视频图形阵列VGA

VGA概述

视频图形阵列（英语：Video Graphics Array，简称VGA）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持的一个标准，个人电脑在加载自己的独特驱动程序之前，都必须支持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设备，而直接用于指称640×480的分辨率。VGA设备可以同时存储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实时的变色。

在色版上，VGA除了扩充为256色的EGA式色版外，这256种颜色是可以改变的。可以通过 VGA DAC，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。因为在CGA上，只有16种无法改的色彩。在EGA上虽然仍只能显示16种色彩，但这16种色彩其实是从64彩色盘中挑选出的。EGA分配给每个色频（RGB）两个比特，2²=4种变化，4³个色频=64种色彩。而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置为暗红色，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，不过 EGA 有更多色盘可用。而 VGA 不但兼容于 CGA 或 EGA 模式，更可以使用 Mode 13h 模式一次显示 256 色版中的所有色彩，而这 256 种颜色是从 262,144 种颜色（18-bit）中挑出的。

存储器寻址

VGA所使用的显存，通过一个窗口对应于PC的主存，它们的真实地址为0xA000和0xC000之间的存储器。典型地来说地址的开始点是：

• 0xA000 使用于 EGA/VGA 图型模式（4 KB）

• 0xB000 单色文字模式（2 KB）

• 0xB800 彩色文字模式和 CGA 兼容模式（2 KB）

由于使用的区段皆不相同，在同一部机器上设备一个单色显卡（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。许多程序员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。许多商业的除错软件都支持这种配置，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 驱动程序如ox.sys模拟一个终端机来接受 Windows 的 debug 信息，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 程序让其他程序可以使用 B000-B7FF 这一段存储器。（于 config.sys 文件中加入 "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），使程序员能够使用在 Mode 13h 之下无法做到的分辨率。他将 256 KiB 连续的显存“解开”并分成四个层次，因此在 256 色模式时全部 256 KiB 的存储器都可以使用。技术上这将使得处理变得更复杂，并且性能降低。但在一些特殊情况下，性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置四个像素。

• VGA 可以用来协助显存之间的拷贝，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 图形库）和 ColoRIX（256 色的图形程序）支持 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，显示屏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模拟信号。

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集成芯片，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植入PC的主板之中，只需要额外的显存、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（不是所有卡都支持）

• 平面模式：最多      16 色（4 bit 皮肤）

• Packed-pixel 模式：256 色(Mode 13h)

• 顺畅滚动画面的能力

• Some "Raster Ops" support

• Barrel shifter

• 支持分区画面

VGA支持可单独操控像素的APA（All Points Addressable）模式，也支持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）

它也支持用模拟的方式画出向下兼容的分辨率：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）。而字符本身也可设置是否闪烁，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虽然支持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的单色显示屏也能很好的支持这样的彩色模式。现代显示屏和显卡若连接不当，偶尔会导致显卡的VGA部份侦测显示屏为单色的，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序以后，显卡的设置被覆盖，显示屏就会变回彩色。

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兼容于EGA和CGA转换器，而它在其上又新增了一种设置。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，但为了向前兼容，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。它们也不兼容于较老旧的显示屏，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 调适都限制在显示屏的“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（最高的兼容分辨率，1 video page）。

VGA接口工业相机

工业机器视觉应用中，还有许多的VGA接口的工业相机，主要用于一些直接由人眼观察的视觉项目中。因为只需要一个显示器、相机、镜头成像观察，不需要电脑、处理器等，因此通常设计成VGA接口，可以直接连接显示器进行观察。

VGA接口的相机，通常因为显示器的分辨率比较低，因此相机本身的分辨率也比较低，一般只能在130万左右，高的可以达到200万的的宽屏模式（1920*1080P），低端的则只有30万像素左右。

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