Консоль архитектура: Как консольная архитектура побеждает гравитацию

Содержание

Как консольная архитектура побеждает гравитацию

17 июля 2018 г.

Прочное основание с одной стороны и парящая в воздухе конструкция с другой — консольная архитектура всегда находится в поиске структурного баланса. Такие драматичные формы сегодня используют одинаково успешно и для музеев современного искусства, и для загородных домов.   

Особенности строительства 

Главный элемент консольного дома — устойчивая платформа, которая жёстко закреплена с одной стороны и свободна с другой. Объём консольного дома обычно объединяет три пространства: над домом, внутри дома и под ним. Прочное подземное основание обычно включает гараж. Консольная часть может вместить комнату, просторный зал, оранжерею и даже террасу. Проектировщикам необходимо рассчитать все детали проекта так, чтобы основной вес конструкции приходился на основание и позволял консоли держаться в воздухе. Чем больше размер консоли, тем сложнее рассчитать нагрузку и выбор материалов.

 

Проект Vitra House архитекторов Herzor & De Meuron создан по принципу детского конструктора. Каждый уровень — новый маленький блок, встроенный в предыдущий.  Внутри в единый лабиринт модули объединяют винтовые лестницы.  

Первый опыт 

Первым и самым известным консольным домом стал «Дом над водопадом» в Пенсильвании архитектора Фрэнка Ллойда Райта. Сегодня трудно поверить, что эту резиденцию построили в 1939 году — слишком смелой и футуристичной она кажется. Тем не менее, необычная для того времени конструкция, по сей день считается эталоном органической архитектуры. Дом идеально вписался в пейзаж и стал частью ландшафта — он расположен в лесу, а его консольные террасы нависают над небольшим водопадом горной речки. Железобетонная консоль, спроектированная Райтом, под нагрузкой провела месяц и справилась с испытанием. 

Через 30 лет после строительства особняк официально приобрёл статус Национального исторического памятника США и стал самым популярным домом в стране.

 

Открывает виды 

Консольная архитектура способна открывать новые виды на окружающую дом природу. По сути, архитекторы часто используют консоли для создания смотровых площадок. И не важно, небольшой это частный дом на берегу озера или большой туристический комплекс. 

Нью-йоркская фирма Desai Chia Architects построила дом на озере Мичиган. Консольная крыша занимает шесть метров от конца кухни, образуя под собой открытую зону отдыха с камином — здесь можно провести весь день, наслаждаясь свежим воздухом и живописными видами. 

Архитектор Heesoo Kwak и его студия IDMM Architects разработали проект небольшого гостиничного комплекса среди крутых скал в долине Сари-Гол (Южная Корея). Драматичная геометрия природных форм нашла своё отражение и в архитектуре. Мини-курорт состоит из трёх жилых секций, расположенных вокруг центрального бассейна. Консольные домики из бетона и стекла возвышаются на разных уровнях и имеют окна с двух противоположных сторон — чтобы у посетителей была возможность рассмотреть красивые виды с разных ракурсов.

 

Часть ландшафта 

Архитекторы используют консоли не только ради эстетической прихоти. Подобные решения помогают технически, например, встроить большой дом в маленький и сложный ландшафт. Так появляются площадки над рекой, садом или бассейном. Специалисты советуют: наилучшее условие для строительства консольного дома — уклон склона 30º-60º. 

На фото один из домов проекта Desert Palisades в Палм Спрингс (США, штат Калифорния). По задумке архитекторов жилого комплекса каждый дом должен создаваться не под копирку, а иметь архитектурное отличие. А если строить приходится в природных условиях редкой красоты, то и направление задаёт сама природа. В этом проекте командует огромный валун — переносить его никуда не стали, наоборот, органично вписали в архитектуру. Визуально камень будто поддерживает консольную крышу — на самом деле, даже не касается её, но является частью композиции. О функциональности тоже не забыли — консоль служит укрытием для парковочного места.

 

Виллу в префектуре Нара (Япония) спроектировала компания Masato Sekiya. Изначально архитекторам проект показался сложным, а ландшафт они оценивали как «маленькое пространство, плавающее в природе». Почва здесь неустойчивая, рядом течёт горная река и есть риск, что склон в будущем будет ползти вниз. Позже команда решила использовать в нём консольный элемент и подвесить одну комнату над рекой. Для этого надо было укрепить склон, чтобы прочно закопать в него основание дома. В результате его не просто укрепили, а полностью перекопали. На самом деле, железобетонное основание дома установлено на плоской основе, а сбоку его удерживает дополнительная бетонная опора. Получается, что дом не возвышается над скалой, а наоборот, спрятан в ней. Только комнату для отдыха и ванная зависли в воздухе. Внешнюю эстетику склона полностью восстановили, поэтому с первого взгляда не догадаешься, какую подготовительную работу проделали строители.   

Что такое консоль в строительстве: консоли в архитектуре

Консоль

Значения в других словарях

  1. КОНСОЛЬ — КОНСОЛЬ, конструктивный элемент, представляющий собой либо выступающую из стены балку, один конец которой жестко закреплен, а к свободному концу прикладывается нагрузка (наподобие доски для прыжков в воду), либо мост… Научно-технический словарь
  2. консоль — Консоли, м. (архит.). Кронштейн, выступ в стене, на который устанавливаются разные предметы, украшения. Бюсты и вазы на консолях. Большой словарь иностранных слов
  3. консоль — Консоль, консоли, консоли, консолей, консоли, консолям, консоль, консоли, консолью, консолями, консоли, консолях Грамматический словарь Зализняка
  4. консоль — КОНСОЛЬ -и; ж. 1. Архит. Выступ в стене для поддержания некоторых частей здания (карниза, балкона и т.п.) или для установки на нём каких-л. украшений. Толковый словарь Кузнецова
  5. консоль — сущ., кол-во синонимов: 7 балка 55 выступ 61 микроконсоль 1 модильон 2 облигация 14 панель 18 ферма 24 Словарь синонимов русского языка
  6. Консоль — (франц. console), выступ в стене или заделанная одним концом в стену балка, поддерживающая карниз, балкон, фигуру, вазу и тому подобное. Консоль. Художественная энциклопедия
  7. консоль — КОНСОЛЬ и, ж. КОНСОЛ а, м. console f. 1. Выступ в стене, поддерживающий карниз, балкон или служащий для установки на нем каких-л. украшений. БАС-1. Его <�балкона> золоченые консоли, резная и вызолоченная «картель». 1765. Евсеева Архит. Словарь галлицизмов русского языка
  8. консоль — КОНСОЛЬ, и, ж. (спец.). Выступ или одним концом заделанная в стену балка, служащие опорой чего-н. | прил. консольный, ая, ое. Толковый словарь Ожегова
  9. Консоль — В архитектуре, выступающий из стены камень, имеющий своим назначением подпирать какую-либо часть постройки, еще более выступающую вперед, напр. карниз, балкон, стенной вертикальный уступ и т. п. Обычно… Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона
  10. КОНСОЛЬ — КОНСОЛЬ (франц. console) — выступ в стене или заделанная одним концом в стену балка, поддерживающая карниз, балкон, фигуру, вазу и т. п. Большой энциклопедический словарь
  11. консоль — консоль I ж. 1. Конструкция (балка, ферма), жёстко закреплённая одним концом, или часть ее, выступающая за опору, для поддержки карниза, балкона и т.п. 2. Подставка в виде колонки или прикрепленной к стене полочки для цветов, лампы, статуэтки и т.
    п. II… Толковый словарь Ефремовой
  12. Консоль — (франц. console) конструкция (например, балка или ферма), жестко закрепленная одним концом при свободном другом, или часть конструкции, выступающая за опору. Большая советская энциклопедия
  13. консоль — орф. консоль, -и (архит.; подставка) Орфографический словарь Лопатина
  14. консоль — -и, ж. 1. архит. Выступ в стене для поддержания некоторых частей здания (карниза, балкона и т. п.) или для установки на нем каких-л. украшений. 2. Подставка в виде колонки или прикрепленного к стене столика (для цветов, светильников, каких-л. украшений). Малый академический словарь
  15. консоль — КОНС’ОЛЬ, консоли, ·муж. (·франц. console) (архит.). Кронштейн, выступ в стене, па который устанавливаются разные предметы, украшения. Бюсты и вазы на консолях. Толковый словарь Ушакова
  16. консоль — КОНСОЛЬ м. франц. архитектурное. кронштейн, гусек, полочка, поставец. Консольный, к консолю относящ. Толковый словарь Даля

Как консольная архитектура побеждает гравитацию

17 июля 2018 г.

Прочное основание с одной стороны и парящая в воздухе конструкция с другой — консольная архитектура всегда находится в поиске структурного баланса. Такие драматичные формы сегодня используют одинаково успешно и для музеев современного искусства, и для загородных домов.

Особенности строительства

Главный элемент консольного дома — устойчивая платформа, которая жёстко закреплена с одной стороны и свободна с другой. Объём консольного дома обычно объединяет три пространства: над домом, внутри дома и под ним. Прочное подземное основание обычно включает гараж. Консольная часть может вместить комнату, просторный зал, оранжерею и даже террасу. Проектировщикам необходимо рассчитать все детали проекта так, чтобы основной вес конструкции приходился на основание и позволял консоли держаться в воздухе. Чем больше размер консоли, тем сложнее рассчитать нагрузку и выбор материалов.

Проект Vitra House архитекторов Herzor & De Meuron создан по принципу детского конструктора.

Каждый уровень — новый маленький блок, встроенный в предыдущий. Внутри в единый лабиринт модули объединяют винтовые лестницы.

Первый опыт

Первым и самым известным консольным домом стал «Дом над водопадом» в Пенсильвании архитектора Фрэнка Ллойда Райта. Сегодня трудно поверить, что эту резиденцию построили в 1939 году — слишком смелой и футуристичной она кажется. Тем не менее, необычная для того времени конструкция, по сей день считается эталоном органической архитектуры. Дом идеально вписался в пейзаж и стал частью ландшафта — он расположен в лесу, а его консольные террасы нависают над небольшим водопадом горной речки. Железобетонная консоль, спроектированная Райтом, под нагрузкой провела месяц и справилась с испытанием.

Через 30 лет после строительства особняк официально приобрёл статус Национального исторического памятника США и стал самым популярным домом в стране.

Открывает виды

Консольная архитектура способна открывать новые виды на окружающую дом природу.

По сути, архитекторы часто используют консоли для создания смотровых площадок. И не важно, небольшой это частный дом на берегу озера или большой туристический комплекс.

Нью-йоркская фирма Desai Chia Architects построила дом на озере Мичиган. Консольная крыша занимает шесть метров от конца кухни, образуя под собой открытую зону отдыха с камином — здесь можно провести весь день, наслаждаясь свежим воздухом и живописными видами.

Архитектор Heesoo Kwak и его студия IDMM Architects разработали проект небольшого гостиничного комплекса среди крутых скал в долине Сари-Гол (Южная Корея). Драматичная геометрия природных форм нашла своё отражение и в архитектуре. Мини-курорт состоит из трёх жилых секций, расположенных вокруг центрального бассейна. Консольные домики из бетона и стекла возвышаются на разных уровнях и имеют окна с двух противоположных сторон — чтобы у посетителей была возможность рассмотреть красивые виды с разных ракурсов.

Часть ландшафта

Архитекторы используют консоли не только ради эстетической прихоти.

Подобные решения помогают технически, например, встроить большой дом в маленький и сложный ландшафт. Так появляются площадки над рекой, садом или бассейном. Специалисты советуют: наилучшее условие для строительства консольного дома — уклон склона 30º-60º.

На фото один из домов проекта Desert Palisades в Палм Спрингс (США, штат Калифорния). По задумке архитекторов жилого комплекса каждый дом должен создаваться не под копирку, а иметь архитектурное отличие. А если строить приходится в природных условиях редкой красоты, то и направление задаёт сама природа. В этом проекте командует огромный валун — переносить его никуда не стали, наоборот, органично вписали в архитектуру. Визуально камень будто поддерживает консольную крышу — на самом деле, даже не касается её, но является частью композиции. О функциональности тоже не забыли — консоль служит укрытием для парковочного места.

Виллу в префектуре Нара (Япония) спроектировала компания Masato Sekiya. Изначально архитекторам проект показался сложным, а ландшафт они оценивали как «маленькое пространство, плавающее в природе». Почва здесь неустойчивая, рядом течёт горная река и есть риск, что склон в будущем будет ползти вниз. Позже команда решила использовать в нём консольный элемент и подвесить одну комнату над рекой. Для этого надо было укрепить склон, чтобы прочно закопать в него основание дома. В результате его не просто укрепили, а полностью перекопали. На самом деле, железобетонное основание дома установлено на плоской основе, а сбоку его удерживает дополнительная бетонная опора. Получается, что дом не возвышается над скалой, а наоборот, спрятан в ней. Только комнату для отдыха и ванная зависли в воздухе. Внешнюю эстетику склона полностью восстановили, поэтому с первого взгляда не догадаешься, какую подготовительную работу проделали строители.

Текст: Аргунова Татьяна

Консоль (архитектура)

Смотреть что такое «Консоль (архитектура)» в других словарях:

  • Консоль (значения) — Консоль: Консоль (архитектура) архитектурный элемент, горизонтально выступающий из стены. Консоль (авиация) часть крыла самолёта, стыкуемая к центроплану. Консоль комплект устройств интерактивного ввода вывода (дисплей,… … Википедия

  • Архитектура Windows NT — Windows NT 3.1, Windows NT 3.5, Windows NT 3.51 … Википедия

  • Консоль — Консоль – балка с одним защемлением и другим свободным концом, или часть балки, продолжающаяся за опору. Рубрика термина: Крановое оборудование Рубрики энциклопедии: Абразивное оборудование, Абразивы, Автодороги … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

  • Консоль противовесная — – элемент крана, размещенный со стороны, противоположной стреле, и предназначенный для закрепления противовеса. Рубрика термина: Крановое оборудование Рубрики энциклопедии: Абразивное оборудование, Абразивы, Автодороги … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

  • Консоль управления Microsoft — Для термина «Консоль» см. другие значения. Microsoft Management Console (консоль управления Microsoft) компонент операционной системы Windows 2000 и более поздних версий Windows. Позволяет системным администраторам и опытным пользователям с … Википедия

  • Консоль — (франц. console) конструкция (например, балка или ферма), жестко закрепленная одним концом при свободном другом, или часть конструкции, выступающая за опору. Консоль применяется обычно в тех случаях, когда устройство дополнительных опор… … Архитектурный словарь

  • Игровая консоль — Игровая приставка (в случее с карманными системами правильнее игровая консоль) специализированное электронное устройство, разработанное и созданное для видеоигр. Наиболее часто используемым устройством вывода является телевизор или, реже,… … Википедия

  • Подъемная консоль крана — – консоль козлового крана, которая может быть поднята для изменения габаритов крана. Рубрика термина: Грузоподъемные механизмы Рубрики энциклопедии: Абразивное оборудование, Абразивы, Автодороги … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Начиная разработку любого проекта жилого строения, первое, на что должны обратить внимание архитекторы и дизайнеры – это особенности строительной площадки. Именно от природы, в которую он будет вписан, зависит конечный результат. Окружающая среда имеет огромное влияние на наше визуальное восприятие будущего жилья и его органичность в данном контексте.

Ландшафт, бесспорно, является определяющим моментом при выборе формы постройки, так как конструкция должна надёжно соприкасаться с землёй и правильно реагировать на возможные изменения площадки. Частичное соприкосновение – это одно из самых устойчивых, экономических, эстетических и эффективных вариантов для строительного проектирования. Главное, грамотно определить необходимость его применения.

Зачем это нужно?

Возможно, наиболее оптимальным решением для дома в лесу является его расположение на деревьях. Например, небольшой коттедж был построен шведскими специалистами над довольно крутым склоном, густо засаженным растительностью, поэтому он висит на четырёх стволах, которые выполняют роль опорных столбов.

Существует мнение, что модели естественных дренажных, грунтовых условий и местной растительности могут отлично сосуществовать со зданием. И хотя в данном случае некоторым такой дом покажется крайне странным, такая концепция может быть применена и к другим вариантам.

Причины подобной стратегии

  • подгонка под неровную топографию;
  • сохранение оригинальных местных «жителей» вроде деревьев, кустарников и валунов;
  • строительство на пойме, где почвы обычно не отличаются твёрдостью и устойчивостью;
  • сохранение природного дренажного слоя;
  • использование системы пассивного охлаждения в тёплых климатических условиях;
  • адаптация к удалённому строению или затруднённый доступ для техники, которая используется для строительства фундамента;
  • сокращение расходов в связи с меньшим использованием материалов;
  • профилактика возникновения гнили, плесени и насекомых на стыке с почвой.

Столбы

Для домов, которые не полностью стоят на грунте, чтобы свести к минимуму нагрузку на него, архитекторов чаще всего заботит поддержка постройки. Монтирование точки контакта с почвой может стоить довольно дорого, так как требует строгого планирования, чтобы не нанести непоправимого ущерба окружающей среде.

Традиционные виды фундамента в виде монолитного бетона или нескольких плит часто выбираются по умолчанию, так как предназначены для равномерного распределения структурных нагрузок на грунт. Однако их основными недостатками являются дороговизна и экологическая разрушительная сила.

Если хозяином движет желание уложиться в существующий бюджет, а не добиться неземной красоты, он и его строители вынуждены полагаться на простые, но эффективные способы передачи нагрузки. К решению данной задачи требуется очень тонкий подход.

Отказавшись от наиболее распространённых методов заливки, в следующем примере дизайнер решил воспользоваться некоторым количеством тонких колонн. Строительные нагрузки в итоге распределены в виде последовательности точек и передаются на платформу через широкое основание. Установленные в соответствии с плоскостью наружной стены, колонны позволяют зданию как будто плавно парить над лужайкой, создавая впечатление некой фантастичности видения.

Волнообразные, неравномерные строительные площадки подходят для возведения оснований, которые можно заливать на высоте, чтобы поднять дом ещё выше. Эффективность данного способа заключается в использовании меньшего количества бетонной смеси, чем под монолит.

Если вы решились на строительство собственного жилья на наклонной плоскости, будьте уверены, что современные технологии позволяют основательно укрепить его, соблюдая все правила техники безопасности. Вашему здоровью не будет ничего угрожать только в том случае, если вы воспользуетесь услугами проверенного и квалифицированного специалиста-инженера в этой области.

Опорные столбы имеют более низкое общее влияние, чем тяжеловесные плиты. Они требуют меньшего вмешательства, то есть меньшей необходимости использования тяжёлой техники и менее существенной засыпки.

Зато особое внимание придётся уделить внутренним системам, таким, как водопровод, электропроводка и канализация. Поэтому часто целевые точки соприкосновения со стенами обеспечивают место для коммунальной инфраструктуры, которая таким образом переходит из-под земли во внутренние помещения.

Обязательно нужно убедиться, что установлена грамотная теплоизоляция, которая призвана предохранить трубы от замерзания и повреждения.

Колонны могут быть изготовлены из литого бетона, стали, кирпичного блока или специально обработанной древесины. Для местностей с бедными почвами, которые подлежат затоплению, отличным выбором являются спиральные стальные опоры.

Кронштейны

Столбовые подпорки не являются единственным средством, с помощью которого мы можем минимизировать общую нагрузку на грунтовую основу. Возможно также применение конструкций в виде консольных плит, которые удлиняют стены без повреждения почвенных слоёв. Особенно хорошо такая стратегия работает в том случае, если существует острая необходимость сохранения растущей вокруг зелени.

Обычно они опираются на утяжелённые базы с мощной точкой поддержки. Следующий пример наглядно показывает нам подобный вариант в гористой местности с каменистой поверхностью.

Чем больше пространства использовано для навеса, тем большая площадка останется внизу, открытая для света, воздуха и воды, которые так необходимы для естественного озеленения.

Башни

Ещё один эффективный вариант дизайна – строительство узких длинных сооружений. Например, эта башня поднимается из густого леса к небу, чтобы получать больше естественного освещения для внутренних помещений. Её поддерживают две минимальные узкие опоры для повышения структурной эффективности.

Заимствованный из консольной концепции следующий вариант представляет собой своеобразный треугольник на верхнем уровне, нависающий над нижним этажом. Такое решение сохраняет доступ к свету и воздуху для всех уровней, обеспечивая нужное количество жилой площади и уменьшая тяжеловесность.

Мосты

Это своеобразные устройства, соединяющие, как правило, две части дома, нависающие над почвой, чтобы минимально травмировать ландшафт и растения, которые на нём прижились. Опорами для них служат основные постройки, причём нагрузки концентрируются в определённых точках, которые называются фундаментными креплениями. Здесь же проходит и вся инфраструктура, связанная с электричеством и водоснабжением.

В качестве опор моста могут использоваться простые литые стены, отличающиеся от него и по фактуре, и по цвету. Однако в целом получаются довольно гармоничные конструкции, особенно красиво вписывающиеся в природный мир.

Вместо того, чтобы удалить растущие вокруг деревья, их можно просто срубить, оставив пеньки с корневой системой, которые станут неповторимыми декоративными и функциональными элементами.

Гибриды

Любые из вышеперечисленных элементов могут использоваться сообща, если площадь под строительство оказалась слишком сложной для обработки. Дело в том, что человек привык проживать в условиях прямолинейных плоскостей, поэтому при возведении жилья прилагает максимальное количество усилий для выравнивания всех поверхностей. Только тогда он может быть уверен в надёжности собственного жилого пространства, не забывая любоваться небезупречными формами окружающих холмов.

Меньший размер

Скорее всего, самым оптимальным способом наименьшего нанесения вреда плодородному слою любой специалист назовёт уменьшение площади самого жилища. Он не очень подходит для больших семей, однако, для одинокого человека вполне пригоден. Иногда бывает трудно отделить наши желания от реальных потребностей, например, обойтись без бассейна и гаража на две машины. Но ведь, по сути, всё это не так уж необходимо.

По данным американского министерства энергетики жилые дома в стране потребляют 21 процент всей национальной энергии. В этом случае дома, построенные по вышеперечисленным проектам, становятся самыми экономными в плане энергетического использования. Хозяев таких строений можно назвать более ответственными людьми, чем тех, кто привык к роскоши.

Что такое консоль?

Считается, что консоль — декоративный предмет мебели. Но даже столик, на который вы просто поставите вазу, нужно покупать осмысленно.

Арка

Криволинейное перекрытие проёма в стене или пространства между двумя опорами, а также отдельное архитектурное сооружение дугообразной формы.

Позолота

Позолота – имитация отделки золотом. С помощью краски или аэрозоля можно позолотить любой предмет.

Пескоструйка

Декоративная обработка поверхностей абразивным материалом для нанесения на нее рисунка.

Акрил

Акрил — обиходное определение для группы синтетических материалов на основе производных акриловой и метакриловой кислот и полимерных композиций из них.

Патинирование

Патинирование (техника патинирования) – это процесс покрытия предметов мебели естественной или искусственной патиной для придания им вида старинных.

Ахроматические цвета

Ахроматические цвета – это те цвета, которые не входят в солнечный спектр, то есть белый, черный и серый.

Антресоль

«Антресоль» переводится с фр. как «промежуточный пол» и обозначает верхний полуэтаж, встроенные в объем основного этажа.

Кресло-яйцо (кресло-качели)

Собирательное название для сидений в форме яйца.

Стол для письма: история

Стол для работы с бумагами далеко не всегда был таким, каким мы привыкли его видеть сегодня.

Шезлонг

Шезлонг — разновидность мягкой мебели для возлежания.

Кресло- медальон или «Людовик ХVI»

Классическое кресло со спинкой овальной формы.

Китайский шкаф

Китайский шкаф — особая разновидность платяного шкафа. Китайский шкаф имеет одну особенность: вещи в нем хранят стопками.

Зонтичница

Зонтичница – подставка для сушки мокрых и хранения сухих зонтов. Первая модель зонтичницы была изобретена и запатентована американцем Уильямом Картером в 1885г.

Кресло — Бержер (Bergere)

Один из наиболее распространенных типов классических кресел.

Интарсия

Интарсия (ит.) или маркетри (фр.) – мозаика из разных сортов древесины, изысканный способ декорировать мебель.

Corian®

DuPont™ Corian® — Изобретенный в исследовательских лабораториях компании DuPont и изготавливаемый исключительно компанией DuPont, Corian® используется для производства различных предметов интерьера.

Стул Carver («Карвер»)

Деревянный резной стул англо-американского колониального стиля XVII века.

Фасад

Фасад: лицевая часть здания или мебельного изделия.

Стык

Стык: 1. Зазор между камнями в стене, чаще всего заполняемый штукатуркой. 2. В мебели — имеющиеся или намечающиеся зазоры в местах соединения плоскостей.

Шкала Мооса

Шкала Мооса – десятибалльная шкала для определения твердости минерала, то есть его способности к сопротивлению внешнему воздействию (царапанию, вдавливанию, резанию и т.д.).

Филенка

Название произошло, по разным данным, от немецкого Fullung (заполнение, наполнение) или английского fill (заполнять, наполнять). Конструкцию было бы правильнее называть вставкой.

Зебрано

Экзотическая порода древесины. Получила распространение благодаря прочности и оригинальной крупной текстуре.

ДВП (оргалит)

Аббревиатура расшифровывается как древесноволокнистая плита. Часто употребляется как абсолютный синоним к слову «оргалит», что не совсем верно. Оргалит – лишь один из видов ДВП.

Шифоньер

I. Шифоньер (от франц. chiffonnier) – шкаф для хранения белья, одежды и других принадлежностей туалета. Это слово активно употреблялось в XVII—XVIII веках и обозначало узкий высокий шкаф со

Акерблом (линия Акерблома на стуле)

Акерблом – линия спинки стула, максимально соответствующая анатомии человека.

Акротерион

Акротерион (акротерий, акротерт) в переводе с древнегреческого языка означает крайнюю точку какого-либо предмета: например, кратер вулкана, верхушку дерева, нос лодки.

Балюстрада

Балюстрада (от франц. balustrade) – ограждение, как правило невысокое, состоит из ряда фигурных стоек-столбиков – балясин, соединенных сверху горизонтальной перекладиной или перилами.

Рокайль

Рокайль: искусственный грот, раковина; хрупкая, тонко расчлененная асимметричная форма раковины, характерный орнамент рококо (отсюда и название стиля) (илл. 448, 453 в тексте). По материалам книг

Сундук

Средневековое изделие мебели, выполненное из досок плотницким способом; первоначально с резным геометрическим орнаментом, позднее — вплоть до замены его шкафом — использовался во всех стилях,

Шениль, шенилл, синель

Обивка из этой ткани — недорогая альтернатива бархату. Все три названия (шениль, шенилл, синель) материала одинаково употребимы. Происходят они от французского слова chenille – «гусеница».

Ампир (стиль)

Монументальный стиль, сложившийся во Франции в годы расцвета империи Наполеона (1799-1815). Основной тенденцией того времени было тотальное подражание формам искусства позднего Рима.

Оргстекло

Эта разновидность пластиков активно начала использоваться в 1970-х. Выпускается в виде листов стандартного размера методом литья или экструзии.

МДФ

Плитный материал для изготовления корпусной мебели. Для английской аббревиатуры MDF (medium density fiberboard) российские производители не нашли единой расшифровки.

HPL-пластик

Так сокращенно называют пластик высокого давления — high pressure laminate. В названии отражен способ изготовления материала: он напрессовывается под давлением на основу из МДФ или ДСП.

ДСП

Древесно-стружечную плиту (ДСП) получают методом горячего прессования древесных стружек со связующими смолами.

Стеклопластик

Синтетический пластик, наполнителем которого служит специфическое волокно в виде нитей, жгутов или даже стеклоткани. Последние добавляют к любым известным полимерам, например полиэстеру.

Флок

Этот обивочный текстиль изготавливают без применения ткацкого станка.

Фетр (войлок)

Существует два термина для обозначения материи из шерсти, изготовленной в технике валяния: фетр и войлок. В чем между ними разница?

Тревира

Марка волокна из полиэстера немецкой компании Trevira CS была запатентована в конце 80х гг.

Микрофибра

Полностью синтетический материал представляет собой полиамидную либо полиэфирную нить, скрученную из большого числа (до 50) тончайших волокон.

Меламин (меламиновое покрытие)

Меламин служит сырьем для получения различных полимерных соединений. В мебельной индустрии его применяют для производства декоративного покрытия крупноформатных поверхностей.

Тик

Экзотическая порода дерева. Происхождение — Индия, Бирма, Таиланд, Вьетнам, Лаос. Тик произрастает и во многих других тропических регионах.

Ироко

Ироко – экзотическая порода дерева с золотисто-коричневой древесиной. Широко распространена в тропической зоне Африки.

Каширование (кэширование)

Каширование — один из двух применяющихся ныне процессов облицовки ДСП затвердевшими бумажно-смоляными пленками.

Бук

Видовое название древесины, которая активно используется в мебельной промышленности. Древесина светлая, с красновато-желтым оттенком.

Карельская береза

Произрастает в Центральной и Восточной Финляндии, а также на северо-западе России.

Постформинг

Технология отделки плит из разных материалов (обычно ДСП или МДФ). При облицовке панели пленкой края последней загибаются и охватывают кромки.

Софтформинг

Способ отделки кромок композитных панелей (чаще всего ДСП или МДФ). Краям плиты придается округлая или фигурная форма, затем они покрываются полимерной пленкой.

CPL-пластик

Аббревиатура CPL расшифровывается как Continuous Pressure Laminat — пластик непрерывного давления».

Что такое строительная консоль

Консоль в строительстве представляет собой особый вид конструкции, выполняющий опорную функцию. В переводе с французского, «console» означает ничто иное, как «кронштейн» или «опора». Консоли широко применяются при строительстве крупных объектов и зданий, с целью придания им наибольшей надежности.

Однако, кроме привычной поддерживающий функции, данный элемент, вполне может выступать в качестве элемента декора современного интерьера помещения. Это особая архитектурная деталь, которая представляет собой выступающую из стены балку, подставку, подпорку и т.д. Она может быть установлена для поддержки балконов, карнизов, стенного вертикального уступа или прочих фигур и сооружений.

Консоли и их разновидности

На сегодняшний день существует множество различных видов консолей. Они отличаются друг от друга не только по фактуре, форме и внешнему виду, но и по ряду иных признаков и свойств. Так, например, наиболее частая форма профиля консоли – это форма завитка. Порой, конструкция может быть декорирована несколькими завитками-волютами, один из которых плотно прилегает к стене, закручиваясь кверху, а второй – изящно завивается в противоположном направлении.

Весьма актуально, в рамках современного дизайна помещений, смотрятся прямоугольные консоли и удлиненные конструкции, имеющие четкую и правильную геометрическую форму. Это ничто иное, как прикрепленные к стене орнаментированные подставки. Они способны придать интерьеру особый шарм и роскошь.

По типу размещения, выделяют консоли:

  • настенные,
  • приставные,
  • отдельно стоящие.

Материалы, из которых изготавливаются декоративные конструкции:

  • древесные плиты или натуральная древесина,
  • металл,
  • особый вид стекла,
  • полиуретан,
  • пластик и т.д.

Консоли, выполняющие опорную функцию, часто, производятся из более прочных и надежных материалов, способных выдержать большую нагрузку.

Важно: такой вид конструкции, как консоль, может украсить далеко не каждый интерьер помещения. Необходимо грамотно и гармонично сочетать все элементы декора, дабы не получить, в конечном счете, нечто совершенно безвкусное и не соответствующее общепринятым нормам и представлениям.

Сфера применения консолей

Область применения консолей достаточно широка. Они вполне приемлемы как для оформления внутренней и наружной частей зданий и сооружений, так и для декорирования садово-парковых зон, беседок, открытых площадок и т.д. Это достойное и долговечное украшение, которое, помимо всего прочего, будет выполнять свою основную функцию – осуществлять поддержку и служить опорой для тяжелых и хрупких конструкций.

Так, например, в Греции, консоль, часто, использовалась для поддержания дверного карниза в храмах и некоторых культурно-исторических объектах. Без этих конструкций не обойдется не одно здание театра или музея. В современной архитектуре, консоли применяются для придания интерьеру особого шарма. Они весьма эффектно смотрятся, особенно, при условии качественного монтажа и грамотного сочетания остальных элементов декора, которые, непременно, должны гармонировать друг с другом.

Консоли | Архитектура и Проектирование

Несущие конструкции жилых домов часто проектируются с консольными балконами и эркерами. Основное правило конструирования — соблюдение такого соотношения между пролетом (выносом) консоли и толщиной плиты, при котором будут обеспечены допустимые гибкость и форма прогиба. В особенности это важно для эркеров с ограждающими стенами, располагаемыми по свободным сторонам плиты перекрытия. Указанное соотношение между толщиной плиты перекрытия и пролетом консоли может быть увеличено (в запас), чтобы исключать возможность появления дефектов в процессе эксплуатации конструкции.

 

Для обеспечения стока воды толщина плиты может быть уменьшена в направлении к краю консоли. Исходя из требований крепления ограждений следует с осторожностью относиться к выбору наименьшей толщины плиты.

 

Чтобы предотвратить затекание воды, можно сделать борт (порог), хотя некоторые специалисты утверждают, что это опасно или, по меньшей мере, неудобно. Однако такое решение вполне удовлетворительно применяется в жилых домах высокого класса под раздвижными дверями. Несколько менее эффективное решение, но исключающее любые возражения,— устройство порожка высотой 2 см в самой плите. Оптимальным, но более дорогостоящим является устройство балкона с использованием перемычки (рандбалки).

 

 

a — h  в дюйм. = L в фут., или при выносе консоли 5 фут. (1,53 м) h плиты = 5 дюйм. (12,7 см) б — h в дюйм. ≥ 1,3 и, фут., или при выносе консоли 5 фут. (1,53 м) толщина плиты = 6,5 дюйм. (16,5 см)

 

При проектировании протяженных открытых балконов или галереи, распространенных в районах с теплым климатом, необходимо учитывать температурные деформации, которые, как правило, компенсируются устройством стыков. Обычно стыки располагают через 3—5 м в зависимости от архитектурного решения и протяженности балконов.

 

 

а — балка, передающая нагрузку; б — стена высотой на этаж, передающая нагрузку; в — элемент типа «дерево», передающий нагрузку

 

 

Что такое консоль в строительстве. Консоль (архитектура)

Что такое консоль в строительстве. Консоль (архитектура)

Консоль в виде завитка

Консоль  ( фр.   console ) — в архитектуре тип опоры или кронштейна с одним жёстко закреплённым концом при втором свободном конце. Консоль применяется для подпорки какой-либо выступающей части сооружения, например, карниза , балкона , стенного вертикального уступа и др. Профиль консоли часто имеет форму завитка. Иногда консоль декорируется на концах двумя завитками- волютами , из которых прилегающая к стене больше по размеру и закручивается кверху, а вторая, меньшая по размеру, завивается в противоположную сторону.

В Греции консоли с очень лёгкими проекциями применялись для поддержания дверных карнизов. Храм Конкордии является первым примером использования консоли в виде завитка,

В комнатном убранстве название консоль используется для узкого стола с опорой на прямые или изогнутые (в зависимости от стиля мебели) ножки, колонки или фигурные подставки, помещаемого перед стенным зеркалом , окном и пр. Мебельные консоли были в моде во Франции во времена Людовика XIV и Людовика XV . Некоторые консоли этой эпохи в высшей степени изящны и могут считаться замечательными образцами столярного мастерства.

Статическая модель консоли — консольная балка .

Консольные конструкции архитектура. Консольные конструкции, которые побеждают силу земного притяжения

Консольные конструкции создают эффект нависания верхних этажей — архитектурную особенность, которая позволяет сооружению одержать визуальную победу над законами гравитации.

На практике это означает, что одна или несколько частей консольного строения нависают над поддерживающими их структурами. При помощи консольных конструкций можно решить проблему нехватки места на участке в условиях неоднородного рельефа.

Себестоимость таких сооружений достаточно высока, поэтому они не слишком популярны среди домовладельцев. Тем не менее, мы предлагаем своим читателям взглянуть на несколько вдохновляющих снимков жилых домов с консольными конструкциями.

В структуре этого техасского дома мы можем различить сразу две нависающие конструкции — сам балкон и его козырёк. Кроме того, внутреннее пространство консольного уровня выдаётся наружу из боковых стен здания.

Консольные конструкции кажутся парящими в воздухе вопреки законам гравитации. На самом деле, архитекторам приходится приложить значительные усилия к обеспечению надёжности таких сооружений.

С этого ракурса хорошо видно, что небольшая часть консольного этажа выступает гораздо дальше поддерживающих его структур.

Сооружение консольных конструкций обретает смысл тогда, когда опорные структуры под нависающими уровнями находятся на виду. К тому же, расположенный внизу участок земли в этом случае остаётся свободным и может использоваться домовладельцами по их собственному усмотрению.

Консоль мебель. Что такое консоль и каково ее место в интерьере?

Консоль — один из недооцененных предметов мебели. Ее редко упоминают, когда речь заходит о необходимой мебели для дома. Между тем, маленькая консоль таит в себе большие возможности — как функциональные, так и декоративные.

В мебельной отрасли консолью называют небольшой столик, который, как правило, размещается у стены.

Видов и форм консолей — множество. Они могут крепиться к стене или покоиться на ножках, быть низкими и высокими, оснащаться ящичками или обладать столешницей не шире ладони, быть образцом минимализма или поражать воображение искусной резьбой по дереву. Но всех их объединяет 2 основных признака :

  • Размещение: консоль практически всегда ставят у стены.
  • Назначение: консоль — это декоративный столик. Он устанавливается как украшение сам по себе, либо служит подставкой для лампы, вазы, статуэтки.

На фото: консоль Cattelan Italia Westin .

Особенности конструкции

Консоль состоит из столешницы и опоры. Опора может быть выполнена в виде двух или четырех ножек или в виде декоративной колонны. В зависимости от стиля консоли, столешница может быть лаконичной или декорированной, оснащаться ящичками или быть прозрачной.

На фото: консоль на опоре необычной формы Cattelan Italia Tour consolle .

На фото: деревянная консоль в традиционном стиле Tonin Casa Nemesi 3800 .

В отдельную группу стоит выделить консоли-трансформеры, которые превращаются в обеденные и письменные столы, или служат «по совместительству» туалетными столиками.

На фото слева: консоль-трансформер Cattelan Italia Party , которая превращается в широкий обеденный стол при помощи съемных модулей. На фото справа: консоль DV Home Zone , которую можно использовать как туалетный столик.

Куда поставить консоль?

В некоторых моделях сама конструкция предусматривает крепление столешницы к стене. Отдельно стоящие консоли на 4 ножках или центральной опоре, в большинстве случаев, также устанавливают у стены.

На фото: консоль на двух ножках Moda Glam устанавливается с креплением к стене.

В редких случаях консоль устанавливают вплотную к спинке дивана.

На фото: консоль Porada Modus 1 , установленная у спинки дивана.

Место для декоративного столика-консоли найдется в любом помещении, за исключением, пожалуй, кухни.

Консоль можно дополнить подходящим по стилю настенным зеркалом. Такой дуэт будет отлично смотреться в прихожей или коридоре. А если дополнить его стулом или пуфиком — станет альтернативой туалетному столику в спальне или компактным рабочим уголком в гостиной.

На фото: консоли в паре с декоративными настенными зеркалами. Слева — консоль Chelini Fcbm 2127 с зеркалом Fsrc 689 . Справа — консоль Cattelan Italia Museum с зеркалом Ring .

Что выбрать?

Многие мебельные гарнитуры имеют в составе консольные столики, выполненные в том же стиле, что и основная мебель. Например, подобные композиции есть у фабрики Giorgio collection .

Если же обстановка комнаты «собирается» самостоятельно из разноплановых предметов, то в выборе консоли появляется множество вариантов.

Подыскивая подходящую модель, стоит исходить из того, какую функцию она будет выполнять в интерьере.

  • Чисто декоративную? Выбирайте модели с необычным дизайном или интересной конструкции.
  • Будет служить подставкой для аксессуаров или освещения? Тогда лучше выбрать лаконичную модель в стилистике основной мебели.
  • Ценителям практичных и функциональных предметов, а также при дефиците пространства подойдут модели-трансформеры или консоли с ящичками, способные заменить письменный стол или небольшую тумбу.

На фото: консоли в традиционном стиле от Galimberti Nino . Слева — DO.063 , справа — NL.426 .

Консоли в IB Gallery

В каталоге IB Gallery — более 300 моделей консолей в классическом и современном стиле . Кроме них, у нас Вы можете выбрать и заказать консоль по каталогам почти 700 фабрик Италии. Наши специалисты помогут вам подобрать модель по фото, в нужной стилистике или с определенными параметрами. Для сложных интерьерных проектов у нас вы можете заказать изготовление консоли по индивидуальным эскизам на одной из фабрик Италии.

Звоните , чтобы получить более подробную информацию об интересующих моделях.

Консоль программа. Windows для новичка: что такое консольные приложения

Каждый второй опытный пользователь, услышав от новичка фразу "А что такое консольная программа?", начинает скрежетать зубами. Поэтому если вы - новичок, то лучше прочитать эту статью, чтобы не напороться на этого второго из двух опытных, а если вы уже опытный пользователь, то имеет смысл подсунуть заметку новичку, чтобы тот нашёл ответ на свой вопрос.

Итак, что же скрывается за этим страшным словосочетанием - консольное приложение? Приложение, как вы знаете, это в мире Windows не то, что к чему-то прикладывается, а компьютерная программа. Word, Excel, пасьянс "Косынка" и Internet Explorer - это всё приложения. Приложения бывают разными. Не только в том смысле, что Word отличается от "Блокнота", но и по принципу организации своего пользовательского интерфейса. Интерфейс - это внешний вид программы, и в Windows он бывает двух типов. Первый - это графический, второй - текстовый. Графический интерфейс система подсовывает вам под нос ежедневно. Все программы, имеющие красивые разноцветные окна, имеют и графический интерфейс. Даже Word и "Блокнот", хоть и работают с текстом, но интерфейс имеют графический. Где же тогда в наши дни можно увидеть программу, работающую в режиме текстового интерфейса?

Для того, чтобы увидеть текстовый пользовательский интерфейс (его ещё называют интерфейсом командной строки - прочитав этот абзац до конца, вы узнаете, почему), не нужно делать каких-то особенно сложных действий. Нажмите кнопку "Пуск", выберите пункт "Выполнить", наберите в строке появившегося окна текст "command" и нажмите кнопку "Выполнить". Вы увидите перед собой окно с серым текстом на чёрном фоне - примерно такое же, как изображено на иллюстрации к статье. Это - командная строка, одна из самых старых вещей в современном персональном компьютере.

Дело в том, что ещё не так давно, около двадцати лет назад, мощности компьютеров, стоящих у пользователей дома и на работе, не хватало на отображение даже такой несложной графики, как окна (что и говорить о трёхмерных видеоиграх!). Поэтому компьютеру и пользователям приходилось общаться с помощью текста. Пользователь вводил специальные команды - например, команда dir в первой из систем производства Microsoft, DOS, позволяла просмотреть список файлов и папок в определённой директории, а команда ver показывала версию операционной системы, с которой работал пользователь. Программы, которые запускал пользователь, тоже, естественно, работали в текстовом режиме.

Командная строка, как вы видите, сохранилась в Windows до сих пор. Команды, которые можно выполнить из неё, подробно описаны в справке Windows. А приложения, которые выполняются в текстовом режиме, теперь называются консольными.

Почему же командная строка продолжает жить, несмотря на свой почтенный возраст? Во-первых, есть множество программ, которым не нужен графический интерфейс - например, программы по взлому паролей, которые просто подбирают комбинации символов, пока то, что закрыто паролем, не откроется. Кроме того, командная строка приходит на помощь тем пользователям, которые выучили назубок её команды и быстро набирают с клавиатуры, - для них она гораздо более быстрый способ работать с компьютером, чем графический интерфейс.

Консольных программ масса, и они используются часто для того, чтобы упростить рутинные действия пользователя. Дело в том, что с ними можно обращаться точно так же, как и с обычными командами. А те, в свою очередь, можно записать в специальный текстовый файл с расширением BAT или CMD (такой файл называется командным), и их можно потом выполнить все залпом как обычную программу - достаточно в "Проводнике" дважды кликнуть по этому файлу мышью.

Так что когда вам в следующий раз посоветуют воспользоваться консольной программой, просто наберите её название в строке "Пуск" -> "Выполнить", не забыв, конечно, и полный путь к ней (например, c:\Downloads\Rar.exe). Если вам предложат указать для неё аргументы, то тоже не надо пугаться. Например, если для программы a нужно передать аргумент b, то в командной строке надо записать "a b", то есть аргументы пишутся через пробел.

Номер:

Software

Заметили ошибку? Выделите ее мышкой и нажмите Ctrl+Enter!

Microsoft выложили подробный обзор Velocity Architecture — Железо на DTF

Архитектуры, которая используется в Xbox Series X

2570 просмотров

Когда мы приступили к проектированию Xbox Series X, мы стремились создать нашу самую мощную консоль, когда-либо работавшую на основе инноваций нового поколения и обеспечивавшую стабильную и устойчивую производительность, которой раньше не было в консолях. Для достижения этой цели мы знали, что нам необходимо проанализировать каждый компонент системы, чтобы преодолеть ограничения традиционной производительности и дизайна консоли. При проектировании Xbox Series X было очень важно обеспечить превосходный баланс мощности, скорости и производительности, гарантируя при этом, что ни один из компонентов не будет ограничивать творческие амбиции лучших разработчиков в мире, давая им возможность создавать по-настоящему преобразующие игровые возможности нового поколения, которые были недостижимы для предыдущих поколений консолей.

В основе Xbox Series X лежит наш кастомный процессор, использующий новейшие архитектуры RDNA 2 и Zen 2 от наших партнеров в AMD, чтобы предоставить лучший в своем классе процессор нового поколения, обеспечивающий более 12 TFLOP мощности GPU и более чем в 4 раза большую вычислительную мощность CPU по сравнению с Xbox One X. Xbox Series X включает самую большую пропускную способность памяти среди всех консолей нового поколения с 16 ГБ памяти GDDR6, включая 10 ГБ памяти с GPU-оптимизацией со скоростью 560 ГБ/с, чтобы поддерживать работу процессоры без узких мест. По мере того, как мы анализировали подсистему хранения данных, стало ясно, что мы достигли верхних пределов традиционных жестких дисков, и для того, чтобы воплотить в жизнь наши дизайнерские устремления, нам нужно будет радикально переосмыслить и революционизировать наш подход в Xbox Series X.

Расширяя возможности игрового дизайна и творческого видения следующего поколения

Современные игры требуют значительного объема данных для создания реалистичных миров и вселенных, которые переживают геймеры. Чтобы процессор мог работать с оптимальной производительностью, все эти данные должны быть загружены из хранилища в память. Тенденция к внедрению массивных, динамичных сред открытого мира и живых, устойчивых миров с повышенной плотностью и разнообразием только увеличил объем необходимых данных. От данных об окружающей среде до высокополигональных моделей персонажей, текстур высокого разрешения, анимационных данных, исходных аудио- и видеофайлов и многого другого — все это в совокупности создает для игрока самые захватывающий игровой опыт.

Несмотря на способность современных игровых движков и промежуточного программного обеспечения передавать игровые ресурсы в память из локального хранилища, левел дизайнерам все еще часто приходится создавать узкие проходы, коридоры или лифты, чтобы обойти ограничения традиционного жесткого диска и характеристик скорости ввода-вывода. Эти внутриигровые элементы часто используются для маскировки необходимости выгрузки ресурсов предыдущей зоны из памяти при загрузке новых ресурсов для следующего игрового пространства. Поскольку мы обсуждали стремление разработчиков, которые хотят реализовать в своих проектах нового поколения и ограничения технологии текущего поколения, эта задача будет расти в геометрической прогрессии и еще больше ограничивать амбиции по-настоящему преобразующих игр. Эта обратная связь повлияла на проектирование и разработку архитектуры Xbox Velocity.

Представляем Xbox Velocity Architecture

Архитектура Xbox Velocity была разработана как идеальное решение для потоковой передачи игровых ресурсов для следующего поколения. Это радикальное переосмысление традиционной подсистемы ввода / вывода напрямую повлияло на все аспекты дизайна Xbox Series X. Тогда как наш специально разработанный процессор является сердцем Xbox Series X, архитектура Xbox Velocity — это его душа. Благодаря глубокой интеграции аппаратных и программных инноваций архитектура Xbox Velocity обеспечит игровые возможности нового поколения которых вы не видели ранее.

Архитектура Xbox Velocity включает в себя четыре основных компонента: кастомный твердотельный накопитель NVME, аппаратные ускоренные блоки декомпрессии, новый уровень DirectStorage API и Sampler Feedback Streaming (SFS).
Давайте рассмотрим каждый компонент детальнее:

  • Кастомный твердотельный накопитель NVME: Основой архитектуры Xbox Velocity является наш собственный твердотельный накопитель NVME емкостью 1 ТБ, обеспечивающий пропускную способность ввода-вывода 2,4 ГБ/с, что более чем в 40 раз превышает пропускную способность Xbox One. Традиционные твердотельные накопители, используемые в ПК, часто снижают производительность по мере увеличения тепловыделения или при длительной работе в течение дня. Кастомный твердотельный накопитель NVME в Xbox Series X разработан для обеспечения стабильной, устойчивой производительности, а не максимальной производительности. Разработчики всегда имеют гарантированный уровень производительности ввода-вывода и могут надежно проектировать и оптимизировать свои игры, устраняя барьеры и ограничения, с которыми им приходится обходиться сегодня. Тот же уровень стабильности также применим к расширяемому хранилище диску от Seagate.
  • Аппаратный ускоритель декомпрессии: Игровые пакеты и ресурсы сжимаются, чтобы минимизировать время загрузки и объем памяти, необходимый для каждой отдельной игры. Благодаря аппаратно ускоренной поддержке как стандартного декомпрессора LZ, так и совершенно нового запатентованного алгоритма, специально разработанного для текстурных данных под названием BCPack, Xbox Series X предоставляет разработчикам лучшее из обеих технологий для достижения значительной экономии без потери качества или производительности. Поскольку данные текстуры составляют значительную часть общего размера игры, имея специально разработанный алгоритм, оптимизированный для данных текстуры, в дополнение к универсальному декомпрессору LZ, оба могут использоваться параллельно, чтобы уменьшить общий размер игры. Предполагая степень сжатия 2:1, Xbox Series X обеспечивает эффективную производительность ввода-вывода 4,8 ГБ/с, что примерно в 100 раз превышает производительность ввода-вывода в консолях текущего поколения. Для обеспечения аналогичного уровня производительности декомпрессии в программном обеспечении потребуется более 4 процессорных ядер Zen 2.
  • Новый DirectStorage API: Стандартные API-интерфейсы ввода-вывода были разработаны более 30 лет назад и практически не изменились, хотя с тех пор технология хранения значительно улучшилась. Анализируя шаблоны доступа к игровым данным, а также последние достижения в области аппаратных средств с технологией SSD, мы знали, что нам необходимо усовершенствовать текущее состояние, чтобы предоставить больше контроля разработчикам. Мы добавили новый API DirectStorage в семейство DirectX, предоставляя разработчикам точный контроль над своими операциями ввода-вывода, позволяя им устанавливать несколько очередей ввода-вывода (подобное Марк Церни рассказывал об SSD в PS5), расставлять приоритеты и минимизировать задержку ввода-вывода. Эти API-интерфейсы прямого доступа низкого уровня гарантируют, что разработчики смогут в полной мере воспользоваться преимуществами производительности ввода-вывода, обеспечиваемой аппаратным обеспечением, что фактически устраняет время загрузки или системы быстрого перемещения, которые являются именно что… быстрой.
  • Sampler Feedback Streaming (SFS): Sampler Feedback Streaming — это совершенно новая технология, созданная на основе всех других достижений архитектуры Xbox Velocity. Игровые текстуры оптимизированы с различным уровнем детализации и разрешения, которые называются мип-картами, и могут использоваться во время рендеринга в зависимости от того, насколько близко или далеко находится объект от игрока. Когда объект приближается к игроку, разрешение текстуры должно увеличиваться, чтобы обеспечить четкость деталей и визуальные эффекты, которые ожидают геймеры. Тем не менее, эти более крупные мип-карты требуют значительного объема памяти по сравнению с мипами с более низким разрешением, которые можно использовать, если объект находится дальше в сцене. Сегодня разработчики должны загружать в память весь уровень мипов даже в тех случаях, когда они могут выбирать только очень небольшую часть общей текстуры. Благодаря специальному оборудованию, добавленному в Xbox One X, мы смогли проанализировать использование текстурной памяти графическим процессором и обнаружили, что графический процессор часто получает доступ к менее чем 1/3 текстурных данных, необходимых для загрузки в память. Одна сцена часто включает в себя тысячи различных текстур, что приводит к значительной потере в эффективной памяти и использовании полосы пропускания ввода / вывода из-за неэффективного использования. Благодаря такому пониманию мы смогли создать и добавить новые возможности для графического процессора Xbox Series X, которые позволяют ему загружать в память только части mip-уровня, по требованию, как раз в то время, когда графический процессор требует данных. Результатом этого нововведения является примерно 2,5-кратная эффективная пропускная способность ввода-вывода и использование памяти, превышающая в среднем сырые аппаратные возможности. SFS обеспечивает эффективный множитель доступной системной памяти и пропускной способности ввода-вывода, что приводит к значительному увеличению пропускной способности памяти и ввода-вывода, что делает вашу игру более насыщенной и захватывающей.

Благодаря значительному увеличению пропускной способности ввода-вывода, аппаратному ускорителю декомпрессии, DirectStorage и значительному повышению эффективности, обеспечиваемому потоковой передачей сэмплера, архитектура Xbox Velocity позволяет Xbox Series X обеспечивать эффективную производительность, значительно превосходящую «сырые спецификации мощности» оборудования, обеспечивая непосредственно мгновенный доступ низкого уровня к более чем 100 ГБ игровых данных, хранящихся на SSD, как раз к тому моменту, когда игра этого требует. Эти инновации откроют новые игровые возможности и уровень глубины и погружения в отличие от всего, что вы ранее испытывали в играх.

Открывая опыта следующего поколения

Что все это значит для вас как для игрока? Поскольку наиболее креативные в отрасли разработчики и компании, занимающиеся разработкой промежуточного программного обеспечения, начали изучать эти новые возможности, мы ожидаем значительных инноваций в следующем поколении, поскольку эта революционно новая архитектура обеспечивает совершенно новые сценарии, которые были невозможными никогда ранее в играх. Архитектура Xbox Velocity обеспечивает новый уровень производительности и возможностей, намного превосходящий спецификации на бумаге самой консоли. Архитектура Xbox Velocity принципиально переосмысливает то, как разработчик может воспользоваться преимуществами оборудования, предоставляемого Xbox Series X. От совершенно новых методов рендеринга до виртуального устранения времени загрузки, до более крупных и динамичных живых миров, где вы, как геймер, можете выбирать, как хотите его исследовать, мы максимально взволнованы этими ранними результатами, которые мы уже видим. Кроме того, архитектура Xbox Velocity открыла еще больше возможностей и позволила внедрить новые инновации на уровне платформы, такие как «Quick Resume», которое позволяет мгновенно возобновить работу нескольких игр с вашего последнего момента игры, улучшая общий игровой процесс для всех игроков Xbox Series X.

Мы не можем дождаться, когда геймеры по всему миру смогут испытать эти новые игровые возможности нового поколения Xbox Series X в период праздников этого года, когда консоль появится на полках магазинов. Для получения дополнительной информации об архитектуре Xbox Velocity, посмотрите видео выше.

6.1.3 Различные архитектуры управления сетью

В целом система управления сетью состоит из следующих элементов:

  • Консоль управления сетью
  • Управляемые устройства вместе с агентами
  • Протокол управления сетью

Рисунок 6‑3. Компненты системы управления сетью (Источник: Learning Materials for Information Technology Professionals (EUCIP-Mat))

Программа управления сетью связана со следующими элементами:

  • Консоль управления сетью
  • Управляемые устройства и их агент

Консоль управления сетью занимает центральное место в архитектуре управления сетью. Как правило это рабочая станция, у которой есть необходимые интерфейсы для управления сетью и монитор системы правления. Через консоль администратор получает доступ к данным системы управления, сетевым параметрам в реальном времени и к конфигурационным данным устройств. Вместе с оснащёнными агентами устройствами и базой данных, образуется система управления сетью, дающей представление и состоянии сетевых устройств.

Рисунок 6‑4. Консоль управления сетью (Источник: Learning Materials for Information Technology Professionals (EUCIP-Mat))

К множеству управляемых устройств относятся все активные сетевые устройства, такие как рабочие станции, серверы, делители, коммутаторы, шлюзы и маршрутизаторы. Эти устройства содержат специальный программный модуль, или агент, который собирает информацию о производительности и работе. Агенты сохраняют эту информацию в MIB (Management Information Base, база управляющей информации). Агенты, MIB и консоль образуют системы управления сетью. MIB это определённая база данных, в которой собирается поступающая от агентов информация. Обмен данными между MIB и системой управления сетью осуществляется по протоколу управления сетью, например SNMP (Simple Network Management Protocol). Агент, как только распознаёт проблему с устройством, сразу посылает сигнал тревоги управляющей единице, которая предпринимает одно или несколько действий, например, посылает оператору сообщение, сохраняет данные о событии, закрывает систему, автоматически пытается установить причину ошибки. Управляющая единица может собирать и дополнительную информацию, либо автоматически, либо посредством оператора.

Архитектура системы управления сетью может быть или распределённой (distributed) или централизованной (centralised).

В случае централизованной системы управления сетью вся система управления сосредоточена в одной области сети, которой часто является центр управления предприятия. Агенты распределяются по сети и посылают данные, такие как ping и ответы на SNMP запросы, центральной управляющей единице. Передача данных может происходить или по специально выделенной сети или по рабочей сети.

Распределённая система управления сетью означает, что службы управлению сетью и агенты распределены по сети. При этом можно применять иерархическое управление, в случае чего находящиеся ниже в иерархии системы управления сетью посылают данные центральной системе управления. Это позволяет фильтровать данные на более низких ступенях до их отправки отправки центральной системе управления, ограничив тем самым избыточный трафик управления. Другое преимущество распределённой системы состоит в том, что сбор данных продолжается даже в случае выхода из строя отдельных частей системы. Недостатком распределённой системы управления сетью является сложность архитектуры и управления.

Архитектура консолей | Практический анализ

Практический анализ Родриго Копетти


Взгляд на эволюцию игровых консолей увлекателен. В то время как обычные ПК, как правило, развиваются «постепенно», новые поколения консолей вводят совершенно новые способы работы. Здесь вы видите серию статей, которые, мы надеемся, раскроют причину последних тенденций в области технологий. Они также продемонстрируют, почему каждую систему нельзя суммировать по ее «битам», мегагерцам, количеству ОЗУ и так далее.

Это не руководство для разработчиков, а только углубленное введение о том, как каждая система работает внутри. Имейте в виду, что в последнее время технологии стали очень сложными, поэтому, если вам сложно следить за моими последними статьями, попробуйте сначала прочитать первые. Они вводят множество концепций и определений, которые постоянно пересматриваются.

Желательно иметь базовые знания в области вычислительной техники, однако я очень стараюсь адаптировать свой контент для более широкой аудитории, поэтому, пожалуйста, не бойтесь попробовать! Но если этого недостаточно, вы можете посмотреть подтверждающие показания.

Хотя я стараюсь быть максимально точным, если вы обнаружите какие-либо ошибки, пожалуйста, сообщите мне или предложите изменения.

Без лишних слов, вот они!

3-е поколение

Эти машины, известные как «8-битные» консоли, обладают более сложной графикой и более богатым звуком, чем их предшественники. В конце концов, только что произошел крупный обвал рынка, и нужно было установить новые стандарты.

Выдающиеся возможности графического процессора: карты Scrollable Tile и большие цветовые палитры.

4-е поколение

DMA, горизонтальные прерывания, несколько режимов ... Это некоторые примеры новых концепций, которые привели к новому «16-битному» поколению, открыв двери новым жанрам игр.

Заметные улучшения ЦП: инструкции умножения / деления, DMA и двойная обработка.
Выдающиеся возможности графического процессора: Аффинные преобразования и горизонтальные прерывания.

5-е поколение

3D-игры стали необходимостью, но «как» пока не ясно.Ответ? Каждая компания представила свое собственное видение.

Заметные улучшения ЦП: Этапы конвейера и кэш L1.
Выдающиеся возможности графического процессора: Программируемые конвейеры вершин, Z-буферизация и коррекция перспективы.

6-е поколение

Большинство графических ограничений предыдущего поколения больше не существует. Портативные консоли начинают напоминать знакомые системы.

Заметные улучшения ЦП: Суперскалярная архитектура и инструкции SIMD.
Выдающиеся характеристики графического процессора: Программируемые конвейеры пикселей и анизотропные фильтры.

7-е поколение

Консоли стали мультимедийными платформами, теперь эти машины обладают более широкими возможностями, чем просто играть в игры, поэтому безопасность сейчас является критическим фактором.


Roadmap

Так много консолей, о которых стоит писать ... Если вам интересно, что дальше в моем списке, вот оно:

  ### Исследуемые темы / Будущие статьи

- Microsoft Xbox 360
- Sony PlayStation 3
- Nintendo 3DS
- Нинтендо Wii U
- Sony PSVita
- Sony PlayStation 4
- Microsoft Xbox One
- Nintendo Switch

### Интересные консоли / Требуются дополнительные исследования

- Panasonic 3DO
- Атари джаг
- Atari 2600

### Почетные статьи после окончания остальных (для другой серии)

- Коммодор 64
- Amiga 500 (с оригинальным набором микросхем)
- Amiga 3000 (с расширенным набором микросхем)
- Amiga 4000 (с расширенной графической архитектурой)
  

Если вы найдете мои статьи интересными, рассмотрите возможность пожертвования.Ваш вклад будет использован для получения дополнительных инструментов и ресурсов, которые помогут мне улучшить качество текущих и будущих статей. Я также поделюсь списком интересных материалов, которые стоит приобрести в конце каждой статьи.

Наряду с пожертвованием вы можете оставить записку с указанием, в какую именно статью вы хотите, чтобы я инвестировал. В знак благодарности ваше имя будет включено в раздел кредитов следующей или конкретной статьи, если не указано иное. .


Будьте в курсе

Получайте электронное письмо, когда выходит новая статья, вы можете отказаться от подписки в любое время.Я использую Mailchimp, чтобы справиться с этим.

Родриго Копетти © 2021

Wii Architecture | Практический анализ

Практический анализ

Практический анализ Родриго Копетти

Последнее обновление: 9 мая 2021 г.

Le Wii
Выпущена 19 ноября 2006 г. в Америке, 02/12/2006 в Японии и 08/12 г. / 2006 в Европе
Материнская плата
Показана ревизия «RVL-CPU-40», в более ранних версиях процесс изготовления был значительно увеличен, а в более поздних удалена большая часть ввода / вывода GC.
NAND Flash установлена ​​на задней панели
Схема
Важные шины данных обозначены шириной и скоростью

Краткое знакомство

Несмотря на то, что Wii не хватало современной графики, которой наслаждались ее конкуренты, новые типы управления и инновационное программное обеспечение дали этой консоли новые области, которыми можно похвастаться.

Здесь мы проанализируем каждый аспект этой консоли, от уже знакомого оборудования до упущенной из виду системы безопасности, включая ее основные недостатки.

Краткое примечание: некоторые разделы частично совпадают с частью предыдущей статьи о Gamecube, поэтому вместо повторения информации я просто помещу ссылку на соответствующую часть статьи.


Контроллеры нового поколения

Давайте начнем с обсуждения одного из самых знаковых аспектов этой консоли: контроллеров.

Основным устройством является не что иное, как Wii Remote (также называемый «Wiimote»), гаджет с похожей формой на пульт от телевизора, который содержит много типов элементов управления вводом:

  • Для начала, он имеет набор кнопок , которые используются как любой обычный контроллер.
  • Он также содержит акселерометр для обнаружения изменений ориентации, это основной компонент, используемый для обнаружения движения.
  • Наконец, он включает в себя инфракрасную камеру , которая в сочетании с акселерометром и некоторой обработкой Wii может использоваться для наведения на экран.
    • Для этого датчика требуется сенсорная планка (входит в комплект поставки консоли). Панель содержит два набора инфракрасных светодиодов, которые камера может обнаружить. Wii использует триангуляцию для вычисления положения Wiimote по телевизору.

Пульт дистанционного управления питается от Broadcom BCM2042 , микросхемы, которая включает в себя все схемы, необходимые для того, чтобы стать независимым устройством Bluetooth (ЦП, ОЗУ, ПЗУ и, конечно же, модуль Bluetooth). Хотя Wiimote запрограммирован на использование протокола Bluetooth HID для идентификации в качестве устройства ввода, он не соответствует стандартному методу обмена данными (возможно, чтобы запретить использование в системах, отличных от Wii).

Наконец, Wiimote также включает 16 КБ EEPROM для хранения пользовательских данных и небольшой динамик , ограниченный для образцов низкого качества.

Расширения

Nintendo поставила эту систему с другим контроллером, который будет использоваться с противоположной стороны, Nunchuk , у этого есть собственный акселерометр, джойстик и две кнопки. Он подключен к собственному 6-контактному порту Wiimote.

Nunchuck и Wiimote, соответственно

Для этого порта были созданы и другие аксессуары, каждая из которых обеспечивала разные типы входов.


CPU

После успеха Gecko, IBM, по-видимому, взяла этот дизайн и переименовала его в «750CL» для использования другими производителями. Затем, когда Nintendo запросила новый процессор для их новой консоли, все еще известной как «Revolution» (отсюда и префикс RVL на их стандартных материнских платах), IBM и Nintendo согласились использовать 750CL, работающий в два раза быстрее, чем Gecko. Этот процессор известен как Broadway и работает на частоте 729 МГц.

Изучив Gecko, я боюсь, что в новом процессоре не так много изменений.Однако это может быть преимуществом: разработчики GameCube смогли сразу приступить к разработке своих новых игр для Wii благодаря всему опыту, полученному с Gecko. Более того, тот факт, что Бродвей работает в два раза быстрее, позволит им стремиться к большему количеству функций и качеству.

Что с памятью?

Это интересный момент, старая компоновка памяти Gamecube была перестроена и улучшена со следующими изменениями:

  • Splash (24 МБ 1T-SRAM) теперь находится внутри пакета GPU, теперь он называется МЕМ1 .
  • ARAM (16 МБ последовательной SDRAM) длинный ушел , однако & mldr;
  • Появилась новая микросхема памяти, MEM2 , которая включает 64 МБ оперативной памяти GDDR3 общего назначения.
    • Этот тип памяти основан на традиционной системе DDR2, но с улучшенной пропускной способностью (примерно в 2 раза выше исходной скорости передачи) и пониженным энергопотреблением, что идеально для графических процессоров.
Обратная совместимость

(На данный момент) Вы можете думать об этой консоли как о надмножестве GameCube, и поэтому совместимость с предыдущим поколением игр естественным образом передается по наследству.При этом, чтобы сделать Wii полностью обратно совместимым с , на Wii был перенесен старый набор внешних портов, в том числе контроллер GameCube и порты для карт памяти. Однако есть новое ограничение: новая карта памяти несовместима со старой, поэтому эмулируемый уровень совместимости был реализован в программном обеспечении (подробнее позже).

Что касается аксессуаров GameCube, использующих последовательный / высокоскоростной разъем, я боюсь, что Wii не имеет этих портов, поэтому эти аксессуары здесь нельзя использовать.

В более поздние годы в новых версиях Wii, к сожалению, эти порты были удалены.


Графика

Новый графический пакет называется Hollywood , он по-прежнему выполняет те же задачи, что и Flipper раньше, но имеет вдвое большую тактовую частоту (243 МГц).

Это увеличение скорости означает, что за одну и ту же единицу времени может быть обработано больше геометрии, поэтому игры Wii смогут содержать больше полигонов и текстуры более высокого качества по сравнению с играми с GC.

3D-движок по-прежнему принадлежит Flipper, но теперь называется GX . Поэтому вместо того, чтобы повторять обзор конвейера, я упомяну некоторые интересные изменения в дизайне, которые пришлось претерпеть играм:

Стандартный широкоэкранный
Традиционный
Режим 4: 3
Super Mario Galaxy (2007)
Wide
Режим 16: 9, как составлено кодировщиком видео
Super Mario Galaxy (2007)
Stretched
Режим 16: 9, отображаемый на широкоэкранном телевизоре
Super Mario Galaxy (2007)

В играх Gamecube отсутствовала надлежащая поддержка широкоэкранных дисплеев (то есть составляющих 16: 9 кадров, в отличие от традиционного 4: 3).В некоторых играх была возможность активировать его, хотя это все еще считалось эксклюзивной функцией.

По правде говоря, видеокодер выводит фиксированный кадр 640x480 пикселей, поэтому эта «широкоэкранная» функция работает, отрисовывая более широкий внутренний кадр и позволяя видеокодеру сжать его, чтобы уместить его на карту 640x480. После этого ваш телевизор с соотношением сторон 16: 9 растянет изображение, чтобы конечный результат выглядел более или менее в правильном соотношении. Этот метод не нов, он использовался в кинопроекции и получил название Анаморфный широкоэкранный .

Возвращаясь к сути, Wii включила эту функцию глобально, позволив ей устанавливать ее из своих системных настроек, что, в свою очередь, способствовало ее широкому распространению.

Взаимодействие с экраном
Super Mario Galaxy (2007)
Вы можете собирать звезды, указывая на них

Изменения в системе ввода означают, что в играх Wii стали доступны новые способы взаимодействия. Поскольку WiiMote позволял пользователям указывать на экран, некоторые игры, такие как Super Mario Galaxy или The Legend of Zelda: Twilight Princess , использовали эту функцию, чтобы позволить игроку взаимодействовать с пейзажем.

На первый взгляд может показаться, что эту функцию легко реализовать, не так ли? Ну, на самом деле все сложнее. Видите ли, ЦП не знает, на какие элементы указывает пользователь, пока графический процессор не визуализирует экран (помните, что ЦП передает геометрию, но не может предсказать, что увидит пользователь).

Эта функция была реализована путем проверки глубины (z-значения) объектов, перекрываемых курсором, это можно сделать только с помощью встроенного фрейм-буфера, хранящегося внутри GX, к которому и Broadway, и GX имеют доступ.

Обновленный дизайн

Ускорение Голливуда в сочетании с обновленным дизайном персонажей внесло некоторые улучшения в моделирование персонажей. Это может быть незначительным по сравнению с другими поколениями, но все же заметно и ценится.

Sonic DX (2003) для Gamecube
1985 треугольников Super Smash Bros Brawl (2008) для Wii
3644 треугольника
Video Signal

Как ни странно, эта консоль больше не использует старый порт Multi Out, а его разновидность называется AV Multi Out (вот и название) с немного другой формой.Этот передает все предыдущие сигналы плюс YPbPr (известный как «компонент»), который так же хорош, как RGB, но требует только две линии для видео (вместо трех). Он также включает некоторые линии данных, которые система использует для определения типа подключенного кабеля.

К сожалению, этот носитель наследует те же ограничения, что и Gamecube. То есть нет S-Video в системах PAL и нет RGB в системах NTSC. Кроме того, RGB может транслировать только чересстрочные сигналы (без прогрессивной развертки). С другой стороны, Nintendo наконец-то отправила кабель SCART (в качестве дополнительного аксессуара), который, наконец, использует линии RGB.


Аудио

Wii включает тот же Macronix DSP , что и в Gamecube. Взгляните на эту ссылку, чтобы получить подробный анализ.

По сравнению с GC, единственное существенное изменение состоит в том, что после исчезновения ARAM в качестве аудиобуфера можно использовать MEM1 или MEM2.


Ввод / вывод

Подсистема ввода / вывода этой консоли действительно изменила правила игры (, если простите за каламбур, ). Интерфейсы теперь контролируются одним модулем, который также позаботится о безопасности, я говорю о Starlet .

Скрытый сопроцессор

Starlet - это просто процессор ARM926EJ-S , подключенный к большинству внутренних компонентов этой консоли. Он находится в Голливуде, работает на частоте 243 МГц, (так же, как и в Голливуде), а также содержит собственное ПЗУ и ОЗУ, так что вы можете считать его независимым компьютером, работающим вместе с основным процессором.

Ядро аналогично тому, которое используется в Nintendo DS, за исключением включения двух «специальных» дополнений:

  • A «J» в названии модели, что означает включение Jazelle : выделенный блок. который выполняет 8-битный байт-код Java, позволяя запускать скомпилированный код Java без использования виртуальной машины (известной как «JVM»).
  • Выделенный блок управления памятью или «MMU» для включения виртуальной памяти. Полезно для операционных систем общего назначения.

Эти улучшения выглядят немного «странно», поскольку они полностью не используются на Wii. Тем не менее, Nintendo выбрала это ядро ​​для Starlet. Это напоминает мне первый iPhone (2G), который также включал процессор ARM с Jazelle (тоже потраченный впустую). Если вам интересно, Jazelle так и не взлетела, после нескольких итераций было обнаружено, что байт-код Java просто лучше работает на программном обеспечении.

Внешний ввод-вывод на Wii
Темный и маленький передний слот представляет собой устройство чтения SD-карт

. Далее, этот «ЦП ввода-вывода» запрограммирован на арбитраж доступа к различным вводам-выводам с Бродвея, и при этом он также требует забота о безопасности (которая решает, разрешить ли доступ или нет), это особенно важно, когда речь идет о предоставлении доступа к NAND, где хранятся основная операционная система и пользовательские данные.

Чип также унаследовал некоторые технологии от ARM, например, он реализует усовершенствованную архитектуру шины микроконтроллера или «AMBA», протокол, который упрощает обмен данными между другими устройствами с использованием набора специализированных шин.

Сказав это, Nintendo подключила ввод / вывод таким образом, чтобы использовать две шины AMBA:

  • Шина AHB (высокопроизводительная шина AMBA): Как видно из названия, она предназначена для высокопроизводительных шин. скорость общения. Здесь мы находим:
    • NAND Интерфейс: доступ к 512 МБ флэш-памяти NAND, в которой хранится операционная система и пользовательские данные.
    • Два интерфейса Secure Digital Input Output или «SDIO»: SDIO - это протокол, в основном предназначенный для доступа к SD-карте, но в этом случае второй используется для управления модулем Wi-Fi (802.11 б / г).
    • A USB 2.0 Контроллер: подключается к плате Bluetooth 2.0 и двум внешним USB-разъемам.
    • A SHA-1 и AES модуль: зарезервирован для задач безопасности (подробнее позже).
  • Шина APB (расширенная периферийная шина): Эта шина ограничена низкопроизводительными компонентами, включая:
    • Интерфейс привода : подключает устройство чтения дисков.
    • Последовательный интерфейс : соединяет контроллеры Gamecube.
    • Внешний интерфейс или «EXI»: взаимодействует с другим оборудованием Gamecube, используется для обратной совместимости.
Поддержание совместимости
Wii с использованием оборудования Gamecube

Wii поддерживает полную обратную совместимость с играми Gamecube, даже несмотря на то, что исходная система ввода-вывода радикально изменилась. Это связано с тем, что Starlet можно перепрограммировать при запуске игры Gamecube, чтобы виртуально переназначить ввод-вывод, как того ожидал найти оригинальный Gamecube.

Кроме того, микросхема часов реального времени включает в себя запасное ПЗУ, в котором хранятся растровые шрифты, используемые играми Gamecube (латинский и японский), и SRAM для сохранения настроек, связанных с IPL.


Операционная система

В Wii есть две операционные системы , одна выполняется на Broadway (основной ЦП), а другая - на Starlet (ЦП ввода-вывода). Оба находятся в этих 512 МБ памяти NAND и могут быть обновлены.

ОС Starlet

Starlet уже представляет собой интересное оборудование, но его программное обеспечение еще более интригует.Видите ли, не только эта ОС имеет полный доступ ко всем уголкам этой консоли, но и первое, что запускается при нажатии кнопки питания.

Starlet работает под управлением системы , неофициально именуемой Операционная система ввода / вывода или «IOS» (пожалуйста, не путайте это с iOS от Apple). IOS - это полнофункциональная операционная система, которая в основном состоит из:

  • A Микроядро : управляет процессором ARM9, выполняет процессы и взаимодействует с другим оборудованием, используя драйверы .
  • Драйверы : Включает связь с оборудованием вне ЦП (ввод / вывод).
  • Процессы : они выполняют множество задач, таких как управление сетью и реализация файловой системы.
  • Криптографическое ядро ​​: ускоряет операции, связанные с шифрованием (только AES и SHA-1 ).

Имея это в виду, основная задача IOS - упростить работу основного ЦП за счет абстрагирования ввода-вывода и безопасности. По этой причине программистам не нужно беспокоиться об этих вопросах.Для этого Starlet резервирует от 12 до 16 МБ ОЗУ GDDR3 для своих собственных задач, остальное используется Broadway и GX.

Broadway и Starlet взаимодействуют друг с другом, используя протокол Inter-Process Communication или протокол «IPC»: в двух словах, это работает, когда оба процессора используют по два регистра каждый. Один ЦП может записывать в регистры другого (записанные данные затем могут быть преобразованы в команду или значение), и оттуда последний ЦП может выполнять функцию в ответ.

Система обновления IOS немного сложна : Обновленные версии IOS устанавливаются не поверх старых, а в другие слоты. Это чисто из соображений совместимости , поскольку он позволяет старому программному обеспечению Wii продолжать работать с той же версией IOS, которая была разработана для.

Nintendo часто выпускала обновления iOS для улучшения поддержки оборудования (что было необходимо при поставке нового аксессуара). Есть только одно исключение , когда обновления IOS фактически заменяют более старые: когда в определенной версии обнаружена уязвимость, которую можно использовать.Это было только из соображений безопасности.

Когда вставляется игра Gamecube, происходит другое: вместо этого Startlet загружает MIOS . Эта IOS просто ограничивает Starlet эмуляцией исходной IPL.

Broadway’s OS

Это обычно известно как системное меню и эффективно работает на основном процессоре PowerPC ( Broadway ).

Домашняя страница
Системное меню с лотов Установлено каналов
Настройки
Меню настроек, используемое для изменения настроек
Доска сообщений
Доска сообщений хранит письма, сгруппированные по дате

По сравнению с IOS, я бы не стал считать это «полноценным» ОС, но больше похожа на «программу», которая позволяет пользователю выполнять следующие операции:

  • Запуск игры Wii / Gamecube : Только если вставлена ​​действительная.
  • Изменение настроек консоли : включает, среди прочего, время, дату, видеорежим или местоположение датчика.
  • Запуск приложений : Одна из новинок этой консоли - возможность устанавливать небольшие игры Wii (называемые «WiiWare»), ретро-игры (игры «Виртуальная консоль») или просто удобные приложения (например, интернет-браузер). Nintendo назвала эти каналы , но ОС также называет их заголовками .
    • Пользователи могут загружать / покупать каналы через предварительно установленный канал под названием Wii Shop Channel .
    • Каналы VC встроили эмулятор для запуска самой игры, обратите внимание, что такой эмулятор не используется в системе, чтобы обеспечить оптимизацию для определенных игр.
  • Отправка / получение сообщений : Wiis имеет уникальный идентификатор (записанный в их микросхеме SEEPROM), который можно использовать для обмена сообщениями с другими Wiis. Сообщения можно увидеть на доске сообщений .
    • Игры Nintendo и Wii также использовали этот носитель в качестве информационного бюллетеня.

Как и IOS, Nintendo выпустила несколько обновлений для этой системы.Некоторые исправили дыры в безопасности, другие добавили дополнительные функции. Примечательной новой функцией стала возможность сохранять каналы на SD-карте.

Любая программа, работающая на Бродвее (включая системное меню), полагается на определенную версию IOS для работы. Когда игра или канал загружаются, Starlet перезагружается, используя заявленную требуемую версию IOS.

Средство обновления

Nintendo называет их Системные обновления , они содержат две ОС в одном пакете и используют порядковые номера для управления версиями, последняя известная версия - 4.3E выпущен в июне 2010 года.

Пакеты обновления системы можно загрузить с серверов Nintendo или с игровых дисков. Пользователи могут вручную проверить наличие обновлений с помощью системного меню. Обновления выполняются принудительно, если игре требуется определенная версия IOS, которая не установлена, а на диске содержатся необходимые пакеты.

Последовательность загрузки

До сих пор мы обсуждали две очень разные операционные системы, которые находятся в этой консоли и работают одновременно. Это кажется довольно простым, хотя оба должны быть тщательно скоординированы во время запуска консоли, чтобы впоследствии работать должным образом.При этом процесс загрузки этой консоли выглядит следующим образом:

  1. Пользователь нажимает кнопку ВКЛ на консоли.
  2. Этап Boot0 : Starlet запускает небольшую программу, находящуюся во встроенном ПЗУ маски (1,5 КБ).
    • Здесь Starlet в основном расшифровывает и проверяет целостность первых 96 КБ NAND, затем Starlet вычисляет его хэш и сравнивает его с сохраненным ключом, найденным во встроенной памяти OTP Starlet, если хеши не совпадают, то консоль запускается в бесконечная петля.
  3. Boot1 stage: Starlet запускает небольшую программу, найденную в вышеупомянутых 96 КБ NAND.
    • Эта программа просто проинструктирует Starlet инициализировать (очистить) 64 МБ ОЗУ GDDR3, затем расшифровать и проверить остальную часть NAND.
  4. Boot2 stage: Starlet загружает начальную IOS (необходимую для системного меню), а затем передает питание Broadway.
  5. Broadway запускает системное меню, теперь все под контролем пользователя.

Игры

Хотя новые игры не всегда сопровождались значительными графическими скачками, они действительно удивляли пользователей количеством функций, которые теперь могли предложить.Это произошло благодаря количеству сервисов, развернутых Nintendo после запуска этой консоли, от нового набора элементов управления до стандартизированной сетевой инфраструктуры (WiiConnect24), которая позволила бесплатных онлайн-игр .

Средний

Игры Wii распространяются с использованием проприетарного формата дисков под названием Wii Optical Disc (я знаю, что название не может быть более очевидным). В любом случае, Panasonic разработал этот формат на основе традиционного DVD-диска, добавив нестандартные функции, такие как область серийной резки на внутренней части диска, чтобы предотвратить несанкционированное воспроизведение.Мацусита позаботился о производстве привода.

Физический
Стандартные игры представлены в физической коробке и на диске
Digital
Маленькие игры (Wiibrew) и старые игры (виртуальная консоль) можно приобрести и загрузить через Shop Channel

Доступное пространство составляет от 4,7 ГБ (для однослойной игры) ) или 8,54 ГБ (если двухслойный). Диски Wii часто содержат два раздела : первый хранит обновления системы, а другой - саму игру.

Некоторые игры, такие как Super Smash Bros Brawl , включают больше разделов для хранения нескольких игр виртуальной консоли, которые можно запускать внутри основной игры.

Разработка

По традиции, Nintendo предоставила комплект средств разработки. Этот назывался NDEV и имел форму большого черного кирпича, имел улучшенный ввод-вывод и в два раза больше MEM2 (всего 128 МБ) для целей отладки.

Официальный предоставленный пакет программного обеспечения был назван Revolution SDK и включал в себя различные инструменты, компиляторы, отладчики и фреймворки для выполнения разработки (в основном на C / C ++). Последующие обновления Nintendo распространяла через веб-портал под названием Warioworld.com (теперь офлайн / перенаправлен), к которому могут получить доступ только утвержденные разработчики.

Официальный SDK полагается на вызовы IOS для взаимодействия с оборудованием Wii, поэтому обновления IOS часто коррелируют с обновлениями SDK.

Вернуться домой

Учитывая все усовершенствования программного обеспечения этой консоли, вы можете удивиться, что игры все еще работают на голом железе , что означает, что они полностью контролируют Бродвей, но не Starlet (следовательно, механизмы безопасности не работают). реализовано здесь).Излишне говорить, что, хотя игры могут пользоваться этим полным контролем, их поведение по-прежнему подлежит утверждению Nintendo, чтобы разрешить их распространение.

Напоминание
Этот экран также должен быть включен.

При этом есть одна функция, которая есть в большинстве, если не во всех, играх, и это HOME Menu , которая позволяет вернуться в системное меню. Как ни странно, все игры имеют одинаковый дизайн, но как им удалось создать одинаковый пользовательский интерфейс, несмотря на то, что ОС не поддерживает эту функцию?

Ответ прост: Nintendo включила в свой SDK обязательных библиотек , которые, и вот , рисуют этот экран.

На самом деле это одна из 200 или около того требований, которые должны были включать игры, в соответствии с документом Руководства по программированию Wii (входит в официальный SDK). Другие требования заключались в отображении экрана «Напоминание на Wii Strap» (который представляет собой просто изображение в формате BMP) в начале игры и в том, как с ним взаимодействовать.

Персонализированная игра
Редактор
Канал Mii позволяет возиться с вашим собственным «Mii» ...
Игра
... Который затем появляется в ваших играх
Wii Music (2008)

Еще одна новая функция, на которую я хотел бы обратить внимание представляет собой введение Mii , своего рода аватаров, которые пользователи могут создавать с помощью выделенного канала под названием Mii Channel .

Но веселье на этом не закончилось, поскольку игры также могут использовать эти недавно созданные Miis для персонализации игрового процесса.


Anti-Piracy & Homebrew

Учитывая количество функций, которые предлагает эта консоль, неудивительно, что хакеры захотят нарушить меры безопасности, чтобы запустить свое собственное программное обеспечение. Тем не менее, у Wii была фантастическая библиотека Homebrew.

Защита от копирования

Начнем с наиболее частой жертвы: Дисковод .

Диски Wii имеют упомянутую зону резания разрывом, недоступную для обычных считывающих устройств. Таким образом, в отсутствие этого драйвер просто откажется читать контент.

Дисковод не позволит никому пройти через этот экран, пока не будет найден действующий диск.

Разработчики Modchip обнаружили, что в дисководе есть интерфейс отладки под названием «Serial Writter», хотя этот порт заблокирован до тех пор, пока не будет введен секретный ключ . Но как только этот ключ был обнаружен, моддеры смогли отключить защиту от копирования и впоследствии разработали модчип, автоматизирующий этот процесс.

Matsushita выпустила новые версии этого накопителя, запутывающие интерфейс отладки, однако были обнаружены другие недостатки в считывателе, которые заставили его снова включить его.

Стоит отметить, что в основном модчипы использовались в пиратстве. Содержимое диска зашифровано, поэтому для запуска Wii homebrew потребовались дополнительные исследования и инструменты. Homebrew Gamecube, с другой стороны, уже был возможен благодаря воспроизведению предыдущих эксплойтов, найденных на Gamecube.

Системное шифрование

Вероятно, это самая сложная часть этой консоли, но ее обширные исследования открыли двери для множества новых разработчиков и потрясающих программ.
Wii разработала внутреннюю безопасность с использованием криптографических шифров (AES, RSA, ECC, SHA-1 и HMAC), давайте взглянем на каждую группу:

Общее шифрование

Связь со многими компонентами (NAND, игровой диск и SD-карта) ) зашифрован, чтобы избежать несанкционированного доступа. Nintendo выбрала систему с симметричным ключом , что означает, что она использует один шифр для расшифровки и шифрования своих данных. В частности, он использует 128-битные ключи AES.

Starlet имеет три ключа, хранящихся в памяти OTP, они записываются один раз во время производства:

  • Общий ключ : Глобальный ключ, сгенерированный Nintendo, который находится на всех Wiis, он используется для дешифрования первого уровня используемого шифрования. на каналах и дисковых играх (с этого момента мы будем называть их заголовками ).
  • SD-ключ : этот ключ используется для шифрования / дешифрования данных, передаваемых на SD-карту, и только системное меню может выполнять эти передачи.
    • Nintendo тоже сохранила этот ключ в iOS без какой-либо ясной причины.
  • Ключ NAND : этот ключ генерируется случайным образом в процессе производства (это означает, что он уникален для каждой Wii) и используется для защиты чипа NAND.

Как вы уже понимаете, Starlet отвечает за шифрование / дешифрование защищенного контента, поэтому этот ЦП - единственный, у которого есть доступ к наиболее важным данным.

Цепочка доверия

Заголовки содержат еще один уровень безопасности, RSA-2048. Это алгоритм асимметричного шифра (это означает, что нам нужны два ключа для расшифровки и шифрования контента, поэтому одного ключа недостаточно). Вкратце, это позволяет Nintendo шифровать плитки, используя свой нераскрытый «закрытый ключ», в то время как Wii расшифровывает их, используя сохраненный «открытый ключ».

RSA не только позволяет защищать контент, но также может использоваться для проверки целостности шифрования.Видите ли, Nintendo использует несколько ключей, которые используются для подписи (шифрования) один поверх другого, образуя цепочку шифрования с единственной целью проверить автора этих ключей (Nintendo) и избежать изменений. В нашем случае Starlet доверяет только контенту, подписанному ключом «x», поэтому, если ему нужно расшифровать заголовок с помощью ключа «y», он будет продолжен, только если «y» был подписан ключом «x». Это называется цепочкой доверия и обычно используется для защиты большей части наших сообщений в других областях (например, HTTPS).

OTP Starlet хранит открытые ключи (это означает, что для наших целей он может только расшифровывать и проверять подпись контента). Цепочка доверия состоит из следующих ключей:

  • Ключ XS : Этот ключ подписывает «билеты», тип данных, который содержит список ключей AES, необходимых для расшифровки заголовков (называемых «ключами заголовков»).
  • Ключ CP : После того, как заголовок расшифрован с использованием соответствующего ключа заголовка, ключ CP используется для подписи метаданных нашего заголовка (называемых «TMD»).
    • Хотя он не подписывает контент как таковой, метаданные включают хэш SHA-1, который Starlet использует для проверки целостности этих данных.
  • Ключ центра сертификации или «CA»: подписывает ключи XS и CP.
  • Корневой ключ : подписывает ключ CA.
    • Starlet должен хранить только этот (открытый) ключ, остальные могут быть расшифрованы (и впоследствии доверены), если они подписаны этим ключом.

Как видите, все это позволяет Nintendo быть единственным распространителем контента, что может быть хорошо для игровых студий, обеспокоенных пиратством.

Дополнительные ключи

Эта система также содержит собственные закрытый и открытый ключи ECC , ECC (криптография с эллиптической кривой) - еще один алгоритм, похожий на RSA. В этом случае он используется только для подписи контента, передаваемого через SD-карту. Это то, что предотвращает использование содержимого, скопированного с одного Wii, другим.

Ключ подписан еще одним открытым ключом RSA, называемым MS , что позволит Starlet доверять ключу ECC.

Последний ключ, используемый этой консолью, - это ключ HMAC , который использует другой алгоритм, сочетающий хэши SHA1 и HMAC.Во время процесса загрузки Starlet проверяет, не было ли NAND изменено сторонним оборудованием, для этого вычисляет хэш SHA1 NAND и сравнивает его с сохраненным хешем, чтобы проверить, совпадают ли они. В дополнение к этому сохраненный хэш подписывается с использованием ключа HMAC для проверки его подлинности.

В заключение, HMAC хранится в SEEPROM (вне Starlet), а не в OTP.

После всего этого стоит упомянуть, что, когда система запускает игры GameCube, ни один из упомянутых методов шифрования не используется .Вместо этого Starlet будет проверять только то, что игра получает доступ только к определенным ячейкам памяти. Это связано с тем, что 1/4 ОЗУ GDDR3 выделено для имитации старого ARAM).

Падение шифрования

Давайте начнем с ключей AES, алгоритм может быть трудно взломать, но если ключи каким-то образом извлекаются (особенно общий ключ), этот уровень безопасности будет мгновенно обнулен. Таким образом, основная задача - как их извлечь .

Диаграмма безопасности Starlet

Итак, группа хакеров под названием Team Twiizers обнаружила, что отсутствие подписей в режиме Gamecube может быть многообещающей поверхностью для эксплуатации, и не только они обнаружили, что 3/4 этой оперативной памяти GDDR3 не было очищено. после запуска программы GC, но они также обнаружили, что, соединяя некоторые адресные точки на материнской плате (тем не менее, используя пинцет), они могут переключать доступные банки ОЗУ GDDR3, позволяя извлекать скрытые данные из этих ограниченных областей.И вот, они нашли там хранящиеся ключи AES.

Не будем забывать, что это позволяет расшифровать только «первый уровень» безопасности, но для выполнения неподписанных программ (Homebrew) необходимо также взломать RSA. К сожалению, это может быть невозможно с вычислительной точки зрения & mldr; Если только нет недостатков в его реализации. Что ж, Team Twizzers не остановились на достигнутом, поэтому они начали менять способ реализации IOS, сосредоточившись на функциях проверки подписи.

Проверка подписи RSA, не вдаваясь в подробности, работает путем сравнения хэша вычисленной операции RSA с расшифрованной подписью.После некоторой игры эти ребята обнаружили кое-что забавное: Nintendo реализовала эту функцию, используя strcmp (строка C, сравните ).

Для людей, незнакомых с C, strcmp - это функция, используемая для проверки равенства двух строк. Этот метод получает две строки и целое число (указывающее количество символов для сравнения) в качестве параметров, затем он начинает сравнение каждого символа до тех пор, пока не будет достигнут конец любой строки. Строки в C - это просто цепочка символов, заканчивающаяся символом \ 0 , это означает, что strcmp прекращает сравнение, как только любая строка достигает \ 0 .Следовательно, составив заголовок Wii таким образом, чтобы его хэш имел нули в начале, вычисления Starlet RSA будут вводить строку \ 0 , в результате чего strcmp всегда будет возвращать равным & mldr; Заголовок подписан!

Как будто этого было недостаточно, этот недостаток был обнаружен в нескольких версиях IOS (даже в boot1 и boot2!).

Рассвет Homebrew

После этого оставалось только одно: сделать эксплойт постоянным и реализовать «удобный для пользователя» инструмент, чтобы он мог без проблем запускать неподписанные программы.

Запуск сторонних приложений изначально осуществлялся с помощью поддельной сохраненной игры.

К сожалению, эти эксплойты требовали использования дополнительного оборудования, поэтому не каждый пользователь мог его использовать & mldr; Пока команда Twizzers не обнаружила , еще один эксплойт : переполнение игрового буфера.

Я имею в виду знаменитую The Legend of Zelda: Twilight Princess (кстати, игру от Nintendo). TT обнаружил, что файл сохранения игры может быть изменен таким образом, чтобы превысить количество символов, используемых для обозначения лошади игрока, поэтому, когда он запускается, запускается цепная реакция, которая потенциально может запустить, скажем, загрузчик программы.

Поскольку подписи больше не были проблемой, этот поддельный файл сохранения можно было распространять в сети для использования другими людьми. Это фактически произошло, открыв дверь сообществу Homebrew.

Постоянное состояние

При дальнейшем обращении IOS было обнаружено, что подписи выполняются только во время установки заголовков, а не во время выполнения.

Splash
Внутри
Самый удобный хак из всех
Неофициальный Homebrew channel (2008)

Таким образом, TT сделали это снова, они тщательно создали устанавливаемый канал, который мог загружать произвольные программы с SD-карты.Если бы этот канал был установлен до того, как Nintendo предприняла какие-либо действия, Wii могла бы наслаждаться домашним пивом в постоянном состоянии (независимо от того, что Nintendo исправит свои характерные недостатки в будущем, что они и сделали).

Homebrew Channel стал результатом этого, он позволил любому разработчику и хакеру писать полноценные программы, которые могли бы извлечь выгоду из полного контроля над этой системой.

Ответ Nintendo

По очевидным причинам Nintendo выпустила несколько обновлений системы, в которых были исправлены сигнатурные эксплойты на нескольких версиях IOS. Кроме того, они позаботились о некорректных этапах загрузки, выпустив новые версии оборудования.

Многие из них проходят через

Тем не менее, в этой системе все еще были обнаружены фундаментальные недостатки:

  • Broadway может перезагрузить Starlet до любой версии IOS без дополнительных разрешений: позволяет использовать версии без исправлений.
  • Скрытые API-интерфейсы IOS по-прежнему можно использовать без особых привилегий: разрешая еще более несанкционированный контроль оборудования.
  • Дисковод может получать команды для чтения обычных DVD-дисков, а некоторые ОС IOS содержали скрытые вызовы для отправки этих команд: это вызывало особую озабоченность по причинам пиратства.

Итак, чтобы подвести итог, то, что осталось после этого, было просто игрой в кошки-мышки. В течение следующих месяцев были обнаружены различные эксплойты, и Nintendo последовательно пыталась исправить их один за другим. Эта «игра» продолжалась до тех пор, пока консоль не подошла к концу, и больше не было выпущено никаких обновлений (можно предположить, что это победила мышь).

На момент написания вышеупомянутые эксплойты уже были исправлены. Но я думаю, нет никаких сомнений в том, какое влияние они оказали впоследствии, и кто может забыть огромное количество домашнего пива, которое было доступно (кто-то даже создал «магазин» домашнего пивоварения, который был быстрее и свободнее, чем официальный).


Вот и все, ребята

С Новым 2020 годом!

Это заняло у меня довольно много времени, я наивно предсказал, что, поскольку большая часть контента уже была сделана для Gamecube, мне просто нужно будет написать короткие абзацы и добавить ссылки здесь и там & mldr;

Я думаю, что он оказался более информативным, чем я ожидал, так что я надеюсь, что вам понравилось его читать.

До следующего раза!
Rodrigo


Источники / Продолжайте чтение

Общие
CPU
  • IBM PowerPC 750CL Руководство пользователя
Графика
I / O
Операционная система
Игры
Безопасность
Фотография
Интересно

Участие

Эта статья является частью серии «Архитектура консолей».Если вы нашли это интересным, рассмотрите возможность пожертвования, ваш вклад будет использован для получения дополнительных инструментов и ресурсов, которые помогут улучшить качество текущих и будущих статей.

Список желаемых инструментов и последних приобретений для этой статьи отслеживается здесь:

  ## Интересное оборудование для получения (в порядке приоритета)

- Ничего другого, если только вы не придумали что-то, что стоит проверить

## Используемые приобретенные инструменты

- Дешевый Wii с аксессуарами (15 фунтов стерлингов)  

Кроме того, вы можете помочь, предложив изменения и / или добавив переводы.


Список изменений

Всегда приятно вести учет изменений.

  ## 2020-08-20

- Исправлены мелкие ошибки, спасибо @JosJuice_

## 2020-07-05

- Добавлено упоминание о Jazelle и других неиспользуемых частях ARM926EJ-S.

## 2020-03-25

- Добавлены модели хвостов.

## 2020-01-06

- Исправления орфографии и грамматики

## 2020-01-05

- Более точные ссылки на официальные документы
- Расширенный (маленький) аудио раздел
- Упомянутый динамик Wiimote
- Добавлен нижний колонтитул
- Публичный релиз

## 2020-01-04

- Второй черновик готов
- привет Карлос

## 2019-12-31

- Сделан первый черновик  

«PlayStation Portable Architecture. Архитектура консолей »Родриго Копетти © 2021

Dreamcast Architecture | Практический анализ

Практический анализ

Практический анализ Родриго Копетти

Последнее обновление: 30 апреля 2021 г.

Dreamcast
выпущен 29.11.1998 в Японии, 09.09.1999 в Америке и 14.10. / 1999 в Европе
Материнская плата
Показана ревизия VA1
Хотя в официальных документах указано, что система содержит 128 КБ флеш-памяти, эта материнская плата по какой-то причине включает чип EEPROM емкостью 256 КБ. называется «Передняя панель».
Диаграмма
Шины важных данных обозначены их шириной и скоростью.

Введение

Sega Dreamcast представила много новых функций по сравнению со своим предшественником (Saturn), чтобы понравиться как разработчикам игр, так и консольным геймерам. Хотя это была последняя попытка Sega завоевать рынок консолей, некоторые технологии, впервые использованные в Dreamcast, получили распространение и в будущих основных устройствах.


ЦП

Неудивительно, что Sega снова выбрала Hitachi для разработки своего ЦП. Если вы читали предыдущую статью о Sega Saturn, то, о чудо, я представляю вам следующее поколение процессоров SH: SH-4 , работающий на колоссальной частоте 200 МГц .Итак, что же интересного в этом процессоре?

  • 5-ступенчатый конвейер : одновременно может выполняться до пяти инструкций (подробное объяснение можно найти в предыдущей статье).
    • Конвейерная обработка инструкций теперь присутствует повсюду в консолях этого поколения и отныне будет стандартной.
  • Двусторонний суперскаляр : новый тип параллелизма, при котором ЦП может обрабатывать более одной инструкции (в данном случае две) на каждом этапе конвейера, что приводит к большему количеству инструкций, выполняемых в секунду.
  • Выделенный модуль с плавающей запятой или «FPU»: вычисляет 32-битные десятичные числа ( с плавающей запятой ) и 64-битные ( удваивает ).
  • 8 КБ кэша команд и 16 КБ кэша данных : Это соотношение довольно любопытно, поскольку консоли, как правило, включают в себя больше кеша инструкций, чем кеш данных. Однако SH-4 позволяет разделить кэш данных на две части: 8 КБ блокнота (быстрая RAM) и 8 КБ кэша данных.
  • 32-битная внутренняя архитектура с сохранением 16-битного набора команд (SuperH ISA): так же, как SH-2, это увеличивает плотность кода и снижает накладные расходы шины, сохраняя при этом преимущества 32-битной архитектура.
  • Внешняя 64-битная шина : критично для управления 64-битными значениями (например, двойными и длинными) без лишних циклов.

Общие обязанности ЦП игровой консоли включают в себя обработку логики игры, запуск ИИ противника и поддержание подачи инструкций на ГП. В Dreamcast SH-4 также участвует в большинстве графических конвейеров, обрабатывая геометрические данные, такие как вычисление перспективных преобразований. В результате он включает в себя 128-битный блок SIMD , который может ускорять векторные операции.

Улучшение доступа к памяти

ЦП включает в себя специальный блок управления памятью или «MMU» для виртуальной адресации, это полезно, поскольку адресное пространство физической памяти этого ЦП составляет шириной 29 бит . Таким образом, с помощью четырех TLB программисты могут использовать 32-битные адреса без снижения производительности.

Поскольку для адресации требуется всего 29 бит, дополнительные три бита управляют защитой памяти, изменяя карту памяти и обходя кэш, соответственно.

Программист решает, использовать эти функции или нет. Игры для этой системы, конечно же, не обязательно нуждаются в защите памяти , и MMU должен быть включен вручную при загрузке.

Нет UMA, но & mldr;

Хотя эта система не разработана на основе строгой архитектуры унифицированной памяти, как хорошо известные конкуренты, она делегирует доступ к вводу-выводу графическому процессору . Это означает, что если ЦП должен получить что-либо, выходящее за рамки его выделенной ОЗУ или последовательного интерфейса (который также подключен), ему придется запросить графический процессор и при необходимости подождать.

Специальные запросы

Этот ЦП также имеет уникальную функциональность, называемую Parallel I / O или «PIO», которая используется для одновременного управления несколькими точками ввода / вывода. Sega подключила эти контакты, чтобы ЦП мог управлять видеорежимом графического процессора (подробнее об этом позже).


Графика

Пакет графического процессора представляет собой изготовленный на заказ чип под названием Holly , работающий на частоте 100 МГц , разработанный VideoLogic (теперь известный как Imagination Technologies) и изготовленный NEC.3D-ядром Холли является устройство Videologic PowerVR2 (также называемое «PowerVR Series2» и «CLX2»).

Sonic Adventure (1999)

VideoLogic выбрала альтернативный подход для построения своего 3D-движка под названием Tile-Based Deferred Rendering (TBDR).

Вместо одновременного рендеринга всего кадра (как это делают традиционные рендереры Immediate Mode, или «IMR»), TBDR делит область рендеринга на несколько разделов, называемых «плитками». Затем он выполняет процесс рендеринга для каждой плитки индивидуально, и результат объединяется для формирования окончательного кадра.

Эта новаторская конструкция дает интересные преимущества:

  • Можно значительно распараллелить , что значительно снижает пропускную способность и энергопотребление.
  • Он реализует умное решение проблемы видимости , автоматически сортируя многоугольники спереди назад и затем выполняя z-тесты на первых этапах конвейера. Комбинация этих задач не только решает исходную проблему, но также предотвращает перерисовку (растеризация скрытых полигонов), которая тратит ресурсы и снижает производительность.

Неудивительно, что Imagination разработала эту эффективную технологию для создания ядер PowerVR Series 4, которые работают на невероятном количестве устройств, включая первое поколение iPhone, iPhone 3G, Nokia N95 и Dell Axim x51.

Архитектура

Давайте взглянем на два основных компонента GPU Dreamcast:

Tile Accelerator
Архитектура Tile Accelerator

Перед началом процесса рендеринга компонент, известный как Tile Accelerator , выполняет предварительную обработку.Он начинается с выделения нескольких ячеек тайла 32x32, в которых будет отображаться геометрия.

Затем Tile Accelerator:

  1. Захватывает геометрические данные и команды рисования, выданные ЦП (с использованием прямого доступа к памяти или традиционной передачи).
  2. Преобразуйте эти данные во внутренний формат .
  3. Распределите геометрию по каждой ячейке на основе ее координат. Обрезанная геометрия также будет отброшена.
  4. Создайте итоговые списки отображения.

Эти списки отображения затем интерпретируются 3D-движком: PowerVR2.

PowerVR2 Core
Архитектура PowerVR2 Core

Именно здесь графика воплощается в жизнь: списки отображения, полученные от TA, говорят ядру визуализировать геометрию отдельного тайла с использованием внутреннего кадрового буфера . Процесс выглядит следующим образом:

  1. Процессор синтеза изображений или «ISP» выбирает примитивы (треугольники или четырехугольники) и выполняет Hidden-Surface Removal для удаления невидимых многоугольников.Затем, после расчета Z-буферов и буферов трафарета, данные проходят Depth Testing , чтобы избежать рендеринга многоугольников, которые будут отображаться позади других, и Stencil Tests для отбраковки геометрии, которая не будет видна, если они расположены за 2D. многоугольник (также называемый Маской ).
    • Обратите внимание, как эти тесты эффективно выполняются в начале конвейера. Напротив, предыдущие консоли, использующие позднюю z-буферизацию, отбрасывают геометрию в конце конвейера.Подход ISP предотвращает обработку геометрии, которая в конечном итоге будет отброшена, тем самым экономя ресурсы.
  2. Процессор текстуры и затенения или «TSP» применяет окраску, затенение и множественные эффекты к области плитки.
    • Текстуры не применяются до тех пор, пока тайл не будет экспортирован, что означает, что возникающая перерисовка (если есть) не приведет к снижению скорости заполнения.

После завершения операции визуализированный тайл записывается в основной буфер кадра в VRAM.Этот процесс повторяется до тех пор, пока не будут закончены все плитки. После завершения результирующий буфер кадра выбирается видеокодером и отправляется через видеосигнал.

Общая картина

Помимо явных архитектурных различий, процессор текстур и затенения обладает множеством возможностей, которые дают представление о том, насколько далека эта консоль от старого Saturn. Вот примечательные примеры:

  • Альфа-смешение : объединяет цвета перекрывающихся слоев для достижения эффектов прозрачности.
    • Процесс, используемый для применения прозрачности в этой системе, называется прозрачностью, не зависящей от порядка, . Алгоритм автоматически сортирует примитивы перед смешиванием их цветов, и хотя это замедляет процесс рендеринга, он избегает полагаться на саму игру, которая выполняет всю сортировку вручную. По этой причине игры Dreamcast преуспели в отображении прозрачных объектов.
    • В сочетании с системой на основе тайлов прозрачность, не зависящая от порядка, полностью устраняет предыдущие неудачи.
  • Mip-Mapping : автоматически выбирает уменьшенную версию текстуры в зависимости от требуемого уровня детализации. Это сделано для предотвращения обработки больших текстур, которые были бы видны далеко от камеры (что было бы пустой тратой вычислительной мощности и созданием наложения спектров).
  • Отображение среды : Применяет отражения к текстурам.
  • Билинейная, трилинейная и анизотропная фильтрация : это разные алгоритмы, используемые для сглаживания текстур и предотвращения пикселизации.Они отсортированы от «худшего» к «лучшему», где конечное качество каждого из них прямо пропорционально объему требуемых вычислений.
    • Это огромный шаг вперед по сравнению с Saturn, поскольку в первом не было никакого текстурного фильтра!
  • Отображение рельефа : моделирует дефекты на поверхностях без дополнительных полигонов.
Повышение детализации

Холли теперь может рисовать в ~ 10 раз больше полигонов, чем его предшественник. Вот пример До и после , который показывает, что дизайн моделей больше не ограничен.Попробуйте поиграть с ними!

Sonic R (1997) для Saturn
298 треугольников Sonic Adventure (1999) для Dreamcast
1001 треугольник
Видеорежимы

Видеосистема была разработана для поддержки нескольких типов экранов и форматов, поэтому видеокодер выводит на один- Формованный разъем, поддерживающий следующие типы сигналов:

  • Composite : объединяет три сигнала, необходимые для отображения видео (цветность, яркость и синхронизация), в один, для чего требуется только одножильный кабель.
    • Используется на старых телевизорах PAL и NTSC с подключением RCA.
  • S-Video : объединяет яркость и синхронизацию, сохраняя при этом цветность разделенной (всего две видеостроки).
  • RGB : отправляет отдельные сигналы красный-зеленый-синий и предоставляет различные типы синхронизации на выбор (композитная синхронизация или извлечение из композитного видео или S-Video).
    • Кабель SCART будет использовать этот тип.
  • VGA : объединяет RGB с двумя сигналами синхронизации (горизонтальный и вертикальный), в результате чего получается пять видеострок.Это позволяет отображать максимально возможное разрешение (720x480) в прогрессивном режиме (поэтому этот режим часто называют «480p»). VGA фактически был стандартным форматом / носителем, используемым компьютерными мониторами в течение некоторого времени.
    • Для использования этого типа Sega предоставила адаптер VGA в качестве дополнительного аксессуара.

Теперь Dreamcast не может кодировать все это одновременно, поэтому графический процессор и аудиопроцессор содержат регистр с именем Image Mode , который координирует, какие видео / аудиошины будут активированы для генерации запрошенных сигнал.ЦП определяет тип вставленного кабеля (проверяя, какие «биты выбора» видеоразъема активны) и записывает требуемые значения в графический процессор. Наконец, значения передаются в аудиопроцессор.

Поскольку VGA - это строго прогрессивный тип сигнала (в отличие от традиционного чересстрочного ), возникли некоторые проблемы совместимости с играми, которые были разработаны только для чересстрочного видео. Они явно указывают в своем коде, что игра не будет отображаться на VGA, поэтому ЦП будет блокировать игру, пока пользователь не заменит кабель VGA на другой тип.


Аудио

Аудио-функциональность обрабатывается специальным чипом под названием AICA производства Yamaha, это улучшенная версия SCSP, используемая в Saturn и состоящая из четырех компонентов:

  • Звуковая интегральная схема или «IC»: набор модулей (синтезатор, DSP и микшер), который генерирует аудиосигнал и применяет к нему эффекты. Он поддерживает до 64 канала PCM с разрешением 16 или 8 бит и частотой дискретизации 44.1 кГц . В целом это оптимальное качество для воспроизведения звука.
    • Кроме того, он включает декодер ADPCM для разгрузки некоторой работы с ЦП.
    • Как ни странно, он также предоставляет два MIDI-контакта для подключения MIDI-инструмента, хотя это предназначено для использования во время разработки.
  • 2 МБ SDRAM : хранит звуковые данные и программы. Он заполняется основным процессором с помощью DMA.
  • ARM7DI работает на ~ 2.82 МГц: управляет звуковой ИС. Этот ЦП программируется путем загрузки небольшого программного обеспечения (называемого драйвером), хранящегося в SRAM, которое интерпретирует аудиоданные и соответствующим образом манипулирует звуковой ИС.
    • Если вам интересно, здесь также используется аналогичный процессор.
  • Контроллер памяти : Интерфейс 2 МБ SDRAM.

Чтобы помочь в разработке, официальный SDK включал несколько звуковых драйверов для различных нужд (секвенирование, декодирование и т. Д.).

Evolution

Мы продвинулись так далеко со времен Mega Drive / Genesis, чтобы показать, какой прогресс был достигнут в синтезе звука, вот пример двух игр, одна для Mega Drive, а другая для Dreamcast, в котором использовалась та же композиция:

Нет поддержки видео.Sonic 3D Blast (1996) для Mega Drive
Предшественник выполняет синтез FM для генерации аудиосигналов на лету

Нет поддержки видео.Sonic Adventure (1999) для Dreamcast
Новая аудиоподсистема обрабатывает сэмплы PCM без каких-либо проблем

Вместо программирования FM-чипа, композиторы Sonic Adventure сами создали свой саундтрек, а затем закодировали его в ADX ', формат с потерями, разработанный CRI Middleware. Следовательно, он использует только два из 64 каналов PCM (стерео).

Сжатие ADX позволяет игре декодировать и передавать данные из GD-ROM в Sound IC без нехватки памяти или полосы пропускания. Драйвер может быть реализован разными способами, поскольку существует несколько подходов для балансировки рабочей нагрузки основного процессора и ARM7.

Остаться в живых

Так или иначе, этот чип также отвечает за обеспечение часов Real Time Clock (RTC) в BIOS, он также подключен к батарее часов, чтобы продолжать работать без питания переменного тока.


Операционная система

В 2 МБ «Системного ПЗУ» хранится BIOS , который загружает игру или небольшую оболочку при включении консоли.

BIOS также содержит подпрограммы, которые игры используют для упрощения функций ввода-вывода, таких как чтение с диска GD-ROM.

Shell

Если не вставлен действительный диск с игрой, консоль продолжит загрузку графической оболочки.

Оболочка после загрузки без диска

Оболочка содержит простой графический пользовательский интерфейс, позволяющий пользователю выполнять основные, но необходимые задачи, например:

  • Запустить игру, если это еще не сделано.
  • Управляйте данными сохранения, хранящимися в VMU (подробнее об этом устройстве позже!).
  • Воспроизвести музыку, если вставлен аудио компакт-диск.
  • Измените некоторые настройки (Дата, Время, Звук и т. Д.).
Windows CE

С момента объявления Dreamcast было сказано, что консоль может работать под управлением Windows CE : урезанной версии Windows, предназначенной для использования на встроенных устройствах. Это немного вводит в заблуждение, учитывая, что некоторые пользователи ожидали увидеть полную рабочую среду Windows CE на своей консоли.

Логотип Windows CE на передней панели корпуса

На самом деле цель этой «ОС» была очень похожа на то, что Nintendo сделала с Nintendo 64: предоставить программистам достаточный уровень абстракции для упрощения определенных операций.

Microsoft работала с Sega над внедрением Windows CE в Dreamcast. Результатом стало подмножество CE с минимальным набором компонентов, необходимых для обеспечения графики, звука и отладки. Это включало использование звездной IDE Microsoft, Visual Studio , для разработки.

Некоторые разработчики сочли этот вариант очень привлекательным. Поскольку интегрированная среда аудио-графики, включенная в CE, была не чем иным, как DirectX 6 , тысячи компьютерных игр той эпохи теоретически можно было легко перенести на Dreamcast & mldr;

Однако архитектурные различия между Dreamcast и обычным ПК были слишком велики, чтобы их игнорировать. Кроме того, встраивание этой системы увеличило время загрузки игры (в конце концов, «ОС» должна была быть загружена с диска), а Windows CE съела значительную часть ресурсов Dreamcast (, что неудивительно, ПК уже страдали от что ).

В конце концов, «Windows CE for Dreamcast» стала еще одним SDK, который выбрали разработчики (обычно его называют Dragon SDK ). Тем не менее, значительное количество игр Dreamcast в конечном итоге выбрали Windows API и DirectX.


Ввод-вывод

Графический процессор также включает в себя другой модуль для обработки большей части операций ввода-вывода, называемый системной шиной . Он предоставляет следующие интерфейсы:

  • Интерфейс G1 : где можно получить доступ к BIOS ROM вместе с его сохраненной конфигурацией и содержимым GD-ROM .
  • Интерфейс G2 : обеспечивает доступ к модему и звуковому контроллеру .
  • Интерфейс Maple : передает блоки данных между контроллерами (вместе с подключенными к нему аксессуарами) и ЦП. Это последовательная шина , обеспечивающая выделенный DMA.
  • Интерфейс SH-4 : подключает основной ЦП для связи общего назначения.
  • Интерфейс DDT : берет на себя управление шиной ЦП для доступа к его основной памяти во время передачи DMA.
  • Интерфейс PVR : соединяет ЦП с Tile Accelerator с помощью выделенного прямого доступа к памяти.

Games

Разработка в основном велась на C или C ++ . Сначала рекомендуется использовать C, поскольку доступные компиляторы C ++ изначально были очень ограничены в функциональности.

Sega также предоставила оборудование для разработки в виде ПК-подобной башни под названием Sega Katana Development Box . Это оборудование Dreamcast с расширенными возможностями ввода-вывода для разработки.Он также поставляется с компакт-диском, содержащим официальный Katana SDK и инструменты для установки на ПК с Windows 98.

Если разработчики выбрали Dragon SDK, им также были доступны DirectX 6.0 и Visual C ++ 6.0.

Средний

Игры хранятся в GD-ROM, которые представляют собой просто CD-ROM с более высокой плотностью ямок (достигающей гигабайта емкости). Скорость составляет 12x, что составляет , не так уж и плохо по сравнению с 2x CD-ридером Saturn.

Онлайн-платформа

Dreamcast поставляется с установленным модулем модема , который игры могут использовать для «вызова» коммутируемого сервиса для онлайн-игр.Sega предоставила две услуги: SegaNet (используется в Америке и Японии) и Dreamarena (европейский аналог).

Игроки, зарегистрированные в службе, использовали DreamKey , дополнительный диск, который был в комплекте с некоторыми играми. DreamKey предоставил веб-браузер для регистрации учетной записи. Первоначально DreamKey представляла собой предварительно настроенную службу в зависимости от региона, но более поздние версии позволяли пользователям изменять настройки своего интернет-провайдера для подключения к любому из них.

Также можно было купить клавиатуру и мышь Dreamcast, на тот случай, если пользователю захотелось серфить в сети PC-style .

К сожалению, производство SegaNet и Dreamarena было прекращено через два года после запуска. Таким образом, игры, которые полагались исключительно на них, стали непригодными для использования, если только такие сервисы не эмулируются с помощью дополнительных инструментов (таких как DreamPi, образ Raspberry Pi, который копирует их с помощью серверов, поддерживаемых сообществом пользователей).

Интерактивная карта памяти

Еще одной инновационной особенностью Dreamcast был блок Visual Memory Unit или «VMU». Он прикреплен к контроллеру и, помимо использования в качестве карты памяти, представляет собой полноценное устройство, которое включает в себя:

VMU
VMU, отсоединенный от контроллера
Отсоединенный контроллер
без присоединенного VMU
Присоединенный Контроллер
с присоединенным VMU
  • A Sanyo LC86K87 : 8-битный процессор с низким энергопотреблением.
  • A Монохромный ЖК-дисплей 32x48 с четырьмя дополнительными значками: Управляется с использованием 196 Б XRAM (внешней RAM) в качестве буфера кадра.
  • Два последовательных разъема : один для входа, другой для выхода.
  • Шесть физических кнопок : Используется, когда VMU отсоединен от контроллера.
  • A 16 КБ Mask-ROM : хранит BIOS-IPL.
  • 64 КБ флэш-памяти : 32 КБ для хранения одной программы (передаваемой с консоли), а остальные 32 КБ для хранения сохранений Dreamcast.
  • 512 Б ОЗУ : 256 Б зарезервировано для системы, оставляя только 256 Б для программы.

VMU имеет два режима работы:

  • Присоединен к контроллеру : Официальный контроллер имеет два слота для подключения VMU и других аксессуаров той же формы, если VMU вставлен в первый слот (видно из на передней панели контроллера), он может отображать рисунки во время игры. Более того, Dreamcast может хранить сохранения и программу на VMU.
  • Отсоединено от контроллера : гаджет становится устройством типа Тамагочи с часами, менеджером сохранений и может также запускать любую программу, переданную ранее Dreamcast. Два VMU также могут быть подключены для обмена контентом.

Anti-Piracy & Homebrew

Использование проприетарного формата GD-ROM помогло предотвратить создание неавторизованных копий игр (и их запуск на других консолях). Игры Dreamcast также привязаны к региону. означает, что консоль откажется запускать игру, предназначенную для другого региона.

Победа над ним

На практике меры по борьбе с пиратством были совершенно бесполезными, так как Sega оставила огромный бэкдор открытым: MIL-CD . Music Interactive Live-CD или MIL-CD - это формат, созданный Sega для расширения аудио-компакт-диска интерактивными программами & mldr; и Dreamcast совместим с ним.

Несанкционированные коммерческие диски (чит-загрузчики, проигрыватели фильмов и т. Д.), Замаскированные под MIL-CD, для воспроизведения на консоли без разрешения Sega. Позже различные хакерские сообщества проанализировали этот эксплойт и предложили обходной путь для загрузки пиратских игр с компакт-дисков.Это вызвало неудержимую волну публикаций ISO в сети.

Впоследствии возникли некоторые проблемы: хотя GD-ROM может хранить гигабайт данных, CD-ROM вмещает только ~ 700 МБ, так как же «рипперы» могут сжимать большие игры, чтобы поместиться на компакт-диске? Путем повторного сжатия музыки и графики до тех пор, пока они не подходят. Они могут даже попытаться разделить его на два диска. В конце концов, игровые данные больше не представляют собой отдельные капли (как на старом картридже), а иерархически организованы в файлы и каталоги.


Вот и все, ребята

Dreamcast, который мне нужно было достать, чтобы писать здесь много чего
Неплохо для своего возраста!

Надеюсь, вам понравилось читать статью.Я закончил писать его в начале последнего года обучения в университете.

С этого момента я, вероятно, буду очень занят, но мне нравится писать эти статьи, так что надеюсь, что через несколько недель вы получите следующую!

До следующего раза!
Rodrigo


Источники / Продолжать чтение

Общие
ЦП
  • Hitachi, SH-4 Архитектура ядра ЦП , Том 1
Графика
Операционная система
Игры
Защита от пиратства
Фотография
  • Материнская плата и консоль: Галерея Эвана Амоса
  • Диаграммы, не студийные фотографии и скриншоты игр: Me
Другие медиа

Содействие

Эта статья является частью серии «Архитектура консолей».Если вы нашли это интересным, рассмотрите возможность пожертвования, ваш вклад будет использован для получения дополнительных инструментов и ресурсов, которые помогут улучшить качество текущих и будущих статей.

Список желаемых инструментов и последних приобретений для этой статьи отслеживается здесь:

  ## Интересное оборудование для получения (в порядке приоритета)

- Ничего другого, если только вы не придумали что-то, что стоит проверить

## Используемые приобретенные инструменты

- Консоль Dreamcast с контроллерами и VMU (40 фунтов стерлингов)
- Игра (Sonic Adventure, 9 фунтов стерлингов)  

Кроме того, вы можете помочь, предложив изменения и / или добавив переводы.


Список изменений

Всегда приятно вести учет изменений.

  ## 2021-30-04

- Улучшен раздел «Анти-пиратство».
- Добавлена ​​дополнительная информация о звуковых драйверах.
- Исправлена ​​структура "источников".

## 2020-09-13

- Общее обновление с исправлениями грамматики и другими настройками, спасибо @dpt.

## 2020-04-10

- Расширенная секция удаления скрытых поверхностей.

## 2020-03-01

- Больше информации о текстурных эффектах и ​​обработке звука.

## 2019-10-24

- Добавлены 3D-модели, с которыми можно поиграться.

## 2019-10-09

- Исправление + дополнения, касающиеся прозрачности графического процессора, SegaNet и SDK, спасибо / r / dreamcast!

## 2019-10-08

- Добавлено ядро ​​SIMD

## 2019-10-07

- Оно живое!
  

«Архитектура Nintendo 64 Архитектура PlayStation 2 »Родриго Копетти © 2021

Архитектура PlayStation | Практический анализ

Практический анализ

Практический анализ Родриго Копетти

Последнее обновление: 13 февраля 2021 г.

Оригинальная Playstation.Выпущена 12.03.1994 в Японии, 09.09.1995 в Северной Америке, 29.09.1995 в Европе
Материнская плата
Показана модель 'SCPH-1000'. Оставшаяся память DRAM установлена ​​сзади. Более поздние модели включали SG-RAM вместо VRAM и удаляли большую часть ввода / вывода.
Диаграмма

Краткое введение

Sony знала, что разработка 3D-оборудования может быть очень запутанной, по этой причине их новая консоль сохранит его дизайн простой и практичный & mldr; Хотя это может стоить дорого!


CPU

Главный процессор представляет собой модификацию LSI CoreWare CW33300 , которая в то же время двоично совместима с SGI MIPS R3051 .Этот чип работает на частоте 33,87 МГц и включает:

  • MIPS I ISA: 32-битный набор команд RISC, он включает инструкции умножения и деления.
  • Один ALU и один переключатель .
  • 5-ступенчатый конвейер : одновременно может выполняться до пяти инструкций (подробное объяснение можно найти в предыдущей статье).
  • Кэш инструкций 4 КБ и Кэш данных 1 КБ (исходный CoreWare CW33300 содержал 2 КБ кэша данных): кэш данных на самом деле ОЗУ блокнота , что означает, что он может иметь и другое применение, кроме работы в качестве Кэш L1.

Как и другие процессоры на базе MIPS R3000, он поддерживал конфигурации с четырьмя сопроцессорами, Sony настроила его с двумя:

  • Сопроцессор управления системой или «COP0»: MMU, который предоставляет виртуальную память с помощью Lookaside трансляции Буфер или TLB. Не все функции, которые поставляются с виртуальной памятью, доступны, хотя, например, защита памяти отключена, поскольку игры запрограммированы для работы на «голом железе» (без запуска из ОС). С другой стороны, этот MMU по-прежнему поддерживает прерывания, обработку исключений и точки останова, которые используются для отладки.
  • Механизм преобразования геометрии или «GTE»: специальный математический процессор, используемый для векторных и матричных вычислений. Хотя он содержит только модуль с фиксированной точкой, он по-прежнему обеспечивает полезные операции для трехмерной графики, такие как освещение и преобразования многоугольников.

Кроме того, в основном ЦП находится дополнительный процессор:

  • Декодер движения или MDEC: Обеспечивает воспроизведение видео с полным движением (известное как FMV) и передает декодированные кадры на графический процессор DMA.
Взятие под контроль ЦП

Иногда любая подсистема (графика, аудио или компакт-диск) может требовать больших фрагментов данных с высокой скоростью, однако ЦП не может всегда удовлетворять спрос.

По этой причине контроллер CD-ROM, MDEC, GPU, SPU и параллельный порт имеют доступ к эксклюзивному контроллеру DMA , который берет на себя управление главной шиной всякий раз, когда им это необходимо.


Графика

Большая часть графического конвейера выполняется GTE.Сюда входит преобразование перспективы, при котором трехмерное пространство проецируется на двухмерную плоскость с использованием перспективы камеры. Обработанные данные затем отправляются на собственный графический процессор Sony для рендеринга.

Рисование сцены

Если вы читали статью о Sega Saturn, позвольте мне сказать вам, что дизайн этого GPU намного проще на !

Insomniac's Spyro: Year of the Dragon будет использоваться в качестве примера, чтобы показать, как нарисована сцена.

Модели
Примитивный вид сцены

Для начала, графический процессор использует треугольников в качестве примитивов для формирования 3D-моделей.Единственный доступный примитив означает, что фон и передний план не имеют разницы с точки зрения композиции (оба они состоят из треугольников). 2D-игры наследуют ту же природу: это просто плоские многоугольники (два треугольника, соединенные в четырехугольник). Графический процессор также включает процедуры для обработки четырехугольников как спрайтов.

CPU отправляет геометрические данные на GPU, заполняя его внутренний 64-байтовый буфер FIFO командами (до трех). По сути, команда указывает, как и где нарисовать один примитив.После получения геометрии применяется отсечение для пропуска операций над невидимыми многоугольниками (находящимися за пределами области просмотра камеры).

По сравнению с более сложной Sega Saturn, графическому процессору требуется только один кадровый буфер .

Шейдеры
Затенение по Гуро в действии

Чтобы применить световые эффекты к этим многоугольникам, система предоставляет два алгоритма:

  • Плоское затенение : Каждый примитив имеет постоянный уровень освещенности.
  • Затенение по Гуро : Вершина каждого примитива имеет свой собственный уровень освещенности, затем яркость между каждой точкой автоматически интерполируется. Как вы понимаете, результаты более реалистичны. С другой стороны, этот алгоритм недоступен для спрайтов.

Причина выбора заключается в том, что плоское затенение обеспечивает примерно в 2,5 раза больше полигонов в секунду, чем по Гуро, поэтому важно оптимизировать, для каких полигонов требуется более реалистичное затенение, чем для других.

Текстуры
Примененные текстуры ( Tada! )

Наконец, затененные поверхности смешиваются с текстурными картами для получения окончательного результата.

Графический процессор выполняет недорогую процедуру под названием Affine Texture Mapping для штамповки текстур на наших полигонах. Этот метод работает только с использованием 2D-координат (значений X / Y), при этом отбрасывая третью координату, используемую для перспективы (значение Z).

Устройство также включает в себя следующие эффекты, доступные для использования:

  • Semi-Transparency : имитирует свет, проходящий через несколько текстур.
  • Дизеринг : Смягчает резкие изменения цвета, придерживаясь той же цветовой палитры.

Стоит отметить, что PS1 преуспел в этих эффектах!

Дизайн

Вот несколько примеров игровых персонажей, разработанных с нуля для эпохи 3D, они интерактивны, поэтому я рекомендую вам проверить их!

Spyro the Dragon (1998)
413 треугольников Crash Bandicoot (1996)
732 треугольника
Игра с VRAM

В системе имеется 1 МБ видеопамяти, которая будет использоваться для хранения буфера кадра, текстур и других ресурсов, необходимых графическому процессору. доступ почти мгновенно.Теоретически с доступным объемом VRAM можно выделить массивных кадровых буферов размером 1024 × 512 пикселей с 16-битными цветами или реалистичных пикселей 960 × 512 пикселей с 24-битными цветами, позволяющих рисовать лучшие кадры, которые когда-либо показывались в любой игре & mldr; Звучит довольно впечатляюще, правда? Что ж, это вызывает несколько проблем, например:

  • Эти размеры необходимо будет изменить, чтобы они соответствовали стандартизированному определению, чтобы видеокодер мог транслировать его на обычные телевизоры.
  • Как графический процессор сможет рисовать что-либо во времени, если не остается места для остальных материалов (например, текстур, таблиц цветов и т. Д.)?
  • Графический процессор PS1 может отображать только кадры-буферы с разрешением до 640 × 480 пикселей и 16bpp цветов.

Хорошо, давайте вместо этого используем буфер размером 16 бит на пиксель 640 x 480, что оставляет 424 КБ видеопамяти для материалов. Все идет нормально? Опять же, такое разрешение может быть нормальным для ЭЛТ-мониторов, но не особенно заметно на тех телевизорах 90-х, которые были у всех дома.Тогда есть ли способ оптимизировать буфер кадра? Представляем регулируемые буферы кадров .

По сути, вместо того, чтобы тратить ценную VRAM на использование «недооцененных» разрешений, графический процессор этой консоли позволяет уменьшить размеры буфера кадра, чтобы эффективно увеличить пространство, доступное для других ресурсов.
Обычная установка заключалась в разделении буфера кадра 640x480 на два 320x480 с последующим использованием техники под названием перелистывания страниц для одновременного рендеринга нескольких сцен.Переворот страницы заключается в переключении местоположения кадра для отображения между двумя доступными, когда игра этого требует, позволяя игре визуализировать одну сцену при отображении другой, таким образом скрывая любой эффект мерцания и улучшая время загрузки (что, безусловно, будет ценить!).

В целом предлагаемый нами макет потребляет только 600 КБ видеопамяти. Остальные (424 КБ) часто использовались для хранения таблиц поиска цветов и текстур, что в сочетании с 2 КБ доступного кэша текстур обеспечивает очень удобную и эффективную настройку.

Наконец, стоит упомянуть, что VRAM может быть отображено с использованием нескольких значений глубины цвета одновременно , что означает, что мы можем выделить буфер кадра 16 бит на пиксель рядом с битовыми картами 24 бит на пиксель (например, кадры FMV). Это еще одна особенность, способствующая дальнейшей оптимизации пространства.

Секреты и ограничения

Несмотря на то, что PS1 имел очень простую и подходящую архитектуру, проблемы все равно возникали. Удивительно, но некоторые проблемы были решены с помощью очень умных обходных путей!

Шатающиеся текстуры

Нет поддержки видео.Текстуры немного покачиваются при перемещении
Square Soft Final Fantasy VIII (1999)

Известно, что процедуры, используемые для обработки геометрии и наложения текстур, содержат некоторые неточности:

  • Координаты графического процессора ограничены модулями с фиксированной точкой : Это означает отсутствие десятичных знаков (следовательно, отсутствие точности), что способствует внезапным скачкам при незначительном перемещении полигонов.
  • Как вы знаете, аффинные преобразования не имеют ощущения глубины , что может сбить с толку восприятие пользователя, когда камера находится близко к модели и расположена перпендикулярно зрителю.
  • Наконец, наименьший размер многоугольника в этой системе - это пиксель , что позволяет отображать небольшие многоугольники (независимо от их размера) как один пиксель. Теперь это означает, что текстурированные полигоны могут потерять часть своей текстуры, если их размер станет меньше пикселя. Кроме того, у сложных моделей могут возникать постоянные тряски кромок.
    • Этот эффект более заметен при использовании небольшого буфера кадра или моделей визуализации на расстоянии. Современные системы решили эту проблему, реализовав методы субпиксельного разрешения, которые обрабатывают полигоны с использованием долей пикселей.

Это объясняет, почему пользователи могут замечать нестабильность во время игры в некоторые игры. Эффект также называется искажением текстуры , некоторые игры часто прибегали к тесселяции (разделение большого многоугольника на более мелкие), чтобы уменьшить эти нежелательные эффекты, другие просто уменьшили количество текстур в пользу сплошных цветов .

Подход к видимости
В этой игре для повышения производительности использовалась предварительно упорядоченная геометрия.
Следовательно, ее камера движется только вперед или назад.
Crash Bandicoot (1996)

Как и у конкурентов, PS1 не имеет аппаратной функции, которая решает проблему видимости. .Тем не менее, графический процессор поддерживает отсортированные многоугольники, предоставляя таблицу упорядочения : выделенная таблица, в которой каждая запись индексируется с использованием значения глубины (также называемого «Z-значение») и содержит адрес, по которому находится команда графического процессора.

ЦП должен сначала вручную отсортировать полигоны, а затем ссылаться на них в правильной записи таблицы, которая будет обрабатываться графическим процессором. Этот процесс позволит графическому процессору отобразить геометрию в правильном порядке.

Предоставляется несколько функций DMA для помощи CPU / GPU в создании и обходе этой таблицы.

Предварительно обработанная графика
Сцена с предварительно обработанным фоном
Способ взаимодействия и движения моделей важен для трюка восприятие пользователя
Final Fantasy VII от Square Soft (1997)

Если игра стремилась к более реалистичному пейзажу, чем Графический процессор мог предоставить, одним из доступных вариантов было сложение двух треугольников и использование декодера движения для подачи на них предварительно отрендеренного кинематографического . FMV-видео могло занимать много места, к счастью, для этого был подготовлен CD-ROM.

Некоторые игры полагались на него специально для создания фонов, и, честно говоря, было довольно убедительно увидеть их на ЭЛТ-телевизоре, очевидно, современные эмуляторы с возможностью масштабирования подскажут очень быстро.


Аудио

Об этом позаботится блок обработки звука или «SPU». Он поддерживает огромное количество 24 каналов 16-битных выборок ADPCM (более эффективная версия хорошо известной выборки PCM) с частотой дискретизации 44.1 кГц (качество Audio CD).

Этот чип также обеспечивает следующие возможности:

  • Модуляция высоты звука : Как следует из названия, игры могут автоматически изменять высоту звука своих сэмплов, вместо того, чтобы хранить дополнительные. Полезно для музыкального секвенсора.
  • ADSR Envelope : Это набор свойств, доступных для модуляции звука.
  • Зацикливание : Это позволяет дать системе команду воспроизводить фрагмент звука повторно.
  • Цифровая реверберация : Имитирует воспроизводимый сэмпл в определенной атмосфере, чтобы погрузить игрока в атмосферу.

512 КБ SRAM предоставляется в качестве аудиобуфера. Эта память доступна из ЦП и контроллера компакт-дисков. В играх
доступно только 508 КБ для хранения сэмплов, остальное зарезервировано SPU для обработки музыки с аудио компакт-дисков. Это количество уменьшается еще больше, если активирована реверберация.


Операционная система

Подобно процессу загрузки Saturn, после включения этой консоли он:

  1. Запускает небольшую ОС, найденную в ПЗУ BIOS.
    1. Инициализировать оборудование.
  2. Отобразить заставку.
  3. Если CD вставлен, контроллер CD-ROM проверит, подлинный ли он:
    • Это : Контроллер разрешит читать его содержимое.
      1. ЦП будет искать «SYSTEM.CNF» и продолжить выполнение оттуда.
    • Это не : ЦП отобразит сообщение об ошибке.
  4. Если компакт-диск не вставлен, ЦП откроет диспетчер карт памяти, теперь все под контролем пользователя.
    1. Внутри менеджера есть возможность открыть проигрыватель компакт-дисков.

Игры

Программы имеют все возможности, которые предоставляет компакт-диск: большой объем памяти (640 МБ), хорошее качество звука и «не очень медленная» скорость чтения благодаря дисководу 2x.

Кроме того, для надстроек доступны два порта ввода-вывода ( последовательный и параллельный ). Однако они были удалены в более поздних версиях консоли из-за отсутствия принятия и того факта, что они потенциально могут быть использованы для взлома системы защиты от копирования.

Экосистема разработки

Официальный SDK предоставил библиотеки C, которые использовали подпрограммы BIOS для доступа к оборудованию. Это основной фактор, который помог эмулировать PS1 на широком спектре платформ.

Наряду с SDK Sony также распространяла специализированное оборудование, такое как DTL-h3000 , двухслотовую карту ISA, содержащую внутреннее устройство и ввод / вывод PS1, а также дополнительные схемы для целей отладки. Плата имеет доступ к жесткому диску хоста и может запускать программное обеспечение PS1 без ограничений.Программное обеспечение и драйверы, используемые для связи с картой, работали на ПК с Windows 3.1 или 95.

Схема ввода-вывода

Порт контроллера и карта памяти электрически идентичны, поэтому адрес каждого из них жестко запрограммирован, Sony изменила физическая форма портов, чтобы избежать несчастных случаев.

Связь с этими устройствами осуществляется через последовательный интерфейс. Команды, отправленные с консоли, будут доставлены в один из двух слотов (либо «mem. Card 0» и «controller 0», либо «mem.карта 1 »и« контроллер 1 »). Затем оба аксессуара ответят своими уникальными идентификаторами, что позволит консоли сосредоточиться на конкретном типе устройства (карте памяти или контроллере) с этого момента.


Защита от пиратства / Блокировка региона

Как и любой другой оптический носитель, для получения данных с компакт-диска лазерный луч используется для считывания точек (нулей) и площадок (единиц) с дорожки диска. Обычные диски не на 100% плоские, и на их дорожках часто наблюдаются крошечные колебания.Эти дефекты совершенно незаметны при чтении данных, поскольку лазеры могут автоматически калибровать себя при чтении.

Это то, на чем Sony основала свою защиту от копирования: CD-ридер PS1 будет принимать только диски, чья конкретная область (сектор 4) выгравирована с использованием определенной частоты, неофициально известной как Wobble Groove , которая применяется только во время мастеринга и не может быть воспроизведен с помощью обычных горелок. В частности, этот сектор будет содержать один из следующих наборов символов (каждый из которых представляет отдельную информацию):

  • SCEA → Sony Computer Entertainment of America.
  • SCEE → Sony Computer Entertainment of Europe.
  • SCEI → Sony Computer Entertainment of Japan.

Как вы можете себе представить, считыватель применяет региональную блокировку , используя эту же технику.

С другой стороны, эта проверка выполняется только один раз при запуске, поэтому замена диска вручную сразу после прохождения проверки может обойти эту защиту & mldr; с риском повреждения привода.
В любом случае, более поздние игры взяли дело в свои руки и часто повторно инициализировали диск в игре, чтобы проверка выполнялась снова, чтобы помешать пользователям выполнить этот трюк.

В качестве альтернативы к консоли можно припаять крошечные платы, запрограммированные имитировать сигнал колебания. Эти платы известны как Modchips и, хотя и сомнительны с юридической точки зрения, были невероятно популярны.

Использование эмуляторов также рассматривалось как угроза для издателей. В результате некоторые игры включали собственные проверки (в основном контрольные суммы) для борьбы с любым типом несанкционированного использования или модификации.
Одна из проверок, как мне сказали, заключалась в намеренной повторной инициализации накопителя и последующем чтении определенных секторов, которые не прошли проверку канавки качания.Если бы ему все равно удалось разблокировать диск, игра (все еще находящаяся в оперативной памяти) , к счастью, раскрыла бы свои антипиратские материалы. Обратите внимание, что этот подход также может повлиять на модифицированные консоли, использующие настоящие игры.


Источники / Продолжайте читать

Общие
ЦП
Графика
Игры
Защита от копирования
Фотография

Участие

Эта статья является частью серии «Архитектура консолей». Если вы нашли это интересным, рассмотрите возможность пожертвования, ваш вклад будет использован для получения дополнительных инструментов и ресурсов, которые помогут улучшить качество текущих и будущих статей.

Список желаемых инструментов и последних приобретений для этой статьи отслеживается здесь:

  ## Интересное оборудование для получения (в порядке приоритета)

- Первая версия PS1 с контроллером (5 - 20 фунтов?)
- Любая игра (5 фунтов стерлингов?)  

Кроме того, вы можете помочь, предложив изменения и / или добавив переводы.


Список изменений

Всегда приятно вести учет изменений.

  ## 2021-02-13

- Улучшена верстка и исходники.

## 2020-04-24

- Улучшен аудио раздел.- Больше информации о борьбе с пиратством и вводом-выводом.

Спасибо simias и / u / impiaaa от HackerNews и / r / programming соответственно.

## 2020-04-19

- Расширен раздел по борьбе с пиратством после получения дополнительной информации

## 2020-04-11

- Больше текста посвящено подходу наглядности

## 2020-02-28

- Расширенный раздел VRAM

## 2020-01-27

- Расширен раздел "Модели".
- Добавлено больше причин колебания текстур.

## 2019-10-29

- Добавлены 3D-модели, с которыми можно поиграться.

## 2019-10-09

- Улучшен термин "Электронный блокнот".

## 2019-09-17

- Добавлено быстрое введение

## 2019-08-29

- Более подробные объяснения

## 2019-08-09

- Исправлена ​​нечеткая информация о процессоре.

## 2019-08-08

- Готов к публикации
  

«Архитектура Sega Saturn Архитектура виртуального мальчика »Родриго Копетти © 2021

NES Architecture | Практический анализ

Практический анализ

Практический анализ Родриго Копетти

Последнее обновление: 29 апреля 2021 г.


Краткое введение

На первый взгляд NES кажется просто еще одним компьютером 6502 со сложным чехол и контроллер.

И хотя это технически верно, позвольте мне показать вам, почему ЦП не является центральной частью этой системы.


ЦП

ЦП NES - это процессор Ricoh 2A03 , основанный на популярной 8-битной технологии MOS 6502 и работающий на частоте 1,79 МГц (или 1,66 МГц в системах PAL).

Немного контекста

Рынок процессоров в конце 70-х - начале 80-х был весьма разнообразен. Если компания хотела создать доступный микрокомпьютер, были доступны следующие варианты:

  • Intel 8080 : популярный процессор, представленный в Altair , первом «персональном» компьютере.Он имеет 8-битную шину данных и 16-битную адресную шину.
  • Zilog Z80 : «Неофициальная» версия 8080 с большим количеством инструкций, регистров и внутренних компонентов. Он продавался по более низкой цене и все еще мог выполнять 8080 программ. Амстрад и Синклер (среди прочих) выбрали этот процессор.
  • Motorola 6800 : Еще один 8-разрядный процессор, разработанный Motorola, он содержит совершенно другой набор команд. 6800 включает в себя множество комплектов для самостоятельного изготовления компьютеров, синтезаторов и моноблоков.

Как будто этих вариантов было недостаточно, на рынке появилась другая компания под названием MOS и предложила модернизированную версию 6800, 6502 . Несмотря на то, что новый чип несовместим с остальными, новый чип на был намного дешевле в производстве, и это был лишь вопрос времени, когда самые известные производители компьютеров (Commodore, Apple, Atari, Acorn и т. Д.) Выбрали 6502 для питания своих компьютеров. машины.

Вернувшись в Японию, Nintendo требовалось что-то недорогое, но знакомое для разработки, поэтому они выбрали 6502. Ricoh , их поставщик ЦП, успешно произвел 6502-совместимый ЦП.

«Как» Ricoh удалось его клонировать, до сих пор не ясно. Можно было бы ожидать, что MOS предоставила Ricoh лицензию на разработку чипа, но есть много противоречий:

  • Ricoh и версия MOS имеют одинаковую компоновку, но Ricoh содержит отключенные шины (отключение определенных функций). Позже я расскажу подробнее.
  • Документ, прямо указывающий, что MOS передала лицензию на 6502 компании Ricoh, еще не найден.
  • В статье, опубликованной в 2008 году Nikkei Trendy, говорится, что Ricoh получила лицензию у Rockwell, авторизованного производителя микросхем. Хотя остается спорным, смог ли второй источник предоставить IP третьей стороне, по крайней мере, с одобрения MOS.
  • Это будет не первый раз, когда Nintendo сошла с рук обхода прав интеллектуальной собственности, поскольку Ikegami Tsushinki v. Nintendo постановило в Японии, что Nintendo не владеет кодом оригинального Donkey Kong.
Память

Система предоставляет 2 КБ рабочей RAM (WRAM) для хранения переменных.

Компоненты системы отображены в памяти, то есть доступ к ним осуществляется с помощью адресов памяти. Пространство памяти состоит из программного ROM, WRAM, PPU, APU и 2 контроллеров. Каждый компонент объясняется в этой статье.

Отмененные функции

Ricoh 2A03 пропускает режим Binary-Coded Decimal (BCD), изначально включенный в 6502. BCD кодирует каждую десятичную цифру числа как отдельный 4-битный двоичный код. 6502 использует 8-битные «слова» - это означает, что каждое слово хранит две десятичные цифры.

В качестве примера для любопытных, десятичное число «42» представлено как:

  • «0010 1010» в двоичном формате, но
  • «0100 0010» в двоично-десятичном формате.

Мы могли бы продолжать говорить об этом, но вкратце: BCD полезен для приложений, которые требуют обработки каждого десятичного разряда отдельно (например, цифровые часы). Однако для этого требуется больше памяти, поскольку каждое слово может кодировать только до десятичного числа «99» (тогда как традиционный двоичный код может кодировать до «255» четырехбитным словом).

В любом случае Ricoh намеренно нарушила режим BCD в своем чипе, перерезав управляющие линии, которые его активируют. Предположительно это было сделано для того, чтобы избежать выплаты лицензионных отчислений MOS, поскольку BCD был запатентован ими (а закон, позволяющий защищать авторские права на макеты интегральных схем в Соединенных Штатах, не принимался до 1984 года).


Графика

Графика генерируется запатентованным чипом, называемым блоком обработки изображений (PPU). Этот чип визуализирует спрайты и фоновую графику, выводя результат в видеосигнал.

Создание кадра

Как и его современники, этот чип разработан для работы с ЭЛТ-дисплеем. Буфера кадра как такового нет: PPU будет визуализировать синхронно с лучом ЭЛТ, создавая изображение на лету.

Кроме того, кадр, который выводит PPU, построен с использованием двух разных уровней. В демонстрационных целях давайте воспользуемся Super Mario Bros. , чтобы показать, как это работает:

плиток
Все
одиночные плитки
, найденные в его ПЗУ персонажа
(для демонстрационных целей используется палитра по умолчанию)

PPU использует плитки как основной ингредиент для создания спрайтов и фонов.

NES определяет тайлы как базовые карты 8x8, хранящиеся в символьной памяти (находится в картридже). Каждый пиксель плитки использует один из четырех цветов (их палитры будут определены позже).

Группы из четырех плиток объединяются в карты 16x16, называемые блоками , внутри которых все плитки должны иметь общую цветовую палитру.

Чтобы начать рисовать картинку, PPU сначала ищет ссылки на плитки из набора таблиц, ранее заполненных игрой. Каждая таблица используется для построения одного слоя кадра.

Фоновый слой
Общий
Выбранная
Фоновая карта настроена с вертикальным зеркальным отображением, которое позволяет горизонтальную прокрутку. Используется только половина.

Фоновый слой - это карта размером 512x480, содержащая статические фрагменты. Однако на экране отображается только формат 256x240, поэтому игра решает, какая часть будет выбрана для отображения. Игры также могут перемещать видимую область во время игры; так достигается эффект прокрутки .

Таблицы имен определяют, какие плитки отображать в качестве фона.PPU ищет четыре таблицы имен размером 1024 байта, каждая из которых соответствует квадранту уровня. Однако доступно только 2 КБ видеопамяти! Как следствие, можно сохранить только две таблицы имен. К остальным двум еще нужно где-то обратиться: большинство игр просто указывают на оставшиеся два места, где находятся первые два ( - зеркальное отражение ).

Хотя эта архитектура поначалу может показаться несовершенной, на самом деле она была разработана для снижения стоимости и обеспечения простой расширяемости : Если играм требовался более широкий фон, в картридж можно было бы включить дополнительную видеопамять.

После каждой таблицы имен следует 64-байтовая таблица атрибутов , которая определяет, какая цветовая палитра назначена каждому блоку.

Слой спрайтов
Визуализированный слой спрайтов

Спрайты - это плитки, которые могут перемещаться по экрану. Они также могут перекрывать друг друга или появляться за фоном. Видимая графика будет определяться на основе ее значения приоритета. Это та же концепция, что и «слои» во многих программах графического дизайна.

Таблица Память атрибутов объектов (OAM) определяет, какие плитки будут использоваться в качестве спрайтов.Помимо индекса плитки, каждая запись содержит позицию (x, y) и несколько атрибутов (цветовую палитру, приоритет и флаги переворота). Эта таблица хранится в 256-байтовой DRAM, находящейся в микросхеме PPU.

Таблица OAM может быть заполнена ЦП. Однако на практике это может быть довольно медленным (и может привести к повреждению кадра, если не будет сделано в нужное время), поэтому PPU содержит небольшой компонент, называемый Direct Memory Access или 'DMA', который можно запрограммировать (изменяя параметры PPU). registers), чтобы получить таблицу из WRAM.С DMA гарантируется, что таблица будет загружена при отрисовке следующего кадра, но имейте в виду, что ЦП будет остановлен во время передачи!

PPU ограничен восемью спрайтами на строку сканирования и до 64 на кадр. Предел строки сканирования может быть превышен благодаря аппаратному мультиплексированию : PPU будет чередовать спрайты между сканированиями; однако они будут мигать на экране.

Результат
Тада!

Как только кадр закончен, пора переходить к следующему!

Однако ЦП не может изменять никакую таблицу, которая используется PPU, поэтому, когда все строки развертки завершены, вызывается прерывание по вертикали, пробел, .Это позволяет игре обновлять таблицы, не разрывая отображаемое в данный момент изображение. В этот момент луч ЭЛТ направлен ниже видимой области экрана в область нерабочей области (или нижнюю границу).

Секреты и ограничения

Если вы думаете, что система с буфером кадров с памятью, выделенной для хранения полного кадра, была бы предпочтительнее: затраты на оперативную память были очень высоки, а цель консоли заключалась в том, чтобы быть доступной. Этот дизайн тоже оказался очень эффективным и гибким!

Мультискроллинг
Super Mario Bros.2
Таблица имен для вертикальной прокрутки (горизонтальное зеркальное отображение)
Персонаж должен подняться на гору. Область просмотра находится внизу, и PPU успевает отобразить верхнюю часть. Super Mario Bros. 3
Mario может бегать и летать, поэтому PPU необходимо прокручивать по диагонали.
Обратите внимание, что правый край показывает неправильную цветовую палитру!
К левому краю применена маска.

Некоторые игры требуют, чтобы главный герой двигался вертикально - таким образом, таблица имен будет настроена с горизонтальным зеркальным отображением .В других играх персонаж должен двигаться влево и вправо, поэтому вместо этого используйте вертикальное зеркальное отображение .

Любой из этих типов зеркалирования позволит PPU обновлять фоновые плитки незаметно для пользователя: достаточно места для прокрутки, пока новые плитки визуализируются на расстоянии.

Но что, если персонаж хочет двигаться по диагонали? PPU может прокручиваться в любом направлении, но без дополнительной VRAM края могут иметь одинаковую цветовую палитру (помните, что плитки сгруппированы в блоки).

Вот почему некоторые игры, такие как Super Mario Bros. 3 , показывают странную графику у правого края экрана, когда Марио движется (игра настроена на вертикальную прокрутку). Возможно, им нужно было минимизировать стоимость оборудования на картридж (в этой игре уже установлен мощный картограф).

В качестве интересного исправления : PPU позволил разработчикам применять вертикальную маску поверх плиток, эффективно скрывая часть глючной области.

Tile-Swap
Скриншоты, сделанные в разных точках сканирования.

Еще одна особенность Super Mario Bros. 3 - это количество отображаемой графики.

В этой игре отображается больше фоновых плиток, чем строго разрешено. Так как он это делает? Если мы сделаем два снимка экрана в разное время во время создания дисплея, мы увидим, что последний кадр фактически состоит из двух разных кадров.

Волшебство здесь в том, что в игровом картридже на самом деле используется дополнительный частично настраиваемый чип, MMC3 , для отображения одного из двух разных чипов персонажей.Проверяя, какую часть экрана запрашивает PPU, преобразователь будет перенаправлять на тот или иной чип, тем самым позволяя отображать на экране больше уникальных фрагментов, чем это поддерживалось изначально.


Аудио

Эту функциональность обеспечивает специальный компонент под названием Audio Processing Unit (APU). Ricoh встроила его в микросхему ЦП, чтобы избежать нелицензионного клонирования ЦП и APU.

Этот аудиочип представляет собой программируемый звуковой генератор (PSG), что означает, что он может создавать только предварительно определенные формы сигналов.

APU имеет пять аудиоканалов, каждый из которых зарезервирован для определенной формы сигнала. Музыкальные данные находятся в ПЗУ программы.

Каждая форма волны содержит различные свойства, которые можно изменять для получения определенной ноты, звука или громкости.

Эти пять каналов непрерывно микшируются и передаются через аудиосигнал.

Давайте теперь обсудим типы волновых форм, синтезируемых APU:

Pulse

Pulse 1
Нет поддержки видео.

Импульсный 2
Нет поддержки видео.

Завершено
Нет поддержки видео.

Мать (1989)

Импульсные волны имеют очень отчетливый гудок звук, который в основном используется для мелодии или звуковых эффектов .

APU резервирует два канала для пульсовых волн. Каждый может использовать один из трех разных голосов, создаваемых переменной шириной импульса.

В большинстве игр один импульсный канал используется для мелодии, а другой - для аккомпанемента.

Когда в игре необходимо воспроизвести звуковой эффект, канал аккомпанемента переключается на воспроизведение эффекта, а затем возвращается к аккомпанементу.Это позволяет избежать прерывания мелодии во время игры.

Треугольник

Треугольник
Нет поддержки видео.

Завершено
Нет поддержки видео.

Mother (1989)

Эта форма волны служит басовой линией для мелодии. Резкое изменение высоты звука также может вызвать перкуссию.

APU имеет один канал, зарезервированный для этого типа волны.

Громкость этого канала нельзя контролировать, возможно потому, что регулятор громкости используется для построения треугольника.

Шум

Шум
Нет поддержки видео.

Завершено
Нет поддержки видео.

Мать (1989)

Шум - это, по сути, набор случайных сигналов, которые звучат как белый статический шум. Под него выделен один канал.

Игры используют шумовой канал для перкуссии или эффектов окружения .

На этом канале доступно только 32 предустановок . Половина (16) этих предварительных настроек создает чистого статического сигнала , а другая половина создает роботизированный статический сигнал .

Образец

Образец
Нет поддержки видео.

Завершено
Нет поддержки видео.

Мать (1989)

Сэмплы - это записанные музыкальные произведения, которые можно воспроизводить. Как видите, это не обязательно должен быть одиночный сигнал.

APU имеет один канал, выделенный для сэмплов. Он имеет следующие возможности: 7-битная глубина, частота дискретизации 4,2-33,5 кГц и отсутствие регулировки громкости.

Сэмплы значительно больше, чем одиночные волновые формы, поэтому игры обычно хранят небольшие фрагменты (например, сэмплы ударных), которые можно воспроизводить повторно.

Секреты и ограничения

Пока APU не был сопоставим по качеству с винилом, кассетой или компакт-диском, программисты нашли способы расширить его возможности благодаря модульной архитектуре NES.

Дополнительные каналы

Американский
Нет поддержки видео.

Японский
Нет поддержки видео.

Castlevania III (1989)

Японская модель NES, Famicom, снабжена эксклюзивными штырями картриджей для расширения звука.Такие игры, как Castlevania 3 , включали в себя чип Konami VRC6 , который позволял использовать две дополнительные импульсные волны и пилообразную волну .

Обратите внимание на разницу между японской версией и американской версией (в которой не было звукового расширения).

Тремоло

Нет поддержки видео. Final Fantasy III (1990)

В некоторых играх для имитации большего количества каналов использовались эффекты тремоло.


Игры

Они в основном написаны на языке ассемблера 6502 и находятся в программном ПЗУ , а графика игры (плитки) хранится в памяти символов .

16-разрядное адресное пространство ограничивает систему до 64 КБ адресуемой памяти. Системный ввод-вывод отображается в памяти, поэтому для программы остается только около 8 КБ доступной памяти. Если игре требуется дополнительное место, в картридж будут включены дополнительные чипы (картографы), что приведет к увеличению производственных затрат.

Некоторые картриджи включают дополнительную WRAM с батарейным питанием для хранения сохранений.


Защита от пиратства и блокировка региона

Nintendo смогла заблокировать несанкционированную публикацию благодаря включению проприетарного чипа блокировки под названием Checking Integrated Circuit (CIC).Он расположен в консоли и подключен к сигналу сброса (поэтому его нелегко удалить).

Этот чип запускает 10NES , внутреннюю программу, которая проверяет наличие другого чипа блокировки в игровом картридже. Если эта проверка не удалась, консоль отправляется в бесконечный сброс.

Обе микросхемы блокировки постоянно обмениваются данными во время работы консоли. Систему можно вывести из строя, отрезав один из штифтов на блокировке консоли, в результате чего микросхема останется в нерабочем состоянии.В качестве альтернативы, отправив на него сигнал -5 В, он может заморозиться.

CIC существует в результате страха, вызванного крахом видеоигры в 1983 году. Тогдашний президент Nintendo Хироши Ямаути решил, что для обеспечения игр хорошего качества они будут отвечать за утверждение каждой из них.

Вы заметите, что японская модель консоли, Famicom , была выпущена до краха 1983 года. Вот почему вместо звуковых расширений используется схема CIC.


Источники / Продолжайте читать

Общие
ЦП
  • Википедия.org, Ricoh 2A03
  • wikipedia.org, Технология MOS 6502
  • visual6502.org, 6502 Режим двоично-десятичного кода (BCD)
  • nesdev.com, Разница между 6502 и 2A01 ядром
  • wikipedia.org, Закон о защите полупроводниковых чипов 1984 г.
  • Radio Electronics Magazine, декабрь 1977 г., выпуск , стр. 86
  • Radio Electronics Magazine, август 1981 г., выпуск , стр. 76
  • ретрокомпьютеры.stackexchange.com, Сколько стоят 6502 и Z80?
  • Nikkei Trendi, Так родилась Nintendo «Famicom» (Архив, японский)
  • Travis Fahs, Тайная история Donkey Kong , Gamasutra
Графика
Аудио
Игры
Фотография

Участие

Эта статья является частью серии «Архитектура консолей». Если вы нашли это интересным, рассмотрите возможность пожертвования, ваш вклад будет использован для получения дополнительных инструментов и ресурсов, которые помогут улучшить качество текущих и будущих статей.

Список желаемых инструментов и последних приобретений для этой статьи отслеживается здесь:

  ## Интересное оборудование для получения (в порядке приоритета)

- NTSC NES или JAP Famicom (только если найти по разумной цене)
- Комплект NESRGB (все еще очень дорогой, может лучше подождать)
- Любая тележка для разработки (только если найдется по разумной цене)  

В качестве альтернативы вы можете помочь, предложив изменения и / или добавив переводы.


Список изменений

Всегда приятно вести учет изменений.

  ## 2021-04-29

- Общий раунд орфографических и грамматических исправлений (см. Https://github.com/flipacholas/Architecture-of-consoles/pull/30), спасибо @FormulatedEdits
- Расширенная тайна лицензирования Ricoh-MOS (см. Https://github.com/flipacholas/Architecture-of-consoles/issues/29), спасибо @djmips

## 2020-08-23

- Добавлен исторический контекст в раздел CPU.
- Исправлены предположения об отсутствии BCD, спасибо @danweiss и @konrad
- (Основная диаграмма) Удалено подключение ЦП к ОЗУ персонажа, спасибо @danweiss

## 2020-06-13

- Добавлено упоминание о OAM DMA.

## 2020-06-06

- Расширенный режим BCD
- Переработана основная диаграмма (диаграмма NES была первой для этого сайта, с тех пор стиль сильно изменился!)

## 2019-09-17

- Добавлено быстрое введение

## 2019-04-06

- Исправлено неправильное объяснение глюков плитки.

## 2019-02-17

- Исправлена ​​грамматика
- Заменены изображения и видео на более качественные.## 2019-01-25

- Улучшен первый черновик с помощью @dpt
- Готово к публикации  

«Архитектура консолей. Архитектура системы Sega Master »Родриго Копетти © 2021

Архитектура оборудования игровой консоли · RetroReversing

Сама игровая приставка представляет собой набор микросхем, размещенных на плате, однако, в отличие от материнской платы ПК, она содержит специальные микросхемы, которые, как правило, не подлежат обновлению.

Размещение микросхем на плате называется архитектурой аппаратного обеспечения, и это не только наука, но и искусство, его нужно тщательно продумать, чтобы получить от системы максимальную производительность.

Также необходимо принять меры по борьбе с пиратством, поэтому во многих системах требовалось установить физический мод-чип, чтобы обойти защиту от копирования или региональную блокировку.

Знание оборудования жизненно важно для понимания того, почему игра была написана именно так, программировать игру непросто, и разработчики хотели получить максимальную отдачу от оборудования. Это привело к тому, что им пришлось писать странный код, чтобы довести оборудование до предела. Именно это внимание к деталям оборудования делает разработку эмулятора очень сложной задачей и приводит к тому, что в некоторые игры невозможно играть или отсутствуют определенные функции.


В таблице ниже содержится собранная нами информация об аппаратной архитектуре каждой игровой консоли.

Прочтите все об аппаратной архитектуре Nintendo 64 в этом выпуске...

Прочтите все об аппаратной архитектуре PlayStation 2 в этом выпуске ...

Прочтите все об аппаратной архитектуре PlayStation 1 в этом выпуске...

Прочтите все об аппаратной архитектуре Sega Saturn в этом разделе ...

Как работает внутренняя часть вашей игровой консоли

Этот сайт может получать партнерские комиссионные за использование ссылок на этой странице.Условия эксплуатации.

Независимо от того, есть ли у вас Nintendo Switch, PS4 Pro или Xbox One X, у вас есть платформа, на которой можно играть в новые, передовые игры - но что отличает эти машины друг от друга или от обычных игровых ПК? Во многих случаях меньше, чем вы думаете.

Традиционные ПК спроектированы как универсальные системы с возможностью добавления ускорителей для конкретных рабочих нагрузок, например высокопроизводительных графических процессоров. Поскольку консоли помещаются в меньшее пространство и специально созданы для игр, они могут использовать преимущества более высокой степени интеграции компонентов. Смартфоны, игровые консоли и ПК используют тип высокоинтегрированного процессора, известный как SoC или System-on-Chip. SoC содержит фактические ядра ЦП, кеши L1 и L2 ЦП, графический процессор, различные возможности подключения ввода-вывода (порты USB, жесткие диски) и контроллер памяти, который взаимодействует между другими функциональными блоками и основной системной RAM.Раньше эти функции обычно были разбиты на несколько микросхем на материнской плате; сегодня они объединены в единый функциональный блок.

Для справки и примера, вот материнская плата запущенной PlayStation 3.

Изображение Wikimedia

Графический процессор, созданный Nvidia, находится слева, Cell Broadband Engine (CPU) справа, а чип над ним CBE - это южный мост, на котором была обеспечена возможность подключения ввода-вывода. ОЗУ XDR ЦП - это четыре блока справа от CBE.Сравните это с Xbox One X:

Изображение предоставлено Digital Foundry

В то время как такие машины, как PS3, в конечном итоге перешли на одну SoC позже в течение срока службы платформы, Xbox One X и PS4 дебютировали с этими технологиями. Обоснование простое: чем меньше микросхем на плате, тем менее сложна маршрутизация и тем меньше компонентов придется платить за установку. Центральная SoC Xbox One X - это большой процессор на плате, окруженный его памятью. Хотя мы сосредоточились на Xbox One X и Switch как на самых и наименее мощных консолях соответствующих поколений, эти тенденции сохраняются и для PS4 и PS4 Pro.

Что впечатляет, так это то, что вы можете увидеть ту же философию дизайна на таком устройстве, как Nintendo Switch, и на своем собственном смартфоне.

Изображение предоставлено: iFixit

Это изображение из iFixit показывает SoC коммутатора (красный), 4 ГБ ОЗУ (оранжевый) и его контроллеры Wi-Fi и Bluetooth (2 зеленых прямоугольника). Удивительно не то, что мобильные устройства тесно интегрированы, а то, что мы видели, как эта интеграция проявляется даже в больших системах. То же самое и с ПК.В то время как многие ПК по-прежнему предлагают большое количество внешних портов расширения через PCI Express (что требует определенного минимального объема недвижимости), многие из этих соединительных портов используют кремний, встроенный непосредственно в новейшие процессоры AMD и Intel.

На аппаратном уровне ПК и консоли как никогда похожи. Switch работает на ARM, но Xbox One и PS4 (и их обновления) - все это процессоры x86, использующие графическую архитектуру ПК. Фактически, единственная разница между Xbox, PS4 и ПК - это операционная система и возможности, которые разработчик решил предоставить конечным пользователям.

Когда в этом году выйдут Xbox Series X и PlayStation 5, даже некоторые из этих тонких границ рухнут еще больше. До сих пор обратная совместимость консолей между поколениями была строго индивидуальной задачей. ПК был единственной игровой системой, которая предлагала теоретически непрерывную цепочку поддержки вплоть до туманных и пыльных дней командной строки. Теперь это меняется. И Xbox Series X, и PlayStation 5 будут запущены с поддержкой предыдущих платформ.Что еще более важно, они оба начнут с обещания, что эта поддержка будет продолжаться и в будущем, а не исчезнет через несколько лет.

Еще одно важное изменение, которое произойдет в этом поколении консолей, заключается в том, что у нас снова будет оборудование с процессорами с большим ядром. AMD Jaguar проделал изумительную работу с поколениями PS4 и Xbox One, но пришло время заменить его чем-то более быстрым, и ядра Ryzen, лежащие в основе обеих систем, обещают резкое повышение производительности ЦП.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *