Matriz de gráficos de vídeo

Matriz de gráficos de vídeo
Fecha de lanzamientoabril de 1987 ; Hace 37 años ( 1987-04 )
Tarjetas
Nivel Básico
  • Chips y tecnologías 82c441
  • Vídeo-7 VEGA Deluxe
  • Solución de gráficos ATI Plus
    • T3 (911
    • 911A
    • 924
    • 801
    • 805
    • 805i
    • 928
    • 805p
    • 928p)
  • Matrox MÁGICO RGB
  • Plantronics Color plus
  • Sistemas Paraíso PEGA 1
  • Laboratorios Tseng ET3000
  • Cirrus Logic CL-GD400s
Rango medio
Gama alta
Historia
Predecesor
Sucesor

Video Graphics Array ( VGA ) es un controlador de visualización de vídeo y un estándar de gráficos de facto que lo acompaña, introducido por primera vez con la línea de computadoras IBM PS/2 en 1987, [1] [2] [3] que se volvió omnipresente en la industria compatible con PC IBM. dentro de tres años. [4] El término ahora puede referirse al estándar de pantalla de computadora , al conector VGA D-subminiatura de 15 pines o a la resolución de 640 × 480 característica del hardware VGA. [5]

VGA fue el último estándar de gráficos de IBM al que se conformaron la mayoría de los fabricantes de computadoras compatibles con PC de IBM, lo que lo convierte en el mínimo común denominador que se puede esperar que implemente prácticamente todo el hardware de gráficos de PC posterior a 1990. [6]

VGA fue adaptado a muchas formas extendidas por terceros, conocidos colectivamente como Super VGA , [7] luego dio paso a unidades de procesamiento de gráficos personalizadas que, además de sus interfaces y capacidades patentadas, continúan implementando modos e interfaces de gráficos VGA comunes para el mercado. En la actualidad.

El estándar de interfaz analógica VGA se ha ampliado para admitir resoluciones de hasta 2048 × 1536 para uso general, y aplicaciones especializadas lo mejoran aún más. [ especificar ] [8]

Diseño de hardware

Sección VGA en la placa base en IBM PS/55

La memoria de acceso aleatorio (RAM) de la paleta de colores y su correspondiente convertidor digital-analógico (DAC) se integraron en un chip (el RAMDAC ) y el controlador del tubo de rayos catódicos ( CRTC ) se integró en un chip VGA principal, lo que eliminó Varios otros chips en adaptadores gráficos anteriores, por lo que VGA solo requería RAM de video externa y cristales de sincronización adicionales . [9] [10]

Este pequeño recuento de piezas permitió a IBM incluir VGA directamente en la placa base PS/2, en contraste con los modelos anteriores de PC de IBM ( PC , PC/XT y PC AT  ) que requerían un adaptador de pantalla separado instalado en una ranura para poder conectar un monitor. El término "matriz" en lugar de "adaptador" en el nombre indicaba que no se trataba de un dispositivo de expansión completamente independiente, sino de un componente único que podía integrarse en un sistema. [11]

A diferencia de los adaptadores gráficos que lo precedieron ( MDA , CGA , EGA y muchas opciones de terceros), inicialmente IBM no lanzó ninguna tarjeta VGA discreta. La primera implementación comercial de VGA fue un componente integrado del IBM PS/2, en el que iba acompañado de 256 KB de RAM de vídeo y un nuevo conector DE-15 que reemplazaba al DE-9 utilizado por los adaptadores gráficos anteriores. Posteriormente, IBM lanzó el adaptador de pantalla IBM PS/2 independiente , que utilizaba VGA pero podía agregarse a máquinas que no lo tenían integrado. [12] [11]

Capacidades

Imagen VGA simulada de 640 × 480 y 16 colores
Imagen VGA simulada de 320 × 200 256 colores (corregida por relación de aspecto)
Comparación de resoluciones estándar incluyendo VGA 640 × 480

El VGA admite todos los modos de gráficos compatibles con las tarjetas MDA, CGA y EGA, así como múltiples modos nuevos.

Modos de gráficos estándar

  • 320 × 200 en 4 o 16 colores (compatibilidad CGA/EGA)
  • 320 × 200 en 256 colores ( Modo 13h )
  • 640 × 200 y 640 × 350 en 16 colores o monocromo (compatibilidad CGA/EGA)
  • 640 × 480 en 16 colores o monocromo [13] [14]

Los modos 640 × 480 de 16 colores y 320 × 200 de 256 colores tenían paletas completamente redefinibles, con cada entrada seleccionada de una gama de 18 bits (262,144 colores) . [15] [16] [17] [18]

Los otros modos utilizaban de forma predeterminada paletas e instrucciones estándar compatibles con EGA o CGA, pero aún permitían la reasignación de la paleta con comandos específicos de VGA.

Modo de gráficos 640 × 480

IBM utilizó originalmente la resolución de 640 × 480 (a 256 colores en lugar de 16) en gráficos PGC (para los cuales VGA no ofrece compatibilidad con versiones anteriores), pero no tuvo una amplia adopción hasta que se introdujo VGA. A medida que la VGA comenzó a ser clonada en grandes cantidades por fabricantes que añadieron capacidades cada vez mayores, su modo de 640 × 480 y 16 colores se convirtió de facto en el mínimo común denominador de las tarjetas gráficas. A mediados de la década de 1990, sistemas operativos como Windows 95 y OS/2 Warp 3.0 esperaban un modo de gráficos de 640 × 480 × 16 utilizando la memoria VGA y especificaciones de registro , que no proporcionaban soporte para resoluciones o profundidades de bits más bajas, ni soporte para otra memoria o diseños de registro sin controladores adicionales. Hasta bien entrada la década de 2000, incluso después de que el estándar VESA para tarjetas gráficas se convirtiera en algo común, el modo de gráficos "VGA" seguía 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:

  • De 512 a 800 píxeles de ancho, en 16 colores
  • De 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
  • De 512 a 600 líneas con frecuencias de actualización vertical reducidas (hasta 50 Hz, incluidas, 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 en 768 × 576 o 704 × 528 en 16 colores, o una resolución media-baja en 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 "delgados", 16 colores y una 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, por ejemplo, en el modo 320 × 240, a menos que el monitor se ajuste para estirar la imagen hasta llenar la pantalla, ya que se obtienen simplemente enmascarando el modo más amplio. 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 arcade o emuladores de consolas.

La versión para PC de Pinball Fantasies tiene la opción de utilizar modos no estándar de "alta resolución", como 640 × 350 , lo que le permite mostrar una porción más grande de la mesa de pinball en la pantalla. [19]

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 [20]
  • 40×25 , con fuente de 9×16 , con una resolución efectiva de 360×400
  • 80×43 u 80×50 , con una cuadrícula de fuente de 8×8 , con una resolución efectiva de 640×344 o 640×400 píxeles.

Al igual que con los modos de 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 a veces se ve 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 píxeles adicionales. líneas de texto y bloques de caracteres cuadrados (o, en 80 × 30 , medios bloques cuadrados).

Detalles técnicos

A diferencia de las tarjetas que la precedieron, que utilizaban señales binarias TTL para interactuar con un monitor (y también compuestas , en el caso del CGA), la VGA introdujo una interfaz de vídeo que utilizaba señales RGB analógicas puras, con un rango de 0,7 voltios pico- máximo máximo En combinación con un RAMDAC de 18 bits (6 bits por canal RGB), se obtuvo una gama de colores de 262.144 colores. [15] [16] [17] [18]

Las especificaciones VGA originales son las siguientes:

Tiempos de señal

El valor estándar previsto para la frecuencia horizontal del modo 640 × 480 de VGA es exactamente el doble del valor utilizado en el sistema de vídeo NTSC-M , ya que esto hizo mucho más fácil ofrecer soluciones de salida de TV opcionales o cajas convertidoras externas de VGA a TV. en el momento del desarrollo de VGA. También es al menos nominalmente el doble que CGA, que también admitía monitores compuestos .

Todos los tiempos 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) pueden variarse 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, sólo se puede esperar que los modos estándar, o modos que al menos usan casi exactamente los mismos tiempos de sincronización H y V-sync 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 evitan.

Los monitores CRT "multisync" de terceros eran más flexibles y, en combinación con 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 y reloj de píxeles arbitrarios. 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. [24] [25]

Usos típicos de modos seleccionados

640 × 400 @ 70 Hz es tradicionalmente el modo de vídeo utilizado para arrancar computadoras personales x86 compatibles con VGA [26] que muestran una pantalla de arranque gráfica, mientras que el arranque en modo texto utiliza 720 × 400 @ 70 Hz.

Sin embargo, esta convención se ha erosionado en los últimos años, con las pantallas POST y BIOS pasando 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), [26] hasta Windows 2000. Sigue siendo una opción en XP y versiones posteriores a través de la opción "vídeo de baja resolución" del menú de inicio y por aplicación. configuración del modo de compatibilidad, a pesar de que las versiones más nuevas de Windows ahora tienen por defecto 1024 × 768 y generalmente no permiten establecer ninguna resolución por debajo de 800 × 600 .

La necesidad de una alternativa de baja calidad y universalmente compatible ha disminuido desde el cambio de milenio, a medida 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, con duplicación de píxeles y duplicación de líneas realizadas en hardware para presentar una señal de 640 × 400 a 70 Hz al monitor.

La imagen de inicio de Windows 95/98/Me LOGO.SYS tenía una resolución de 320 × 400 y se mostraba con duplicación de píxeles para presentar una señal de 640 × 400 a 70 Hz al monitor. La señal de 400 líneas era la misma que el modo de texto estándar de 80 × 25 , lo que significaba que presionar Escpara regresar al modo de texto no cambiaba la frecuencia de la señal de video y, por lo tanto, el monitor no tenía que resincronizarse (lo que de otra manera podría han tardado varios segundos).

Conector

La interfaz de monitor VGA estándar es un conector D-subminiatura de 15 pines en la carcasa "E", denominado "DE-15", "HD-15" y erróneamente "DB-15 (HD)".

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 "separados" que utilizan un cable coaxial separado con un conector BNC para cada señal de color.

Los cables multiconector BNC suelen utilizar cinco conectores, uno para cada uno: 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, de modo que prácticamente no hay diafonía y pueden ocurrir muy pocas interferencias externas. El uso de cables de vídeo BNC RGB es anterior al VGA en otros mercados e industrias.

Paleta 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 en estos modos.

Por ejemplo, en los modos EGA de 16 colores, VGA ofrece 16 registros de paleta y en modos de 256 colores, ofrece 256 registros. [27] 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 con los valores predeterminados que IBM esperaba que fueran más útiles para cada modo. Por ejemplo, los modos EGA de 16 colores se inicializan en la paleta CGA de 16 colores predeterminada, y el modo de 256 colores se inicializa en una paleta que consta de 16 colores CGA, 16 tonos de grises y luego 216 colores elegidos por IBM para adaptarse a los casos de uso esperados. . [28] [29] 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 ante la CPU como un valor empaquetado de 8 bits que representa el índice de la paleta. [30]

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 en modo real de la PC (A000:0000 y B000:FFFF en notación de segmento:offset). Normalmente, estos segmentos iniciales son:

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

Debido al uso de diferentes asignaciones de direcciones para diferentes modos, es posible tener un adaptador monocromático (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 típicamente 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 pueden utilizar Turbo Debugger o CodeView para depurar Windows.

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

También es posible utilizar el comando "MODE MONO" en el símbolo del sistema para redirigir la salida a la pantalla monocromática. Cuando no había un adaptador monocromático, 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 mitiga porque otras operaciones se vuelven más rápidas en determinadas situaciones:

  • El relleno de polígonos de un solo color podría acelerarse gracias 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 múltiples páginas de video en hardware permitía almacenamiento en búfer doble , almacenamiento en búfer triple o pantallas divididas, lo cual, si bien estaba disponible en el modo VGA de 320 × 200 y 16 colores, no era posible usando el modo 13h estándar .
  • En particular, eran posibles varios modos de visualización de resolución arbitraria superior, 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 modificados 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, ampliando aún más a 384 o 400 columnas de píxeles y 576 o 600 (o 288, 300). Sin embargo, 320 × 240 fue el más conocido y utilizado, ya que ofrecía una resolución estándar de 40 columnas y una relación de aspecto de 4:3 con píxeles cuadrados. La resolución de " 320 × 240  × 8" se llamaba comúnmente Modo X , nombre utilizado por Michael Abrash cuando presentó la resolución en el Dr. Dobb's Journal .

Los modos de resolución más alta sólo se utilizaron en casos especiales y opcionales, en lugar de como estándar, especialmente cuando se trataba de un gran número de líneas. Los monitores VGA estándar tenían una frecuencia de escaneo de línea fija (H-scan) (los monitores "multisync" eran, en ese momento, rarezas costosas) y, por lo tanto, la frecuencia de actualización vertical/cuadro (V-scan) tuvo que reducirse para adaptarse a ellos. , lo que aumentó el parpadeo visible y, por tanto, la fatiga visual . Por ejemplo, el modo más alto de 800 × 600 , que por lo demás se basa en la resolución SVGA coincidente (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). a 16 colores, lo habría reducido a unos 48 Hz, apenas superior a la velocidad a la que los monitores XGA empleaban 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 el sobreexploración (especialmente en la dimensión horizontal), balanceo vertical, sincronización horizontal deficiente o incluso una falta total de imagen dependiendo del modo exacto que se intentara. Debido a estos posibles problemas, la mayoría de los ajustes 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 vídeo, 60 Hz), 320 × 400 (doble resolución, dos páginas de vídeo, 70 Hz) y 360 × 480 (la resolución más alta compatible con monitores y tarjetas VGA estándar, una página de vídeo, 60 Hz) en 256 colores, o el doble de la resolución horizontal en modo de 16 colores.

Fabricantes de hardware

Varias empresas produjeron modelos de tarjetas gráficas compatibles con VGA. [31]

Sucesores

Súper VGA (SVGA)

Super VGA (SVGA) es un estándar de visualización desarrollado en 1988, cuando NEC Home Electronics anunció la creación de la Video Electronics Standards Association (VESA). El desarrollo de SVGA fue liderado por NEC , junto con otros miembros de VESA, incluidos ATI Technologies y Western Digital . Los gráficos habilitados para SVGA muestran resoluciones de hasta 800 × 600 píxeles , un 36 % más que la resolución máxima de VGA de 640 × 480 píxeles. [32]

Matriz de gráficos extendida (XGA)

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

Ver también

Referencias

  1. ^ Petzold, Charles (julio de 1987). "Triple estándar: tres nuevos modos de vídeo de IBM". Revista PC . Ziff Davis . Consultado el 13 de abril de 2020 .
  2. ^ Polsson, Ken. "Cronología de las computadoras personales IBM". Archivado desde el original el 21 de febrero de 2015 . Consultado el 28 de enero de 2015 .
  3. ^ "¿Qué es VGA (matriz de gráficos de vídeo)?" . Consultado el 13 de agosto de 2018 .
  4. ^ Empresa, IDG (22 de octubre de 1990). Mundo de la informática. Empresa IDG.
  5. ^ "Dibujar en modo protegido". Wiki OSDev . Consultado el 20 de diciembre de 2020 .
  6. ^ Dr. Jon Peddie (12 de marzo de 2019). "Chips gráficos famosos: VGA de IBM. El VGA fue el chip gráfico más popular de todos los tiempos" . Consultado el 13 de abril de 2020 . Se dice de los aviones que el DC3 y el 737 son los aviones más populares jamás construidos, y el 737, en particular, el avión más vendido de la historia. Lo mismo podría decirse del omnipresente VGA y su hermano mayor, el XGA. El VGA, que todavía se puede encontrar enterrado en las GPU y CPU modernas de hoy en día, sentó las bases para un estándar de vídeo y un estándar de programación de aplicaciones.
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  8. ^ Revistas, SPH (abril de 2007). HWM. Revistas SPH.
  9. ^ Peddie, Jon (12 de marzo de 2019). "Chips gráficos famosos: VGA de IBM | IEEE Computer Society". Sociedad de Computación IEEE . Archivado desde el original el 28 de noviembre de 2022 . Consultado el 27 de diciembre de 2022 .
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Otras lecturas

  • JD Neal (1997). "Referencia del conjunto de chips VGA". Página de información de programación de vídeo VGA y SVGA a nivel de hardware .
  • Jordan Brown y John Kingman (6 de mayo de 1996). "Dispositivo de visualización VGA CHRP vinculado al estándar IEEE 1275-1994 para firmware de arranque (inicialización, configuración)". 1.0. Archivado desde el original el 9 de septiembre de 2006 . Consultado el 22 de junio de 2006 . {{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda )
  • Hiner. "Documentos de interfaz VGA y señal de vídeo". Página de información de vídeo VGA y SVGA de nivel de señal .
  • "Manual de referencia técnica de IBM VGA" (PDF) . Esta es la referencia original de IBM. El documento proporciona una buena descripción general de la funcionalidad VGA y es bastante completo, e incluye una descripción detallada de los modos BIOS estándar y algunas técnicas de programación .

enlaces externos

  • Descripciones de señales y pines VGA
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