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 IBM PC y estableció un estándar de facto para las pantallas de computadoras .
La tarjeta gráfica IBM CGA original se construyó en torno al 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 era 640 × 200 y la profundidad de color más alta admitida era 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 a color IBM 5153 , o a un televisor compatible con NTSC o un monitor de vídeo compuesto a través de un conector RCA . [3] El conector RCA proporcionaba solo 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 para computadora personal 5153 para usarla con el CGA, pero no estaba disponible en el momento de su lanzamiento [4] y no se lanzaría hasta marzo de 1983. [5]
Aunque la pantalla a color propia de IBM no estaba disponible, los clientes podían utilizar 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 la entrada de intensidad, lo que reducía la cantidad 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 utilizara marrón se mostraría incorrectamente.
CGA ofrecía varios modos de vídeo. [6] [7]
Modos gráficos:
Algunos programas lograron una mayor profundidad de color al utilizar colores artefactos cuando se conectaron a un monitor compuesto.
Modos de texto:
IBM pretendía que el formato 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, según el modo gráfico que se utilice. En los modos de resolución media y alta, los colores se almacenan con una profundidad de bits inferior 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 el modo de baja resolución o para programar registros de color), se organizan de acuerdo con el modelo de color RGBI : [8]
Estos cuatro bits de color son luego 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 se envían directamente al conector DE-9 en la parte posterior de la tarjeta.
Dentro del monitor, las cuatro señales se interpretan para activar los cañones 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 cañón. [10]
El color 6 recibe un tratamiento especial; normalmente, el color 6 se convertiría en 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 a color IBM 5153, [11] hacen una excepción para el color 6 y cambian 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 a color para computadora personal IBM 5153 original reduce la amplitud de la señal verde en aproximadamente un tercio, [12] mientras que la pantalla a color mejorada IBM 5154 convierte internamente todos los números de color RGBI de 4 bits en números de color ECD de 6 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 etiquetado como "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 los estándares de gráficos de PC posteriores, como EGA y VGA , que pueden seleccionar colores de gamas mucho más amplias, pero los usan de manera 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×( colorNumero & 4)/4 + 1/3×( colorNumero & 8)/8 verde := 2/3×( colorNumero & 2)/2 + 1/3×( colorNumero & 8)/8 azul := 2/3×( colorNumero & 1)/1 + 1/3×( colorNumero & 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 son codificados por el hardware integrado de la CGA en una señal compatible con NTSC que se envía al conector de salida RCA de la tarjeta. Por razones de costo, esto no se hace utilizando un convertidor RGB a YIQ como lo exige el estándar NTSC, sino mediante una serie de flip-flops y líneas de retardo. [16] [17]
En consecuencia, los tonos observados carecen de pureza; en particular, tanto el cian como el amarillo tienen un tinte verdoso, y el color 6 nuevamente parece 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 a 6 y 9 a 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 de BIOS ( Modos 0 a 3 , llamados modos alfanuméricos o A/N en la documentación de IBM). En estos modos, no es posible acceder directamente a los píxeles individuales de la pantalla. En su lugar, la pantalla se divide 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 "fina", incluidas en la ROM de la tarjeta. Las fuentes son fijas y no se pueden modificar ni seleccionar desde el software, solo mediante un puente 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 carácter de la pantalla, de la paleta CGA completa de 16 colores. El conjunto de caracteres está definido por la página de códigos de hardware 437 .
Los datos de mapa de bits de la fuente solo están disponibles para la propia tarjeta, no pueden ser leídos por la CPU. En los modos gráficos, la salida de texto del BIOS funciona copiando el texto de la ROM de la fuente bit a bit a la memoria de video.
Los modos BIOS 0 y 1 son modos de texto de 40 columnas por 25 filas, en los que cada carácter es un patrón de 8 × 8 puntos. La resolución de pantalla efectiva en este modo es de 320 × 200 píxeles (una relación de aspecto de píxeles de 1:1,2). La tarjeta tiene suficiente RAM de video para ocho páginas de texto diferentes en este modo.
La diferencia entre estos dos modos solo se puede apreciar en un monitor compuesto, donde el modo 0 desactiva la ráfaga de color, lo que hace que todo el texto aparezca en escala de grises. El modo 1 activa la ráfaga de color, lo que permite la reproducción de color. El modo 0 y el modo 1 son funcionalmente idénticos en los monitores RGB y en los adaptadores posteriores que emulan CGA sin admitir la salida de color compuesto.
Los modos BIOS 2 y 3 seleccionan modos de texto de 80 columnas por 25 filas, en los que cada carácter sigue siendo un patrón de puntos de 8x8, 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 video para cuatro páginas de texto diferentes.
Al igual que con los modos de texto de 40 columnas, el Modo 2 deshabilita la ráfaga de color en la señal compuesta y el Modo 3 la habilita.
Cada celda de carácter almacena 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, sino el atributo de parpadeo de la celda. Todos los caracteres en la pantalla que tengan este bit establecido parpadearán periódicamente, lo que significa que su color de primer plano cambiará a su color de fondo, por lo que el carácter se vuelve invisible. Todos los caracteres parpadean al unísono.
Al configurar un registro de hardware, se puede desactivar la función de parpadeo y restaurar el acceso a colores de fondo de alta intensidad.
Todos los caracteres parpadeantes de la pantalla parpadean de forma sincronizada. El efecto de atributo de parpadeo está habilitado de forma predeterminada y el efecto de fondo de alta intensidad está deshabilitado; deshabilitar el parpadeo es la única forma de elegir libremente los últimos ocho índices de color (8-15) para el color de fondo.
Cabe destacar que los lenguajes de programación GW-BASIC y Microsoft QBASIC incluidos con MS-DOS admitían todos los modos de texto del CGA con control total del color, pero no proporcionaban un medio normal a través del lenguaje BASIC para cambiar el CGA del modo de parpadeo al modo de 16 colores de fondo. Sin embargo, esto todavía era posible programando directamente los registros de hardware utilizando la declaración OUT del lenguaje BASIC.
CGA ofrece modos 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 de los modos superiores no permite seleccionar libremente entre la paleta completa de 16 colores.
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 mapeados en memoria en 16 KB de memoria. [21]
En los modos de resolución media 320 × 200 ( modos 4 y 5 ), cada píxel son 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.
Se pueden realizar varias selecciones mediante la programación de registros de hardware. En primer lugar, 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 gráfico específico del BIOS influye en las paletas disponibles. El modo BIOS 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 a los colores que se muestran 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 pueden elegirse de la paleta de 16 colores programando registros de hardware.
En este modo, la imagen de vídeo se almacena como un mapa de bits simple, con un bit por píxel que establece el color como "primer plano" o "fondo". De forma predeterminada, los colores son el negro y el blanco brillante, pero el color del primer plano se puede cambiar a cualquier entrada de 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 ofrece una opción para activar la ráfaga de color en el modo 640 × 200, y el usuario debe escribir directamente en el registro de control de modo para habilitarla.
Existen varias características oficiales y no oficiales que pueden aprovecharse para lograr efectos especiales.
Algunos de los ajustes anteriores se pueden combinar. Se pueden encontrar ejemplos en varios juegos. [24]
Técnicamente, este modo no es un modo gráfico, sino una modificación del modo de texto de 80 × 25. El registro de altura de la celda de caracteres se modifica para mostrar solo dos líneas por celda de caracteres en lugar de las ocho líneas normales. Esto cuadruplica la cantidad de filas de texto mostradas de 25 a 100. Estos caracteres de texto "apretados" no son caracteres completos. El sistema solo muestra las dos primeras líneas de píxeles (ocho cada una) antes de pasar a la siguiente fila.
El carácter 221 del conjunto de caracteres CGA consiste en un recuadro que ocupa toda la mitad izquierda de la matriz de caracteres. (El carácter 222 consiste en un recuadro que ocupa toda la mitad derecha.)
Como a cada personaje se le pueden asignar diferentes colores de primer y segundo plano, se le puede dar el color azul (por ejemplo) 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 y segundo plano.
De esta forma, si se utiliza el carácter 221 o el 222, cada mitad de cada celda de carácter truncado se puede tratar como un píxel individual, lo que permite disponer de 160 píxeles horizontales 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 puede lograr un mayor nivel de detalle en este modo utilizando otros personajes, 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 altura de celda 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 entre luminancia y crominancia del NTSC. [34] Esto es especialmente un problema con texto de 80 columnas: [35]
Por este motivo, cada uno de los modos de texto y gráficos tiene un modo duplicado que desactiva la ráfaga 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, con la excepción del modo gráfico 320 × 200, donde la versión "monocromática" produce una tercera paleta.
Los programadores descubrieron que esta falla podría convertirse en una ventaja, ya que los patrones distintivos de puntos de alta resolución se convertirían en áreas consistentes de colores sólidos, lo que permitiría la visualización de colores artificiales completamente nuevos . Tanto el modo gráfico estándar de cuatro colores de 320 × 200 como el de color sobre negro de 640 × 200 se podían utilizar con esta técnica.
Los colores directos son los 16 colores normales descritos anteriormente en "La paleta de colores CGA".
Los colores artefactos se ven porque el decodificador de croma 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 dan como resultado un 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:
De este modo, con la posibilidad de elegir entre el modo 320 × 200 o 640 × 200, la elección entre dos paletas y un color de libre elección (el fondo en los modos 320 × 200 y el primer plano en el modo 640 × 200), es posible utilizar muchos conjuntos diferentes de colores de artefactos, lo que da 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 de texto que cuadruplica el número de filas de texto. A continuación, se utilizan ciertos caracteres ASCII como U y ‼ para producir los patrones necesarios, lo que da como resultado imágenes sin tramado con una resolución efectiva de 80 × 100 en un monitor compuesto. [38]
Durante la salida de cada línea se producen 160 ciclos del reloj de color NTSC, 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 la línea o las dos líneas 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 el modelo de demostración 8088 MPH . [37]
La variante de 320 × 200 de esta técnica (ver arriba) es como se ve el modo gráfico estándar compatible con BIOS en un monitor de color compuesto. Sin embargo, la variante de 640 × 200 requiere modificar un bit (desactivar la ráfaga de color) directamente en los registros de hardware del CGA. Como resultado, generalmente se lo conoce como 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 emulables por EGA, VGA o adaptadores gráficos contemporáneos.
El moderno emulador de PC DOSBox , centrado en los juegos, admite un modo CGA, que puede emular los defectos de color de un monitor compuesto. Se admiten tanto el modo compuesto de 640 × 200 como la variante más compleja de 320 × 200.
La creación de artefactos en la composición, ya sea que se utilice intencionalmente o como un artefacto no deseado, reduce la resolución horizontal efectiva a un máximo de 160 píxeles, más para texto en blanco y negro o en blanco y negro, sin cambiar la resolución vertical. La pantalla de video compuesta resultante con colores "creados" 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 creación de artefactos de color compuesto hizo 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 de juegos que se adaptó a IBM PC, usaba 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 solo el modo de gráficos CGA ordinario, limitado a 4 colores.
La sincronización de video en el CGA la proporciona el controlador de video Motorola 6845. Este circuito integrado fue diseñado originalmente solo para pantallas alfanuméricas (texto) basadas en caracteres y puede abordar un máximo de 128 filas de caracteres.
Para implementar modos gráficos con 200 líneas de escaneo en el CGA, el MC6845 está programado con 100 filas de caracteres por imagen y dos líneas de escaneo por fila de caracteres. Debido a que la salida de la dirección de memoria de video del MC6845 es idéntica para cada línea de escaneo dentro de una fila de caracteres, el CGA debe usar la salida de "dirección de fila" del MC6845 (es decir, la línea de escaneo dentro de la fila de caracteres) como un bit de dirección adicional para obtener datos rasterizados de la memoria de video. [39]
Esto implica que, a menos que el tamaño de los datos rasterizados de una sola línea de exploración sea una potencia de dos, los datos rasterizados no se pueden disponer de forma continua en la memoria de vídeo. En cambio, los modos gráficos del 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 8192 de la memoria de vídeo. Esta disposición genera una sobrecarga adicional en los modos gráficos para el software que manipula la memoria de vídeo.
Aunque el controlador de video MC6845 puede proporcionar la sincronización para video entrelazado , el circuito del CGA alinea las señales de sincronización de tal manera que el escaneo siempre es progresivo. En consecuencia, es imposible duplicar la resolución vertical a 400 líneas de escaneo utilizando un monitor estándar de 15 kHz.
El mayor ancho de banda que utiliza el modo de texto de 80 columnas da como resultado que aparezcan líneas horizontales cortas y aleatorias en la pantalla (lo que se conoce como "nieve") si un programa escribe directamente en la memoria de video durante el dibujo de la pantalla. El BIOS evita el problema accediendo solo 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 lo suficiente. El circuito de señal de ráfaga de color de la salida compuesta es una excepción: debido a que sigue emitiendo la misma cantidad de ciclos, ahora a 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 inestable o nulo. Por lo tanto, la documentación de IBM enumera el modo de texto de 80 columnas como una "característica" solo para monitores compuestos RGBI y en blanco y negro. [40] Todavía se puede lograr un color estable configurando 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.
La CGA se lanzó junto con la IBM MDA y, de hecho, podía instalarse junto con la 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 simultáneo de ambas pantallas.
CGA fue ampliamente compatible con el software de PC hasta la década de 1990. Algunos de los programas que respaldaban la placa eran:
En enero de 1982, BYTE describió el resultado de CGA como "muy bueno, un poco mejor que los gráficos en color de los microordenadores existentes". [4] PC Magazine no estuvo de acuerdo y en junio de 1983 informó que "la pantalla monocromática de IBM es absolutamente hermosa para el texto y maravillosamente agradable para la vista, pero está limitada a gráficos de caracteres simples. La calidad del texto en las pantallas conectadas al adaptador de color/gráficos... es, en el mejor de los casos, de calidad media y conduce a la fatiga visual a largo plazo". [43]
En un comentario retrospectivo, Next Generation también adoptó una visión negativa de la CGA, afirmando: "Incluso para la época (principios de los años 1980), estos gráficos eran terribles, palideciendo en comparación con otras máquinas a 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 los modos de texto y gráficos.
El adaptador de gráficos en color utiliza un conector DE-9 estándar para video 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 compatible con NTSC o un monitor de video compuesto . [3] El conector de la tarjeta es hembra y el del cable del monitor es macho.
... Paleta CGA, tal como se representa en la salida compuesta de una tarjeta antigua ("de estilo antiguo")
Un problema básico surge cuando la señal de luminancia... contiene componentes de frecuencia que caen dentro de la banda de croma.
transiciones nítidas del negro al blanco... contienen componentes de frecuencia... y los de la banda cromática crean crominancia cruzada.
