píxeles.

Matriz de gráficos extendida (XGA)

Extended Graphics Array (XGA) es un estándar de visualización de IBM introducido en 1990. Más tarde se convirtió en la denominación más común de resolución de pantalla de 1024  ×  768 píxeles .

Ver también

Referencias

Otras lecturas

enlaces externos