Video Graphics Array ( VGA ) es un controlador de pantalla de video y el estándar de gráficos de facto que lo acompaña, introducido por primera vez con la línea de computadoras IBM PS/2 en 1987, [1] [2] [3] que se volvió omnipresente en la industria compatible con IBM PC en tres años. [4] El término ahora puede referirse al estándar de pantalla de computadora , al conector VGA D-sub de 15 pines o a la resolución de 640 × 480 característica del hardware VGA. [5]
VGA fue el último estándar de gráficos de IBM al que se ajustaron la mayoría de los fabricantes de computadoras compatibles con IBM PC, lo que lo convierte en el mínimo común denominador que se puede esperar que implemente prácticamente todo el hardware de gráficos de PC posterior a 1990. [6]
VGA fue adaptado en muchas formas extendidas por terceros, conocidas colectivamente como Super VGA , [7] luego dio paso a unidades de procesamiento de gráficos personalizadas que, además de sus interfaces y capacidades propietarias, continúan implementando modos e interfaces de gráficos 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 han mejorado aún más. [ especificar ] [8]
La memoria de acceso aleatorio (RAM) de la paleta de colores y su correspondiente convertidor digital a analógico (DAC) se integraron en un chip (el RAMDAC ) y el controlador de tubo de rayos catódicos ( CRTC ) se integró en un chip VGA principal, lo que eliminó varios otros chips en adaptadores gráficos anteriores, por lo que VGA solo requirió adicionalmente RAM de video externa y cristales de sincronización . [9] [10]
Este pequeño número de piezas le permitió a IBM incluir VGA directamente en la placa base PS/2, a diferencia de los modelos IBM PC anteriores ( 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 no hubo una tarjeta VGA discreta lanzada por IBM. La primera implementación comercial de VGA fue un componente integrado del IBM PS/2, en el que estaba acompañado por 256 KB de RAM de video y un nuevo conector DE-15 que reemplazaba al DE-9 utilizado por los adaptadores gráficos anteriores. IBM lanzó más tarde el IBM PS/2 Display Adapter independiente , que utilizaba el VGA pero podía agregarse a máquinas que no lo tenían incorporado. [12] [11]
VGA admite todos los modos gráficos compatibles con las tarjetas MDA, CGA y EGA, así como varios modos nuevos.
Los modos de 16 colores de 640 × 480 y 256 colores de 320 × 200 tenían paletas totalmente redefinibles, y cada entrada se seleccionaba de una gama de 18 bits (262 144 colores) . [15] [16] [17] [18]
Los otros modos tenían como opción predeterminada paletas e instrucciones compatibles con EGA o CGA estándar, pero aún permitían la reasignación de la paleta con comandos específicos de VGA.
La resolución de 640 × 480 (a 256 colores en lugar de 16) fue utilizada originalmente por IBM en gráficos PGC (para los que VGA no ofrece compatibilidad con versiones anteriores), pero no tuvo una amplia adopción hasta que se introdujo VGA. A medida que los fabricantes comenzaron a clonar VGA en grandes cantidades y agregaron capacidades cada vez mayores, su modo de 640 × 480 y 16 colores se convirtió en el mínimo común denominador de facto de las tarjetas gráficas. A mediados de la década de 1990, se esperaba un modo gráfico de 640 × 480 × 16 que usara las especificaciones de memoria y registro VGA en sistemas operativos como Windows 95 y OS/2 Warp 3.0 , que no brindaban soporte para resoluciones o profundidades de bits más bajas, ni soporte para otros diseños de memoria o registro sin controladores adicionales. Hasta bien entrada la década de 2000, incluso después de que el estándar VESA para tarjetas gráficas se volviera común, el modo gráfico "VGA" siguió siendo una opción de compatibilidad para los sistemas operativos de PC.
Se pueden implementar modos de visualización no estándar, con resoluciones horizontales de:
Y alturas de:
Por ejemplo, se dispone de modos de alta resolución con píxeles cuadrados de 768 × 576 o 704 × 528 en 16 colores, o de resolución media-baja de 320 × 240 con 256 colores. Como alternativa, se dispone de una resolución ampliada con píxeles "gruesos" y 256 colores utilizando, por ejemplo, 400 × 600 (50 Hz) o 360 × 480 (60 Hz), y píxeles "finos", 16 colores y una frecuencia de actualización de 70 Hz con, por ejemplo, el modo 736 × 410 .
Los modos "estrechos", como 256 × 224, tienden a conservar la misma relación de píxeles que, por ejemplo, el modo 320 × 240, a menos que el monitor se ajuste para estirar la imagen para llenar la pantalla, ya que se derivan simplemente enmascarando el modo más ancho en lugar de alterar los tiempos de píxeles o líneas, pero pueden ser útiles para reducir los requisitos de memoria y los cálculos de direccionamiento de píxeles para conversiones de juegos de arcade o emuladores de consola.
La versión para PC de Pinball Fantasies tiene la opción de usar modos no estándar (modos de "alta resolución"), como 640 × 350 , lo que le permite mostrar una porción más grande de la mesa de pinball en la pantalla. [19]
VGA también implementa varios modos de texto:
Al igual que con los modos gráficos basados en píxeles, son posibles modos de texto adicionales programando correctamente el 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 la de 80 × 30 o 80 × 60 , que utiliza una fuente de 8 × 16 o 8 × 8 y una pantalla efectiva de 640 × 480 píxeles, que intercambia el uso del modo más parpadeante de 60 Hz por 5 o 10 líneas adicionales de texto y bloques de caracteres cuadrados (o, en 80 × 30 , medios bloques cuadrados).
A diferencia de las tarjetas que la precedieron, que utilizaban señales TTL binarias para interactuar con un monitor (y también compuestas , en el caso de la CGA), la VGA introdujo una interfaz de vídeo que utilizaba señales RGB analógicas puras , con un rango de 0,7 voltios pico a pico como máximo. En conjunción con un RAMDAC de 18 bits (6 bits por canal RGB), esto produjo una gama de colores de 262.144 colores. [15] [16] [17] [18]
Las especificaciones VGA originales son las siguientes:
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 hizo mucho más fácil ofrecer soluciones de salida de TV opcionales o decodificadores externos de VGA a TV en el momento del desarrollo de VGA. También es al menos nominalmente el doble del de CGA, que también admitía monitores compuestos .
Todas las sincronizaciones 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) se pueden modificar mediante software que omite la interfaz de firmware VGA y se comunica directamente con el hardware VGA, como lo hacían muchos juegos basados en MS-DOS. Sin embargo, solo se puede esperar que funcionen con los monitores VGA originales de finales de los 80 y principios de los 90 los modos estándar o los modos que al menos utilizan casi exactamente las mismas sincronizaciones H-sync y V-sync que uno de los modos estándar. El uso de otras sincronizaciones puede, de hecho, dañar dichos monitores y, por lo tanto, los editores de software generalmente lo evitaban.
Los monitores CRT "multisync" de terceros eran más flexibles y, en combinación con tarjetas gráficas "super EGA", VGA y posteriormente SVGA que usaban modos extendidos, podían mostrar un rango mucho más amplio de resoluciones y frecuencias de actualización a 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. [24] [25]
640 × 400 a 70 Hz es tradicionalmente el modo de video utilizado para arrancar computadoras personales x86 compatibles con VGA [26] que muestran una pantalla de arranque gráfica, mientras que el arranque en modo de texto utiliza 720 × 400 a 70 Hz.
Sin embargo, esta convención se ha erosionado en los últimos años, ya que las pantallas POST y BIOS han pasado a resoluciones más altas, aprovechando los datos EDID para hacer coincidir la resolución con un monitor conectado. [ cita requerida ]
640 × 480 a 60 Hz es el modo gráfico predeterminado de Windows (normalmente con 16 colores), [26] hasta Windows 2000. Sigue siendo una opción en XP y versiones posteriores [ cita requerida ] 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 nuevas de Windows ahora tienen como valor predeterminado 1024 × 768 y, en general, no permiten configurar ninguna resolución inferior a 800 × 600 .
La necesidad de una alternativa de baja calidad y universalmente compatible ha disminuido desde el cambio de milenio, ya que las pantallas o adaptadores con estándar de señalización VGA incapaces de mostrar nada más allá de las resoluciones originales se han vuelto cada vez más raros. [ aclarar ]
320 × 200 a 70 Hz era el modo más común para los juegos de PC de principios de la década de 1990, con duplicación de píxeles y duplicación de líneas realizada en hardware para presentar una señal de 640 × 400 a 70 Hz al monitor.
La imagen de arranque LOGO.SYS de Windows 95/98/Me tenía una resolución de 320 × 400 y 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 presionar para volver al modo de texto no se modificaba la frecuencia de la señal de video y, por lo tanto, el monitor no tenía que resincronizarse (lo que de otra manera podría haber llevado varios segundos). [ cita requerida ]Esc
La interfaz de monitor VGA estándar es un conector D-subminiatura de 15 pines en la carcasa "E", conocido también como "DE-15", "HD-15" y erróneamente "DB-15(HD)".
Todos los conectores VGA transmiten señales de video 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 factor en el caso de cables de baja calidad o demasiado largos. Las soluciones incluyen cables blindados, cables que incluyen un cable coaxial interno independiente para cada señal de color y cables "separados" que utilizan un cable coaxial independiente con un conector BNC para cada señal de color.
Los cables de conexión BNC suelen utilizar cinco conectores, uno para cada uno de los canales: rojo, verde, azul, sincronización horizontal y sincronización vertical, y no incluyen las otras 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, de modo que prácticamente no se producen interferencias cruzadas y se producen muy pocas interferencias externas. El uso de cables de vídeo RGB BNC es anterior al VGA en otros mercados e industrias.
El sistema de color VGA utiliza paletas basadas en registros para asignar colores en distintas 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 profundidad de bits adicional para la paleta cuando se utiliza en estos modos.
Por ejemplo, cuando está en los modos de 16 colores EGA, VGA ofrece 16 registros de paleta, y en los modos de 256 colores, ofrece 256 registros. [27] 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 espera que sean más útiles para cada modo. Por ejemplo, los modos EGA de 16 colores se inicializan con la paleta de 16 colores CGA 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 esperados. [28] [29] Después de la inicialización, se pueden redefinir en cualquier momento sin alterar el contenido de la RAM de video, lo que permite el ciclo de paleta .
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 característica llamada "cadena-4", de modo que cada píxel aparece ante la CPU como un valor empaquetado de 8 bits que representa el índice de la paleta. [30]
La memoria de video de la VGA se asigna a la memoria de la PC a través de una ventana en el rango entre los segmentos 0xA0000 y 0xBFFFF en el espacio de direcciones del modo real de la PC (A000:0000 y B000:FFFF en notación segmento:desplazamiento). Normalmente, estos segmentos iniciales son:
Una tarjeta VGA típica también proporciona este segmento de E/S asignado a puerto:
Debido al uso de diferentes asignaciones de direcciones para diferentes modos, es posible tener un adaptador monocromático (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, esto se usaba normalmente para mostrar hojas de cálculo Lotus 1-2-3 en texto de alta resolución en una pantalla monocromática y gráficos asociados en una pantalla CGA de baja resolución simultáneamente. Muchos programadores también usaban una configuración de este tipo con la tarjeta monocromática mostrando 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 en una configuración de dos monitores. Tanto Turbo Debugger como CodeView podían usarse para depurar Windows.
También existían controladores de dispositivos como ox.sys, que implementaban una simulación de interfaz serial en la pantalla monocromática y, por ejemplo, permitían al usuario recibir mensajes de fallos de versiones de depuración de Windows sin utilizar un terminal serial real.
También es posible utilizar el comando "MODE MONO" en el símbolo del sistema para redirigir la salida a la pantalla monocromática. Cuando no había un adaptador monocromático, era posible utilizar el espacio de direcciones 0xB000–0xB7FF como memoria adicional para otros programas.
Una tarjeta gráfica PCI / PCIE compatible con VGA puede proporcionar registros VGA heredados en su espacio de configuración PCI , que pueden ser reasignados por BIOS o el sistema operativo . [31]
"Desencadenar" la memoria VGA de 256 KB en cuatro "planos" separados hace que los 256 KB de RAM de VGA estén disponibles en modos de 256 colores. Existe una contrapartida por la complejidad adicional y la pérdida de rendimiento en algunos tipos de operaciones gráficas, pero esto se mitiga con otras operaciones que se vuelven más rápidas en determinadas situaciones:
Software como Fractint , Xlib y ColoRIX también admitían modos de 256 colores modificados en adaptadores estándar que utilizaban anchos combinables libremente 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 utilizado, 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 denominaba comúnmente Modo X , el nombre utilizado por Michael Abrash cuando presentó la resolución en el Dr. Dobb's Journal .
Los modos de resolución más altos solo se usaban en casos especiales, opcionales, en lugar de como estándar, especialmente cuando se trataba de un gran número de líneas. Los monitores VGA estándar tenían una tasa de escaneo de línea fija (H-scan) -los monitores "multisync" eran, en ese momento, rarezas costosas- y, por lo tanto, la tasa de actualización vertical/de fotogramas (V-scan) tuvo que reducirse para acomodarlos, lo que aumentó el parpadeo visible y, por lo tanto, la fatiga visual . Por ejemplo, el modo más alto de 800 × 600 , que por lo demás se basa en la resolución SVGA correspondiente (con 628 líneas en total), redujo la tasa de actualización de 60 Hz a aproximadamente 50 Hz (y 832 × 624 , la resolución máxima teórica alcanzable con 256 KB a 16 colores, la habría reducido a aproximadamente 48 Hz, apenas más alta que la tasa 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 los detalles de la imagen en el sobreescaneo (especialmente en la dimensión horizontal), el balanceo vertical, la mala sincronización horizontal o incluso la ausencia total de imagen, según el modo exacto que se intentara. Debido a estos posibles problemas, la mayoría de los ajustes de VGA utilizados en productos comerciales se limitaban 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 (la 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.
Varias empresas produjeron modelos de placas gráficas compatibles con VGA. [32]
Super VGA (SVGA) es un estándar de visualización desarrollado en 1988, cuando NEC Home Electronics anunció la creación de la Asociación de Estándares de Electrónica de Vídeo (VESA). El desarrollo de SVGA fue liderado por NEC , junto con otros miembros de VESA, incluidos ATI Technologies y Western Digital . SVGA permitió resoluciones de visualización de gráficos de hasta 800 × 600 píxeles , un 36% más que la resolución máxima de VGA de 640 × 480 píxeles. [33]
Extended Graphics Array (XGA) es un estándar de pantalla de IBM introducido en 1990. Más tarde se convirtió en la denominación más común para la resolución de pantalla de 1024 × 768 píxeles .
Se dice que el DC3 y el 737 son los aviones más populares jamás construidos, y el 737, en particular, el avión más vendido de todos los tiempos. Lo mismo podría decirse del omnipresente VGA y su hermano mayor, el XGA. El VGA, que todavía se puede encontrar enterrado en las GPU y CPU modernas de la actualidad, sentó las bases para un estándar de video y un estándar de programación de aplicaciones.
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