Architektur des Super Nintendo Entertainment Systems (snes)




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Architektur des
Super Nintendo Entertainment Systems (SNES)

Rechnerstruktur - Labor

Prof. Dr. Thomas Risse

Von:


André Killing 155033
Oliver Hanslian 125446
Roy Norbart 123834

1Inhalt




1 Inhalt 2

2 Abkürzungsverzeichnis 4

3 Fremdwörterverzeichnis 4

4 Einleitung 5

5 Computertechnik dieser Zeit 6

6 Das System 9

6.1 Das Gesamtsystem 9

6.2 Hauptprozessor 11

6.3 Grafikprozessoren (Nintendo 5C77 & Nintendo 5C78) 13

6.4 Soundsystem 15

Speicher 16

Kommunikation mit der SNES-CPU 17

Timer / Counter 18

6.5 Der Kopierschutz 19

6.6 Diverse Komponenten 20

7 Das Modul 21

8 Externe Co-Prozessoren 24

8.1 Der SA-1 26

Speicheranbindung 26

Interner Aufbau 28

Kommunikation mit dem SNES 32

Operating Modes 33

9 Programmierung des Systems 36

9.1 Allgemeiner Aufbau der Instruktionen 36

9.2 Initialisierungsparameter 37

9.3 Entwickeltes Testprogramm 38

9.4 Kompilierung und Test 39

10 Quellenverzeichnis 40

11 Abbildungsverzeichnis 42

12 Tabellenverzeichnis 42

13 Anhänge 43

13.1 Anhang A: header.inc 43

13.2 Anhang B: Snes_Init.asm 44

13.3 Anhang C: Soundtest.asm 46



13.4 Anhang D: Flex.asm 53


2Abkürzungsverzeichnis


CCC Character Conversation Circuit
FD Floppy Disk (Diskette)
GPU Graphics Processing Unit
IRQ Interrupt Request
ISA Industry Standard Architecture
B (KB / MB) Angaben in Byte (KiloByte / MegaByte)
b (Kb / Mb) Angaben in Bit (KiloBit / MegaBit)
NMI Not Maskable Interrupt
NTSC National Television Systems Committee (umgangsspr. Never The Same Color)
PAL Phase Alternating Line
PPU Picture Processing Unit
RAM Random Access Memory
ROM Read Only Memory
SFR Special Function Register
SNES Super Nintendo Entertainment System
SRAM Static Random Access Memory
VDP Video Display Prozessor

3Fremdwörterverzeichnis


Cartridge Modul
Pinout Pin Layout
Slot Steckplatz

4Einleitung


Dieses Dokument behandelt den Aufbau des Super Nintendo Entertainment Systems (SNES). Es soll einen Überblick darüber verschaffen, mit welchen technischen Tricks eine, für damalige Verhältnisse, leistungsstarke und doch recht günstige Konsole für den Homeentertainment-Bereich entwickelt wurde. Das Dokument gliedert sich dabei grob in vier Teile. Im ersten Teil, dem Kapitel 5, verschaffen wir uns zunächst einen Überblick darüber, gegen welche Systeme der SNES konkurrieren musste. Um dies zu veranschaulichen führen wir auch die technischen Daten der Mitbewerber auf.
Der zweite Teil (Kapitel 6) beschäftigt sich mit dem technischen Aufbau des Systems. Es werden viele der eingebauten Elemente näher erläutert. Auf eine ausführliche Erklärung einiger Elemente wird jedoch verzichtet, da diese Standardkomponenten der Elektronik sind und daher auch nur bekannte Funktionen ausführen.
Im Anschluss an den Aufbau des SNES behandelt der dritte Teil des Dokuments (Kapitel 7 + 8) den Aufbau der Module (engl. Cartridge). Zunächst soll der allgemeine Aufbau und das Pinout dieser Module dargestellt werden. Danach werden einige der Co-Prozessoren, welche in machen Modulen vorhanden waren, ausführlich erklärt.
Im letzten Teil der Ausarbeitung wird auf unseren praktischen Teil der Laborarbeit eingegangen. Es soll der Aufbau eines SNES-Programms erklärt und einige einfache Programmbeispiele dargestellt werden. Zudem wird beschrieben mit welcher Software der Quelltext kompiliert wird und welche Testmöglichkeiten man hat.


5Computertechnik dieser Zeit


Als der SNES 1990 erstmals auf den Markt kam, musste sich dieser in direktem Konkurrenzkampf mit dem SEGA MegaDrive und handelsüblichen PCs / Amigas begeben. Der Vorteil für die Konsolenhersteller war jedoch, dass das Zusammenspiel der Komponenten aufeinander ausgelegt war und auch viele spezielle Co-Prozessoren vorhanden waren, welche trotz langsamerer Taktfrequenz zum Teil aufwändigere Spiele abarbeiten konnten als der Hauptprozessor eines PCs. Außerdem war ein PC damals nicht als Spielesystem ausgelegt. Für damalige Verhältnisse aufwändige Grafiken mussten alleine von der CPU errechnet werden, wohingegen der SNES 2 PPUs (Picture Processing Units) zur Grafikdarstellung besaß. Diese Arbeitsweise ist erst Mitte der 90er mit dem Erscheinen der ersten 3D-Grafikkarten in die PC-Welt übernommen worden. Auch waren Soundkarten im PC eher eine Ausnahme, da selbst die günstigen Modelle noch über 150 DM kosteten. Jedoch besaß der PC andere Vorzüge gegenüber dem SNES. Er konnte nicht nur für Spiele sondern auch für Büroanwendungen verwendet werden. Auch war er fast beliebig erweiterbar, auch wenn aufgrund von fehlender Standards noch vieles inkompatibel zueinander war (Beispiel: CD-ROM Schnittstellen). Was wohl auch für den PC sprach, war die Möglichkeit, Software einfach kopieren zu können. Diese Möglichkeit zum Kopieren der Module gab es später zwar auch für Konsolen, war aber noch recht teuer und umständlich.
Im Vergleich zum PC war der Amiga, auch wenn Hersteller Commodore es anders sah, ein reiner Spielecomputer und somit das Bindeglied zwischen dem PC und den Konsolen. Im Gegenteil zum PC war dieser nicht beliebig erweiterbar, bot aber bereits eine vorinstallierte Soundeinheit. Somit war er als Spielecomputer recht beliebt. Auch die Softwarepiraterie erlebte mit dem Amiga einen drastischen Anstieg, da Spiele, wie beim PC auch, auf Diskette und ohne Kopierschutz-mechanismen vertrieben wurde.
Im Konsolenlager lieferten sich lange Zeit Nintendos SNES und Segas MegaDrive einen erbitterten Kampf. Der MegaDrive war zur Zeit der Veröffentlichung des SNES bereits zwei Jahre auf den Markt. Da Japan jedoch eine Hochburg von Nintendo war und auch die USA von Nintendo mehr angetan waren, konnte Sega mit dem MegaDrive hier keine großen Erfolge erzielen. Lediglich in Europa konnte sich der MegaDrive etablieren, da diese 16 Bit Konsole hier zwei Jahre vor dem 16Bit SNES auf den Markt kam. 1993 bzw. 1994 endete die Ära der 16Bit Konsolen, nachdem 3DO in Amerika eine, überteuerte und daher wenig verkaufte, Konsole mit CD-ROM-Laufwerk anbot. 1994 veröffentlichte Sony dann die PlayStation, welche den SNES weitestgehend ablöste.
Anm.: Sollten Sie mehr über eines der angesprochenen Systeme erfahren wollen, so schlagen sie bitte in den unter Quelle 1-8 angegebenen Links nach.




SNES

MegaDrive

PC

Amiga 500+

3DO

Playstation

Veröffentl.:

1990

1988

1989

1991

1993

1994

Preis:

329DM

295DM

6000DM

900DM

700$

599DM

CPU:

65816

3,58MHz


(16 Bit)

MC68000

7,61MHz


(16 Bit)

486DX

33MHz
(32 Bit)



MC68000

7,14MHz
(16 Bit)



ARM60

12,5MHz


(32 Bit)

R3000A

33,87MHz


(32 Bit)

RAM:

128KB

64KB

4MB

1MB

2MB

1,5MB

Grafik:

2 PPUs

128KB RAM

512x448Px

(15Bit)


VDP

64KB RAM
320x240Px

(9Bit)


ISA Karte
256-512KB
640x480Px
(8 Bit)

MOS 8362
unbek.

640x480Px


(8 Bit)

unbek.

1MB


320x480Px

(24 Bit)


GPU

1MB


640x480Px

(24 Bit)


Modulgr.:

8MB Modul

4MB Modul

1,4MB FD

1,4MB FD

700MB CD

700MB CD

Tabelle 1: Computersysteme um 1990 (Quellen: 1-8)
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