Архитектура NES консолей
Похоже, вы променяли захватывающий социальный мир на увлекательную область исследований игровых консолей? Что ж, давайте погрузимся в глубины вашей новообретённой одержимости под названием Super Nintendo Entertainment System (SNES).
Фабьен Англар, наш герой, тщательно проанализировал SNES, предложив нам трилогию статей, которые вполне могли бы заменить любое человеческое общение.
Во-первых, статья расскажет о картриджах для SNES, этих волшебных пластиковых блоках, которые, как ни странно, были не просто мечтой детей 90-х. Они были настоящим технологическим чудом со своим собственным оборудованием, включая такой необходимый чип для защиты от копирования CIC, который не мешал копировать и модифицировать игры направо и налево.
Затем автор отправит в историческое путешествие эволюции материнской платы SNES. За двенадцать лет было выпущено двенадцать версий, в каждой из которых количество чипов и компонентов сокращалось. Технологическое разнообразие
И давайте не будем забывать трогательную историю о тактовых генераторах SNES. Эти маленькие хронометристы позаботились о том, чтобы все работало как часы (каламбур вполне уместен). Ведь что такое игровая консоль без обеспечивающего точность ускоренных запусков инструментов?
Итак, вот она, трилогия статей, которая вполне может заменить общение между людьми. Кому нужны друзья, когда у вас есть сложные детали SNES, которые согреют вас ночью? Спасибо тебе, Фабьен Санглар, за то, что дал нам прекрасный повод отказаться от социальных обязательств в пользу исследований игровых консолей.
Картриджи SNES были уникальны тем, что они могли включать в себя дополнительное оборудование, такое как чип защиты от копирования CIC, SRAM и процессоры повышения производительности, такие как «Super Accelerator 1» (SA-1). Эти процессоры значительно расширили возможности консоли, обеспечив улучшенную графику и игровой процесс. В нем рассказывается об эволюционных шагах, предпринятых Nintendo с материнской платой SNES для повышения эффективности и экономичности системы с течением времени.
📌 Материнская плата SNES претерпевала значительные изменения на протяжении всего производства, в первую очередь направленные на снижение сложности и стоимости системы.
📌 Изначально материнская плата содержала большое количество микросхем и компонентов, которые постепенно сокращались в более поздних версиях.
Уменьшение количества микросхем
📌 Одним из главных достижений в разработке материнской платы SNES стало появление 1-CHIP версии. Эта версия объединила центральный процессор и два PPU (блока обработки изображений) в единую ASIC (специализированную интегральную схему), сократив общее количество микросхем на материнской плате до девяти.
📌 Это сокращение не только упростило конструкцию, но и потенциально повысило надёжность и производительность системы.
📌 За 12 лет существования Nintendo выпустила двенадцать различных версий материнской платы для SNES.
📌 Эти версии включают в себя различные модели, такие как SHVC-CPU-01, SNS-CPU-GPM-01 и SNS-CPU-1CHIP-01, каждая из которых соответствует различным годам выпуска и особенностям дизайна.
📌 Версии разделены на четыре основных поколения: Classic, APU, 1-CHIP и Junior, причём 1-CHIP и младшие версии представляют собой наиболее значительные изменения в дизайне.
📌 Super Nintendo Jr (также известная как Mini) является окончательной версией SNES, в ней сохранено меньшее количество микросхем и более интегрированный дизайн, в котором на материнской плате больше нет частей, предназначенных для конкретных подсистем.
Эволюция материнской платы SNES:
За 12 лет своего существования Nintendo выпустила двенадцать версий материнской платы SNES, в каждой из которых количество чипов и компонентов было сокращено. Наиболее заметным достижением стала версия 1-CHIP, которая объединила центральный процессор и два блока питания в единый ASIC, упростив конструкцию и потенциально повысив производительность. Это проливает свет на технические чудеса и проблемы системы картриджей SNES, подчёркивая, как Nintendo использовала дополнительное оборудование в картриджах, чтобы расширить границы того, что было возможно в видеоиграх в ту эпоху
Усовершенствованные процессоры
📌 Картриджи SNES отличались способностью включать в себя не только игровые инструкции и ресурсы. Они также могли содержать дополнительные аппаратные компоненты, такие как микросхема защиты от копирования CIC, SRAM и процессоры повышения производительности.
📌 Эти усовершенствованные процессоры, такие как чип «Super Accelerator 1» (SA-1), значительно расширили возможности SNES. Чипом SA-1, который был найден в 34 картриджах, был процессор 65C816, работающий на частоте 10,74 МГц, что в четыре раза быстрее, чем у основного процессора SNES. Он также включал 2 Кбайт оперативной памяти и встроенный CIC.
Механизм защиты от копирования
📌 В SNES использовался механизм защиты от копирования, включающий два чипа CIC, которые взаимодействовали синхронно — один в консоли, а другой в картридже. Если CIC консоли обнаруживал несанкционированную игру, она перезагружала все процессоры в системе.
📌 Некоторые игры, такие как «Super 3D Noah’s Ark», обходили эту защиту, требуя, чтобы к ним подключался официальный картридж, используя для аутентификации официальный CIC игры.
📌 Использование усовершенствованных процессоров позволило значительно улучшить производительность игры и графику. Например, чип SA-1 позволил SNES анимировать и обнаруживать коллизии для всех 128 спрайтов, доступных в PPU, преобразовывать спрайты на лету (поворачивать/масштабировать) и записывать их обратно в видеопамять (PPU VRAM).
📌 Ещё один усовершенствованный чип, Super-GFX, отлично справлялся с рендерингом пикселей и растеризацией полигонов, как правило, рендерингом в кадровый буфер, расположенный на картридже. Затем это содержимое переносилось в видеопамять в процессе VSYNC.
Региональная совместимость и возможность обхода
📌 В статье также рассматриваются меры, которые Nintendo использовала для обеспечения региональной совместимости, такие как различные формы картриджей и система блокировки CIC. Однако в статье упоминается, что эти меры не были надёжными и их можно было обойти.
Информация о сообществе и разработках
📌 В дискуссиях на таких платформах, как Hacker News, обсуждается влияние и потенциал этих картриджей, сравниваются их с другими инновациями Nintendo и обсуждаются технические проблемы и решения, связанные с дизайном SNES
В SNES использовались два основных тактовых генератора для управления синхронизацией различных компонентов. Эти тактовые импульсы имели решающее значение для работы центрального процессора, PPU и APU. Система также включала в себя улучшающие чипы в некоторых картриджах, которые использовали эти тактовые частоты для дополнительной вычислительной мощности, примером чего является чип SuperFX, используемый в таких играх, как StarFox. Этот подробный обзор тактовой системы SNES раскрывает сложный дизайн и инженерные разработки, которые поддерживали сложные графические и звуковые возможности консоли, обеспечивая продвинутые игровые возможности в ту эпоху.
📌 Материнская плата SNES оснащена двумя основными тактовыми генераторами, расположенными в разъёмах X2 и X1.
📌 В разъёме X2 расположен керамический резонатор синего цвета с частотой 24,576 МГц. Этот резонатор имеет решающее значение для работы блока обработки звука (APU), задающего скорость обработки звука на SNES.
📌 Слот X1 содержит генератор с частотой 21,300 МГц, обозначенный жёлтым цветом D21L3. Этот генератор удобно расположен рядом с центральным процессором и блоком обработки изображений (PPU), тем самым задавая темп их работы.
Микросхемы распределения тактовых импульсов и улучшения качества
📌 SNES использует эти основные тактовые импульсы в сочетании с разделителями для генерации дополнительных тактовых импульсов, необходимых различным компонентам. Например, процессор Ricoh 5A22 работает на частоте, составляющей 1/6 от основной тактовой частоты, в результате чего частота составляет 3,579545 МГц.
📌 Система включает в себя в общей сложности пятнадцать различных тактовых импульсов, что подчёркивает сложность управления синхронизацией в SNES.
📌 Линия SYS-CLK, работающая на частоте 21,47727 МГц, подключена к порту картриджа. Обычно такая настройка не требуется для основной работы картриджей, которые содержат ПЗУ с игровыми данными и инструкциями. Однако этот тактовый сигнал имеет решающее значение для картриджей, которые содержат собственные улучшающие процессоры, такие как чип SuperFX, используемый в таких играх, как StarFox.
📌 Эти усовершенствованные чипы могут использовать SYS-CLK для получения дополнительной вычислительной мощности, а некоторые чипы, такие как версия процессора SuperFX от MARIO, используют внутренний делитель для настройки тактовой частоты в соответствии с конкретными потребностями в обработке.
📌 Точность этих тактовых генераторов жизненно важна для детерминированного выполнения игрового кода, что особенно важно для таких приложений, как ускоренные запуски с помощью инструментов (TAS). Со временем точность керамических резонаторов может ухудшаться, что приводит к несоответствиям в производительности