Articulo de referencia

Matriz de gráficos de vídeo

Video Graphics Array ( VGA ) es un controlador de pantalla de video y un estándar gráfico de facto asociado, introducido por primera vez con la línea de computadoras IBM PS/2 en...

Video Graphics Array ( VGA ) es un controlador de pantalla de video y un estándar gráfico de facto asociado, introducido por primera vez con la línea de computadoras IBM PS/2 en 1987, [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] que se generalizó en la industria de las PC compatibles con IBM en tres años. [ 4 ] El término ahora puede referirse al estándar de visualización de la 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 gráfico de IBM al que se adaptaron la mayoría de los fabricantes de ordenadores compatibles con IBM PC, lo que lo convierte en el mínimo común denominador que prácticamente todo el hardware gráfico de PC posterior a 1990 puede esperarse que implemente. [ 6 ]

VGA fue adaptado en muchas formas extendidas por terceros, conocidas colectivamente como Super VGA , [ 7 ] luego dio paso a unidades de procesamiento gráfico personalizadas que, además de sus interfaces y capacidades propietarias, continúan implementando modos e interfaces gráficas VGA comunes hasta el día de hoy.

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

Diseño de hardware

Sección VGA en la placa base del 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 solo 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 los adaptadores gráficos anteriores, por lo que VGA solo requería adicionalmente RAM de vídeo externa y cristales de temporización . [ 9 ] [ 10 ]

Este reducido número de componentes permitió a IBM incluir VGA directamente en la placa base PS/2, a diferencia de los modelos anteriores de IBM PC ( PC , PC/XT y PC AT  ), que requerían un adaptador de pantalla independiente instalado en una ranura para 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 único componente 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 en el IBM PS/2, que venía acompañado de 256 KiB 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 añadirse a máquinas que no lo tenían integrado. [ 12 ] [ 11 ]

En algunas máquinas y cables, faltaba el pin 9. Este pin alimenta un chip EEPROM del monitor, que informa a la tarjeta gráfica sobre las capacidades del mismo. Es probable que los sistemas o cables que carecen de este pin utilicen una versión antigua de VGA.

Capacidades

Imagen VGA simulada de 640 × 480 píxeles y 16 colores.
Imagen VGA simulada de 320 × 200 píxeles y 256 colores (corregida para la relación de aspecto).
Comparación de resoluciones estándar, incluyendo VGA 640 × 480

La VGA admite todos los modos gráficos compatibles con las tarjetas MDA, CGA y EGA, así como varios modos nuevos.

Modos gráficos estándar

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

Los modos de 640 × 480 de 16 colores y de 320 × 200 de 256 colores tenían paletas totalmente redefinibles, con cada entrada seleccionada de una gama de 18 bits (262.144 colores) . [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]

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

Modo gráfico de 640 × 480

La resolución de 640 × 480 (con 256 colores en lugar de 16) fue utilizada originalmente por IBM en gráficos PGC (para los cuales VGA no ofrece retrocompatibilidad), pero no se popularizó hasta la introducción de VGA. A medida que los fabricantes comenzaron a clonar VGA en grandes cantidades, añadiendo 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 gráfico de 640 × 480 × 16 que utilizara las especificaciones de memoria y registro de VGA , ya que no ofrecían soporte para resoluciones o profundidades de bits inferiores, ni para otras configuraciones de memoria o registro sin controladores adicionales. Incluso bien entrados los años 2000, después de que el estándar VESA para tarjetas gráficas se generalizara, el modo gráfico "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:

  • 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 de 350 a 410 líneas (incluidas 400 líneas) a una frecuencia de actualización de 70 Hz, o
  • De 224 a 256, o de 448 a 512 líneas (incluidas las de 240 o 480 líneas) a una frecuencia de actualización de 60 Hz.
  • De 512 a 600 líneas con frecuencias de actualización verticales reducidas (hasta 50 Hz, incluyendo, por ejemplo, 528, 544, 552, 560 y 576 líneas), según la compatibilidad de cada monitor.

Por ejemplo, se pueden usar modos de alta resolución con píxeles cuadrados de 768 × 576 o 704 × 528 en 16 colores, o una resolución media-baja de 320 × 240 con 256 colores. Alternativamente, se puede usar una resolución extendida con píxeles "gruesos" y 256 colores, por ejemplo, 400 × 600 (50 Hz) o 360 × 480 (60 Hz), y píxeles "finos", 16 colores y una frecuencia de actualización de 70 Hz, por ejemplo, en el modo 736 × 410 .

Los modos "estrechos", como el de 256 × 224, tienden a conservar la misma relación de píxeles que, por ejemplo, el modo de 320 × 240, a menos que el monitor se ajuste para estirar la imagen y llenar la pantalla, ya que se derivan simplemente enmascarando el modo más ancho en lugar de alterar la sincronización de píxeles o líneas. Sin embargo, pueden ser útiles 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 usar modos no estándar de "alta resolución", como 640 × 350 , lo que le permite mostrar una porción mayor de la mesa de pinball en la pantalla. [ 19 ] El juego Scorched Earth usa una resolución predeterminada de 360 ​​× 480 , con muchas otras resoluciones no estándar disponibles. [ 20 ]

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 [ 21 ]
  • 40 × 25 , con una fuente de 9 × 16 , con una resolución efectiva de 360 ​​× 400.
  • 80 × 43 o 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 gráficos basados ​​en píxeles, es posible utilizar modos de texto adicionales programando correctamente la VGA, 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 , que utiliza una fuente de 8 × 16 u 8 × 8 y una pantalla efectiva de 640 × 480 píxeles, que cambia el uso del modo de 60 Hz, que parpadea más, por 5 o 10 líneas de texto adicionales y bloques de caracteres cuadrados (o, en el caso de 80 × 30 , medios bloques cuadrados).

Detalles técnicos

A diferencia de las tarjetas que la precedieron, que utilizaban señales TTL binarias para interactuar con un monitor (y también señales compuestas , en el caso de la CGA), la VGA introdujo una interfaz de vídeo que utilizaba señales RGB analógicas puras , con un rango máximo de 0,7 voltios pico a pico. Junto con un RAMDAC de 18 bits (6 bits por canal RGB), esto producía una gama de colores de 262 144 colores. [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]

A continuación se muestran las especificaciones originales de VGA:

Sincronización de señales

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 facilitó mucho la oferta de soluciones de salida de TV opcionales o convertidores externos de VGA a TV en el momento del desarrollo de VGA. También es, al menos nominalmente, el doble que el de CGA, que también admitía monitores compuestos .

Todas las configuraciones de sincronización VGA "derivadas" (es decir, aquellas que utilizan los cristales maestros de 25,175 y 28,322 MHz y, en menor medida, la frecuencia de línea nominal de 31,469 kHz) pueden modificarse mediante software que omite la interfaz del firmware VGA y se comunica directamente con el hardware VGA, como ocurría en muchos juegos basados ​​en MS-DOS. Sin embargo, solo los modos estándar, o aquellos que utilizan prácticamente las mismas configuraciones de sincronización horizontal y vertical que uno de los modos estándar, pueden funcionar con los monitores VGA originales de finales de los 80 y principios de los 90. El uso de otras configuraciones de sincronización puede dañar dichos monitores, por lo que los desarrolladores de software solían evitarlo.

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

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. [ 25 ] [ 26 ]

Usos típicos de los modos seleccionados

640 × 400 a 70 Hz es tradicionalmente el modo de vídeo utilizado para arrancar ordenadores personales x86 compatibles con VGA [ 27 ] que muestran una pantalla de arranque gráfica, mientras que el arranque en modo texto utiliza 720 × 400 a 70 Hz.

Sin embargo, esta convención se ha ido erosionando en los últimos años, ya que las pantallas POST y BIOS han adoptado resoluciones más altas, aprovechando los datos EDID para adaptar la resolución al monitor conectado.

640 × 480 a 60 Hz es el modo gráfico predeterminado de Windows (normalmente con 16 colores), [ 27 ] hasta Windows 2000. Sigue siendo una opción en XP y versiones posteriores a través de la opción "vídeo de baja resolución" del menú de arranque y la configuración del modo de compatibilidad por aplicación, a pesar de que las versiones más recientes de Windows ahora tienen por defecto 1024 × 768 y generalmente no permiten que se establezca ninguna resolución inferior a 800 × 600 .

La necesidad de una alternativa de tan baja calidad y universalmente compatible ha disminuido desde principios de siglo, ya que las pantallas o adaptadores con estándar de señalización VGA que no pueden mostrar nada más allá de las resoluciones originales se han vuelto cada vez más raros .

La resolución de 320 × 200 a 70 Hz era el modo más común en los juegos de PC de principios de la década de 1990, con duplicación de píxeles y de líneas realizada por hardware para presentar una señal de 640 × 400 a 70 Hz en el monitor.

La imagen de arranque LOGO.SYS de Windows 95/98/Me tenía una resolución de 320 × 400 píxeles , que se mostraba con duplicación de píxeles para presentar una señal de 640 × 400 a 70 Hz en el monitor. La señal de 400 líneas era la misma que el modo de texto estándar de 80 × 25 , lo que significaba que al pulsar para volver al modo de texto no cambiaba la frecuencia de la señal de vídeo y, por lo tanto, el monitor no tenía que resincronizarse (lo que de otro modo podría haber tardado varios segundos). Esc

Conector

Un conector VGA estándar
Conectores VGA BNC

La interfaz estándar del monitor VGA es un conector D-subminiatura de 15 pines en la carcasa "E", al que se hace referencia de diversas maneras como "DE-15", "HD-15" y erróneamente "DB-15(HD)".

Todos los conectores VGA transmiten señales de vídeo analógicas RGBHV (rojo, verde, azul, sincronización horizontal , sincronización vertical ). Los conectores modernos también incluyen pines VESA DDC para identificar los dispositivos de visualización conectados.

Debido a que VGA utiliza señales analógicas de bajo voltaje, la degradación de la señal se convierte en un problema con cables de baja calidad o excesivamente largos. Las soluciones incluyen cables blindados, cables con un cable coaxial interno independiente para cada señal de color y cables con conectores BNC , que utilizan un cable coaxial independiente para cada señal de color.

Los cables divisores BNC suelen utilizar cinco conectores: uno para cada señal (rojo, verde, azul, sincronización horizontal y sincronización vertical), y no incluyen las demás 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, lo que minimiza la diafonía y las interferencias externas. El uso de cables de vídeo RGB BNC es anterior al de VGA en otros mercados e industrias.

Paleta de colores

Paleta de colores predeterminada VGA 256
Paleta VGA organizada en 4 grupos
Ejemplos de imágenes VGA en 640×480 con 16 colores y 320×200 con 256 colores (abajo). Se utiliza tramado para disimular las limitaciones de color.

El sistema de color VGA utiliza paletas basadas en registros para asignar colores con diferentes 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 mayor profundidad de bits para la paleta cuando se utiliza 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. [ 28 ] Cada registro de paleta contiene un valor RGB de 3×6 bits , que selecciona un color de la gama de 18 bits del DAC .

Estos registros de color se inicializan con valores predeterminados que IBM consideró más útiles para cada modo. Por ejemplo, los modos EGA de 16 colores se inicializan con la paleta CGA de 16 colores predeterminada, 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 previstos. [ 29 ] [ 30 ] Después de la inicialización, se pueden redefinir en cualquier momento sin alterar el contenido de la RAM de vídeo, lo que permite el ciclo de paletas .

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 función llamada "chain-4", de modo que cada píxel aparece para la CPU como un valor empaquetado de 8 bits que representa el índice de la paleta. [ 31 ]

Usar

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

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

Una tarjeta VGA típica también proporciona este segmento de E/S mapeado por puertos:

  • 0x3B0 a 0x3DF

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, esta configuración se utilizaba habitualmente para mostrar hojas de cálculo de Lotus 1-2-3 con texto de alta resolución en una pantalla monocromática y gráficos asociados en una pantalla CGA de baja resolución simultáneamente. Muchos programadores también utilizaban esta configuración, mostrando la tarjeta monocromática 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, podían funcionar con una configuración de doble monitor. Tanto Turbo Debugger como CodeView podían utilizarse para depurar Windows.

También existían 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 fallos de versiones de depuración de Windows sin utilizar un terminal serie real.

También es posible usar el comando "MODE MONO" en la línea de comandos para redirigir la salida a la pantalla monocromática. Cuando no había un adaptador monocromático, se podía usar el espacio de direcciones 0xB000–0xB7FF como memoria adicional para otros programas.

Una tarjeta gráfica PCI / PCIe con capacidad VGA puede proporcionar registros VGA heredados en su espacio de configuración PCI , que pueden ser reasignados por la BIOS o el sistema operativo . [ 32 ]

Programación

Al dividir la memoria VGA de 256 KB en cuatro "planos" separados, se logra que los 256 KB de RAM de VGA estén disponibles en modos de 256 colores. Esto conlleva una mayor complejidad y una pérdida de rendimiento en algunos tipos de operaciones gráficas, pero se compensa con la mayor velocidad de otras operaciones en determinadas situaciones.

  • El relleno de polígonos de un solo color podría acelerarse gracias a la capacidad de establecer cuatro píxeles con una sola escritura en el hardware. [ 33 ]
  • El adaptador de vídeo podía ayudar a copiar regiones de la memoria RAM de vídeo, lo que a veces resultaba más rápido que hacerlo con la interfaz CPU-VGA, que era relativamente lenta.
  • El uso de múltiples páginas de vídeo en el hardware permitía el doble búfer , el triple búfer o las pantallas divididas, que, si bien estaban disponibles en el modo de 320 × 200 de 16 colores de VGA, no eran posibles utilizando el modo 13h estándar .
  • En particular, eran 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 utilizaban combinaciones inusuales de recuentos de píxeles horizontales y verticales en cualquiera de los modos de color.

Software como Fractint , Xlib y ColoRIX también admitían modos de 256 colores ajustados en adaptadores estándar usando 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 era el más conocido y el más usado, 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 usado por Michael Abrash cuando presentó la resolución en Dr. Dobb's Journal .

Los modos de mayor resolución solo se utilizaban en casos especiales y opcionales, en lugar de ser estándar, especialmente cuando se trataba de un gran número de líneas. Los monitores VGA estándar tenían una frecuencia de escaneo de línea (escaneo horizontal) fija (los monitores "multisync" eran, en aquel entonces, rarezas costosas), por lo que la frecuencia de actualización vertical/de fotograma (escaneo vertical) tenía que reducirse para adaptarse a ellos, lo que aumentaba el parpadeo visible y, por lo tanto , la fatiga visual . Por ejemplo, el modo más alto de 800 × 600 , que por lo demás se basaba en la resolución SVGA correspondiente (con 628 líneas en total), reducía la frecuencia de actualización de 60 Hz a unos 50 Hz (y 832 × 624 , la resolución máxima teórica alcanzable con 256 KB a 16 colores, la habría reducido a unos 48 Hz, apenas superior a la frecuencia 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 detalles de la imagen por sobreexploración (especialmente en la dimensión horizontal), desplazamiento vertical, mala sincronización horizontal o incluso la ausencia total de imagen, dependiendo del modo exacto intentado. 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 (resolución doble, dos páginas de vídeo, 70 Hz) y 360 × 480 (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

IBM presentó su primer hardware VGA en abril de 1987. En seis meses, ya había clones disponibles. [ 34 ] [ 35 ]

Sucesores

Super 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, como ATI Technologies y Western Digital . SVGA permitió resoluciones de visualización gráfica de hasta 800 × 600 píxeles , un 56 % más que la resolución máxima de VGA de 640 × 480 píxeles. [ 36 ]

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 para la resolución de pantalla de 1024 × 768 píxeles .

Véase también

Referencias

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Lecturas adicionales

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  • Manual de referencia técnica de IBM VGA (PDF) . Este es el manual de referencia original de IBM. El documento ofrece una buena visión general de la funcionalidad VGA y es bastante completo, incluyendo una descripción detallada de los modos BIOS estándar y algunas técnicas de programación .
  • Descripciones de pines y señales VGA
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