[科普中国]-视频图形阵列

视频图形阵列（英语：Video Graphics Array，简称VGA）是IBM于1987年提出的一个使用类比信号的电脑显示标准。

简介视频图形阵列（英语：Video Graphics Array，简称VGA）是IBM于1987年提出的一个使用类比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系列产品的引导画面仍然使用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即时的变色。1

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。可以透过VGADAC，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，{\displaystyle 2^{2}}=4种变化，{\displaystyle 4^{3}}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。

存储器定址VGA所使用的显存，透过一个窗口对应于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）

由于使用的区块皆不相同，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电子表格上，一部高解析单色显示屏用来显示文字，而另一部低解析的CGA显示屏用来显示图表。许多程序员也用这种配置来开发软件，一部显示屏显示debug细节，另一部显示屏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消息，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 PS/2电脑系列就是采用将VGA放置于主板上的设计。2

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{\displaystyle (2^{6})^{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面板）

Packed-pixel模式：256色（Mode 13h）

顺畅滚动画面的能力

Some "RasterOps" 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的单色显示器也能很好的支持这样的彩色模式。现代显示器和显卡若连接不当，偶尔会导致显卡的VGA部分侦测显示器为单色的，而这将使BIOS引导显示为黑白模式。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（最高的兼容分辨率，1 video page）。

本词条内容贡献者为:

李嘉骞 - 博士 - 同济大学