Game Boy / Color आर्किटेक्चर

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मॉडल

• मूल Game Boy जापान में 21 अप्रैल 1989 को, अमेरिका में 31 जुलाई 1989 को, और यूरोप में 28 सितंबर 1990 को रिलीज़ हुआ।
• अगली पीढ़ी का उत्तराधिकारी Game Boy Color जापान में 21 अक्टूबर 1998 को, उत्तर अमेरिका में 18 नवंबर 1998 को, और यूरोप में 23 नवंबर 1998 को रिलीज़ हुआ।

मदरबोर्ड

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  • मार्क किया गया

डायग्राम

• मूल Game Boy का मुख्य आर्किटेक्चर डायग्राम

संक्षिप्त परिचय

• Game Boy को सीमित प्रदर्शन वाले एक पोर्टेबल NES के रूप में कल्पना किया जा सकता है, लेकिन इसमें कुछ बहुत दिलचस्प नई क्षमताएँ शामिल हैं।

इंद्रधनुष विश्लेषण

• इस कंसोल की जबरदस्त लोकप्रियता के कारण कई तरह के revision सामने आए (जैसे Game Boy Pocket, Light, Super Nintendo cartridge फ़ॉर्म आदि)।
• Game Boy ब्रांड दो पीढ़ियों तक फैला हुआ है।
• चौथी पीढ़ी में monochrome Game Boy और उसके revision आते हैं, और अगली पीढ़ी में Game Boy Color आता है (जो Virtual Boy के अंत के बाद रिलीज़ हुआ)।
• यह लेख दोनों पीढ़ियों को कवर करता है, इसलिए अंततः आपको यह अच्छी समझ मिल जाएगी कि Game Boy कैसे काम करता था और उसकी तकनीक कैसे विकसित होकर Game Boy Color बनी।

CPU

• Nintendo ने मदरबोर्ड पर कई off-the-shelf chips लगाने के बजाय single-chip design चुना, जिसमें अधिकांश components शामिल थे (और छिपे हुए भी थे)।
• इस chip को System On Chip (SoC) कहा जाता है, और इस मामले में इसे खास तौर पर इस कंसोल के लिए बनाया गया था ताकि यह Nintendo की ज़रूरतों (power efficiency, anti-piracy, अतिरिक्त I/O आदि) के अनुरूप हो।
• यह chip retail catalog में नहीं मिलती थी, इसलिए उस समय के competitors के लिए clone बनाना अधिक कठिन था।
• Game Boy में इस्तेमाल किया गया SoC DMG-CPU या Sharp LR35902 कहलाता है, और इसे Sharp Corporation बनाती थी।
• इस कंपनी का Nintendo के साथ काफ़ी करीबी संबंध रहा है।

CPU कोर

• DMG-CPU के अंदर का मुख्य processor Sharp SM83 है, जो Z80 (Sega Master System में इस्तेमाल CPU) और Intel 8080 के बीच का मिश्रण है।
• यह लगभग 4.19 MHz की गति से चलता है, जो औसत 1-MHz CPU से तेज़ है।
• SM83 में Z80 के IX या IY registers, या 8080 के IN या OUT instructions शामिल नहीं हैं। यानी I/O ports का उपयोग नहीं किया जा सकता।
• चूँकि केवल Intel 8080 का register set लागू किया गया है, इसलिए Z80 के 16 registers की तुलना में इसमें केवल 8 general-purpose registers हैं।
• इसमें Z80 के extended instruction set का एक हिस्सा शामिल है (केवल bit manipulation instructions)।
• Sharp ने Z80 या 8080 में न मिलने वाले कुछ नए instructions भी जोड़े। ये Nintendo/Sharp द्वारा hardware को व्यवस्थित करने के तरीके से जुड़े कुछ खास कामों को optimize करते हैं।

Color प्रभाव

• लगभग 10 साल बाद, Virtual Boy और उसके नवोन्मेषी hardware को छोड़ देने के बाद, उसका विनम्र उत्तराधिकारी Game Boy Color सामने आया।
• इसके भीतर कुछ अतिरिक्त सुविधाओं वाला नया SoC CPU CGB है, जिसमें SM83 CPU core वही रहता है लेकिन clock speed दोगुनी हो जाती है (अब यह ~8.38 MHz पर चलता है)।
• डेवलपर्स नए कंसोल के लिए प्रोग्रामिंग करते समय मौजूदा skills को फिर से इस्तेमाल कर सकते थे, नई architecture के अनुसार सिस्टम को दोबारा डिज़ाइन करने की ज़रूरत नहीं थी, इससे लागत बची, और काफ़ी कम प्रयास में backward compatibility भी संभव हुई।
• CPU CGB दो operating modes लागू करता है:
  • सामान्य मोड: SM83 ~4.19 MHz पर चलता है।
  • डुअल-स्पीड मोड: SM83 ~8.38 MHz पर चलता है।

हार्डवेयर एक्सेस

• SM83 8-bit data bus और 16-bit address bus बनाए रखता है, इसलिए यह अधिकतम 64 KB memory को address कर सकता है।
• memory map मुख्य रूप से इन endpoints से बना है:
  • game pack (game cartridge) space
  • Work RAM (WRAM), High RAM (HRAM), और display RAM (VRAM)
  • I/O (joypad, audio, graphics, LCD)
  • interrupt control

उपलब्ध मेमोरी

• Nintendo ने मदरबोर्ड पर 8 KB RAM लगाई। इसका उपयोग सामान्य प्रयोजनों के लिए होता है (इसे Work RAM या 'WRAM' कहा जाता है)।
• SoC के भीतर अतिरिक्त 127 B RAM भी है, जो ऐसे data के लिए छोटी जगह देती है जिसे तुरंत access चाहिए (जैसे stack)।

ग्राफ़िक्स

• सभी graphics calculations CPU द्वारा किए जाते हैं, और उसके बाद Picture Processing Unit या 'PPU' उन्हें render करता है।
• आउटपुट integrated LCD screen पर दिखाया जाता है, जिसका resolution 160×144 pixels है, और monochrome Game Boy के मामले में यह 4 shades of gray (सफेद, हल्का धूसर, गहरा धूसर, काला) दिखाता है।

सामग्री की संरचना

• PPU 8 KB VRAM या 'display RAM' से जुड़ा होता है, और CPU को भी इसके लिए समायोजित access देता है।
• game की ज़िम्मेदारी होती है कि वह अलग-अलग क्षेत्रों को सही प्रकार के data से भरे।

फ़्रेम की संरचना

• PPU स्क्रीन पर चीज़ों को कैसे बनाता है, यह देखने के लिए Super Mario Land 2 को उदाहरण के रूप में लिया जा सकता है।

टाइल्स

• PPU graphics render करने के लिए tiles को मूल सामग्री के रूप में इस्तेमाल करता है।
• tiles 8x8 bitmap होते हैं, जो VRAM के tile set या 'tile pattern table' नामक क्षेत्र में stored रहते हैं।

बैकग्राउंड लेयर

• background layer 256x256 pixels (32x32 tiles) का मैप है, जिसमें static tiles होते हैं।
• स्क्रीन पर कौन-सा हिस्सा दिखेगा, यह game तय करता है, और gameplay के दौरान दिखाई देने वाले क्षेत्र को move किया जा सकता है।

विंडो

• window एक 160x144 pixel layer है, जो background और sprites के ऊपर दिखाई जाती है, और यह layer scroll नहीं होती।

स्प्राइट्स

• sprites ऐसे tiles हैं जो स्क्रीन के आसपास स्वतंत्र रूप से move कर सकते हैं।
• यह layer transparent नाम के एक अतिरिक्त रंग का उपयोग/आवश्यकता रखती है।

परिणाम

• जब frame पूरा हो जाता है, तो सिस्टम अगले frame पर चला जाता है।

रहस्य और सीमाएँ

• window layer और अतिरिक्त interrupts के आने से नए प्रकार के content और effects संभव हुए।

Color में अतिरिक्त बातें

• Game Boy Color का PPU मूल के superset की तरह काम करता है।

ऑडियो

• audio system Audio Processing Unit (APU), यानी 4-channel PSG chip, द्वारा संचालित होता है।

कार्यक्षमता

• चारों channels में से हर एक एक ही प्रकार की waveform के लिए आरक्षित है:
  • pulse
  • noise
  • wave

रहस्य और सीमाएँ

• mixer stereo sound output देता है, इसलिए channels को बाएँ या दाएँ assign किया जा सकता है।

ऑपरेटिंग सिस्टम

• NES के विपरीत, Game Boy को हमेशा आंतरिक 256-byte ROM से boot करने के लिए डिज़ाइन किया गया था, जिसके बाद वह game code पर jump करता है।

गेम

• games assembly में लिखे जाते हैं और उनका अधिकतम आकार 32 KB होता है।

बाहरी संचार

• Game Boy link cable का उपयोग करके दूसरे Game Boy से communication किया जा सकता है।

एंटी-पायरेसी

• कंसोल game को तुरंत चलाने के बजाय, unauthorized cartridges के execution को रोकने और cartridge के सही तरह से डाला गया है या नहीं यह जाँचने के लिए कई checks करता है।

GN⁺ की राय

• Game Boy का तकनीकी विकास handheld game consoles के इतिहास में एक महत्वपूर्ण प्रगति को दर्शाता है।
• Nintendo का SoC approach hardware design में नवोन्मेषी था, और इससे competitors के लिए clone बनाना कठिन हुआ।
• Game Boy Color की backward compatibility ने डेवलपर्स और users दोनों को बड़ा लाभ दिया।

[GN⁺]

Hacker News राय

• मूल Game Boy के विकास की हैरान करने वाली बात यह है कि उस समय Gunpei Yokoi की टीम पर काफी संदेह किया गया था। लोगों का मानना था कि बस या टॉयलेट में गेम खेलना असुविधाजनक होगा। उनका विज़न एक ऐसा डिवाइस बनाना था जो साधारण तकनीक का उपयोग करके सरल और छोटे गेम दे। यही टीम mobile gaming की शुरुआत करने वाली प्रमुख ताकत थी।
• Game Boy Color का ज़िक्र किया गया था, लेकिन cartridge का आकार 1MB होने वाली बात सुधारी नहीं गई थी। कुछ GBC गेम 4MB तक के हैं। इसके अलावा 8MB का एक train game भी है, जिसमें छोटे वीडियो और high-quality images शामिल हैं।
• Pokémon audio वाला demo साझा करने के लिए धन्यवाद। यह यादों की यात्रा थी।
• Game Boy अब तक का मेरा सबसे पसंदीदा console है। मैं अभी ASM (assembly language) में एक pinball dungeon crawler गेम बना रहा हूँ। hardware को समझना आसान है, और इसकी सीमाएँ रचनात्मकता की माँग करती हैं।
• सोचता हूँ कि क्या हम अब ऐसे दौर में हैं जहाँ कोई भी ज़रूरी parts और PCB खरीदकर Game Boy को फिर से बना सकता है।
• Game Boy architecture सीखकर आप क्या कर सकते हैं, क्या आप शायद पृथ्वी को hack करने की योजना बना रहे हैं?
• Game Boy पर एक पूरी किताब है, लेकिन अफ़सोस कि उसका अंग्रेज़ी में अनुवाद नहीं हुआ है। मैंने उसे स्पेनिश में खरीदा। उसमें निर्माताओं के अनोखे interviews शामिल हैं।