El Adaptador de gráficos en color ( CGA ), originalmente también llamado Adaptador de gráficos/color o Adaptador de monitor de gráficos/color de IBM , [1] introducido en 1981, fue la primera tarjeta gráfica en color de IBM para la PC IBM y estableció una pantalla de computadora de facto. estándar .
La tarjeta gráfica IBM CGA original se construyó alrededor del controlador de pantalla Motorola 6845 , [2] venía con 16 kilobytes de memoria de video incorporada y presentaba varios modos de gráficos y texto . La resolución de pantalla más alta de cualquier modo fue 640 × 200 y la profundidad de color más alta admitida fue de 4 bits (16 colores).
La tarjeta CGA se puede conectar a un monitor CRT de accionamiento directo mediante una interfaz RGBI digital ( TTL ) de 4 bits , como la pantalla en color IBM 5153 , o a un televisor o monitor de vídeo compuesto compatible con NTSC mediante un conector RCA . [3] El conector RCA proporcionaba sólo vídeo de banda base, por lo que para conectar la tarjeta CGA a un televisor sin una entrada de vídeo compuesto se necesitaba un modulador de RF independiente . [1]
IBM produjo la pantalla a color de computadora personal 5153 para usar con CGA, pero no estaba disponible en el momento del lanzamiento [4] y no se lanzaría hasta marzo de 1983. [5]
Aunque la pantalla en color de IBM no estaba disponible, los clientes podían usar la salida compuesta (con un modulador de RF si era necesario) o la salida de accionamiento directo con monitores de terceros disponibles que admitieran el formato RGBI y la velocidad de escaneo. Algunas pantallas de terceros carecían de entrada de intensidad, lo que reducía el número de colores disponibles a ocho, [4] y muchas también carecían del circuito exclusivo de IBM que convertía el color amarillo oscuro en marrón, por lo que cualquier software que usara marrón se mostraría incorrectamente.
CGA ofrecía varios modos de vídeo. [6] [7]
Modos gráficos:
Algunos programas lograron una mayor profundidad de color utilizando artefactos de color cuando se conectaron a un monitor compuesto.
Modos de texto:
IBM pretendía que CGA fuera compatible con un televisor doméstico. Los modos de texto de 40 × 25 y gráficos de 320 × 200 se pueden utilizar con un televisor, y los modos de texto de 80 × 25 y gráficos de 640 × 200 están pensados para un monitor. [2]
CGA utiliza una gama de 16 colores RGBI de 4 bits , pero no todos los colores están disponibles en todo momento, dependiendo del modo de gráficos que se esté utilizando. En los modos de resolución media y alta, los colores se almacenan con una profundidad de bits más baja y se seleccionan mediante índices de paleta fijos, no mediante selección directa de la paleta completa de 16 colores.
Cuando se utilizan cuatro bits (para modo de baja resolución o para programar registros de color), se organizan según el modelo de color RGBI : [8]
Estos cuatro bits de color luego son interpretados internamente por el monitor o convertidos a colores NTSC (ver más abajo).
Cuando se utiliza un monitor de accionamiento directo, los cuatro bits de color salen directamente al conector DE-9 en la parte posterior de la tarjeta.
Dentro del monitor, las cuatro señales se interpretan para activar las pistolas de color rojo, verde y azul. Con respecto al modelo de color RGBI descrito anteriormente, el monitor traduciría el número de color digital de cuatro bits a unos siete voltajes analógicos distintivos en el rango de 0,0 a 1,0 para cada pistola. [10]
El color 6 recibe un tratamiento especial; normalmente, el color 6 se volvería amarillo oscuro , como se ve a la izquierda, pero para lograr un tono marrón más agradable, los circuitos especiales en la mayoría de los monitores RGBI, comenzando con la pantalla en color IBM 5153, [11] hacen una excepción para el color 6. y cambia su tono de amarillo oscuro a marrón reduciendo la amplitud de la señal verde analógica. La cantidad exacta de reducción difería entre los modelos de monitor: la pantalla en color de computadora personal IBM 5153 original reduce la amplitud de la señal verde en aproximadamente un tercio, [12] mientras que la pantalla en color mejorada IBM 5154 convierte internamente todos los números de color RGBI de 4 bits a 6 bits. números de color ECD de bits, [8] lo que equivale a reducir a la mitad la amplitud de la señal verde. Los monitores Tandy CM-2, [13] CM-4 [14] y CM-11 [15] proporcionan un potenciómetro denominado "BROWN ADJ". para ajustar la cantidad de reducción de la señal verde.
Esta paleta "RGBI con marrón modificado" se mantuvo como la paleta predeterminada de estándares de gráficos de PC posteriores, como EGA y VGA , que pueden seleccionar colores de gamas mucho más grandes, pero los utilizan de forma predeterminada hasta que se reprograman.
Las tarjetas de video/monitores posteriores en modos de emulación CGA aproximarían los colores con la siguiente fórmula:
rojo := 2/3×( Número de color y 4)/4 + 1/3×( Número de color y 8)/8 verde := 2/3×( Número de color y 2)/2 + 1/3×( Número de color y 8) /8 azul := 2/3×( número de color y 1)/1 + 1/3×( número de color y 8)/8si (color == 6) verde := verde * 2/3
lo que produce la paleta CGA canónica: [10]
Para la salida compuesta, estos números de color de cuatro bits están codificados por el hardware integrado del CGA en una señal compatible con NTSC alimentada al conector de salida RCA de la tarjeta. Por razones de coste, esto no se hace usando un convertidor RGB a YIQ como exige el estándar NTSC, sino mediante una serie de flip-flops y líneas de retardo. [16] [17]
En consecuencia, los matices que se ven carecen de pureza; En particular, tanto el cian como el amarillo tienen un tinte verdoso, y el color 6 vuelve a verse amarillo oscuro en lugar de marrón. [18]
Las luminancias relativas de los colores producidos por el circuito generador de color compuesto difieren entre las revisiones de CGA: son idénticas para los colores 1-6 y 9-14 con los primeros CGA producidos hasta 1983, [19] y son diferentes para los CGA posteriores debido a la adición de resistencias adicionales. [20]
CGA ofrece cuatro modos de texto BIOS ( Modos 0 a 3 , llamados modos alfanuméricos o A/N en la documentación de IBM). En estos modos, los píxeles individuales de la pantalla no se pueden abordar directamente. En cambio, la pantalla está dividida en una cuadrícula de celdas de caracteres, cada una de las cuales muestra un carácter definido en una de las dos fuentes de mapa de bits, "normal" y "delgada", incluidas en la ROM de la tarjeta. Las fuentes son fijas y no se pueden modificar ni seleccionar desde software, sólo mediante un jumper en la propia placa.
Las fuentes se almacenan como mapas de bits con una profundidad de color de 1 bit, donde un "1" representa el carácter y un "0" representa el fondo. Estos colores se pueden elegir de forma independiente, para cada personaje en la pantalla, de la paleta CGA completa de 16 colores. El juego de caracteres está definido por la página de códigos de hardware 437 .
Los datos del mapa de bits de la fuente solo están disponibles para la propia tarjeta y la CPU no los puede leer. En los modos de gráficos, la salida de texto del BIOS funciona copiando el texto de la fuente ROM bit a bit a la memoria de video.
Los modos BIOS 0 y 1 son modos de texto de 40 columnas por 25 filas, con cada carácter un patrón de 8×8 puntos. La resolución de pantalla efectiva en este modo es 320 × 200 píxeles (una relación de aspecto de píxeles de 1:1,2). La tarjeta tiene suficiente RAM de vídeo para ocho páginas de texto diferentes en este modo.
La diferencia entre estos dos modos sólo se puede ver en un monitor compuesto, donde el modo 0 desactiva la ráfaga de color, haciendo que todo el texto aparezca en escala de grises. El modo 1 habilita la explosión de color, lo que permite el color. El Modo 0 y el Modo 1 son funcionalmente idénticos en monitores RGB y en adaptadores posteriores que emulan CGA sin admitir salida de color compuesto.
Los modos BIOS 2 y 3 seleccionan modos de texto de 80 columnas por 25 filas, y cada carácter sigue siendo un patrón de puntos de 8×8, pero se muestra a una velocidad de escaneo más alta. La resolución de pantalla efectiva de este modo es de 640 × 200 píxeles. En este modo, la tarjeta tiene suficiente RAM de vídeo para cuatro páginas de texto diferentes.
Al igual que con los modos de texto de 40 columnas, el Modo 2 desactiva la ráfaga de color en la señal compuesta y el Modo 3 la activa.
Cada celda de carácter almacenaba cuatro bits para el color de primer plano y de fondo. Sin embargo, en la configuración predeterminada de la tarjeta, el cuarto bit del color de fondo no establece la intensidad, pero establece el atributo de parpadeo de la celda. Todos los personajes en la pantalla con este bit configurado parpadearán periódicamente, lo que significa que su color de primer plano cambiará al color de fondo para que el personaje se vuelva invisible. Todos los personajes parpadean al unísono.
Al configurar un registro de hardware, se puede desactivar la función de parpadeo, restaurando el acceso a colores de fondo de alta intensidad.
Todos los caracteres parpadeantes en la pantalla parpadean sincronizados. El efecto del atributo de parpadeo está habilitado de forma predeterminada y el efecto de fondo de alta intensidad está deshabilitado; desactivar el parpadeo es la única forma de elegir libremente los últimos índices de ocho colores (8-15) para el color de fondo.
En particular, los lenguajes de programación GW-BASIC y Microsoft QBASIC incluidos con MS-DOS admitían todos los modos de texto del CGA con control total de color, pero no proporcionaban un medio normal a través del lenguaje BASIC para cambiar el CGA del modo de parpadeo a 16-. modo de color de fondo. Sin embargo, esto todavía era posible programando directamente los registros del hardware usando la declaración OUT del lenguaje BASIC.
CGA ofrece modos de gráficos en tres resoluciones: 160 × 100, 320 × 200 y 640 × 200. En todos los modos, cada píxel de la pantalla se puede configurar directamente, pero la profundidad de color para los modos superiores no permite seleccionar libremente entre los 16 completos. -paleta de color.
El modo de baja resolución 160 × 100 utiliza una paleta de 16 colores y está configurado como modo de 80 × 25 caracteres ( Modo 3 ), pero utiliza gráficos asignados en memoria en 16 KB de memoria. [21]
En los modos de resolución media 320 × 200 ( modos 4 y 5 ), cada píxel consta de dos bits, que seleccionan colores de una paleta de cuatro colores. En el modo 4, hay dos paletas y en el modo 5, una sola paleta.
Se pueden realizar varias elecciones programando registros de hardware. Primero, la paleta seleccionada. En segundo lugar, la intensidad, que se define para toda la pantalla, no por píxel. En tercer lugar, el color 0 (el color de "fondo") se puede configurar en cualquiera de los 16 colores.
El modo de gráficos específico del BIOS influye en las paletas que están disponibles. BIOS Mode 4 ofrece dos paletas: verde/rojo/marrón y cian/magenta/blanco.
Al igual que con los modos de texto 0 y 2, el modo 5 desactiva la ráfaga de color para permitir que los colores aparezcan en escala de grises en un monitor compuesto. Sin embargo, a diferencia de los modos de texto, esto también afecta los colores mostrados en un monitor RGBI, alterándolos a la paleta cian/rojo/blanco que se ve arriba. Esta paleta no está documentada por IBM, pero se utilizó en algún software.
En el modo de alta resolución 640 × 200 ( Modo 6 ), cada píxel es un bit, lo que proporciona dos colores que se pueden elegir de la paleta de 16 colores mediante la programación de registros de hardware.
En este modo, la imagen de vídeo se almacena como un mapa de bits simple, con un bit por píxel configurando el color como "primer plano" o "fondo". De forma predeterminada, los colores son negro y blanco brillante, pero el color de primer plano se puede cambiar a cualquier entrada en la paleta CGA de 16 colores. El color de fondo no se puede cambiar del negro en una tarjeta IBM CGA original.
Este modo desactiva la señal de ráfaga de color compuesta de forma predeterminada. El BIOS no proporciona una opción para activar la ráfaga de color en modo 640 × 200 y el usuario debe escribir directamente en el registro de control de modo para habilitarlo.
Existen varias características oficiales y no oficiales que pueden aprovecharse para lograr efectos especiales.
Algunos de estos ajustes anteriores se pueden combinar. Se pueden encontrar ejemplos en varios juegos. [24]
Técnicamente, este modo no es un modo de gráficos, sino un ajuste del modo de texto de 80 × 25. El registro de altura de celda de carácter se cambia para mostrar solo dos líneas por celda de carácter en lugar de las ocho líneas normales. Esto cuadruplica el número de filas de texto mostradas de 25 a 100. Estos caracteres de texto "muy comprimidos" no son caracteres completos. El sistema solo muestra las dos líneas superiores de píxeles (ocho cada una) antes de pasar a la siguiente fila.
El carácter 221 del juego de caracteres CGA consta de un cuadro que ocupa toda la mitad izquierda de la matriz de caracteres. (El personaje 222 consta de un cuadro que ocupa toda la mitad derecha).
Debido a que a cada personaje se le pueden asignar diferentes colores de primer plano y de fondo, se le puede colorear (por ejemplo) azul a la izquierda (color de primer plano) y rojo brillante a la derecha (color de fondo). Esto se puede revertir intercambiando los colores de primer plano y de fondo.
Utilizando el carácter 221 o 222, cada mitad de cada celda de carácter truncado se puede tratar como un píxel individual, lo que hace que haya 160 píxeles horizontales disponibles por línea. Por lo tanto, son posibles 160 × 100 píxeles en 16 colores, con una relación de aspecto de 1:1,2.
Aunque es una forma indirecta de lograr una pantalla gráfica de 16 colores, funciona bastante bien y el modo incluso se menciona (aunque no se explica) en la documentación oficial de hardware de IBM. [25] Este modo se utilizó ya en 1983 en el juego Moon Bugs . [26] [27] [28] [29]
Se pueden lograr más detalles en este modo usando otros caracteres, combinando el arte ASCII con la técnica antes mencionada. Macrocom, Inc exploró esto en dos juegos: Icon: Quest for the Ring (lanzado en 1984) y The Seven Spirits of Ra (lanzado en 1987). [29] [30] [31] [32] [33]
La misma técnica de reducción de la altura de las celdas de texto también se puede utilizar con el modo de texto 40 × 25, lo que produce una resolución de 80 × 100.
El uso de la salida compuesta en lugar de un monitor RGBI produjo un video de menor calidad, debido a la separación inferior de NTSC entre luminancia y crominancia. [34] Esto es especialmente un problema con el texto de 80 columnas: [35]
Por esta razón, cada uno de los modos de texto y gráficos tiene un modo duplicado que desactiva la explosión de color compuesta , lo que da como resultado una imagen en blanco y negro, pero también elimina el sangrado de color para producir una imagen más nítida. En los monitores RGBI, las dos versiones de cada modo suelen ser idénticas, a excepción del modo de gráficos 320 × 200, donde la versión "monocromática" produce una tercera paleta.
Los programadores descubrieron que este defecto podría convertirse en una ventaja, ya que distintos patrones de puntos de alta resolución se convertirían en áreas consistentes de colores sólidos, permitiendo así la visualización de colores de artefactos completamente nuevos . Con esta técnica se podrían utilizar tanto el modo de gráficos estándar de cuatro colores de 320 × 200 como el modo de gráficos de color sobre negro de 640 × 200.
Los colores directos son los 16 colores normales, como se describe anteriormente en "La paleta de colores CGA".
Los colores artefactos se ven porque el decodificador cromático NTSC del monitor compuesto malinterpreta parte de la información de luminancia como color. Al colocar cuidadosamente los píxeles en patrones apropiados, un programador puede producir artefactos de colores cruzados específicos que produzcan el nuevo color deseado; ya sea a partir de píxeles puramente en blanco y negro en modo 640 × 200, o como resultado de una combinación de colores directos y artefactos en modo 320 × 200, como se ve en las siguientes imágenes:
Así, con la elección entre el modo 320 × 200 vs. 640 × 200, la elección entre las dos paletas y un color de libre elección (el fondo en modo 320 × 200 y el primer plano en modo 640 × 200), es posible utilizar muchos conjuntos diferentes de colores de artefactos, lo que da como resultado una gama total de más de 100 colores.
Demostraciones posteriores realizadas por entusiastas han aumentado el número máximo de colores que el CGA puede mostrar al mismo tiempo a 1024. [36] [37] Esta técnica implica un ajuste del modo texto que cuadriplica el número de filas de texto. Luego se utilizan ciertos caracteres ASCII como U y ‼ para producir los patrones necesarios, que dan como resultado imágenes sin interpolación con una resolución efectiva de 80 × 100 en un monitor compuesto. [38]
Se producen 160 ciclos del reloj de color NTSC durante la salida de cada línea, por lo que en el modo de 40 columnas cada píxel ocupa medio ciclo y en el modo de 80 columnas cada píxel utiliza un cuarto de ciclo. Limitando la visualización de caracteres a una o dos líneas de exploración superiores, y aprovechando la disposición de píxeles en ciertos caracteres de la página de códigos 437 , es posible visualizar hasta 1024 colores. [36] Esta técnica se utilizó en la demostración 8088 MPH . [37]
La variante de 320 × 200 de esta técnica (ver arriba) es cómo se ve el modo de gráficos estándar compatible con BIOS en un monitor de color compuesto. La variante de 640 × 200, sin embargo, requiere modificar un bit (desactivar ráfaga de color) directamente en los registros de hardware del CGA. Como resultado, generalmente se lo denomina un "modo" separado.
Al depender completamente del proceso de codificación/decodificación NTSC, los artefactos de color compuesto no están disponibles en un monitor RGBI, ni son emulados por EGA, VGA o adaptadores de gráficos contemporáneos.
El moderno emulador de PC centrado en juegos DOSBox admite un modo CGA, que puede emular los artefactos de color de un monitor compuesto. Se admiten tanto el modo compuesto de 640 × 200 como la variante más compleja de 320 × 200.
Los artefactos compuestos, ya sea que se utilicen intencionalmente o como un artefacto no deseado, reducen la resolución horizontal efectiva a un máximo de 160 píxeles, más para texto en blanco y negro o blanco sobre negro, sin cambiar la resolución vertical. La visualización de vídeo compuesto resultante con colores "artefactados" a veces se describe como un "modo" de 160 × 200/16 colores, aunque técnicamente era una técnica que utilizaba un modo estándar.
La baja resolución de este método de artefactos de color compuesto llevó a que se utilizara casi exclusivamente en juegos. Muchos títulos de alto perfil ofrecían gráficos optimizados para monitores de color compuesto. Ultima II , el primer juego de la serie que se portó a IBM PC, utilizó gráficos compuestos CGA. King's Quest I también ofrecía gráficos de 16 colores en PC, PCjr y Tandy 1000, pero proporcionaba un 'modo RGB' en la pantalla de título que utilizaría sólo el modo de gráficos CGA normal, limitado a 4 colores.
La sincronización del vídeo en el CGA la proporciona el controlador de vídeo Motorola 6845 . Este circuito integrado se diseñó originalmente solo para pantallas alfanuméricas (texto) basadas en caracteres y puede abordar un máximo de 128 filas de caracteres.
Para realizar modos gráficos con 200 líneas de exploración en el CGA, el MC6845 está programado con 100 filas de caracteres por imagen y dos líneas de exploración por fila de caracteres. Debido a que la dirección de memoria de video generada por el MC6845 es idéntica para cada línea de exploración dentro de una fila de caracteres, el CGA debe usar la salida de "dirección de fila" del MC6845 (es decir, la línea de exploración dentro de la fila de caracteres) como un bit de dirección adicional para recuperar datos ráster del video. memoria. [39]
Esto implica que, a menos que el tamaño de los datos ráster de una única línea de exploración sea una potencia de dos, los datos ráster no se pueden distribuir de forma continua en la memoria de vídeo. En cambio, los modos de gráficos en el CGA almacenan las líneas de exploración pares de forma contigua en la memoria, seguidas de un segundo bloque de líneas de exploración impares que comienzan en la posición 8.192 de la memoria de vídeo. Esta disposición genera una sobrecarga adicional en los modos gráficos para el software que manipula la memoria de video.
Aunque el controlador de video MC6845 puede proporcionar sincronización para video entrelazado , el circuito del CGA alinea las señales de sincronización de tal manera que el escaneo sea siempre progresivo. En consecuencia, es imposible duplicar la resolución vertical a 400 líneas de exploración utilizando un monitor estándar de 15 kHz.
El mayor ancho de banda utilizado por el modo de texto de 80 columnas da como resultado que aparezcan líneas horizontales cortas aleatorias en la pantalla (conocidas como "nieve") si un programa escribe directamente en la memoria de video durante el dibujo de la pantalla. El BIOS evita el problema accediendo únicamente a la memoria durante el retroceso horizontal o apagando temporalmente la salida durante el desplazamiento. Si bien esto hace que la pantalla parpadee, IBM decidió que hacerlo era mejor que la nieve. [2] El problema de la "nieve" no ocurre en ningún otro adaptador de video ni en la mayoría de los clones CGA.
En el modo de texto de 80 columnas, la frecuencia del reloj de píxeles se duplica y todas las señales de sincronización se emiten durante el doble de ciclos de reloj para que duren su duración adecuada. El circuito de señal de ráfaga de color de la salida compuesta es una excepción: debido a que todavía emite el mismo número de ciclos, ahora con la frecuencia de reloj duplicada, la señal de ráfaga de color producida es demasiado corta para la mayoría de los monitores, lo que produce un color nulo o inestable. Por lo tanto, la documentación de IBM enumera el modo de texto de 80 columnas como una "característica" sólo para monitores RGBI y compuestos en blanco y negro. [40] Aún se puede lograr un color estable estableciendo el color del borde en marrón, lo que produce una fase idéntica a la señal de ráfaga de color correcta y sirve como sustituto de ella.
El CGA se lanzó junto con el IBM MDA y, de hecho, podría instalarse junto con el MDA en la misma computadora. Un comando incluido con PC DOS permitía cambiar la salida de pantalla entre las tarjetas CGA y MDA. [41] Algunos programas, como las primeras versiones MS-DOS de AutoCAD, admitían el uso de ambas pantallas al mismo tiempo.
CGA fue ampliamente compatible con el software de PC hasta la década de 1990. Algunos de los software que soportaban la placa eran:
BYTE en enero de 1982 describió el resultado de CGA como "muy bueno, ligeramente mejor que los gráficos en color de las microcomputadoras existentes". [4] PC Magazine no estuvo de acuerdo e informó en junio de 1983 que "la pantalla monocromática de IBM es absolutamente hermosa para texto y maravillosamente agradable a la vista, pero se limita a gráficos de caracteres simples. Calidad de texto en pantallas conectadas al adaptador de color/gráficos. . es, en el mejor de los casos, de calidad media y provoca fatiga visual a largo plazo". [43]
En un comentario retrospectivo, Next Generation también tuvo una opinión negativa sobre la CGA, afirmando: "Incluso para la época (principios de la década de 1980), estos gráficos eran terribles, palideciendo en comparación con otras máquinas en color disponibles en el mercado". [44]
CGA tenía varios competidores:
Otras alternativas:
La tarjeta CGA fue reemplazada en el espacio de consumo por la tarjeta Enhanced Graphics Adapter (EGA) de IBM, que admite la mayoría de los modos CGA y agrega una resolución adicional (640 × 350), así como una paleta seleccionable por software de 16 colores de 64 en Modos de texto y gráficos.
El adaptador de gráficos en color utiliza un conector DE-9 estándar para vídeo de transmisión directa (a un monitor RGBI). El conector de la tarjeta es hembra y el del cable del monitor es macho.
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El adaptador de gráficos en color utiliza un conector RCA estándar para la conexión a un televisor o monitor de vídeo compuesto compatible con NTSC . [3] El conector de la tarjeta es hembra y el del cable del monitor es macho.
... Paleta CGA, representada por la salida compuesta de una tarjeta antigua ('estilo antiguo')
Un problema básico surge cuando la señal luma... contiene componentes de frecuencia que caen dentro de la banda croma.
Las transiciones bruscas del negro al blanco... contienen componentes de frecuencia..., y las de la banda cromática crean crominancia cruzada.
