20 let vývoje grafických karet: od CGA až po konec 3Dfx (díl I.)

0

Kdo byl první? MDA, či CGA?

První grafická karta pro počítače PC nebyla jen jedna, ale rovnou dvě. Obě měla na svědomí firma IBM, stejně jako samotné PC 5150. Počítačová grafika samozřejmě existovala i před zrodem PC, ale jednalo se většinou o integrované čipy na základní desce. Kompatibilita byla pro drtivou většinu výrobců sprosté slovo.

IBM PC byl první masově prodávaný počítač s vyměnitelnými kartami a jeho úspěch vytvořil obrovský trh pro další výrobce příslušenství, včetně grafických karet. Nápad prodávat i levné počítače byl v IBM odsouhlasen počátkem 80. let. Vytvoření opravdu levného počítače ovšem vyžadovalo specifický přístup naprosto odlišný od běžných firemních postupů. IBM si všechny součástky svých počítačů vyvíjela sama a výsledkem byla nejenom příliš dlouhá doba vývoje, ale i vysoká cena počítačů.

Vývojový tým tedy PC sestavil z běžně dostupných standardizovaných součástek nakoupených od jiných výrobců a operační systém zakoupil od Microsoftu. Výsledek se dostal do prodeje už rok po zahájení projektu (v té době rekord IBM v rychlosti vývoje vlastního počítače). Přesněji řečeno 12. sprna 1981 byl ohlášen IBM PC model 5150. Základní model stál 1565 USD a měl následující parametry:

  • CPU: Intel 8088 (4,77 MHz)
  • RAM: 16 kB rozširitelná přes přídavné karty na max. 256 kB
  • Grafická karta: MDA
  • Sloty pro rozšiřující karty: 5× 8-bit ISA

V ceně byla i klávesnice, ale chyběl monitor. Počítač měl konektor na připojení kazetového magnetofonu, kam se ukládala data a pro jeho obsluhu se používal BASIC. Těchto základních modelů se ale prodalo jen naprosté minimum. Většina PC se prodala ve vylepšené verzi s 64 kB paměti, disketovou mechanikou s kapacitou disket 160 kB a monitorem. To vše za 3005 USD.

Disketová mechanika už umožňovala spuštění DOSu (Disk Operating System). Nejvybavenější model pro firmy za 4500 USD měl rovnou dvě disketové mechaniky, grafickou kartu CGA, monitor a tiskárnu. PC mělo velký úspěch hlavně u firem. Pro domácnosti bylo příliš drahé a nemohlo konkurovat oblíbeným domácím osmibitům s obrovským množstvím her. V IBM předpokládali prodej 250 000 počítačů do pěti let, ale ke konci roku 1983 už prodali 750 000 kusů.

Základní grafickou kartou tedy byla MDA (Monochrome Display Adapter). Ta byla (stejně jako CGA) postavena na grafickém čipu 6485 od Motoroly. Tento čip se používal už od roku 1977 pro zobrazování textu a grafiky v různých počítačových systémech i textových terminálech sálových počítačů.

 

Takt Motoroly 6485 byl 1 až 2 MHz a brzy jeho klony vyráběly i další firmy. Jmenujme třeba Hitachi nebo UMC. Karty MDA měly pouze 4 kB paměti a podporovaly jen zobrazování textu. Jsou to tedy spíše textové než grafické karty. Bonusem byla přítomnost paralelního portu pro připojení tiskárny. Uživatelé díky tomu nemuseli kupovat samostatný řadič. Textové fonty jsou uloženy v paměti ROM přímo na grafické kartě. Pro podporu národních znaků proto bylo nutné vyměnit ROM.

Karta umožňuje zobrazit 80 × 25 znaků v rozlišení 720 × 350 pixelů a dvou barvách. Barva textu závisela na monitoru – IBM dodávalo standardně černo-zelený, ale později se používaly i monitory se žlutou barvou. Výhodou MDA karet byla možnost použít je zároveň s CGA kartou pro připojení dvou monitorů zaráz a vysoké rozlišení umožňující zobrazení velkého úseku textů. Na kartách MDA se samozřejmě nedaly rozumně hrát hry (pokud pomineme textovky či hady z písmenek) a byly určeny výhradně pro firemní použití.   

Grafická karta MDA s klonem MC6845 od Hitachi (zdroj: Palčalova sbírka)

  
Grafická karta MDA s klonem MC6845 od Hitachi (zdroj: Palčalova sbírka)

Náročnější uživatelé, vyžadující v představách IBM například zobrazování grafů, si mohli pořídit kartu CGA (Color Graphics Adapter). Ta už umí zobrazovat i grafiku a má 16 kB paměti. Podporuje dva textové režimy a stejně jako MDA karta má znakovou sadu vypálenou v paměti ROM. Umožňuje zobrazit 80 × 25 znaků v rozlišení 640 × 200, nebo 40 × 25 znaků v rozlišení 320 × 200. V obou případech až v šestnácti barvách, které jsou ovšem pevně stanovené. Grafické režimy byly také jen dva.

V rozlišení 320 × 200 pixelů bylo možné použít čtyři barvy, ale pouze ze dvou palet barev. Jedna obsahuje zelenou, červenou, hnědou a černou a druhá azurovou, fialovou, bílou a černou. Výběr byl značně omezený a mnohé později uvedené domácí osmibity PC lehce překonávaly. Druhý grafický režim umožňoval zobrazit pouhé dvě barvy (z oněch šestnácti pevně určených) v rozlišení 640 × 200 pixelů.

Paralelní port byl nahrazen konektorem RCA pro připojení k televizoru. Uživatelé tak mohli ušetřit za monitor, ale přišli o možnost připojení tiskárny. Museli dokoupit kartu MDA nebo samostatný řadič s paralelním portem. Přestože karta CGA už umožňuje hraní her, kvůli omezené paletě barev se nemůže rovnat kvalitou obrazu s oblíbenými osmibity. PC proto ze začátku ani moc her nemělo a hraní se soustředilo spíše na domácí systémy (i díky jejich výrazně nižší pořizovací ceně).

Grafická karta CGA s hlavním čipem opět od Hitachi (zdroj: Palčalova sbírka)


Grafická karta CGA s hlavním čipem opět od Hitachi (zdroj: Palčalova sbírka)

 

Kdo byl první? MDA, či CGA?

Hercules, aneb zlaté thajské ručičky…

Hercules, aneb zlaté thajské ručičky…

Grafickou kartu Hercules má na svědomí pán s exotickým jménem Van Suwannukul. Ten bydlel v roce 1982 v malém kalifornském městečku Hercules a chtěl si napsat disertační práci na novém IBM PC 5150. Mělo to ovšem malý háček. Práci si chtěl napsat v rodné thajštině. To byl problém, protože IBM nedodávala čipy ROM s thajskou abecedou.

Van Suwannukul si tedy vyrobil vlastní kartu, založil s Kevinem Jenkinsem společnost Hercules a do roku 1984 prodali přes 100 000 karet. S výrobou neoriginálního příslušenství nikdo v IBM nepočítal (sálové a firemní počítače se špatně kopírují) a jediná patentovaná věc na IBM PC byl BIOS. Díky použití standardizovaných součástek si tak mohl kdokoliv sestavit kartu použitelnou v IBM PC a vesele ji prodávat. IBM sice nepodporovalo Hercules v BIOSech, ale přepínání grafických režimů bylo stejně rychlejší bez asistence BIOSu.

IBM klonování vlastních počítačů a jejich dílů sama nechtěně napomohla vydáním technické příručky o počítači, včetně podrobného zapojení sběrnic a adresace jednotlivých karet v paměti. V roce 1984 tak už spousta firem prodávala příslušenství do PC (např. pevné disky) a přiživovala se na úspěchu IBM. Později se začaly objevovat i kompletní klony PC od jiných výrobců včetně vlastních kompatibilních BIOSů.

Grafická karta Hercules z roku 1984 (zdroj: Palčalova sbírka)


Grafická karta Hercules z roku 1984 (zdroj: Palčalova sbírka)

Hercules používá stejně jako karty od IBM čip MC6845 a je mixem MDA a CGA. Je plně kompatibilní se standardem MDA, používají se stejné monitory a má i paralelní port. Na rozdíl od MDA ovšem umí i grafické režimy stejně jako karty CGA. Zvládne i emulovat grafiku CGA pomocí rezidentních ovladačů (ovšem bez barev).

Grafický režim Herculesu umožňuje zobrazení v rozlišení 720 × 348 a pouze černobíle. Karty od Herculesu si získaly věhlas díky jejich podpoře v oblíbeném textovém editoru Lotus 1-2-3 (od roku 1983). Pokud jste si chtěli na PC napsat nějaký text a ješte i zobrazovat grafy či jinou grafiku, tak jste potřebovali dvě grafické karty a dva monitory (CGA sice umí také obojí, ale má nízké textové rozlišení a chybí paralelní port).

 

Hercules kombinoval skvělý textový režim MDA (na obrazovku se vešlo mnohem více textu) a možnosti zobrazování grafiky CGA. Sice jen černobíle, ale to firemnímu použití vůbec nebránilo. Karty Hercules měly 64 kB paměti a znakovou sadu vypálenou v ROM. Pozdější verze Hercules Plus už uměla měnit znakovou sadu i softwarově.

Hercules se snažil konkurovat také standardu EGA s barevnou verzí. Ta se však neprosadila. Naopak velmi úspěšní byli různí výrobci karet kompatibilních s Herculesem. S vylepšeným výrobním procesem a lepší integrací se v druhé polovině 80. let vynořilo velké množství výrobců těchto levných karet včetně ATI. Herculesy se často používaly i s nástupem standardu VGA pro připojení dvou monitorů. Na monitoru VGA byla grafika a na Herculesu různé textové výstupy (např. z CADu).

Jeden z mnoha pozdějších klonů Herculesu


Jeden z mnoha pozdějších klonů Herculesu

EGA – evoluce CGA

EGA – evoluce CGA

Grafická karta EGA (Enhanced Graphics Adapter) se objevila na trhu s vydáním druhé generace PC od IBM v srpnu 1984. IBM označilo tento model písmeny AT (Advanced Technology) a dodávaly se dva modely s následujícími parametry:

  • CPU: Intel 8086 (6 MHz, později i 8 MHz)
  • RAM: 256 kB rozšiřitelná na max. 12,6 MB
  • Grafická karta: EGA
  • Sloty pro rozšiřující karty: 2× 8-bit ISA a 6× 16-bit ISA

Levnější model měl dvě 5,25″ disketové mechaniky (1,2 MB). Dražší dostal 512 kB paměti, jen jednu mechaniku a 20MB pevný disk (HDD). PC AT také podporovalo síťě. Oba modely se prodávaly s o měsíc později oznámenou kartou EGA. PC AT už disponovalo rychlejšími 16bitovými sloty ISA (AT Bus), ale grafické karty EGA stále využívaly jen 8bitovou verzi. Rychlejší sběrnici začaly využívat až karty VGA po roce 1987.

Originální IBM EGA s 64kB paměti


Originální IBM EGA s 64 kB paměti

EGA je navržena jako náhrada nedostačující CGA s ohledem na kompatibilitu. Umožňuje použít monitory MDA i CGA a podporuje i grafické/textové režimy obou svých předchůdců. Mimo to má samozřejmě i nové režimy vyžadující ovšem monitor EGA. V textových režimech je novinkou možnost zobrazit 80 znaků na 43 řádcích a v grafických režimech karta umí v rozlišení 640 × 200 + 16 barev nebo v 640 × 350 + 4 barvy. Maximum je pak 640 × 350 + 16 barev, ale karta už musí mít 256 kB paměti, což ze začátku nebylo pravidlem.

 

Barevná paleta se také výrazně zlepšila. EGA umožňuje zobrazit až 16 barev z celkem 64. Na PC se tedy už dalo obstojně hrát a graficky se konečně vyrovnalo domácím osmibitům. Znaková sada se načítala z ROM na kartě do paměti počítače a díky tomu nebylo nutné pro zobrazení v jiných jazycích měnit paměť ROM. Znaková sada se dala upravit softwarově.

Originální karty od IBM měly většinou jen 64 kB paměti. Paměť bylo možné rozšířit pomocí přídavného modulu (připojovaného do modrých konektorů) na 128/192/256 kB. Největší rozkvět karet EGA nastal paradoxně v době vydání standardu VGA. S vylepšením výrobních technologií se podobně jako u Herculesu objevilo na trhu mnoho klonů od různých výrobců. Prakticky všechny tyto karty už měly 256 kB paměti a vyráběly se v letech 1987 až 1990. Pozdější modely už většinou jako komba podporující VGA i EGA.

Jedna z mnoha pozdějších karet EGA


Jedna z mnoha pozdějších karet EGA

PGC a TIGA – první profi karty

PGC a TIGA – první profi karty

 
V roce 1984 se IBM mimo vydání PC AT zkusila zaměřit i na profesionální sféru. Vydala proto novou akcelerační kartu zaměřenou na aplikace CAD. PGC (Professional Graphics Controller) stála „pouhých“ 4290 USD. To se zdá hodně, ale profesionální stanice pro CAD v té době stály i 50 000 USD.

PGC byla určena jen pro nové PC AT, do starších modelů XT nepasovala kvůli jiným rozestupům mezi sloty ISA. PGC je totiž trošku přerostlé monstrum zabírající dva sloty ISA a skládá se rovnou ze tří PCB. Prostřední, menší PCB zajišťuje kompatibilitu s grafickou kartou CGA.

 

PGC může pracovat v režimu CGA po přepnutí jumperem, ale pro svůj nativní režim už vyžaduje vlastní speciální monitor. Zvládá totiž rozlišení 640 × 480 v 256 barvách z palety 4096 barev. Kvůli tomu je na kartě na svou dobu astronomických 320 kB paměti. Jako hlavní procesor sloužil Intel 8088 a karta podporovala různé vektorové operace. Uměla zobrazovat i drátěné trojrozměrné modely, ovšem bez podpory stínování ploch. Tento standard se příliš neprosadil nejenom kvůli vysoké ceně, ale i kvůli slabé softwarové podpoře. PGC přestala být podporována v roce 1987 po vydání karet VGA.

IBM PGC (zdroj: Vintage PC pages)


IBM PGC (zdroj: Vintage PC pages)

Vývoj v oblasti PC byl a je neúprosně rychlý a PGC velmi rychle zastaralo. Už v roce 1986 se objevují specializované akcelerační čipy zaměřené na CAD. Na rozdíl od univerzálního Intelu 8088 jsou optimalizované pro grafické operace a mají v sobě zadrátovanou HW podporu i pro vyplňování ploch barvami nebo podporu vykreslování kurzoru.

Hitachi kupříkladu uvedlo čip HD63484 s rychlostí 9,8 MHz, který umí využít až 2 MB paměti (v té době se používaly pro profesionální karty dražší paměti VRAM). Teoretické maximální rozlišení se zastavilo i na dnes úctyhodných 4096 × 4096 pixelech (ovšem jen černobíle) a čip uměl zobrazit i 16bitové barvy. Profesionální karty samozřejmě už využívaly 16bitovou sběrnici ISA, na rozdíl od dobových Herculesů a karet EGA pro běžné smrtelníky.

SPEA Graphiti Gallery-HE P35 s čipem od Hitachi a 1 MB VRAM paměti (zdroj: Palčalova sbírka)

 

SPEA Graphiti Gallery-HE P35 s čipem od Hitachi a 1 MB VRAM paměti (zdroj: Palčalova sbírka)

Trh ovšem téměř úplně ovládly karty s čipy TMS34010 a TMS34020 od Texas Instruments. Oba čipy jsou plně programovatelné 32bitové procesory zaměřené na grafické operace. TMS34010 byl uveden na trh v roce 1986 a podporoval 16bitové barvy a mnoho grafických funkcí – např. průhlednost vrstev.

TMS34020 byl uveden v roce 1988, umí už 32bitové barvy a podporuje až 16MB DRAM/VRAM paměti. Karty založené na těchto čipech dostaly název TIGA (Texas Instruments Graphics Architecture). Tigy vyžadovaly samozřejmě vlastní monitory, nekompatibilní se všemi dosavadními standardy. Často se používaly jako přídavné akcelerátory ke stávajícím grafickým kartám – systém nabootoval na normální monitor a po spuštění aplikace podporující TIGA se práce přesunula na druhý monitor. Pozdější verze karet už většinou obsahovaly VGA čip s vlastním výstupem na monitor umožňující odstranit standardní grafickou kartu z počítače.

Miro Tiger s 8 MB DRAM programové paměti, 4 MB VRAM grafické paměti a vlastním VGA čipem od Cirrusu (zdroj: Palčalova sbírka)


Miro Tiger s 8 MB DRAM programové paměti, 4 MB VRAM grafické paměti a vlastním VGA čipem od Cirrusu (zdroj: Palčalova sbírka)

Tigy byly ovšem extrémně drahé karty a nikdy se nerozšířily mimo profesionální trhy (CAD). Začátkem 90. let se objevilo několik pokusů o využití těchto karet pro akceleraci prostředí Windows. Snaha přesvědčit výrobce her pro vytvoření 3D her na čipech TIGA se ovšem nesetkala s kladnou odezvou. I tak měla TIGA velký úspěch a karty založené na těchto čipech se běžně vyráběly až do roku 1992. Co všechno zvládala TIGA si můžete prohlédnout v následujícím krásném dobovém videu.

V příštím dílu budeme pokračovat přes standard VGA, „novou“ sběrnici PCI až minimálně do roku 1996. To už přišly první 3D akcelerátory od společností jako 3Dfx, ATI, S3 či Nvidia. V seriálu nakonec zasáhneme až do roku 2001, který v podstatě znamenal konec té skutečně zajímavé historie grafických karet. Současný nudný stav s velmi podobnými dedikovanými grafickými kartami dvou společností už součástí seriálu nebude.

Přečtěte si také: