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日志

 
 

掌机的图形处理发展介绍和简析  

2013-04-05 23:29:47|  分类: 游戏 |  标签: |举报 |字号 订阅

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这篇文章主要是介绍掌机的处理器,其中重点是GPU的发展,所以相关掌机的介绍就不多说了,另外这里主要挑选具有代表性的机种进行说明

Game Boy
GB并不是史上第一款掌机,但它的地位必然是里程碑级的,相关介绍我就不多说的.GameBoy的CPU基于8位的Zilog Z80,运行频率为4.19MHz,一般认为GB是不具备GPU或者说图形处理单元的,但GB也并非纯粹靠CPU渲染图形.任天堂为GB设计了2D加速单元,但功能比较简单,主要用于加速窗口,精灵等2D基本元素,所以GB的画面相比当时的竞争机种比较简陋.任天堂后来发布的加强机种GameBoy Color对GB的性能进行了一定程度的拓展,2D加速更为强大,CPU频率和显存也提升了一倍,画面基本和Game Gear相近,后面说到.

LYNX
Atari的LYNX对于中国玩家来说可能较为陌生,但它曾是GB的竞争对手,它的处理架构在当时来说非常前卫,所以很有必要说一说.LYNX包含两个处理单元,代号Mikey和Suzy.前者主要包含CPU和音频单元,后者则主要是图形处理单元,可以说LYNX是第一款配备独立图形处理单元的便携设备之一,也是第一款16位掌机(就厂商宣传来说).Mikey被称为16位处理器,主频高达16MHz,就当时的便携设备上而言可以用恐怖形容,但主CPU核心MOS 65SC02是一颗8位处理器,最高频率4MHz,之所以被称作16位可能是因为它的16位内存寻址,这种宣传方式也能在后来的PS2上见到.Suzy的主频同样高达16MHz,分为四大部分,Blitter单元,图形引擎,数学协处理器和按键输入控制.这些使得LYNX可以支持当时先进的位图技术和很多2D特效,数学运算协处理器更是让LYNX能够处理一些2D矢量图形,就技术角度来讲简直不敢相信它是和GB同一时代的东西.不过可能是架构过于复杂,开发难度远远大于GB,又加上市场占有率不高,所以其性能应该并未被完全发挥出来,虽然看上去架构更为先进,但很多游戏的画面表现并不如后面说到的Game Gear.

Game Gear
世嘉的GG可以算是GB的有利竞争对手,也是掌机史上的经典.GG的硬件架构基本基于世嘉的8位家用主机SMS,CPU为Zilog Z80,频率3.58MHz.GG的硬件特点在于,其同样拥有独立的图形处理单元.这个单元被称之为VDP(Video Display Processor),基于德州仪器的TMS9918,世嘉当时的游戏机和街机普遍都使用VDP,并且在PC上也能见到它的身影,VDP中还包含音频处理单元.VDP主要用于加速精灵和卷轴,GG的VDP和SMS的类似,但略有改良,比如调色板的性能得以提升.就当时来说VDP用于便携设备上是相当前卫的,使得GG的画面远比GB来的优秀,同时VDP的开发环境相对成熟,也不会面临LYNX那样的尴尬.

Game Boy Advance
GB系列真正意义上的进化,GBA当时被称为究极的2D掌机.GBA是首次采用了32位CPU的掌机,也就是ARM7TDMI,频率16MHz.同样,GBA也没有配置独立的图形处理单元,而是一个用来处理2D特效的加速单元,这种方式也是当时的16位掌机NGPC和WSC所采用的.GBA的2D加速单元主要用于缩放,旋转,变形,马赛克,Alpha混合,淡入淡出,多重卷轴等特效的硬件加速,这些功能被灵活运用后可实现比较华丽的2D效果,比如黄金太阳系列.另外,使用位图配合2D特效,一些厂商愣是在没有3D硬件加速的GBA上做出了不少3D游戏.值得一提的是,后来诺基亚推出的游戏手机N-Gage,在3D方面远远强于GBA,但是2D方面却不及GBA,可以比较移植自GBA的拳皇和雷曼等游戏,简化了动作帧和卷轴数量,这主要是因为N-Gage虽然配置了更高级和高频的ARM9,但是也没有提供专用的图形处理器.

Zodiac
这款由Tapwave推出的基于Palm OS的PDA掌机在国内可能鲜为人知,但很多方面还是值得说一说的.Zodiac可算第一款配置通用GPU方案的掌机.CPU采用摩托罗拉的i.MX1 ARM9,频率200MHz,GPU采用的是ATI的Imageon W4200,并且配备了8MB SDRAM作为显存.不过,这颗GPU主要是处理2D图形,3D还是要用软件加速和伪3D的方案.

Nintendo DS
对于任天堂来说,NDS又是一个里程碑,因为它是任天堂第一款真正意义上支持3D图形的掌机.虽然这么说,但NDS依然没配置真正意义上的GPU,和GBA类似,NDS的3D单元本质上只是作为CPU的协处理器,不具备像GPU那样完整独立的流水线操作和内存访问.NDS可处理12万/秒的多边形和3000万/秒的像素填充,并且支持烟雾,定点变换和光照,纹理坐标变换节点,纹理映射,阿尔法混合,Z缓冲和抗锯齿等硬件功能,并且NDS还采用了基于OpenGL的图形接口,对于任天堂来说也算是不小的进步.

PlayStation Portable
单就硬件来说,索尼紧随NDS发布的PSP可以算是掌机界的又一次里程碑,可谓颠覆了当时移动设备图形性能的极限.PSP配置了前卫的双处理器,一个专用于游戏的处理,另一个负责多媒体的处理,但游戏中的音频也可由它负责.PSP配置了一个完整的GPU,可处理3500万/秒的多边形和6.64亿/秒的像素填充,这般数据已经远远领先于NDS和当时其他移动设备,而PSP配置的专用VFPU更可谓如虎添翼,可让PSP处理更多的特效和更复杂的物理效果.说PSP是掌机硬件的里程碑一点也不为过,因为PSP的图形性能使得掌机的图形性能至少领先了其他移动设备5年,不过这个周期相比早期掌机来说还是缩短了.

Gizmondo
这款掌机同样是鲜为人知,首先由于厂商的运营问题,其出货量就非常有限,然后能进入国内的数量更是稀少,不过就硬件架构来说,这款掌机同样值得一说.这款掌机基于Windows CE系统,但定制后并不是开放平台,重点是这款掌机可算首款采用通用3D GPU方案的掌机.Gizmondo的CPU由三星提供,基于ARM9,频率400MHz,GPU则为英伟达的GoForce 3D 4500,当时来说性能非常强大,并且包含很多先进的特性,单就GPU而言,可以说不比PSP弱,但ARM9 + GoForce 4500的性能还是远不如PSP的双MIPS R4000 + VFPU + GPU的综合性能.GoForce 4500为英伟达的GoForce 3D系列,宣称是业界首个Shader架构的移动GPU,但其实仅pixel部分是shader架构,vertex单元则是固定管线架构,并且不支持硬件lighting,不过整体架构而言在当时确实算先进了.Gizmondo可以说是非常可惜的产品,发售不久,公司CEO居然和黑手党扯上关系并很快遇到运营问题导致公司倒闭,不然此款产品还是有前途的,初期的出货订单也十分可观.

暂时先写到这里了,接下去就主要是次世代的3DS和PSVita了,这两个我已经写过介绍,这里不再多重复,最后总结一下.掌机上的GPU发展其实很早,即便早期的掌机也并不像很多人想象中的纯CPU渲染,并且掌机的硬件采用泛用架构也是有一定的历史.掌机的图形发展对于移动GPU来说可算奠定了基础,这点套用在主机和PC上也一样,并且渐渐从专用架构转变至泛用架构,未来还能发生更多变化,拭目以待了.

以上
BY:Crayon

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