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视频图形阵列

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视频图形数组(英语:Video Graphics Array,缩写:VGA)是IBM于1987年提出的一个使用模拟信号的电脑显示标准。这个标准已对于现今的个人电脑市场已经十分过时。即使如此,VGA仍然是最多制造商所共同支持的一个标准,个人电脑在加载自己的独特驱动程序之前,都必须支持VGA的标准。例如,微软Windows系列产品的引导画面仍然使用VGA显示模式,这也说明其分辨率和载色数的不足。

VGA这个术语常常不论其图形设备,而直接用于指称640×480的分辨率。VGA设备可以同时存储4个完整的EGA色版,并且它们之间可以快速转换,在画面上看起来就像是即时的变色。[1]

在色版上,VGA除了扩展为256色的EGA式色版外,这256种颜色是可以改变的。可以透过VGA DAC,任意的指定为任何一种颜色。这就程度上改变了原本EGA的色版规则。因为在CGA上,只有16种无法改的色彩。在EGA上虽然仍只能显示16种色彩,但这16种色彩其实是从64彩色盘中挑选出的。EGA分配给每个色频(RGB)两个位元,=4种变化,个色频=64种色彩。而VGA在指定色版颜色时,一个颜色频道有6个bit,红、绿、蓝各有64种不同的变化,因此总共有262,144种颜色。在这其中的任何256种颜色可以被选为色版颜色(而这256种的任何16种可以用来显示CGA模式的色彩)。

这个方法最终仍然使了VGA模式在显示EGA和CGA模式时,能够使用前所未有的色彩,因为VGA是使用模拟的方式来绘出EGA和CGA画面。提供一个色版转换的例子:要把文字模式的字符颜色设置为暗红色,暗红色就必须是CGA 16色集合中的一种颜色(譬如说,取代CGA默认的7号灰色),这个7号位置将被指定为EGA色版中的42号,然后VGA DAC将EGA #42指定为暗红色。则画面上的原本的CGA七号灰色,都会变成暗红色。这个技巧在256色的VGA DOS游戏中,常常被用来表示加载游戏的淡入淡出画面。

总结来说,CGA和EGA同时只能显示16种色彩,不过EGA有更多色盘可用。而VGA不但兼容于CGA或EGA模式,更可以使用Mode 13h模式一次显示256色版中的所有色彩,而这256种颜色是从262,144种颜色(18-bit)中挑出的。

存储器寻址

VGA所使用的显存,透过一个窗口对应于PC的主存,它们的真实地址为0xA000和0xC000之间的存储器。典型地来说地址的开始点是:

  • 0xA000使用于EGA/VGA图型模式(4 KB)
  • 0xB000单色文字模式(2 KB)
  • 0xB800彩色文字模式和CGA兼容模式(2 KB)

由于使用的区段皆不相同,在同一部机器上设备一个单色显卡(MDA)和另一个彩色显卡(VGA、EGA或CGA)是不冲突的。在1980年代初,这种典型的搭配方式用于Lotus 1-2-3表格上,一部高清晰单色屏幕用来显示文字,而另一部低解析的CGA屏幕用来显示图表。许多程序员也用这种配置来开发软件,一部屏幕显示debug细节,另一部屏幕则显示真正的软件运行画面。许多商业的调试软件都支持这种配置,例如Borland的Turbo Debugger、由Alan J. Cox开发的D86、微软的CodeView等,Turbo Debugger和CodeView可以甚至可拿来debug微软的Windows软件。也有DOS驱动程序如ox.sys模拟一个终端来接受Windows的debug消息,而不用真正接上另一个终端。在DOS底下使用“单色模式”指令,使其输出转向单色也是可能的。另外,假如电脑上并无单色显卡,那么可以使用EMM386.EXE程序让其他程序可以使用B000-B7FF这一段存储器。(于config.sys文件中加入"DEVICE=EMM386.EXE I=B000-B7FF")

程序技巧

一个未被纪录但十分广泛使用的技术称作Mode X(由Michael Abrash导入),使程序员能够使用在Mode 13h之下无法做到的分辨率。他将256 KiB连续的显存“解开”并分成四个层次,因此在256色模式时全部256 KiB的存储器都可以使用。技术上这将使得处理变得更复杂,并且性能降低。但在一些特殊情况下,性能损失的情况可以被弥补:

  • 单色的多边形填色增快,因为一次写入可以设置四个像素。
  • VGA可以用来协助显存之间的拷贝,有些时候会比使用8088或80286等慢速CPU更快。
  • 提供更高的分辨率:16色可使用704×528、736×552、768×576、甚至800×600。诸如Xlib(1990年代早期的C图形库)和ColoRIX(256色的图形程序)支持256色下的各种分辨率调和:直行256、320和360个像素,以及水平行200、240、256、400和480个像素的组合(上限的640×400几乎用掉256 KiB中每一个byte)。不过,320×240仍然是最常被使用的,因它为典型的4:3比例,为方形像素。
  • multiple video pages让程序员能够使用双重缓冲(所有的16色模式都可),这在Mode 13h无法办到。

有时候,显示器必须降低更新频率来满足这些模式,这会造成眼睛的疲劳这样的低分辨率虽然在PC市场早已淡出,但在Pocket PC和PDA市场,它正逐渐成为标准。它也常被用来指称15针的D型接头,这种接头仍然用来传输各式各样分辨率的模拟信号。

VGA曾经被IBM官方宣布使用XGA标准所取代,但在历史上,它其实是被其他的OEM制造商用所谓的SVGA标准所取代。

技术性细节

VGA中的A指的是“数组(array)”而非“转换器(adapter)”,因为它从一开始就被设计为一个单一的集成芯片,用来取代Motorola 6845和数十个离散的逻辑芯片组合而成的ISA母版,这种设计是之前的MDACGAEGA所使用的。VGA的这个特性允许它轻易的植入PC的主板之中,只需要额外的显存振荡器和一个RAMDAC,就具备显示功能。IBM PS/2电脑系列就是采用将VGA放置于主板上的设计。

VGA的规格表如下:

  • 256 KiB的Video RAM
  • 16色和256色模式
  • 总共262144种颜色的色版(红、绿、蓝三色各6 bit,总共种)
  • 选择性的25.2 MHz或28.3 MHz处理频率
  • 最多720个水平像素
  • 最多480条线
  • 最高70 Hz的更新频率
  • Vertical Blanking interrupt(不是所有卡都支持)
  • 平面模式:最多16色(4 bit面板)
  • Packed-pixel模式:256色(Mode 13h)
  • 顺畅滚动画面的能力
  • Some "Raster Ops" support
  • Barrel shifter
  • 支持分割画面

VGA支持可单独操控像素的APA(All Points Addressable)模式,也支持字母与数字的文字模式。标准的图形模式如下:

  • 640×480×16色
  • 640×350×16色
  • 320×200×16色
  • 320×200×256色(Mode 13h)

它也支持用模拟的方式画出向下兼容的分辨率:EGA、CGA和MDA。

标准文字模式

标准的VGA文字模式使用80×25或40×25个字母或数字组成的平面。每个字符的块状区域可以选择16种前景色和8种背景色;8种背景色来自bit容量较低的集合(以今天的标准来说,例如ffffff或者是000000)。而字符本身也可设置是否闪烁,而字符的闪烁动作都是同时的。画面的闪烁功能和选择背景颜色的功能是可交换的,换句话说两者只能择一。以上这些选项和IBM先前生产的CGA转换器是相同的。

VGA虽然支持黑白和彩色的文字模式,但黑白模式很少使用。大多的VGA在显示黑白模式时使用彩色模式,即是将灰色字画在黑色背景上。而使用VGA的单色显示器也能很好的支持这样的彩色模式。现代显示器和显卡若连接不当,偶尔会导致显卡的VGA部分侦测显示器为单色的,而这将使BIOS引导显示为黑白模式。通常在加载操作系统和适当的驱动程序以后,显卡的设置被覆盖,显示器就会变回彩色。

在彩色的文字模式中,每个字符其实由两个byte代表。较低的一个byte用来显示字符,而较高的byte就用来代表彩色、闪烁等等属性。这种成对的byte模式是从CGA就一直传续下来的。

VGA色版

VGA的色彩系统可以向前兼容于EGA和CGA转换器,而它在其上又新增了一种设置。CGA可以显示16种色彩,EGA则将其扩展成从64种颜色色版选出的16色模式(即红绿蓝各2 bits)。VGA则更将其扩展成256种颜色色版,但为了向前兼容,一次只能选择256种之中的64种(例如第一个64种颜色集合、第二个…)。所以一个。它们也不兼容于较老旧的显示器,将造成诸如overscan、闪烁、垂直滚动、缺乏水平同步等等缺点。因为如此,多数的商业软件使用的VGA调适都限制在显示器的“安全界线”之下,例如320×400(双倍分辨率,2 video pages)、320×240(方形像素,3 video pages)和360x480(最高的兼容分辨率,1 video page)。

参考文献

  1. ^ Norton, Peter and Wilton, Richard (1988). The new Peter Norton programmer's guide to the IBM PC and PS/2.

延伸阅读

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