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视频图形阵列

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视频图形阵列英语Video Graphics Array,簡稱VGA)是IBM於1987年提出的一個使用類比訊號的電腦顯示標準。這個標準已對於現今的個人電腦市場已經十分過時。即使如此,VGA仍然是最多製造商所共同支援的一個標準,個人電腦在載入自己的獨特驅動程式之前,都必須支援VGA的標準。例如,微軟Windows系列產品的開機畫面仍然使用VGA顯示模式,這也說明其分辨率和載色數的不足。

VGA這個術語常常不論其圖形裝置,而直接用於指稱640×480的分辨率。VGA裝置可以同時儲存4個完整的EGA色版,並且它們之間可以快速轉換,在畫面上看起來就像是即時的變色。[1]

在色版上,VGA除了擴充為256色的EGA式色版外,這256種顏色是可以改變的。可以透過 VGA DAC,任意的指定為任何一種顏色。這就程度上改變了原本EGA的色版規則。因為在CGA上,只有16種無法改的色彩。在EGA上雖然仍只能顯示16種色彩,但這16種色彩其實是從64彩色盤中挑選出的。EGA分配給每個色頻(RGB)兩個位元,2^2=4種變化,4^3個色頻=64種色彩。而VGA在指定色版顏色時,一個顏色頻道有6個bit,紅、綠、藍各有64種不同的變化,因此總共有 262,144 種顏色。在這其中的任何 256 種顏色可以被選為色版顏色(而這 256 種的任何 16 種可以用來顯示 CGA 模式的色彩)。

這個方法最終仍然使了VGA模式在顯示EGA和CGA模式時,能夠使用前所未有的色彩,因為VGA是使用模擬的方式來繪出EGA和CGA畫面。提供一個色版轉換的例子:要把文字模式的字元顏色設定為暗紅色,暗紅色就必須是 CGA 16 色集合中的一種顏色(譬如說,取代 CGA 預設的 7 號灰色),這個 7 號位置將被指定為 EGA 色版中的 42 號,然後 VGA DAC 將 EGA #42 指定為暗紅色。則畫面上的原本的 CGA 七號灰色,都會變成暗紅色。這個技巧在 256 色的 VGA DOS 遊戲中,常常被用來表示載入遊戲的淡入淡出畫面。

總結來說,CGA 和 EGA 同時只能顯示 16 種色彩,不過 EGA 有更多色盤可用。而 VGA 不但相容於 CGA 或 EGA 模式,更可以使用 Mode 13h 模式一次顯示 256 色版中的所有色彩,而這 256 種顏色是從 262,144 種顏色(18-bit)中挑出的。

記憶體定址[编辑]

VGA所使用的視訊記憶體,透過一個窗口對應於PC的主記憶體,它們的真實位址為0xA000和0xC000之間的記憶體。典型地來說位址的開始點是:

  • 0xA000 使用於 EGA/VGA 圖型模式(4 KB)
  • 0xB000 單色文字模式(2 KB)
  • 0xB800 彩色文字模式和 CGA 相容模式(2 KB)

由於使用的區段皆不相同,在同一部機器上裝置一個單色顯示卡(MDA)和另一個彩色顯示卡(VGA、EGA或CGA)是不衝突的。在 1980 年代初,這種典型的搭配方式用於 Lotus 1-2-3 試算表上,一部高解析單色螢幕用來顯示文字,而另一部低解析的 CGA 螢幕用來顯示圖表。許多程式設計師也用這種配置來開發軟件,一部螢幕顯示 debug 細節,另一部螢幕則顯示真正的軟件運行畫面。許多商業的除錯軟件都支援這種配置,例如 Borland 的 Turbo Debugger、由 Alan J. Cox 開發的 D86、微軟的 CodeView 等,Turbo Debugger 和 CodeView 可以甚至可拿來 debug 微軟的 Windows 軟件。也有 DOS 驅動程式如ox.sys模擬一個終端機來接受 Windows 的 debug 訊息,而不用真正接上另一個終端機。在 DOS 底下使用「單色模式」指令,使其輸出轉向單色也是可能的。另外,假如電腦上並無單色顯示卡,那麼可以使用 EMM386.EXE 程序讓其他程式可以使用 B000-B7FF 這一段記憶體。(於 config.sys 檔案中加入 "DEVICE=EMM386.EXE I=B000-B7FF")

程序技巧[编辑]

一個未被紀錄但十分廣泛使用的技術稱作 Mode X(由 Michael Abrash 導入),使程式設計師能夠使用在 Mode 13h 之下無法做到的解析度。他將 256 KiB 連續的視訊記憶體「解開」並分成四個層次,因此在 256 色模式時全部 256 KiB 的記憶體都可以使用。技術上這將使得處理變得更複雜,並且效能降低。但在一些特殊情況下,效能損失的情況可以被彌補:

  • 單色的多邊形填色增快,因為一次寫入可以設定四個像素。
  • VGA 可以用來協助視訊記憶體之間的拷貝,有些時候會比使用 8088 或 80286 等慢速 CPU 更快。
  • 提供更高的解析度:16 色可使用 704×528、736×552、768×576、甚至 800×600。諸如 Xlib(1990 年代早期的 C 圖形函式庫)和 ColoRIX(256 色的圖形程式)支援 256 色下的各種解析度調和:直行 256、320 和 360 個像素,以及水平行 200、240、256、400 和 480 個像素的組合(上限的 640×400 幾乎用掉 256 KiB 中每一個 byte)。不過,320×240仍然是最常被使用的,因它為典型的4:3比例,為方形像素。
  • multiple video pages 讓程序員能夠使用雙重緩衝(所有的 16 色模式都可),這在 Mode 13h 無法辦到。

有時候,顯示器必須降低更新頻率來滿足這些模式,這會造成眼睛的疲勞這樣的低解析度雖然在PC市場早已淡出,但在Pocket PC和PDA市場,它正逐漸成為標準。它也常被用來指稱15針的D型接頭,這種接頭仍然用來傳輸各式各樣解析度的類比訊號。

VGA曾經被IBM官方宣佈使用XGA標準所取代,但在歷史上,它其實是被其他的OEM製造商用所謂的SVGA標準所取代。

技術性細節[编辑]

VGA中的A指的是「陣列(array)」而非「轉換器(adapter)」,因為它從一開始就被設計為一個單一的整合晶片,用來取代Motorola 6845和數十個離散的邏輯晶片組合而成的ISA母版,這種設計是之前的MDACGAEGA所使用的。VGA的這個特性允許它輕易的植入PC的主機板之中,只需要額外的視訊記憶體、振盪器和一個RAMDAC,就具備顯示功能。IBM的PS/2電腦系列就是採用將VGA放置於主機板上的設計。

VGA的規格表如下:

  • 256 KiB 的 Video RAM
  • 16 色和 256 色模式
  • 總共 262144 種顏色的色版(紅、綠、藍三色各 6 bit,總共 (2^6)^3 種)
  • 選擇性的 25.2 MHz 或 28.3 MHz 處理頻率
  • 最多 720 個水平像素
  • 最多 480 條線
  • 最高 70 Hz 的更新頻率
  • Vertical Blanking interrupt(不是所有卡都支援)
  • 平面模式:最多 16 色(4 bit 面板)
  • Packed-pixel 模式:256 色(Mode 13h)
  • 順暢捲動畫面的能力
  • Some "Raster Ops" support
  • Barrel shifter
  • 支援分割畫面

VGA支援可單獨操控像素的APA(All Points Addressable)模式,也支援字母與數字的文字模式。標準的圖形模式如下:

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

它也支援用模擬的方式畫出向下兼容的解析度:EGA、CGA和MDA。

標準文字模式[编辑]

標準的VGA文字模式使用 80×25 或 40×25 個字母或數字組成的平面。每個字元的塊狀區域可以選擇16種前景色和8種背景色;8種背景色來自bit容量較低的集合(以今天的標準來說,例如 ffffff 或者是 000000)。而字元本身也可設定是否閃爍,而字元的閃爍動作都是同時的。畫面的閃爍功能和選擇背景顏色的功能是可交換的,換句話說兩者只能擇一。以上這些選項和IBM先前生產的 CGA 轉換器是相同的。

VGA雖然支援黑白和彩色的文字模式,但黑白模式很少使用。大多的VGA在顯示黑白模式時使用彩色模式,即是將灰色字畫在黑色背景上。而使用VGA的單色顯示器也能很好的支援這樣的彩色模式。現代顯示器和顯示卡若連接不當,偶爾會導致顯示卡的VGA部份偵測顯示器為單色的,而這將使BIOS開機顯示為黑白模式。通常在載入作業系統和適當的驅動程式以後,顯示卡的設定被覆蓋,顯示器就會變回彩色。

在彩色的文字模式中,每個字元其實由兩個byte代表。較低的一個byte用來顯示字元,而較高的byte就用來代表彩色、閃爍等等屬性。這種成對的byte模式是從CGA就一直傳續下來的。

VGA色版[编辑]

VGA的色彩系統可以向前相容於EGA和CGA轉換器,而它在其上又新增了一種設定。CGA可以顯示16種色彩,EGA則將其擴充成從64種顏色色版選出的16色模式(即紅綠藍各2 bits)。VGA則更將其擴充成256種顏色色版,但為了向前相容,一次只能選擇256種之中的64種(例如第一個64種顏色集合、第二個…)。所以一個。它們也不相容於較老舊的顯示器,將造成諸如 overscan、閃爍、垂直滾動、缺乏水平同步等等缺點。因為如此,多數的商業軟體使用的 VGA 調適都限制在顯示器的「安全界線」之下,例如 320×400(雙倍解析度,2 video pages)、320×240(方形像素,3 video pages)和 360x480(最高的相容解析度,1 video page)。

參考文獻[编辑]

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

延伸閱讀[编辑]

电脑显示标准 尺寸比較
視訊硬體
MDA | Hercules | CGA | EGA | VGA | MCGA | 8514 | XGA
尺寸比較
顯示解析度
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