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IBM的XGA

2019年9月9日
个人电脑行业应该感谢IBM,它建立了继1990年推出的XGA之后定义所有图形处理器的标准。

系列:图形芯片编年史

1990年末,IBM推出了扩展图形阵列(eXtended Graphics Array, XGA)图形处理器和插件板(add-in board, AIB),这是IBM在为自己创建的行业制定了所有标准之后,生产的最后一款图形处理器。

为PS/2和VGA开发的XGA被称为二类视频子系统(VGA是一类视频)。XGA是一种能够显示1024 × 768像素的高分辨率图形芯片,IBM将其称为pls——“图片元素”的缩写。它可以从256k的调色板中显示256种颜色,或者每一种基色显示6位。XGA还增加了对640 × 480高颜色(65,536色,16 bpp/primary)的支持(超过8514/A)。

第二次修订(1993年的XGA-2)是一次升级,提供了更高的刷新率(75 Hz和更高,非交错,至少到1024×768),改进的性能,以及一个完全可编程的显示引擎,能够在其物理限制内实现几乎任何分辨率。

IBM的XGA结合了VGA的升级版本,并包含了8514/A的特性。XGA的最初实现是作为新的PS/2模型90和90 XP的车载芯片。一个独立的升级AIB (IBM PS/2 XGA显示适配器/A)也可用于现有的PS/2s。512KB VRAM的XGA价格为1095美元,而1MB VRAM的内存升级则需要350美元,相当于今天的2400美元。

IBM XGA芯片背后的巨大变化

XGA中最大的哲学和架构变化是VGA子系统的集成。OS/2博物馆的Michal Necasek说,从某种程度上说,这是对失败的承认,因为“IBM提供车载VGA芯片和额外的高分辨率加速器(如8514/ a)的战略显然没有奏效。”这也是后来大多数非ibm图形的构建方式。

由于VGA集成,XGA不能向后兼容8514/A。另外,与8514/A不同的是,整个XGA帧缓冲区可以被主机CPU直接访问。此外,通过XGA中的总线控制功能,可以在一个系统中运行多达8个XGAs。但是,由于VGA使用固定的I/O和内存映射的地址空间,在一个系统中,同一时间只能有一个VGA是活动的。


XGA有几个这样的独特功能,包括一个新的64×64硬件精灵,它可以用作鼠标光标。早期的芯片如EGA、VGA和8514/A使用软件来管理鼠标覆盖,这在当时是一个不小的挑战。

IBM XGA的组件

XGA视频子系统包括:

  • 系统总线接口
  • 内存和CRT控制器
  • 协处理器
  • 视频内存
  • 属性控制器
  • 雪碧控制器
  • 字母数字(A / N)字体和Sprite缓冲区
  • 序列化器
  • 调色板
  • 视频数模转换器

协处理器在实内存或虚拟内存中提供硬件绘图辅助功能。XGA内置了以下函数:

  • 画线
  • 区域填充
  • 逻辑和算法的混合
  • 地图屏蔽
  • X、Y轴寻址

XGA为所有系统内存和I/O地址使用32位数据总线,而VGA子系统使用8位或16位数据总线。使用16位数据总线时,XGA使用512KB视频显示缓冲区,使用32位数据总线时,XGA使用1MB视频显示缓冲区。对XGA的访问是通过两组寄存器来完成的:第一组寄存器映射到系统的I/O空间,而另一组寄存器映射到内存。

原始的XGA支持1、2、4、8位每像素颜色在2014 × 768交错。在非交错模式下,它可以支持或16位逐像素的颜色。XGA输出直接到VGA连接器,要么在AIB上,要么从系统板上。

序列化器(图2)和DAC将视频显示缓冲区中的数据转换为屏幕图像。视频数据以1位、2位、4位、8位或16位像素存储在视频显示缓冲区中。每像素的位数由计算机运行的视频模式决定。缓冲区中的每个内存位置保存一个像素,并对应于屏幕上的一个特定位置。每个1位、2位、4位或8位像素的二进制值被用作调色板的索引,以确定要在该位置显示的颜色。如果计算机处于直接颜色模式,每个像素是16位,它不使用调色板来确定颜色。XGA为应用程序开发人员提供了许多选项。

序列化器从视频显示缓冲区中获取数据,并将其转换为串行位流。如果像素是1、2、4或8位,则每个像素的二进制值对应于调色板中256个内存位置中的一个。每个内存位置包含18位,分为三个6位值,分别代表红色、蓝色和绿色的特定强度。在直接颜色模式(调色板旁路模式)中,每个16位像素被分为5位红色强度值、5位蓝色强度值和6位绿色强度值,总共有65,536种可能的颜色。然后DAC将数字色强值转换为显示器的模拟值。

虽然针对基于OS / 2的PS / 2S,但识别出不是每个人都注册OS / 2,IBM为Windows 2.1和3.0,OS / 2 1.2以及像AutoCAD这样的流行软件包提供了驱动程序。


IBM升级到XGA-2

XGA-2。1992年,IBM在芯片上进行了升级并引入了XGA-2,该XGA-2为非交错的1024×768分辨率和1MB VRAM标准而建立了XGA-2。XGA-2包括可编程PLL电路,可以支持高达90MHz的像素时钟;最多可启用75Hz刷新1024×768分辨率。此外,还支持800×600分辨率,高达16BPP。XGA-2还有一种改进的DAC,每个通道8位,而不是原始XGA等6位,这将可显示的颜色增加到1600万。

1993年推出的PS / 2E采用全尺寸的内部PC扬声器,两个SIMM插座,以及直接焊接到主板的延伸存储器。它为板载XGA-2图形适配器提供了1 MB的视频内存,该适配器连接到ISA总线而不是通常的MCA总线。

关于XGA的猜测是在上世纪80年代末。IBM在英国的赫斯利实验室泄露了它的开发消息。它的架构在当时是相当先进的,有一个线性帧缓冲孔径,一个灵活的总线控制,一个绘制引擎和一个硬件精灵游标。当它发布时,大多数PC图形aib都是哑帧缓冲,升级的VGA aib(分辨率更高至i800 × 600)被称为SuperVGAs。

PC图形硬件行业花了几年时间才赶上XGA的能力。在很多方面,XGA都是20世纪90年代的经典设计,即使它从未充分发挥其潜力,它也可以轻松支持4MB VRAM和24/32bpp真彩色像素格式,尽管它不支持Truevision Targa格式。

IBM向XGA提供许可

当XGA出来时,IBM漂浮了它将将芯片销售给其他公司的想法,并允许他们用它作为第二个来源构建AIB。然而,在1991年春天,该公司改变了它的立场,而是提供给许可设计。当时的谣言是IBM并不想透露它花费多少构建芯片并被指控倾倒。

IBM没有销售芯片,而是制作硬件规格和注册接口,并全部记录在案;并将设计授权给了SGS-Thomson、英特尔(Intel)和一些小公司,如集成信息技术(Integrated Information Technology)。但市场已经从基于字符的用户界面转向了位图图形用户界面(GUI),新的芯片和aib被称为GUI加速器。

由于IBM为XGA开发的软件支持,它只能在386或基于386的PS/2(包括基于386xs的PS/2s)上工作,到1992年,486是CPU的选择。

XGA标志着IBM在推出个人电脑10年后,在个人电脑市场的统治地位的终结。12年后,IBM将自己的个人电脑生产线出售给了联想(Lenovo)。按销售额计算,联想目前是全球第三大个人电脑销售商,这突显出一家公司抛弃的东西是另一家公司的黄金。

PC图形的下一个主要发展来自3D图形加速器,从3Dfx的Voodoo到英伟达的Riva 128。但PC显卡行业应该感谢IBM为所有显卡芯片建立了标准。

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