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IBM的VGA

2019年12月5日,
图形芯片编年史:Vol. 1 No. 6——IBM的VGA是有史以来最流行的图形芯片。

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据说DC3和737是有史以来最受欢迎的飞机,尤其是737,是有史以来最畅销的飞机。同样的道理也适用于无处不在的VGA和它的老大哥XGA。VGA仍然可以在今天的gpu和cpu中找到,它为视频标准和应用程序编程标准奠定了基础。XGA将视频标准扩展到更高的分辨率和更高的性能。

1987年4月2日,当IBM推出PS/2系列个人电脑时,其中一项硬件公告就是VGA显示芯片,这一标准已经持续了25年。虽然VGA是对其前身EGA(1984)的一个增量改进,并与EGA以及更早的(1981)CGA和MDA保持向后兼容,但它的向前兼容性给了它这样的历史认可。

集成的主板

IBM PS/2 Model 80是IBM的第一代386计算机,用于引入几个新标准。最值得注意的是板载VGA图形(图1)256kbytes RAM, 32位总线微通道架构(MCA),卡识别和BIOS配置,RGB视频信号路由通过。MCA可以容纳上一代8514/A图形板,而VGA芯片在主板上。


VGA的一个重要特点是集成了颜色查找表(cLUT)和数字模拟转换器(DAC)。在VGA之前,被称为lut - dac的芯片是Brooktree、TI和其他公司的独立芯片供应商——这些产品很快就被淘汰了,但这并不是一夜之间发生的。VGA的集成逻辑也包含了CRT控制器,并取代了其他5个或更多的芯片;只需要外部内存。VGA显示了未来完全集成设备的道路。

VGA还引发了一波新的克隆浪潮,并使一些公司如Cirrus Logic、S3、Chips & Technologies和其他三十多家公司发了财。

IBM 5162,通常被称为IBM PC XT/286,是一种非常流行的PC,它使用16位扩展总线,允许插入升级的显卡来代替IBM EGA板。因为PS/2使用了MCA,一些板制造商提供了一个有两个标签的板,一个ISA,一个MCA。不久之后,在1988年IBM PC兼容计算机的扩展工业标准体系结构总线被引入。它有MCA和ISA信号。它是由一个PC克隆厂商联盟(“九人帮”)开发的,作为一种对抗IBM在其PS/2系列中使用其专有的微通道架构(MCA),并出现了ISA和ELISA插槽标签板(图2)


基本系统视频是由IBM所谓的Type 1或Type 2视频子系统生成的,即VGA或XGA。提供VGA功能的电路包括一个视频缓冲器、一个DAC和测试电路。视频存储器被映射为64Kb × 8位的四个平面(映射为O到3)。视频DAC驱动模拟输出到显示连接器。测试电路用于测试所附显示器的类型,彩色或单色。

视频子系统控制系统和CRT控制器对显存的访问。它还控制分配给显存的系统地址。多达三个不同的起始地址可以编程与以前的视频适配器兼容。在图形模式中,模式决定了视频信息被格式化到内存中的方式,以及内存的组织方式。

在字母数字模式下,系统将ASCII字符代码和属性数据分别写入显存映射O和1。内存映射2包含在字母数字模式设置期间由BIOS加载的字符字体。字符生成器使用该字体在显示器上创建字符图像。

ROM中包含了三种字体:一种8乘8的字体,一种8乘14的字体和一种8乘16的字体。多达8个256个字符的字体可以加载到显存图2;其中两种字体可以在任何时候激活,允许使用512个字符的字体。在那个年代,字符是一个重要的特性/功能,而不仅仅是另一个位图。

视频子系统对视频存储器中的信息进行格式化,输出到视频DAC。对于彩色显示,视频DAC向显示连接器发送三种模拟颜色信号(红、绿、蓝)。对于单色显示器,BIOS转换DAC中的颜色信息,DAC驱动求和信号到绿色输出。因此,绿线或信号成为仍然使用BNC连接器的监视器的默认同步信号。

辅助视频连接器允许视频数据在视频子系统和插入到通道连接器的适配器之间传递。这是一种普遍的技术,一直延续到20世纪90年代末。提供更高分辨率和/或具有3D功能的图形芯片的公司将不包含VGA控制器,以节省成本,并假定VGA控制器已经作为默认设置出现在系统中。IBM没有为VGA提供任何高分辨率的图形驱动程序。

最初的VGA规范与之前的控制器不同,没有提供对精灵的硬件支持(图3)


车载规格包括256kb的视频RAM(最早的系统可以订购64kbytes或128kbytes的RAM,代价是失去部分或全部高分辨率16色模式)。它还支持16色和256色调色板显示模式和262,144色全局调色板(6位,因此通过RAMDAC为红、绿、蓝通道提供64个可能的级别)。

时钟可选择在25.175 MHz或28.322 MHz的主像素时钟,但通常的线率固定在31.46875 kHz。VGA指定了最大800个水平像素和600条线,这比当时提供的640 × 480显示器要大。

刷新率可以高达70hz,带有垂直的空白中断(为了降低成本,并非所有的克隆板都支持这一点)。

该芯片可以支持一个平面模式:多达16种颜色(4位平面)和一个压缩像素模式:256种颜色(13h模式,它通常被称为)。该芯片没有bit-BLT能力(即Blitter),但确实支持通过“VGA锁存器”寄存器进行非常快速的数据传输。有一些原始的栅格操作支持,一个桶移器,以及IBM所谓的硬件平滑滚动支持,这只是一点缓冲。

桶移频器是一种数字电路,它可以在没有CPU的情况下将数据字移动指定的位数。桶形移位器的一个常见用法是在浮点运算的硬件实现中。在今天的gpu中有数千个32位的浮动处理器。

VGA连接器

VGA规范包括分辨率、物理连接器规范和视频信令。时至今日,仍然可以找到带有VGA连接器的投影机(图4)当与新电脑或显卡一起使用时,需要一根适配器电缆。


VGA克隆供应商

除了克隆芯片供应商,其他几家公司也将VGA结构整合到他们的芯片中。其中一些供应商包括:ATI/AMD、芯片和技术、Cirrus Logic、Cornerstone Imaging、Gemini、Genoa、Headland Technologies、Hercules、Hualon、IIT、Intergraph、LSI、Matrox、NEC、Oak Technology、Paradise Systems/Western Digital、Plantronics、Realtek、S3 Graphics、SiS、Tamerack、Texas Instruments、Trident微系统、Tseng Labs、Video 7和WinBond。

没有任何一种芯片能像VGA芯片那样对计算机行业产生如此深远的影响,整个行业都欠了IBM一个大人情。不幸的是,IBM并没有从他们的发明中获得像其他供应商一样多的利润。


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