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Arquitetura dos Video–Games

Emerson Araújo Russo Gustavo Difrene Silva Jaymes Thiago Candido RA – 03741-6 RA -04272 RA – 03750-1

FAENG - Fundação Santo André emersonrusso@hotmail.com

ABSTRACT This paper presents the history of Video-Games, describing the architectural features (hardware and software). Our research focused on old models and the main models presents listed at international games market.

RESUMO Este artigo apresenta a história dos Video-Games, descrevendo suas características arquiteturais (hardware e software). Nossa pesquisa foi focada nos modelos antigos e nos principais modelos listados no mercado internacional de jogos.

General Terms Architectural features.

Keywords Video-Games Video-Games Architecture

INTRODUÇÃO Os Sistemas de Vídeo-Games, conhecidos também como consoles, hoje popularizado como uma das formas de entretenimento do mercado, vem conquistando sua posição cada vez mais em cada residência, sendo que desde então estes números estão só aumentando. Sua história começa desde os anos 70, onde foi lançado a

Primeira plataforma com o intuito comercial, denominado de Computer Space (fabricado pela Nutting Associates), partindo até a atual geração de consoles, conhecida como a sétima.

Nas próximas seções deste artigo serão apresentados os detalhes da arquitetura dos Vídeo-games e sua história, bem como a sua comparação com outras arquiteturas existentes.

2. DEFINIÇÃO Em questão de sua arquitetura, os Vídeo-Games são

Computadores altamente especializados. Em fato, seus sistemas são baseados na mesma unidade central de

Processamento (CPU) usado na maioria dos computadores pessoais. A maioria dos fabricantes utiliza uma CPU que tem sido amplamente disponível por tempo suficiente, para sofrer uma redução significativa nos custos.

2.1 Video-Game ao invés do Computador? Sim, existem razões no qual os video-games se tornam mais específicos, onde são baratos comparados a um computador designado a rodar jogos por exemplo.

Abaixo segue outros casos:

- No geral, os Video-Games tendem a carregar o jogo mais rápido devido sua arquitetura ser específica a isto, retirando casos onde se tem um computador de alto desempenho. - Os Desenvolvedores têm conhecimento dos componentes da arquitetura que irão trabalhar, tendo como retirar um aproveitamento por completo do equipamento.

- Não existem problemas de compatibilidade, como por exemplo, o sistema operacional, drivers do DirectX, placa de áudio correta, resolução e outros casos.

- A maioria dos jogos tem opção multiplayer, o que se torna um processo difícil em um computador.

2.2 O Atual Mercado.

Hoje o mercado esta estabelecido em dois segmentos, os dos consoles de mesa e outro com os portáteis. Nos consoles de mesa temos a Sony com o seu Playstation3, a

Microsoft com o novo Xbox360 e finalmente a Nintendo com o Wii, que se apresentou como uma revolução dentro do mercado, oferecendo um controle fora dos padrões, que tem base na captação de movimentos, coisa que não havia sido implementada nos consoles até hoje, apesar que em relação as outros dois, não apresentou uma melhora significativa comparando com o seu antecessor, o GameCube. Já no caso dos portáteis, temos o Nintendo

DS, que foi a febre no mundo a fora, especificamente por ser um dos consoles mais vendidos, levando em conta os consoles de mesa. Seu rival direto é o PSP, a primeira tentativa da Sony neste mercado específico, o que ainda levou uma boa vantagem contra o DS devido aos seus gráficos serem bem superiores e apresentar uma gama de funcionalidades no aparelho, apesar de que sua mídia, o UMD acabou não vingando, sendo até retirado de uma versão mais recente, chamado de PSP GO.

Fora estes consoles, ainda pode-se encontrar os consoles da geração passada, como o Playstation2, Xbox e o

GameCube,onde alguns apresentam lançamentos até hoje.

3. HISTÓRIA Os princípios do Video-Game surgiram a mais de cinco mil anos, influenciado pelos mais diversos tipos esportes, jogos de cartas e jogos de mesa. Um dos primeiros jogos criado foi o Tennis for Two, desenvolvido no ano de 1958 em um computador analógico, onde simulava um jogo de ping pong ou tenis em um osciloscópio. Criado por um físico americano

William Higinbotham, importante na história do Video-

Game por apresentar um dos primeiros jogos eletrônicos a usar uma interface gráfica.

Os usuários podiam interagir com a bola utilizando um controlador analógico de alumínio, usando um botão para bater na bola e uma maçaneta para controlar o ângulo.

Figura 1. Tennis for Two

Nos anos 70 foi criado o primeiro Video-Game com intuito comercial, denominado de Computer Space e desenvolvido pela Nutting Associates. Em 1972, a empresa Atari introduz no mercado o jogo Pong para os Arcades onde acabou sendo um sucesso, gerando um grande número de empresas a criarem clones do Pong para seus próprios sistemas, expandindo a indústria dos Videos-Games.

Um ponto interessante é de que a Atari foi funda por Nolan Bushnell, a pessoa responsável por desenvolver o

Computer Space.

No mesmo Ano, Magnavox ofereceu o primeiro Video- Game voltado para as residências. Apelidado por

Odyssey, este não continha nem ao menos um processador! O Núcleo do sistema era uma placa com aproximadamente quatro dúzias de transitores e diodos. O

Odyssey era muito limitado, onde produzia apenas gráficos muito limitados e requiria um “overlay” a ser posta na tela da televisão. Já em 1975, a Atari introduz no

mercado uma versão para os consoles de mesa do seu popular jogo de arcade, o Pong. A versão original do Pong foi vendida exclusivamente pela “Sears”, e até carregava o logo da “Sears”. Pong acabou sendo um sucesso, abrindo a porta para o futuro dos Video-Games de mesa.

Figura 2. Fairchild Channel F

O Fairchild Channel F, lançado em 1976, foi o primeiro sistema de jogo a apresentar um modelo removível de jogos, onde se inseria cartuchos com o jogo desejado. Abaixo segue suas especificações técnicas:

- Chip CPU: funcionamento Fairchild F8 em 1,79 MHz (PAL gen. 1: 2,0 MHz, PAL Gen.2: 1.7 Mhz)

- Resolução: 128 × 64 pixels, cerca de 102 × 58 pixels visíveis dependendo da TV

- Cores: oito cores (ou preto / branco ou quatro cores max. Por linha)

- Áudio: 500 Hz, 1 kHz e 1,5 kHz tons (pode ser modulada rapidamente para produzir diferentes tons)

- Entrada: dois controladores de jogo personalizado, acoplada ao console (versão original) ou removível

(Channel F System I)

Saída: RF modulados sinal de vídeo composto, cabo conectadas a console.

Figura 3. Paleta de Cores Channel F

Figura 4. Atari 2600

Introduzido no mercado no ano de 1977 como Sistema de Video Computador (VCS), o 2600 utilizava de cartuchos removíveis, permitindo uma multidão de jogos que podem ser jogados utilizando o mesmo hardware.

O Hardware do Atari 2600 era um pouco sofisticado pelo tempo de sua criação, mesmo parecendo extremamente simples nos dias de hoje. Ele era constituido de:

- Microprocessador MOS 6502

- Stella, um chip de gráficos personalizados, que controlava a sincronia com a TV e todas as tarefas de processamento de vídeo;

- 128 bytes de memória RAM

- Cartuchos de jogos ROM-based 4 kilobytes

Figura 4. Estrutura Interna Atari 2600

Os chips eram anexados a uma pequena placa de circuito impresso (PCB), também ligado às portas de joystick, conectores de cartuchos, fonte de alimentação e saída de vídeo. Os jogos consistiam de um software codificado em memória ROM alocado em cartuchos plásticos. A ROM foi ligada em um PCB que tinha uma série de contatos de metal ao longo de uma borda.

Estes contactos fixados em uma ficha na placa principal do console quando o cartucho era ligado ao sistema.

Quando a energia era fornecida para o sistema, ele detectava a presença de ROM e carregar o software do jogo para a memória.

Figura 5. Chip cartucho Atari 2600

Sistemas como o Atari 2600, seu descendente, o 5200, ColecoVision Coleco e IntelliVision Mattel ajudou a gerar interesse em consoles de mesa por alguns anos. Mas o interesse começou a diminuir porque a qualidade do produto ficou para traz comparada ao arcade. Mas em

1985, a Nintendo lançou a Nintendo Entertainment System (NES), e tudo mudou.

O NES introduziu três conceitos muito importantes para a indústria de Video-Games:

- Usando um controlador de teclado ao invés de um joystick

- Criação de reproduções autênticas de Video-Games para consoles de mesa.

- Usando o hardware como um loss leader, agredindo bastante seu preço e, em seguida, fazer um lucro sobre os próprios jogos

A estratégia da Nintendo se pagou, e o NES provocou um revival no mercado de Video-Games de mesa, que continua a prosperar e expandir até agora. Os sistemas de

Video-Games já não eram vistos como uma imitação inferior das máquinas de arcade. Novos jogos que teria sido impraticável em arcades foram criados, tais como o

Legend of Zelda, foram desenvolvidos para os mercados internos. Esses jogos atraíram muitas pessoas que não tinha pensado em comprar um console de mesa.

4. ARQUITETURAS

O formato da arquitetura não veio se alternado muito comparado com a evolução dentro deste pequeno período de tempo. A arquitetura se comparada com o Atari 2600 manteve muitos itens, como se pode observar na lista abaixo:

- Interface de comunicação com usuário (Controlador) -CPU

-RAM - Software Kernel

- Armazenamento médio para jogos. - Saída de vídeo

- Saída de audio

- Fonte de alimentação

A Interface de comunicação com usuário permite com que se possa interagir com o Video-Game. Sem ele, o Video-Game se tornaria um meio “passível”, tal como uma TV a cabo. Antigamente era utilizado “paddles” e joysticks, hoje já se utiliza controladores sofisticados com uma imensa variedade de botões e funções especiais, como sensores de movimento, gatilhos e outros.

Desde os primórdios, com o Atari 2600, os sistemas de Video-Game já se utilizavam de RAM para armazenamento temporário dos jogos enquanto estão sendo executados. Sem esta RAM, até mesmo a mais rápida CPU não conseguiria providenciar a velocidade

necessária para uma experiência interativa com os jogos. O Software Kernel de um console é seu sistema

operacional. Ele providencia a interface entre as várias peças do hardware, permitindo com que o programador

escreva os códigos usando uma biblioteca de softwares comum juntamente com suas devidas ferramentas.

Os dois maiores meios de armazenamento utilizado hoje

nos Video-Games se baseiam em mídias e cartuchos baseados em memória ROM. Alguns modelos mais atuais

apresentam tipos de cartões de memória para

armazenamento de “saves” e outros dados. As mídias utilizadas vão desde CD’s até o mais atual, que é o drive

de Blu-ray, utilizado especificamente no Playstation 3,

plataforma desenvolvida pela Sony. Microsoft, a atual rival da Sony, tentou competir com o seu driver de HD-

DVD o driver de Blu-ray da Sony. Infelismente para a

Microsoft, que apostou no cavalo errado, o formato HDDVD fracassou no início de 2008.

Todos os consoles são providos de um sinal de vídeo que é compatível com as televisões. Dependendo de seu país, este pode ser tanto no formato NTSC quanto PAL, ou até mesmo SECAM. O Xbox 360 e PS3 suportam cabos

HDMI. Estes dois e o Nintendo Wii suportam conexões compostas, componente e S-video. Na maioria os consoles se tem um processador gráfico dedicado que providencia um “mapping” especializado, texturas e funções geométricas, além de controlar a saída de vídeo.

Geralmente outro chip dedicado manipula as tarefas de processamento de audio e as saídas de som estéreo ou, em alguns casos, “digital surround sound”.

4.1 Sega Mega Drive

Figura 6. Sega Mega Drive.

Lançado no final da década de 80 pela Sega no Japão e

Estados Unidos, o Mega Drive fez parte da quarta geração de consoles, e conhecido como o console mais bem sucedido da Sega, com uma vendagem de 29 milhões de unidades em seus quatorze anos de existência. Internamente era conhecido como MK-1601, o primeiro console 16 bits da história.

Figura 7. Placa MK-1601.

Desenvolvido no centro de pesquisas da Sega pelo

Engenheiro Hideki Sato, facilitando assim por sua derivação da placa de arcade System-16.

Suas especificações técnicas:

Chip CPU: Motorola 68000 16-bit com clock de 7,6 Mhz. Vídeo: 512 Cores e 64 cores simultâneas.

Áudio: 6 Canais, estéreo Armazenamento: Cartuchos ROM-Based.

- Chip CPU: Na época de seu lançamento, os microprocessadores da

Motorola eram considerados mais rápidos do que os Intel da mesma geração e para uma mesma frequência de clock.

Devido ao atrazo na comercialização dos 68060, o

Pentium e Pentium Pro ficaram sem concorrência entre os microprocessadores CISC no mercado de computadores pessoais.

Figura 8. Processador Motorola MC68000

O processador Motorola MC68000 tem registradores de dados de 32 bits e registrador de endereços de 24 bits.

Os registradores de endereço podem ser usados como ponteiros de pilhas de software, registros index, registros de endereço base. Os registros de endereço base podem ser usados para operações com Word e Long-word.

A família Motorola 68000 usa a linguagem de sintaxe e notação Motorola Assembly. O conjunto de instruções pode executar as determinadas operações abaixo:

- Data Movement - Integer Arithmetic

- Logical Operations

- Shift and Rotate Operations - Bit Manipulation

- Bit Field Manipulation

- Binary-Coded Decimal Arithmetic - Program Control

- System Control

- Cache Maintenance -Memory Management

- Floating-Point Arithmetic

- Processador de áudo:

O processador Z80, da zilog, é um processador de 8 bits construído no começo de julho 1976,baseado no Intel

8080. Sua arquitetura tem a instrução "busca/executa simultâneas", onde é possível receber a próxima instrução de memória enquanto a primeira instrução está sendo executada.

Figura 9. Processador de áudio Z80.

O Z80 funciona no Mega Drive como um processador de controle de outros dois processadores de audio CISC.

Figura 10. Sintetizador de áudio Yamaha YM2612.

O Mega Drive usava como sintetizador de áudio o Yamaha YM2612 que usa seis canais de FM (Freqüência

Modulada), quatro operadores cada e em 7,67 MHz. O sexto canal pode ser usado como um canal de áudio digital de 8 bits ou como um canal regular de FM.

- Processador de vídeo: O Mega Drive desfruta de um VDP (Vídeo Display

Processor) que controla caracteres e backgrounds, com 3 planos: 2 planos de movimento do jogo (2D) e 1 plano de caracteres (sprites). Pode controlar até 80 caracteres na tela, com resolução máxima de 320x224 pixels.

Sua paleta de cores é constituída por 512 cores diferentes, podendo aparecer na tela 64 cores simultâneas.

Seu sistema de cor padrão é o NTSC, mas aqui no Brasil, aTec Toy lançou-o com dois sistemas: NTSCe PALM-N.

4.2. Playstation 2

Em 2001 é lançado o segundo Video-Game da Sony no mercado, levando o nome de seu antecessor. O

Playstation 2 impressionou com suas especificações técnicas, principalmente por ser o primeiro console de sua geração, e ainda mais por incluir seu controle padrão que levava o mesmo design de sua primeira versão, mas agora continha quinze botões.

Figura 10. Console Playstation 2. Abaixo segue suas especificações técnicas:

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