原创 VGA 简介

 2008-7-5 15:29  2765 10 11 分类: 测试测量

VGA（Video Graphics Array）是IBM于1987年提出的一个使用模拟信号的电脑显示标准，这个标准已对于现今的个人电脑市场已经十分过时。即使如此，VGA仍然是最多制造商所共同支援的一个低标准，个人电脑在加载自己的独特驱动程式之前，都必须支援VGA的标准。例如，微软 Windows系列产品的开机画面仍然使用VGA显示模式，这也说明其分辨率和载色数的不足。

VGA这个术语常常不论其图形装置，而直接用于指称640×480的分辨率。VGA装置可以同时储存4个完整的EGA色版，并且它们之间可以快速转换，在画面上看起来就像是即时的变色。[1]

除了扩充为256色的EGA式色版，这256种色彩其实可以透过 VGA DAC（Digital-to-analog converter），任意的指定为任何一种颜色。这就程度上改变了原本EGA的色版规则，因为原本在EGA上，这只是一个让程式可以在每个频道（即红绿蓝）在2 bit以下选择最多种颜色的方式。但在VGA下它只是简单的64种颜色一组的表格，每一种都可以单独改变——例如EGA颜色的首两个bit代表红色的数量，在VGA中就不一定如此了。

VGA在指定色版颜色时，一个颜色频道有6个bit，红、绿、蓝各有64种不同的变化，因此总共有 262,144 种颜色。在这其中的任何 256 种颜色可以被选为色版颜色（而这 256 种的任何 16 种可以用来显示 CGA 模式的色彩）。

这个方法最终仍然使了VGA模式在显示EGA和CGA模式时，能够使用前所未有的色彩，因为VGA是使用模拟的方式来绘出EGA和CGA画面。提供一个色版转换的例子：要把文字模式的字符颜色设定为暗红色，暗红色就必须是 CGA 16 色集合中的一种颜色（譬如说，取代 CGA 默认的 7 号灰色），这个 7 号位置将被指定为 EGA 色版中的 42 号，然后 VGA DAC 将 EGA #42 指定为暗红色。则画面上的原本的 CGA 七号灰色，都会变成暗红色。这个技巧在 256 色的 VGA DOS 游戏中，常常被用来表示加载游戏的淡入淡出画面。

总结来说，CGA 和 EGA 同时只能显示 16 种色彩，而 VGA 因为使用了 Mode 13h 而可以一次显示 256 色版中的所有色彩，而这 256 种颜色又是从 262,144 种颜色中挑出的。

内存寻址

VGA所使用的视讯内存，透过一个窗口对应于PC的主内存，它们的真实位址为0xA000和0xC000之间的内存。典型地来说位址的开始点是：

* 0xA000 使用于 EGA/VGA 图型模式（64 KiB）
* 0xB000 单色文字模式（32 KiB）
* 0xB800 彩色文字模式和 CGA 相容模式（32 KiB）

由于使用的区段皆不相同，在同一部机器上装置一个单色显卡（MDA）和另一个彩色显卡（VGA、EGA或CGA）是不冲突的。在 1980 年代初，这种典型的搭配方式用于 Lotus 1-2-3 试算表上，一部高解析单色屏幕用来显示文字，而另一部低解析的 CGA 屏幕用来显示图表。许多程式设计师也用这种配置来开发软件，一部屏幕显示 debug 细节，另一部屏幕则显示真正的软件运行画面。许多商业的除臭虫软件都支援这种配置，例如 Borland 的 Turbo Debugger、由 Alan J. Cox 开发的 D86、微软的 CodeView 等，Turbo Debugger 和 CodeView 可以甚至可拿来 debug 微软的 Windows 软件。也有 DOS 驱动程式如ox.sys模拟一个终端机来接受 Windows 的 debug 讯息，而不用真正接上另一个终端机。在 DOS 底下使用“单色模式”指令，使其输出转向单色也是可能的。另外，假如电脑上并无单色显卡，那么可以使用 EMM386.EXE 程序让其他程式可以使用 B000-B7FF 这一段内存。（于 config.sys 档案中加入 "DEVICE=EMM386.EXE I="B000-B7FF""）

程序技巧

一个未被纪录但十分广泛使用的技术称作 Mode X（由 Michael Abrash 导入），使程式设计师能够使用在 Mode 13h 之下无法做到的分辨率。他将 256 KiB 连续的视讯内存“解开”并分成四个层次，因此在 256 色模式时全部 256 KiB 的内存都可以使用。技术上这将使得处理变得更复杂，并且效能降低。但在一些特殊情况下，效能损失的情况可以被弥补：

* 单色的多边形填色增快，因为一次写入可以设定四个像素。
* VGA 可以用来协助视讯内存之间的拷贝，有些时候会比使用 8088 或 80286 等慢速 CPU 更快。
* 提供更高的分辨率：16 色可使用 704×528、736×552、768×576、甚至 800×600。诸如 Xlib（1990 年代早期的 C 图形函式库）和 ColoRIX（256 色的图形程式）支援 256 色下的各种分辨率调和：直行 256、320 和 360 个像素，以及水平行 200、240、256、400 和 480 个像素的组合（上限的 640×400 几乎用掉 256 KiB 中每一个 byte）。不过，320×240仍然是最常被使用的，因它为典型的4:3比例，为方形像素。
* multiple video pages 让程序员能够使用双重缓冲（所有的 16 色模式都可），这在 Mode 13h 无法办到。

有时候，显示器必须降低更新频率来满足这些模式，这会造成眼睛的疲劳这样的低分辨率虽然在PC市场早已淡出，但在Pocket PC和PDA市场，它正逐渐成为标准。它也常被用来指称15针的D型接头，这种接头仍然用来传输各式各样分辨率的类比讯号。

VGA曾经被IBM官方宣布使用XGA标准所取代，但在历史上，它其实是被其他的OEM制造商用所谓的SVGA标准所取代。

技术性细节

VGA中的A指的是“阵列（array）”而非“转换器（adapter）”，因为它从一开始就被设计为一个单一的整合芯片，用来取代Motorola 6845和数十个离散的逻辑芯片组合而成的ISA母版，这种设计是之前的MDA、CGA和EGA所使用的。VGA的这个特性允许它轻易的殖入PC的主板之中，只需要额外的视讯内存、振荡器和一个RAMDAC，就具备显示功能。IBM的PS/2电脑系列就是采用将VGA放置于主板上的设计。

VGA的规格表如下：

* 256 KiB 的 Video RAM
* 16 色和 256 色模式
* 总共 262144 种颜色的色版（红、绿、蓝三色各 6 bit，总共 (26)3 种）
* 选择性的 25.2 MHz 或 28.3 MHz 处理频率
* 最多 720 个水平像素
* 最多 480 条线
* 最高 70 Hz 的更新频率
* Vertical Blanking interrupt（不是所有卡都支援）
* 平面模式：最多 16 色（4 bit 面板）
* Packed-pixel 模式：256 色(Mode 13h)
* 顺畅卷动画面的能力
* Some "Raster Ops" support
* Barrel shifter
* 支援分割画面

VGA支援可单独操控像素的APA（All Points Addressable）模式，也支援字母与数字的文字模式。标准的图形模式如下：

* 640×480×16色
* 640×350×16色
* 320×200×16色
* 320×200×256色（Mode 13h）

它也支援用模拟的方式画出以往规格的分辨率：EGA、CGA和MDA。

标准文字模式

标准的VGA文字模式使用 80×25 或 40×25 个字母或数字组成的平面。每个字符的块状区域可以选择16种前景色和8种背景色；8种背景色来自bit容量较低的集合（以今天的标准来说，例如 ffffff 或者是 000000）。而字符本身也可设定是否闪烁，而字符的闪烁动作都是同时的。画面的闪烁功能和选择背景颜色的功能是可交换的，换句话说两者只能择一。以上这些选项和IBM先前生产的 CGA 转换器是相同的。

VGA虽然支援黑白和彩色的文字模式，但黑白模式很少使用。大多的VGA在显示黑白模式时使用彩色模式，即是将灰色字画在黑色背景上。而使用VGA 的单色显示器也能很好的支援这样的彩色模式。现代显示器和显卡若连接不当，偶尔会导致显卡的VGA部份侦测显示器为单色的，而这将使BIOS开机显示为黑白模式。通常在加载操作系统和适当的驱动程式以后，显卡的设定被覆盖，显示器就会变回彩色。

在彩色的文字模式中，每个字符其实由两个byte代表。较低的一个byte用来显示字符，而较高的byte就用来代表彩色、闪烁等等属性。这种成对的byte模式是从CGA就一直传续下来的。

VGA色版

VGA的色彩系统可以向前相容于EGA和CGA转换器，而它在其上又新增了一种设定。CGA可以显示16种色彩，EGA则将其扩充成从64种颜色色版选出的16色模式（即红绿蓝各2 bits）。VGA则更将其扩充成256种颜色色版，但为了向前相容，一次只能选择256种之中的64种（例如第一个64种颜色集合、第二个…）。所以一个。它们也不相容于较老旧的显示器，将造成诸如 overscan、闪烁、垂直滚动、缺乏水平同步等等缺点。因为如此，多数的商业软件使用的 VGA 调适都限制在显示器的“安全界线”之下，例如 320×400（双倍分辨率，2 video pages）、320×240（方形像素，3 video pages）和 360x480（最高的相容分辨率，1 video page）。

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