Arsitektur Game Boy / Color

Gambar yang didukung

• Model
  • Original
  • Color

Model

• Game Boy asli dirilis di Jepang pada 21 April 1989, di Amerika Serikat pada 31 Juli 1989, dan di Eropa pada 28 September 1990.
• Penerus generasi berikutnya, Game Boy Color, dirilis di Jepang pada 21 Oktober 1998, di Amerika Utara pada 18 November 1998, dan di Eropa pada 23 November 1998.

Motherboard

• Original
  • Ditandai

Diagram

• Diagram arsitektur utama dari Game Boy asli

Pengantar singkat

• Game Boy dapat dibayangkan sebagai NES portabel dengan performa terbatas, tetapi menyertakan sejumlah fitur baru yang sangat menarik.

Analisis pelangi

• Karena popularitas konsol ini yang luar biasa, berbagai revisi pun muncul (misalnya Game Boy Pocket, Light, bentuk kartrid Super Nintendo, dan lain-lain).
• Merek Game Boy mencakup dua generasi.
• Generasi ke-4 mencakup Game Boy hitam-putih dan revisi-revisinya, sedangkan generasi berikutnya mencakup Game Boy Color (dirilis setelah berakhirnya Virtual Boy).
• Artikel ini membahas kedua generasi, sehingga pada akhirnya Anda akan memperoleh pemahaman yang baik tentang bagaimana cara kerja dan teknologi Game Boy berevolusi hingga menjadi Game Boy Color.

CPU

• Alih-alih menempatkan beberapa chip yang tersedia di pasaran pada motherboard, Nintendo memilih desain chip tunggal yang menampung (dan menyembunyikan) sebagian besar komponennya.
• Chip semacam ini disebut System On Chip (SoC), dan dalam kasus ini dibuat khusus untuk konsol ini agar sesuai dengan kebutuhan Nintendo (efisiensi daya, anti-pembajakan, I/O tambahan, dan sebagainya).
• Karena chip ini tidak dapat ditemukan di katalog ritel, para pesaing pada masa itu lebih kesulitan membuat klonnya.
• SoC yang digunakan pada Game Boy disebut DMG-CPU atau Sharp LR35902, dan diproduksi oleh Sharp Corporation.
• Perusahaan ini mempertahankan hubungan yang erat dengan Nintendo.

Inti CPU

• Prosesor utama di dalam DMG-CPU adalah Sharp SM83, yang merupakan gabungan antara Z80 (CPU yang digunakan pada Sega Master System) dan Intel 8080.
• Ia berjalan pada kecepatan sekitar 4.19 MHz, yang lebih cepat daripada CPU rata-rata 1-MHz.
• SM83 tidak menyertakan register IX atau IY milik Z80 maupun instruksi IN atau OUT milik 8080. Artinya, port I/O tidak dapat digunakan.
• Karena hanya mengimplementasikan set register Intel 8080, ia hanya memiliki 8 register serbaguna, tidak seperti 16 register pada Z80.
• Ia menyertakan sebagian dari set instruksi ekstensi Z80 (hanya instruksi manipulasi bit).
• Sharp menambahkan beberapa instruksi baru yang tidak ada pada Z80 maupun 8080. Ini mengoptimalkan tugas-tugas tertentu yang terkait dengan cara Nintendo/Sharp menyusun perangkat kerasnya.

Efek warna

• Hampir 10 tahun kemudian, setelah meninggalkan Virtual Boy beserta perangkat keras inovatifnya, muncullah penerus yang lebih sederhana, Game Boy Color.
• Di dalamnya terdapat SoC baru, CPU CGB, dengan beberapa tambahan; inti CPU SM83 tetap sama tetapi kecepatan clock-nya digandakan (sekarang berjalan pada ~8.38 MHz).
• Para pengembang dapat menggunakan kembali keahlian mereka saat ini untuk memprogram konsol baru ini, menghemat biaya karena tidak perlu mendesain ulang sistem agar sesuai dengan arsitektur baru, sekaligus memungkinkan kompatibilitas mundur tanpa upaya besar.
• CPU CGB mengimplementasikan dua mode operasi:
  • Mode normal: SM83 berjalan pada ~4.19 MHz.
  • Mode dual-speed: SM83 berjalan pada ~8.38 MHz.

Akses perangkat keras

• SM83 mempertahankan bus data 8-bit dan bus alamat 16-bit, sehingga dapat mengalamati hingga 64 KB memori.
• Peta memori utamanya terdiri dari endpoint berikut:
  • Ruang game pak (kartrid game).
  • Work RAM (WRAM), High RAM (HRAM), dan Display RAM (VRAM).
  • I/O (joypad, audio, grafis, LCD).
  • Kontrol interupsi.

Ketersediaan memori

• Nintendo memasang 8 KB RAM pada motherboard. Ini digunakan untuk keperluan umum (disebut Work RAM atau 'WRAM').
• Di dalam SoC juga terdapat tambahan 127 B RAM, yang menyediakan ruang kecil untuk data yang memerlukan akses langsung (misalnya stack).

Grafis

• Semua perhitungan grafis dilakukan oleh CPU, lalu Picture Processing Unit atau 'PPU' merendernya.
• Hasilnya ditampilkan pada layar LCD terintegrasi, dengan resolusi 160×144 piksel, dan pada Game Boy hitam-putih dapat menampilkan 4 tingkat abu-abu (putih, abu-abu terang, abu-abu gelap, hitam).

Susunan konten

• PPU terhubung ke 8 KB VRAM atau 'Display RAM', dan juga menyediakan akses yang disesuaikan bagi CPU.
• Game bertanggung jawab untuk mengisi berbagai area dengan jenis data yang benar.

Penyusunan frame

• Jika kita melihat bagaimana PPU menggambar objek ke layar, Super Mario Land 2 dapat digunakan sebagai contoh.

Tile

• PPU menggunakan tile sebagai bahan dasar untuk merender grafis.
• Tile disimpan sebagai bitmap 8x8 di area VRAM yang disebut tile set atau 'tile pattern table'.

Layer latar belakang

• Layer latar belakang adalah peta 256x256 piksel (32x32 tile) yang berisi tile statis.
• Bagian yang ditampilkan di layar dipilih oleh game, dan area yang terlihat dapat digeser selama permainan berlangsung.

Window

• Window adalah layer 160x144 piksel yang ditampilkan di atas latar belakang dan sprite, dan layer ini tidak di-scroll.

Sprite

• Sprite adalah tile yang dapat bergerak secara independen di sekitar layar.
• Layer ini menggunakan/memerlukan satu warna tambahan yaitu transparan.

Hasil

• Setelah frame selesai, proses berlanjut ke frame berikutnya.

Rahasia dan batasan

• Pengenalan layer window dan interupsi tambahan memungkinkan jenis konten dan efek baru.

Tambahan warna

• PPU pada Game Boy Color bekerja sebagai superset dari yang asli.

Audio

• Sistem audio ditangani oleh Audio Processing Unit (APU), sebuah chip PSG 4 kanal.

Fitur

• Masing-masing dari empat kanal dicadangkan untuk satu jenis gelombang tunggal:
  • Pulse
  • Noise
  • Wave

Rahasia dan batasan

• Mixer menghasilkan suara stereo, sehingga kanal dapat dialokasikan ke kiri atau kanan.

Sistem operasi

• Berbeda dengan NES, Game Boy dirancang untuk selalu melakukan boot dari ROM internal 256 byte, lalu melompat ke kode game.

Game

• Game ditulis dalam assembly dan ukuran maksimumnya adalah 32 KB.

Komunikasi eksternal

• Dengan menggunakan kabel link Game Boy, konsol dapat berkomunikasi dengan Game Boy lain.

Anti-pembajakan

• Konsol tidak langsung menjalankan game, melainkan melakukan serangkaian pemeriksaan untuk mencegah eksekusi kartrid tidak berizin dan memastikan kartrid terpasang dengan benar.

Pendapat GN⁺

• Evolusi teknis Game Boy menandai kemajuan penting dalam sejarah konsol game portabel.
• Pendekatan SoC Nintendo bersifat inovatif dalam desain perangkat keras dan mempersulit pesaing untuk membuat klon.
• Kompatibilitas mundur pada Game Boy Color memberikan keuntungan besar bagi pengembang maupun pengguna.

[GN⁺]

Opini Hacker News

• Hal yang mengejutkan dari pengembangan Game Boy original adalah bahwa tim Yokoi Gunpei saat itu menerima cukup banyak keraguan. Ada pendapat bahwa bermain game di bus atau toilet akan terasa tidak nyaman. Visi mereka adalah membuat perangkat yang menyediakan game sederhana dan singkat dengan menggunakan teknologi yang sederhana. Tim inilah pelopor dimulainya game mobile.
• Ada pembahasan tentang Game Boy Color, tetapi bagian yang menyebut ukuran cartridge 1MB tidak diperbaiki. Beberapa game GBC berukuran hingga 4MB. Selain itu, ada juga game kereta berukuran 8MB yang berisi video pendek dan gambar berkualitas tinggi.
• Terima kasih untuk demo yang menggunakan audio Pokémon. Itu benar-benar perjalanan nostalgia.
• Game Boy adalah konsol favorit saya sepanjang masa. Saat ini saya sedang mengembangkan game pinball dungeon crawler dengan ASM (bahasa assembly). Perangkat kerasnya mudah dipahami, dan keterbatasannya menuntut kreativitas.
• Saya penasaran apakah sekarang kita hidup di zaman ketika siapa pun bisa membeli komponen dan PCB yang diperlukan untuk mereplikasi Game Boy.
• Dengan mempelajari arsitektur Game Boy, apa yang bisa dilakukan—apakah ada rencana untuk meretas bumi?
• Ada satu buku lengkap tentang Game Boy, tetapi sayangnya belum diterjemahkan ke bahasa Inggris. Saya membelinya dalam bahasa Spanyol. Di dalamnya ada wawancara unik dengan para pembuatnya.