Hlavní navigace

Historie vývoje počítačových her (39.část - čtvrtá generace herních konzolí aneb 16bitová éra)

Pavel Tišnovský 16. 8. 2012

Dnes začneme s popisem herních konzolí čtvrté generace. Tyto konzole již většinou nebyly založeny na osmibitových mikroprocesorech, protože jejich konstruktéři potřebovali vývojářům i hráčům zajistit větší výpočetní výkon. V těchto konzolích se tedy setkáme se šestnáctibitovými či 16/32bitovými mikroprocesory.

1. Herní konzole první, druhé a třetí generace

V předchozí části seriálu o historii vývoje výpočetní techniky jsme si shrnuli všechny důležité informace o herních konzolích z období 1970 až 1985. Tyto konzole dnes rozdělujeme do tří generací. První generace herních konzolí byla poněkud zvláštní a různorodá, protože se jednalo o zařízení založené většinou na analogových elektronických součástkách; navíc tyto konzole ani nebyly programovatelné v tom smyslu, jak programovatelnost chápeme v současnosti.

Obrázek 1: Herní konzole třetí generace SG-1000 (asijská verze).

Mnohem zajímavější byla druhá generace herních konzolí, kde se již objevují integrované obvody známé i z domácích a osobních mikropočítačů – každá konzole totiž byla vybavena osmibitovým mikroprocesorem (v některých případech osmibitovým mikrořadičem!), operační pamětí s kapacitou v řádu desítek až stovek bajtů a většinou i specializovaným čipem určeným pro generování video signálu i zvukového signálu. Podobná koncepce se používala i u konzolí třetí generace, kde se stále využívaly osmibitové mikroprocesory, a to mnohdy mikroprocesory, jejichž jádro sice bylo založeno na některém známém osmibitovém mikroprocesoru (typicky MOS 6502 či Zilog Z80), ovšem toto jádro bylo zabudováno do čipu, který v sobě sdružoval větší množství funkcí.

Obrázek 2: Hra Castle pro herní konzoli SG-1000, což je předchůdce Sega Master Systemu.

Při návrhu konzolí patřících do třetí generace si museli jejich konstruktéři poradit s problémem vyváženosti ceny a schopností herní konzole, protože právě poměr cena/výkon (kde výkonem je zde myšlen celkový výkon včetně grafického a zvukového subsystému, nejenom čistě taktovací frekvence mikroprocesoru) spolurozhodoval o tom, zda bude daná herní konzole na relativně konkurenčním trhu úspěšná či nikoli. Právě z tohoto důvodu jsou herní konzole patřící do druhé i třetí generace sice založené na levných a z dnešního pohledu málo výkonných osmibitových mikroprocesorech, které jsou však doplněné specializovanými čipy optimalizovanými pro práci s grafikou (podpora pro scrolling a sprity, včetně detekce kolizí) a zvuky i hudbou – toto řešení se ukázalo být výhodnější, než použití sice výkonného mikroprocesoru, který by se ale o vykreslování grafiky i generování zvuků musel starat sám. Ostatně podobné úvahy jsou platné i v současnosti, kdy se naopak přesouvá stále více práce z mikroprocesoru na programovatelný grafický čip – GPU.

Obrázek 3: Konkurent konzole SMS: slavná herní konzole NES.

2. Čtvrtá generace herních konzolí aneb 16bitová éra

Ovšem již v polovině osmdesátých let minulého století začínalo být stále více patrné, že osmibitové mikroprocesory již dosáhly své hranice a postupně přestávají stačit požadavkům vývojářů a samozřejmě i uživatelů, kteří se těšili na hry s neustále se vylepšující grafikou i zvukovým doprovodem. Proto bylo jen otázkou času, kdy se i výrobci herních konzolí rozhodnou pro přechod na výkonnější šestnáctibitové a 32bitové mikroprocesory, tj. ke stejnému kroku, k jakému došli i tehdy existující výrobci osobních mikropočítačů.

pc7703

Obrázek 4: Osobní mikropočítač Atari 520 ST postavený na mikroprocesorech řady M68000. Stejným směrem se začaly vyvíjet i herní konzole.

Pro příklad nemusíme chodit daleko, protože již v polovině osmdesátých let existovaly počítače řady Atari ST, Amiga, Apple Macintosh a nakonec i vlastně IBM PC (to má za sebou dokonce ještě delší vývoj). Samozřejmě, že kromě použití výkonnějších šestnáctibitových a 32bitových mikroprocesorů došlo i k dalším vylepšením herních konzolí – týká se to jejich grafického subsystému (orientovaného stále většinou na 2D operace, protože k „3D revoluci“ ještě několik let nedošlo), tak i subsystému zvukového, nehledě na postupně rostoucí kapacitu operačních pamětí.

pc7702

Obrázek 5: 32bitový mikroprocesor M68030 na základní desce osobního počítače Macintosh Color Classic.

Kromě klasických herních konzolí se na začátku devadesátých let minulého století začal objevovat nový typ elektronických zařízení, která jejich tvůrci nazývali „multimediální centra“. Tato zařízení využívala populární disky CD-ROM, díky nímž bylo možné uživatelům nabídnout v té době obrovskou kapacitu 650 až 700 MB, kterou bylo možné využít nejenom pro uložení binárního kódu her či multimediálních aplikací i s nezbytnými datovými soubory, ale na CD-ROM se již začal běžně ukládat i multimediální obsah (ozvučená videa atd.). Multimediální zařízení bylo chápáno spíše jako modernější varianta VHS videa, ovšem výrobci do těchto zařízení přidávali i možnost jejich využití ve funkci herních konzolí. Mezi známější výrobky této kategorie patří Commodore CDTV a Philips CD-i (CD Interactive). Ve skutečnosti se však nejednalo o příliš populární výrobky, protože uživatelé dávali přednost buď klasickým herním konzolím, nebo se již přeorientovali na použití osobních počítačů, jejichž cena postupně klesala a výpočetní výkon naopak rostl.

Obrázek 6: Ovladač herní konzole Neo Geo (čtvrtá generace).

3. Základní technické parametry herních konzolí čtvrté generace

Herní konzole čtvrté generace i multimediální zařízení pocházející z téže doby, které si postupně v tomto seriálu popíšeme, jsou vypsány v následující tabulce. Někteří lidé, kteří se zabývají historií vývoje výpočetní techniky, obvykle započítávají mezi herní konzole čtvrté generace i konzoli TurboGrafx-16 (tu jsme si již stručně popsali). Ve skutečnosti by se však mělo jednat spíše o později vydanou konzoli třetí generace. Nicméně pro úplnost je v tabulce i tato konzole uvedena a jak je patrné, jedná se o jedinou zde vypsanou konzoli s osmibitovým mikroprocesorem, protože ostatní mikroprocesory jsou buď šestnáctibitové, nebo se jednalo o hybridní 16/32 bitové či dokonce plnohodnotné 32bitové mikroprocesory:

# Konzole Rok CPU Odvozeno z CPU Frekvence
1 TurboGrafx-16 1987 HuC6280A MOS 6502  7,16 MHz
2 Sega Mega Drive 1988 MC68HC000 (CMOS) Motorola 68000 7,61 MHz/7,67 MHz
3 Super NES (SNES) 1990 5A22 65C816  3,58 MHz
4 Neo Geo 1991 Motorola 68000   12,00 MHz
5 Commodore CDTV 1991 Motorola 68000    7,16 MHz
6 Philips CD-i 1991 Philips SCC68070 Motorola 68000 15,5 MHz

Obrázek 7: Původní case osmibitové herní konzole TurboGrafx-16.

Zbývá ještě dodat, že některé herní konzole vypsané v předchozí tabulce ve skutečnosti obsahovaly kromě hlavního mikroprocesoru i koprocesor. To je případ herní konzole Sega Mega Drive (v některých zemích prodávané pod názvem Sega Genesis), která kromě mikroprocesoru Motorola 68000 obsahovala i méně výkonný osmibitový mikroprocesor Zilog Z80 s hodinovou frekvencí 3,58 MHz. Důvodem pro přidání tohoto procesoru byla snaha o zachování zpětné kompatibility s osmibitovou herní konzolí Sega Master System (SMS).

Obrázek 8: Herní konzole Sega Master System (SMS), s níž je kompatibilní i konzole Sega Mega Drive.

4. Kapacity operačních pamětí, video RAM i pamětí pro zvukový subsystém

Zajímavé je i porovnání kapacit operačních pamětí používaných v jednotlivých typech herních konzolí čtvrté generace. Povšimněte si zejména toho, že zatímco se výrobci klasických herních konzolí (první čtyři řádky) snažili o dosažení co nejvýhodnějšího poměru cena/výkon, takže kapacity pamětí jsou relativně nízké, je tomu u multimediálních zařízení (poslední dva řádky) poněkud jinak, protože tato zařízení byla vybavena paměťovými moduly o kapacitě jednoho megabajtu. To se samozřejmě odrazilo na výsledné ceně, nutno však dodat, že v případě přehrávání videa s rozlišením VHS se skutečně celý megabajt RAM využil, zatímco u klasických herních konzolí se při přehrávání animací používaly spíše různé triky. U herních konzolí je kromě hlavní operační paměti ještě vyhrazena samostatná oblast pro grafická data a mnohdy taktéž samostatná oblast pro data používaná při přehrávání zvuků či hudby:

# Konzole RAM Video RAM Další RAM
1 TurboGrafx-16 8 kB 64 kB ×
2 Sega Mega Drive 64 kB 64 kB 8 kB pro Zilog Z80
3 Super NES (SNES) 128 kB 64 kB 64 kB (Audio)
4 Neo Geo 64 kB 74 kB 2 kB (Audio)
5 Commodore CDTV 1024 kB v RAM ×
6 Philips CD-i 1024 kB v RAM ×
pc7701

Obrázek 9: Slavný mikroprocesor Motorola M68000, který byl používán na osobních počítačích (Macintosh, Atari ST, Amiga), pracovních stanicích (Sun-1) i v herních konzolích čtvrté generace.

5. „Konzolové války“

Na přelomu osmdesátých a devadesátých let minulého století mohli být uživatelé svědky „konzolových válek“, v nichž mezi sebou mnohdy dosti nevybíravým způsobem soupeřili výrobci herních konzolí o ovládnutí co největšího podílu na trhu. Již při popisu konzolí třetí generace jsme si řekli, že se návrh a výroba herních konzolí postupně začala přesouvat z USA (kde v minulosti kralovala firma Atari atd.) do asijských zemí – tomu ostatně odpovídá i fakt, že mnoho konzolí bylo nejdříve nabízeno v Japonsku a teprve i s někdy více než ročním zpožděním v USA a následně pak v Evropě a v jihoamerických zemích. V případě herních konzolí čtvrté generace byl tento přesun v podstatě dokončen. První herní konzolí z této skupiny byla již zmíněná TurboGrafx-16, která byla populární především v Japonsku a její výhodou bylo taktéž to, že byla vydána nejdříve, i když se z technologického hlediska jednalo spíše o mrtvou větev vývoje založenou na osmibitovém mikroprocesoru.

Obrázek 10: Titulní obrazovka hry Sonic the Hedgehog.

Situace se změnila v roce 1988, kdy začala být prodávána slavná herní konzole Sega Mega Drive, která byla v některých zemích nabízena pod názvem Sega Genesis. Zpočátku tato konzole konkurovala výkonnostně slabším konzolím Nintendo Entertainment System (NES) a již zmíněné TurboGrafx-16, ovšem zhruba o rok později začala být nabízena šestnáctibitová konzole Super NES (SNES), což znamenalo, že se válka mezi výrobci ještě přitvrdila. Pro zákazníky to samozřejmě znamenalo výhodnou pozici, protože ceny konzolí byly udržovány na relativně nízké úrovni a navíc původně speciálně pro trh v USA vznikla pro Segu Mega Drive hra Sonic the Hedgehog, která zde zaznamenala téměř okamžitý úspěch.

Obrázek 11: Prostředí hry Sonic the Hedgehog.

Konzole čtvrté generace jsou komerčně úspěšné i z globálního hlediska, což je patrné při pohledu na další tabulku, z níž je patrné, že SNES a Sega Mega Drive se drží na pěkném jedenáctém a dvanáctém místě nejprodávanějších konzolí všech dob:

Konzole Prodáno kusů (odhad) Celkové umístění
Super NES (SNES) 49 100 000 11
Sega Mega Drive 39 000 000 12
TurboGrafx-16 10 000 000 21

Obrázek 12: Sonic Chaos – intro.

6. Herní konzole Sega Mega Drive (Sega Genesis)

První konzolí čtvrté generace, s níž se dnes podrobněji seznámíme, je herní konzole nesoucí název Sega Mega Drive, popř. Sega Genesis. Název „Mega Drive“ byl používán v Evropě, Japonsku, dalších asijských zemích i například v Brazílii, zatímco v USA se používal název Sega Genesis, aby se předešlo sporům o obchodní známku. Jednalo se o konzoli postavenou na bázi populárního a ve své době i velmi výkonného mikroprocesoru Motorola 68000 (přesněji řečeno se jednalo o variantu vyráběnou společností Hitachi), který v Sega Mega Drive/Genesis používal hodinovou frekvenci buď 7,67 MHz (konzole určené pro připojení k televizorům NTSC), popř. 7,61 MHz (pro televizory pracující v normě PAL). Použití mikroprocesoru Motorola 68000 byl z mnoha hledisek velmi šikovný tah, protože se jednalo o výkonný mikroprocesor a navíc s ním již programátoři měli mnoho zkušeností – k dispozici byly jak různé assemblery, tak i několik překladačů jazyka C (sice to nemusí být na první pohled patrné, ale pro výrobce herních konzolí je důležité, aby společně s konzolí začalo být dodáváno co nejvíce kvalitních her).

Motorola 68000 je plně 32bitový mikroprocesor s do značné míry ortogonální instrukční sadou a s relativně velkým množstvím datových registrů D0D7 i adresových registrů A0A7, z nichž každý měl šířku plných 32bitů, což byl velmi podstatný rozdíl oproti omezeným možnostem použitým u mikroprocesorů Intel řady x86, kde se sada registrů i způsob adresování musel několikrát změnit (přesněji řečeno rozšiřovat, a to s použitím prefixů u instrukcí, režimů činnosti procesoru i dalších adresovacích režimů). Rozdělení sady všech šestnácti registrů na adresové a datové umožnilo konstruktérům dosáhnout paralelního zpracování jednotlivých kroků v instrukci, tj. současně bylo možné provádět nějaký výpočet či přenos dat a navíc se již mohl měnit obsah adresového registru (operace provádějící mj. i post-inkrementaci či pre-dekrementaci adresového registru jsou asi nejlepším příkladem). To, že každý adresový registr měl šířku 32 bitů taktéž znamenalo, že každý z těchto registrů mohl sloužit pro zápis či čtení obsahu libovolné paměťové buňky v rozsahu 4 GB, i když fyzicky bylo možné k původnímu mikroprocesoru Motorola 68000 připojit „pouze“ 16 MB RAM.

Obrázek 13: Herní konzole Sega Mega Drive.

7. Technické parametry herní konzole Sega Mega Drive

Na konci předchozí kapitoly jsme si řekli, že procesor Motorola 68000 dokázal bez problémů adresovat fyzickou paměť v rozsahu 16 MB. Adresovatelná paměťová oblast byla rozdělena na oblast určenou pro paměťové moduly se hrou, které mohly mít kapacitu až 4 MB (adresy 0×00000000 až 0×00400000) a oblast, do níž byla mapována operační paměť (adresy 0×00ff0000 až 0×00ffffff). Ostatní adresové oblasti nebyly v základní konfiguraci herní konzole obsazeny. Dalších 64 kilobajtů paměti bylo rezervováno pro potřeby grafického subsystému, který byl v této konzoli představován čipem VDP (Video Display Processor). Připomeňme si, že ve skutečnosti existovaly celkem čtyři varianty tohoto čipu používané v různých konzolích – viz též následující tabulka:

Označení čipu Použito v…
315–5124 Sega Mark III, Sega Master System
315–5246 Sega Master System II, pozdější varianty Sega Master System
315–5378 Game Gear
315–5313 Genesis, Sega Mega Drive

Podrobnější informace o grafickém subsystému si uvedeme v následující části tohoto seriálu, zde si jen ve stručnosti řekneme, že podporována byla barvová paleta s 512 barvami, horizontální rozlišení mohlo dosahovat 256 resp. 320 pixelů a vertikální rozlišení pak 224 či 240 obrazových řádek (240 obrazových řádek bylo podporováno pouze na televizorech pracujících v normě PAL). Samozřejmě bylo podporováno i zobrazení spritů, kterých mohlo být současně použito až osmdesát. Zajímavější byl zvukový subsystém, protože ten byl představován dvojicí čipů. Jednalo se o čipy Yamaha YM2612 FM a dále pak o čip Texas Instruments SN76489 PSG. Díky čipu YM2612 mohli hudebníci využívat šestikanálovou FM syntézu, přičemž každý kanál využíval čtyři operátory. Podrobnosti si taktéž řekneme příště.

Obrázek 14: Ukázka možností původního grafického řadiče: úvodní obrazovka hry Black Onyx.

8. Zpětná kompatibilita s konzolí Sega Master System (SMS)

Při návrhu herní konzole Sega Mega Drive bylo dbáno i na to, aby byla dodržena zpětná kompatibilita s osmibitovou herní konzolí Sega Master System (SMS). To bylo logické, protože pro SMS vzniklo poměrně velké množství úspěšných her, které mohly znamenat, že se Sega Mega Drive stane díky zpětné kompatibilitě populární. Právě z tohoto důvodu byl do konzole Sega Mega Drive přidán i osmibitový mikroprocesor Zilog Z80, čip VDC (Video Display Controller) podporoval původní grafický režim a zvukový subsystém byl doplněn o již zmíněný čip Texas Instruments SN76489. Zpětná kompatibilita však nebyla stoprocentní, zejména z toho důvodu, že VDC sice podporoval nový režim konzole Sega Mega Drive (režim číslo 4), ovšem již nepodporoval čtyři režimy (0, 1, 2 a 3), které byly používány jak v ještě starší herní konzoli SG-1000, tak i v několika herních titulech vytvořených pro Sega Mega Drive.

Obrázek 14: Třítlačítkový ovladač pro herní konzoli Sega Mega Drive.

Konektory pro připojení paměťových modulů s hrami byly na Sega Master System a Sega Mega Drive odlišné, proto se musel při použití starší hry využít doplňkový modul nazvaný Sega Power Base Converter. Ten plnil dvě důležité funkce – mechanicky umožnil využití paměťového modulu se hrou určenou původně pro Sega Master System a navíc konzoli přepnul do režimu, v němž řízení převzal osmibitový mikroprocesor Zilog Z80, zatímco procesor Motorola 68000 byl ve stejný okamžik odpojen.

Obrázek 15: Šestitlačítkový ovladač pro herní konzoli Sega Mega Drive.

9. Odkazy na Internetu

  1. IGN: Top 25 Consoles
    http://www.ign.com/top-25-consoles/13.html
  2. Sega Mega Drive
    http://sega.jp/archive/segahard/md/
  3. Sega Archives
    http://sega.jp/archive/segahard/
  4. Sega Genesisi
    http://www.dmoz.org/Games/Vi­deo_Games/Console_Platfor­ms/Sega/Genesis/
  5. The Retro Gen Plays Genesis Games
    http://uk.gamespy.com/arti­cles/998/998637p1.html
  6. The Sega Mega Drive/Genesis
    http://www.captainwilliam­s.co.uk/sega/megadrive/me­gadrive.php
  7. Sega Game Gear 101: A Beginner's Guide
    http://www.racketboy.com/re­tro/sega/gamegear/sega-game-gear-101-a-beginners-guide
  8. SEGA GameGear | Marc's Realm
    http://darkdust.net/retro­gaming/gamegear
  9. Sega Master System Hardware
    http://www.smspower.org/De­velopment/Documents
  10. SMS/GG hardware notes
    http://www.smspower.org/u­ploads/Development/smstech-20021112.txt?sid=28c370e1fcac51d­5774319979bf96f4c
  11. Sega Master System Museum
    http://alexkidd.com/
  12. Jadeite's Sega Master System Museum
    http://rp_gamer.tripod.com/SMS/1.html
  13. Sega Master System (Wikipedia)
    http://en.wikipedia.org/wi­ki/Sega_Master_System
  14. Sega Card (Wikipedia)
    http://en.wikipedia.org/wi­ki/Sega_Card
  15. Sega Master System VDP documentation
    http://www.smspower.org/u­ploads/Development/msvdp-20021112.txt?sid=28c370e1fcac51d­5774319979bf96f4c
  16. bee – The Multi-Console Emulator
    http://www.thebeehive.ws/
  17. TurboGrafx-16 TurboExpress
    http://www.allgame.com/plat­form.php?id=17673
  18. HuC6280 CPU
    http://shu.emuunlim.com/dow­nload/pcedocs/pce_cpu.html
  19. Hudson Soft HuC6280 (Wikipedia)
    http://en.wikipedia.org/wi­ki/Hudson_Soft_HuC6280
  20. TurboGrafx-16 (Wikipedia)
    http://en.wikipedia.org/wi­ki/TurboGrafx-16
  21. MagicEngine – TurboGrafx-16 emulator
    http://www.magicengine.com/
  22. Motorola 68000
    http://en.wikipedia.org/wiki/68000
Našli jste v článku chybu?

17. 8. 2012 16:12

a4000 (neregistrovaný)

Priklanam sa a plne suhlasim, napokon som o tom tu uz pod inym clankom p. Tisnovskeho pisal :) Odvadzate vybornu pracu a ta by mala byt ocenena. Takze ak na konci tejto serie o hernych konzolach ci 8 a 16 bit pocitacoh vydate knihu (ci PDF), myslim, ze zaujem o nu by bol :)

17. 8. 2012 13:35

ajne (neregistrovaný)

Tyhle články jsou prostě balada :-) Pane Tišnovský, dejte nám je prosím pak na konci seriálu do PDF a na nějaký shop s e-booky. Chci to mít v ucelené formě a navíc Vás odměnit za práci, kterou jste sháněním materiálů a poznáváním vykonal. A děkuji za sebe i za všechny, protože Vaše články jsou spolu s otitulkovaným vycházením AVGN jedinými dny, dny se opravdu těším na další díl.

Vitalia.cz: I církev dnes vyrábí potraviny

I církev dnes vyrábí potraviny

Lupa.cz: E-shopy: jen sleva už nestačí

E-shopy: jen sleva už nestačí

Vitalia.cz: Jak koupit Mikuláše a nenaletět

Jak koupit Mikuláše a nenaletět

Podnikatel.cz: K EET. Štamgast už peníze na stole nenechá

K EET. Štamgast už peníze na stole nenechá

Podnikatel.cz: Přehledná titulka, průvodci, responzivita

Přehledná titulka, průvodci, responzivita

DigiZone.cz: Sony KD-55XD8005 s Android 6.0

Sony KD-55XD8005 s Android 6.0

Lupa.cz: Proč firmy málo chrání data? Chovají se logicky

Proč firmy málo chrání data? Chovají se logicky

Vitalia.cz: Tesco: Chudá rodina si koupí levné polské kuře

Tesco: Chudá rodina si koupí levné polské kuře

Lupa.cz: Avast po spojení s AVG propustí 700 lidí

Avast po spojení s AVG propustí 700 lidí

Měšec.cz: Zdravotní a sociální pojištění 2017: Připlatíte

Zdravotní a sociální pojištění 2017: Připlatíte

Lupa.cz: UX přestává pro firmy být magie

UX přestává pro firmy být magie

Vitalia.cz: Chtějí si léčit kvasinky. Lék je jen v Německu

Chtějí si léčit kvasinky. Lék je jen v Německu

Podnikatel.cz: EET zvládneme, budou horší zákony

EET zvládneme, budou horší zákony

Podnikatel.cz: 1. den EET? Problémy s pokladnami

1. den EET? Problémy s pokladnami

Měšec.cz: Kdy vám stát dá na stěhování 50 000 Kč?

Kdy vám stát dá na stěhování 50 000 Kč?

Vitalia.cz: Jsou čajové sáčky toxické?

Jsou čajové sáčky toxické?

120na80.cz: Pánové, pečujte o svoje přirození a prostatu

Pánové, pečujte o svoje přirození a prostatu

120na80.cz: Rakovina oka. Jak ji poznáte?

Rakovina oka. Jak ji poznáte?

Podnikatel.cz: Víme první výsledky doby odezvy #EET

Víme první výsledky doby odezvy #EET

Vitalia.cz: „Připluly“ z Německa a možná obsahují jed

„Připluly“ z Německa a možná obsahují jed