電腦達人養成計畫 5-4：歷代 2D 圖形顯示介面介紹 (上) 1980 年代

VGA、MCGA

發佈年代：1987 年
發佈公司：IBM
搭配系統：IBM PS/2

接下來就是大名鼎鼎的 VGA (Video Graphics Array) 了，在 1987 年隨著 IBM PS/2 電腦推出 (是的沒錯，又是 PS/2！)，基本上可以視為 EGA 的後繼者，但在這裡要特別強調，VGA 並不是一款顯示卡，名稱中的 A 是 Array 而不是 Adapter，實際上 VGA 是一整套標準，涵蓋了硬體、解析度、輸出介面三者，硬體的部分在 IBM PS/2 (僅有高階款的 PS/2 支援 VGA) 上最初的產品也不是一張獨立的介面卡 (儘管後來確實有為早期舊款的 PS/2 推出 VGA 升級卡，如下圖)，而是直接做在主機板上的一塊晶片。

最初 VGA 內建了 256 KB 的顯示記憶體，在標準狀況下主要提供對兩種解析度模式的支援，針對 640×480 (這解析度很眼熟吧？其實直到 UEFI 時代之前，電腦的開機畫面都還是這個解析度，因為那時候沒載入顯示卡的驅動程式) 可以支援 16 色、針對 320×200 解析度則可以支援 256 色 (總色域增加為 262,144 色，一次可以從中挑選 256 色顯示)，而設計上的極限解析度則是 16 色 800×600 @ 70 Hz。

VGA 的彩色顯示功能相較於 EGA 又有了挺明顯的強化，彩色遊戲畫面的品質明顯比以往高出許多，2D 遊戲差不多就是在這個時期開始有大幅度進展的。

至於 MCGA (Multi-Color Graphics Array) 則是與 VGA 同期推出的技術，基本上可以視為增強版的 CGA，由於成本與價格較低，因此推出時主要是作為 VGA 以下的低階入門產品發佈，MCGA 內建的顯示記憶體僅有 64 KB，僅出現於 Model 25 與 Model 30 的 IBM PS/2 上，支援 CGA 的所有模式但無法與 EGA 的專有模式相容，雖然如同 VGA 一般加入了對 640×480 @ 60 Hz 解析度的支援但卻只支援單色模式，至於對 320×200 解析度的支援則與 VGA 一樣可以支援到 256 色。

至於顯示器介面方面 VGA 與 MCGA 所引入的新介面就是上節曾經介紹過，也為大家所熟知的 VGA (D-Sub 15 針)。

IBM Image Adapter/A

發佈年代：1987 年
發佈公司：IBM
搭配系統：IBM PS/2

這款產品比較廣為人知的名字是 IBM 8514，基本上是作為 PS/2 系統的選用升級配件發佈。值得注意的是，IBM 8514 並非僅是內建 VGA 影像子系統的顯示記憶體擴充卡，實際上 IBM 8514 本身具備了輔助運算的能力 (但 IBM 8514 僅能增強 VGA 影像子系統的功能而無法完全獨立運作)，因此 IBM 8514 經常被視為是第一張進入個人電腦領域的 2D 圖形加速卡 (在此之前基本上 2D 圖形加速是工作站在玩的，價格極為昂貴)，不過仍然與工作站使用的圖形協同處理器在功能上有一段差距 (IBM 8514 並非可程式化的加速系統)。

內建有 512 KB 顯示記憶體的 IBM 8514 的輸出能力比起 VGA 來說確實提高了不少，16 色顯示模式下的最高輸出解析度從 VGA 的 640×480 一舉提升到了 1024×768，而在安裝擴充記憶體模組 (可以提供額外 512 KB 的顯示記憶體) 之後，即使是在 1024×768 @ 43.5 Hz 解析度下仍然可以同時顯示 256 種顏色 (總色域仍然是 262,144 種顏色)。

由於上市時價格高達 1,300 美金 (還沒算上顯示記憶體擴充子卡呢，別忘了還得搭配好的螢幕才能發揮功能，當時 IBM 也推出了一款同樣名為 8514 的 CRT 螢幕，如上圖，光這螢幕就要價 1,550 美金) 加上只能搭配 MCA 介面使用，而不支援當時已蔚為主流的 ISA 介面等因素的影響，整體來說 IBM 8514 的銷售情況並不成功，但 IBM 8514 可以說是後來蓬勃發展的 2D 圖形加速卡市場的開山鼻祖。

XGA

發佈年代：1990 年
發佈公司：IBM
搭配系統：IBM PS/2

約莫在其他廠商開始製作 8514/A 相容卡時，IBM 又推出了 XGA (Extended Graphics Array)，基本上最初的 XGA 可以被視為原本的 VGA 子系統的延伸 (在架構上也向下相容 VGA)，主要是加上了 8514/A 所能提供的功能，初期同樣採用內建晶片的方式安裝於 IBM PS/2 Model 90 與 90XP 中，之後也依循與 MCGA 升級 VGA 相仿的作法推出了 IBM PS/2 XGA Display Adapter/A 可將舊款 PS/2 電腦升級為 XGA 等級。

XGA 的輸出能力比起 8514/A 又高出了不少，在安裝了顯示記憶體擴充子卡之後的 XGA 能夠在 1024×768 解析度下同時顯示高達 256 種顏色，在標準 VGA 解析度 (640×480) 下甚至可以同時顯示高達 65,536 種色彩。

值得注意的是，在 VGA 之後由於相容卡數量眾多，加上各種 IBM 相容 PC 的採用，VGA 顯示系統標準幾乎已經成為開放規範，而 XGA 則是 IBM 最後一次嘗試訂定自家的顯示系統標準，不過理所當然是失敗了，最後 XGA 只被認為是 Super VGA (VGA 的延伸) 中的一支。

基本上 XGA 升級卡的價格仍然相當昂貴，包含 512 KB 顯示記憶體的基本版就要價高達 1,100 美元，能提供額外 512 KB 顯示記憶體的擴充子卡也要價高達 350 美元，而且一開始還只支援 IBM 自家的 MCA 通道而無法搭配主流的 ISA 使用，除此之外還刻意不支援 800×600 這個常用解析度，直接跳到 1024×768 (當時 IBM 還很豪氣的表示因為 800×600 這解析度有其他人做了所以不需要我們出手)，因此最後在消費市場上也是失敗收場。

IBM 後續在 1992 年推出的增強版 XGA-2 (內建顯示記憶體增加為 1 MB 並補上了在 800×600 解析度之下的 65,536 色彩顯示支援與 1024×768 @ 75 Hz 的支援，且大幅降價到 400 美金以下) 也未能挽回頹勢，於是在 XGA 之後 IBM 就沒有再自行設計顯示系統標準了，之後也在 1992 年推出了基於 SVGA 的圖形介面卡，此後 IBM 基本上也不再繼續生產與設計自家的個人電腦用顯示介面卡，轉為選擇搭載第三方廠商設計製造的顯示卡為主。

至於在顯示介面方面，由於 XGA 基本上可以大略視為 VGA 子系統 + 2D 圖形加速卡的結合，因此在顯示輸出的部分仍然維持 VGA 的設計，也就是 15 針的 D-Sub 接頭。

接下來的故事……1990 年代

1990 年代是個人電腦發展極為快速的十年，從 Windows 3.0 以上版本開始 Windows 系統逐漸獲得市場的青睞，越來越高的市場佔有率使得硬體開發商們開始意識到可以特別針對 Windows 強化顯示加速性能，這比起強化通用圖形加速晶片來得簡單又低成本得多。

而且在此時微軟又正巧在 Windows 系統內加入了通用繪圖 API 層，也就是名為 GDI 的圖形裝置介面 (Graphics Device Interface)，解決了過去由於各家顯示介面 I/O 埠設計可能不同而衍生的許多問題 (原理上很簡單，就是在程式與硬體設備之間插入一層正好介於使用者層與系統核心層之間的 GDI 層，各家廠商就可以自行針對自家硬體來開發專屬驅動程式，並將其作為硬體與 GDI 層之間的溝通橋樑)，因此從 1990 年代開始，基本上通用的圖形介面規格就停滯在以 VGA 為基礎而延伸而來的 Super VGA，而廠商的主要發展目標改為針對 Windows GDI 設計專用的 2D 圖形加速器。

由於開發難度相對而言比較簡單，很快的這些專門針對 Windows 而設計的加速器在性能上就超越以往所有的通用圖形加速器了，而且更重要的是，成本相較於那些天價級別的通用圖形加速器來說可說是超級便宜，關於 1990 年代所發生的事情，我將在下一節繼續介紹。