VGA

VGA
Медиафайлы на Викискладе

VGA (англ. Video Graphics Array) — компонентный видеоинтерфейс, используемый в мониторах и видеоадаптерах. Выпущен IBM в 1987 году для компьютеров PS/2 Model 50 и более старших^[1].

Видеоадаптер VGA, в отличие от предыдущих видеоадаптеров IBM (MDA, CGA, EGA), использует аналоговый сигнал для передачи цветовой информации. Переход на аналоговый сигнал был обусловлен необходимостью сокращения числа проводов в кабеле. Также аналоговый сигнал давал возможность использовать VGA-мониторы с последующими видеоадаптерами, которые могут выводить большее количество цветов^[2].

Официальным последователем VGA стал стандарт IBM XGA, фактически же он был замещен различными расширениями к VGA, известными как «Super VGA» (SVGA).

Термин VGA также используется для обозначения 15-контактного разъёма VGA для передачи аналоговых видеосигналов при различных разрешениях.

VGA отключен в UEFI системах.

VGA (так же, как и EGA) состоит из следующих основных подсистем (словом «секвенсер» называли^[кто?] набор регистров управления доступом к плоскостям видеопамяти):

• Графический контроллер (Graphics Controller), посредством которого происходит обмен данными между центральным процессором и видеопамятью. Имеет возможность выполнять битовые операции над передаваемыми данными.
• Видеопамять (Display Memory), в которой размещаются данные, отображаемые на экране монитора. 256 кБ DRAM разделены на четыре цветовых слоя по 64 кБ.
• Последовательный преобразователь (Serializer или Sequencer) — преобразует данные из видеопамяти в поток битов, передаваемый контроллеру атрибутов^[3].
• Контроллер атрибутов (Attribute Controller) — с помощью палитры преобразует входные данные в цветовые значения.
• Синхронизатор (Sequencer) — управляет временны́ми параметрами видеоадаптера и переключением цветовых слоёв.
• Контроллер ЭЛТ (CRT Controller) — генерирует сигналы синхронизации для ЭЛТ^[4][5].

В отличие от CGA и EGA, основные подсистемы располагаются в одной микросхеме, что позволяет уменьшить размер видеоадаптера (EGA тоже был реализован в одном чипе, по крайней мере его тайваньские неоригинальные клоны). В компьютерах PS/2 видеоадаптер VGA интегрирован в материнскую плату^[2].

VGA полностью аналогичен EGA (включая плоскостную видеопамять в 16-цветных режимах и секвенсор для доступа процессора к ней), за исключением нижеследующего:

• иной разъем и кабель к монитору (и иные мониторы), аналоговый, а не 2 бита на цвет. Этот разъем и кабель не менялись около 15 лет (до появления цифровых пакетно-ориентированных технологий DVI, HDMI и DisplayPort, пришедших из мира бытовой видеотехники) и использовались далее в куда более высоких разрешениях. Даже стандартные VGA мониторы сплошь и рядом были способны показывать режим 800×600 при использовании с более современной видеокартой (всё зависело от качества блоков развёртки монитора и их способности не сорвать генерацию на таких повышенных частотах). В настоящее время (все современные видеокарты совместимы с VGA сверху вниз) слово «VGA» в обиходе означает именно этот тип подключения монитора, ныне устаревший, но всё ещё актуальный;
• 18-битные цвета в палитре вместо 6-битных, такой богатый набор позволял, например, реализовать ночь, плохую погоду, «заколдованные» режимы и мерцающие цвета в играх одной лишь палитрой (как в игре «Ultima VII»);
• наличие 256-цветных режимов, стандартный — 320×200, недокументированными (на деле документированными в документациях на аппаратуру VGA, но не включёнными в BIOS и его документацию) ухищрениями можно было получить 320×240 (квадратные пиксели, т. н. «режим VGA-X») и выше;
• максимальный 16-цветный режим — 640×480 (квадратные пиксели);
• во всех 200-строчных графических режимах скан-линия повторялась 2 раза, что давало 400 физических строк развёртки монитора, что сильно улучшало качество картинки даже в младших режимах (отсутствие щелей между строк развёртки);
• высота ячейки знакогенератора — 16 скан-линий, а не 14, как у EGA, что давало те же 400 строк развёртки во всех текстовых режимах (кроме режимов совместимости со знакогенератором EGA). Таким образом, VGA всегда использовал 400 строк развёртки, кроме двух старших 16-цветных режимов, где их было 480 и 350. Режим VGA-X также использовал 480 строк;
• все регистры (палитры, секвенсера и т. д.) доступны на чтение, EGA имел ряд регистров «только для записи» (например, палитра).

В стандартных текстовых режимах символы формируются в ячейке 9×16 пикселов, возможно использование шрифтов других размеров: 8-9 пикселов в ширину и 1-32 пиксела в высоту. Размеры самих символов, как правило, меньше, так как часть пространства уходит на создание зазора между символами. Функция для выбора размера шрифта в BIOS отделена от функции выбора видеорежима, что позволяет использовать различные комбинации режимов и шрифтов. Имеется возможность загрузки восьми и одновременного вывода на экран двух различных шрифтов^[2][6].

В VGA BIOS хранятся следующие виды шрифтов и функции для их загрузки и активации:

• 8×16 пикселей (стандартный шрифт VGA),
• 8×14 (для совместимости с EGA),
• 8×8 (для совместимости с CGA).

Как правило, эти шрифты соответствуют кодовой странице CP437. Также поддерживается программная загрузка шрифтов, которую можно использовать, например, для русификации^[7].

Доступны следующие стандартные режимы:

• 40×25 символов, 16 цветов, разрешение 360×400 пикс.;
• 80×25 символов, 16 цветов, разрешение 720×400 пикс.;
• 80×25 символов, монохромный, разрешение 720×400 пикс.^[4]

Хотя в текстовых режимах VGA одно знакоместо имеет ширину 9 пикселей, в данных знакогенератора определяются только 8 из них (8 бит одного байта на строку); пиксели правой колонки символьной матрицы определяется автоматически: пустыми (для символов в диапазоне 0x00-0xAF и 0xE0-0xFF) или такими же, как пикселы 8-й колонки (для символов псевдографики в диапазоне 0xB0-0xDF). Режим повтора 8й колонки мог быть отключен через регистр (через запрос BIOS никак). Так же, через регистры, можно было переключить текстовый режим c 9 колонок на 8 колонок для символа (так же как переключались графические режимы 320/360 точек в строке), что было нужно для некоторых матриц ноутбуков. Стандартные шрифты при этом обычно слипались, и нужно было загружать собственные (в BIOS более узкие шрифты обычно были прописаны вендором, но русские шрифты загружались сторонними программами, например KeyRus).

Используя шрифты меньших размеров, чем стандартный 8×16, можно увеличить количество строк в текстовом режиме. Например, если включить шрифт 8×14, то будет доступно 28 строк. Включение шрифта 8×8 увеличивает количество строк до 50 (аналогично режиму EGA 80×43)^[8][9].

В текстовых режимах для каждой ячейки с символом можно указать атрибут, задающий способ отображения символа. Существует два отдельных набора атрибутов — для цветных режимов и для монохромных.

Атрибуты цветных текстовых режимов позволяют выбрать один из 16 цветов символа, один из 8 цветов фона и включить или отключить мерцание (возможность выбора мерцания можно заменить на возможность выбора одного из 16 цветов фона), что совпадает с возможностями CGA.

Атрибуты монохромных режимов совпадают с атрибутами, доступными у MDA, и позволяют включать повышенную яркость символа, подчёркивание, мерцание, инверсию и некоторые их комбинации^[2].

В отличие от своих предшественников (CGA и EGA) видеоадаптер VGA имел видеорежим с квадратными пикселами (то есть, на экране с соотношением сторон 4:3 соотношение горизонтального и вертикального разрешений было также 4:3). У адаптеров CGA и EGA пикселы были вытянуты по вертикали.

• 320×200 пикс., 4 цвета.
• 320×200 пикс., 16 цветов.
• 320×200 пикс., 256 цветов (новый для VGA).
• 640×200 пикс., 2 цвета.
• 640×200 пикс., 16 цветов.
• 640×360 пикс., монохромный.
• 640×360 пикс., 16 цветов.
• 640×480 пикс., 2 цвета. При разрешении 640×480 пикселей имеет пропорции 1:1 (новый для VGA).
• 640×480 пикс., 16 цветов (новый для VGA)^[4].

Перепрограммирование VGA позволяло достичь более высоких разрешений по сравнению со стандартными режимами VGA. Наиболее распрост��анённые режимы таковы:

• 320×200, 256 цветов, 4 страницы. Ничем внешне не отличающийся от режима 13h (320×200, 256 цветов), этот режим имел четыре видеостраницы объёмом чуть менее 64 кБ каждая. Это позволяло реализовать двойную и даже тройную буферизацию.
• 320×240, 256 цветов, 2 страницы. В этом режиме страниц меньше, зато пиксели имеют пропорции 1:1 (квадратные).
• 360×480, 256 цветов, 1 страница. Наибольшее разрешение на 256 цветах, которое позволяет VGA.

Во всех этих режимах используется плоскостная организация видеопамяти, концептуально похожая на используемую в 16-цветных режимах, но использующая для формирования цвета по 2 бита из каждой плоскости, а не по 1 — то есть биты 0-1 байта 0 в плоскости 0 давали биты 0-1 цвета пиксела 0, те же биты в плоскости 1 — биты 2-3 цвета, и т. д. Следующие биты того же байта давали цвета следующих пикселов, то есть 4 расположенные «один параллельно другому» по одному адресу байта в 4 плоскостях задавали цвет 4 пикселов.

Такая организация видеопамяти позволяла использовать всю видеопамять карты, а не только плоскость 0 в 64К, для формирования 256-цветного изображения, что давало возможность использования высоких разрешений или многих видеостраниц.

Для работы с такой памятью использовался тот же секвенсер, что и в 16-цветных режимах.

Зато из-за особенностей контроллера видеопамяти копирование данных в видеопамять происходит вчетверо быстрее, чем в режиме 13h^[англ.] (это сильно зависит от конкретного машинного кода, исполняющего копирование, и конкретного сценария рисования, а именно заливки сплошным цветом, в общем случае плоскостная видеопамять куда медленнее обычной, и именно потому в SVGA от неё отказались полностью).

Термин «X-режим» (англ. Mode X) был придуман Майклом Абрашем в 1991 году для обозначения нестандартного режима 320×240 с 256 цветами. Этот режим был открыт (путём изучения IBM-овской документации на аппаратуру VGA, которая в те времена была защищена на правовом уровне и не ходила в виде файлов в публичном доступе, опубликованы были только вызовы VGA BIOS, которые не умели включать эти режимы) различными программистами независимо друг от друга, но стал известным благодаря статьям Майкла Абраша в журнале «Dr. Dobb’s Journal»^[10].

• DOS/V^[англ.]
• VGA (разъём)
• SVGA
• QVGA
• VESA BIOS Extensions
• CIF
• Другие распространенные разрешения дисплеев

• Распиновка VGA с описаниями сигналов
• Подключение мониторов VGA по витой паре