В этой статье есть несколько проблем. Помогите улучшить ее или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалять эти сообщения )
|
MOS Technology 6581/8580 SID ( звуковое интерфейсное устройство ) — это встроенная программируемая микросхема звукового генератора домашних компьютеров Commodore CBM-II , Commodore 64 , [1] Commodore 128 и MAX Machine .
Вместе с графическим чипом VIC-II , SID сыграл важную роль в превращении C64 в самый продаваемый домашний компьютер в истории [2] и отчасти считается основоположником демосцены .
SID был разработан инженером Бобом Яннесом , который позже стал соучредителем компании Ensoniq по производству цифровых синтезаторов и сэмплеров. Яннес возглавлял команду, в которую входили он сам, два техника и оператор САПР , которые спроектировали и завершили чип за пять месяцев во второй половине 1981 года. Яннес был вдохновлен предыдущей работой в индустрии синтезаторов и не был впечатлен текущим состоянием компьютерных звуковых чипов. Вместо этого он хотел высококачественный инструментальный чип, поэтому SID имеет такие функции, как генератор огибающей , ранее не встречавшийся в домашних компьютерных звуковых чипах. [3] [4] : 235
Я думал, что звуковые чипы на рынке, включая те, что используются в компьютерах Atari , примитивны и, очевидно, были разработаны людьми, которые ничего не смыслили в музыке. [4] : 235
— Роберт Яннес, «На грани: впечатляющий взлет и падение Commodore»
Во время проектирования чипа основное внимание уделялось высокоточному управлению частотой, и SID изначально был разработан для 32 независимых голосов, совместно использующих общую схему поиска волновой таблицы, которая будет мультиплексирована по времени. [4] : 235 Однако эти функции не могли быть завершены вовремя, поэтому вместо этого работа маски для определенного рабочего осциллятора была просто воспроизведена три раза по всей поверхности чипа, создавая три голоса, каждый со своим собственным осциллятором. Еще одной функцией, которая не была включена в окончательный дизайн, была таблица поиска частоты для наиболее распространенных музыкальных нот, функция, которая была исключена из-за ограничений по пространству. [4] : 236 Поддержка аудиовходного контакта была функцией, которую Яннес добавил без запроса, что теоретически позволило бы использовать чип в качестве простого процессора эффектов . Маски были изготовлены по 7- микрометровой технологии для получения высокого выхода; в то время передовыми были 6-микрометровые технологии. [4] : 236
Чип, как и первый продукт, на котором он использовался (Commodore 64), был закончен как раз к выставке Consumer Electronics Show в первые выходные января 1982 года. Несмотря на то, что Яннес был отчасти недоволен результатом, его коллега Чарльз Уинтербл сказал: «Эта штука уже в 10 раз лучше всего существующего и в 20 раз лучше, чем ей нужно быть». [4] : 237
Спецификации для чипа не использовались в качестве чертежа. Скорее, они были написаны по мере продвижения разработки, и не все запланированные функции попали в конечный продукт. Яннес утверждает, что у него был список функций, из которых три четверти вошли в конечный проект. Более поздняя версия (8580) была пересмотрена для более точного соответствия спецификациям. Например, 8580 немного улучшил способность выполнять двоичное И между двумя формами сигналов, что SID может делать только странным и нелогичным образом, что приводит к беспорядочным, а в некоторых случаях почти бесшумным формам сигналов. Комбинации волн на 8580 приводят к более чистым формам сигналов, чем на 6581, хотя неровности все еще присутствуют. Еще одна функция, которая отличается между двумя версиями, — это фильтр, поскольку версия 6581 далека от спецификации. [ необходима цитата ]
This section possibly contains original research. (March 2019) |
SID — это интегральная схема смешанного сигнала , включающая как цифровые, так и аналоговые схемы. Все порты управления цифровые, а выходные порты — аналоговые. SID имеет три голоса с четырьмя типами форм волн, которые можно выбрать для каждого голоса: импульсная волна (с переменным рабочим циклом ), треугольная волна, пилообразная волна и псевдослучайный шум (в документации называемый белым шумом ). Одновременно можно выбирать несколько типов форм волн, что создает определенные сложные/комбинированные формы волн. Осцилляторы каждого голоса построены на 24-битном фазовом аккумуляторе . Голос, воспроизводящий треугольную форму волны, может быть кольцево модулирован одним из других голосов, где биты треугольной формы волны инвертируются, когда установлен старший бит аккумулятора модулирующего голоса, что создает разрыв и инверсию направления с наклоном треугольника. Голоса также могут быть жестко синхронизированы друг с другом, когда генератор синхронизированного голоса сбрасывается всякий раз, когда увеличивается MSB аккумулятора синхронизирующего голоса. Если и кольцевая модуляция, и жесткая синхронизация настроены на воздействие на один и тот же голос, эти два эффекта объединяются. Голос, который кольцевой модулирует и/или синхронизирует данный затронутый голос, определяется по следующей схеме: голос 1 влияет на голос 2, голос 2 влияет на голос 3, а голос 3 влияет на голос 1.
Каждый голос может быть направлен в общий аналоговый 12 дБ/октавный многомодовый фильтр с цифровым управлением, который построен с помощью внешних конденсаторов на чипе. Фильтр имеет низкочастотный, полосовой и высокочастотный выходы, которые могут быть индивидуально выбраны для окончательного выходного усиления через регистр громкости. Режимы фильтра также могут быть объединены. Например, использование комбинированного состояния низкочастотного и высокочастотного фильтра приводит к вырезу (или инвертированному полосовому) выходу. [5] Программист может изменять частоту среза фильтра и резонанс. Внешний аудиовходной порт позволяет пропускать внешний звук через фильтр.
Кольцевая модуляция, фильтрация и методы программирования, такие как арпеджио (быстрое переключение между частотами для создания звуков, похожих на аккорды), в совокупности создают характерное ощущение и звучание музыки SID.
Из-за несовершенных производственных технологий того времени и плохого разделения между аналоговой и цифровой частями чипа выход 6581 (до каскада усилителя) всегда был слегка смещен от нулевого уровня. Каждый раз, когда изменялся регистр громкости, производился слышимый щелчок. Быстро регулируя усиление усилителя через основной 4-битный регистр громкости, это смещение можно было модулировать как PCM , что приводило к «виртуальному» четвертому каналу, позволяющему воспроизводить 4-битные цифровые сэмплы. Этот сбой был известен и использовался с самого начала, сначала Electronic Speech Systems для создания сэмплированной речи в таких играх, как Impossible Mission (1984, Epyx ) и Ghostbusters (1984, Activision ). Первый случай использования сэмплов в реальных музыкальных композициях был у Мартина Голуэя в Arkanoid (1987, Imagine), хотя он скопировал идею из более раннего пакета барабанного синтезатора под названием Digidrums. Длительность воспроизведения сэмплированного звука была сначала ограничена памятью, а затем техникой. Kung Fu Fighting (1986), популярный ранний образец, имеет длительность воспроизведения, измеряемую в секундах. c64mp3 (2010) и Cubase64 (2010) демонстрируют длительность воспроизведения, измеряемую в минутах. Кроме того, он был чрезвычайно интенсивным для процессора - приходилось выводить образцы очень быстро (по сравнению со скоростью процессора 6510 ).
Лучшая технология производства в 8580, используемая в более поздних версиях Commodore 64C и Commodore 128 DCR, привела к тому, что смещение почти полностью исчезло, в результате чего оцифрованные звуковые сэмплы стали очень тихими. К счастью, уровень громкости можно было в основном восстановить либо с помощью аппаратной модификации (смещением вывода аудиовхода), либо, что более распространено, с помощью программного трюка, включающего использование формы импульсной волны для намеренного воссоздания требуемого смещения. Программный трюк обычно делает один голос временно непригодным для использования, хотя умные музыкальные композиции могут сделать эту проблему менее заметной. Отличный пример такого улучшения качества, заметно уменьшающего сэмплированный канал, можно найти во введении к игре Electronic Arts Skate or Die (1987). Гитарный рифф, сыгранный практически отсутствует при воспроизведении на Commodore 64c или Commodore 128.
На демонстрационной вечеринке X'2008 был представлен совершенно новый метод воспроизведения оцифрованных сэмплов. Метод позволяет использовать беспрецедентные четыре (программно-микшированных) канала 8-битных сэмплов с дополнительной фильтрацией поверх всех сэмплов, а также два обычных звуковых канала SID. [6] [7] Метод работает путем сброса осциллятора с помощью тестового бита генератора формы волны, быстрого наращивания новой формы волны с выбранной формой волны Треугольник, а затем отключения всех форм волны, в результате чего ЦАП продолжает выводить последнее значение, которое является желаемым сэмплом. Это продолжается до тех пор, пока не будут пройдены две строки сканирования, что является достаточным временем для вывода произвольного сэмпла без сбоев. Однако это более загружает процессор, чем описанный выше трюк ЦАП с 4-битным регистром громкости. Поскольку фильтрация в микросхеме SID применяется после генераторов формы волны, сэмплы, полученные таким образом, можно фильтровать обычным образом.
В оригинальном руководстве для SID упоминается, что если одновременно включены несколько форм сигнала, результатом будет двоичное И между ними. В действительности происходит то, что вход на выводы ЦАП формы сигнала получает несколько форм сигнала одновременно. Например, треугольная форма сигнала создается с помощью отдельной схемы XOR и схемы сдвига влево. Верхний бит управляет тем, инвертирует ли схема XOR значение аккумулятора, видимое ЦАП. Таким образом, одновременное включение треугольника и пилы приводит к смешиванию соседних бит аккумулятора на входе ЦАП. (Схема XOR не вступает в игру, поскольку она всегда отключена, когда выбирается пилообразная форма сигнала.) Импульсная форма сигнала создается путем объединения всех бит ЦАП вместе через длинную полосу поликремния, подключенную к логике управления импульсами, которая в цифровом виде сравнивает текущее значение аккумулятора со значением ширины импульса. Таким образом, выбор формы импульса вместе с любой другой формой сигнала приводит к частичному смешиванию каждого бита на ЦАП, а громкость формы сигнала зависит от состояния импульса.
Генератор шума реализован как 23-битный LFSR Фибоначчи (полином обратной связи: x^22+x^17+1). [8] [9] При использовании шумовой формы волны одновременно с любой другой формой волны, понижение через селектор формы волны имеет тенденцию быстро уменьшать регистр сдвига XOR до 0 для всех битов, которые подключены к выходному ЦАП. Поскольку нули сдвигаются в регистре, когда шум тактируется, и не производится никаких 1-битов для их замены, может возникнуть ситуация, когда регистр сдвига XOR становится полностью обнуленным. К счастью, ситуацию можно исправить, используя тестовый бит управления формой волны, который в этом состоянии вводит один 1-бит в регистр сдвига XOR. Известно также, что некоторые музыканты используют объединенные формы волны шума и тестовый бит для создания необычных звуков.
6581 и 8580 отличаются друг от друга несколькими способами. Оригинальный 6581 был изготовлен с использованием более старого процесса NMOS , который использовал 12 В постоянного тока для работы. 6581 очень чувствителен к статическому разряду, и если с ним не обращаться должным образом, фильтры перестанут работать, что объясняет большое количество мертвых 6581 на рынке. 8580 был изготовлен с использованием процесса HMOS-II, который требует меньше энергии (9 В постоянного тока), и, следовательно, заставляет ИС работать более прохладно. Таким образом, 8580 намного более долговечен, чем 6581. Кроме того, из-за более стабильных генераторов формы сигнала эффекты смешивания битов менее заметны, и, таким образом, объединенные формы сигнала близки к соответствию оригинальной спецификации SID (в которой указано, что они будут объединены как двоичное И). Фильтр также сильно отличается между двумя моделями. Диапазон среза 6581 напоминает сигмоидальную функцию в логарифмическом масштабе и сильно варьируется между чипами, в то время как диапазон среза 8580 представляет собой прямую линию в линейном масштабе и более согласован между чипами и близок к фактическим спецификациям разработчиков. Фильтр 8580 также может достигать более высоких резонансов. Кроме того, лучшее разделение между аналоговыми и цифровыми схемами сделало выход 8580 менее шумным и искаженным. Шум в системах серии 6xxx можно уменьшить, отсоединив штырь аудиовхода.
Потребительская версия 8580 была переименована в 6582, хотя кристалл на чипе идентичен стандартному чипу 8580, включая маркировку «8580R5». Dr. Evil Laboratories использовала его в своем картридже расширения SID Symphony (проданном Creative Micro Designs в 1991 году), а также он использовался в нескольких других местах, включая одну звуковую карту для ПК.
Несмотря на задокументированные недостатки, многие музыканты SID предпочитают неисправный чип 6581 исправленному чипу 8580, некоторые даже видят в недостатках реальные «особенности», которые отличали чип SID от других звуковых чипов того времени. Основная причина этого заключается в том, что фильтр создает сильные искажения, которые иногда используются для создания имитации инструментов, таких как искаженная электрогитара. Кроме того, высокочастотный компонент фильтра был смешан с ослаблением на 3 дБ по сравнению с другими выходами, что делает звук более басовым. В дополнение к нелинейностям в фильтре, схема ЦАП, используемая в генераторах формы волны, создает еще больше дополнительных искажений, которые делают его звук более богатым по характеру.
Ни один экземпляр с надписью «6581 R1» не попал на рынок. Фактически, Яннес заявил, что «[этот] чип SID вышел довольно хорошо с первого раза, он издавал звук. Все, что нам было нужно для шоу, работало после второго прохода». На фотографиях с высоким разрешением прототипа C64 Чарльза Уинтербла видна маркировка «MOS 6581 2082», причем последняя цифра является кодом даты, указывающим на то, что его прототип чипа SID был произведен в течение 20-й недели 1982 года, что должно было быть в течение 6 дней с 17 мая 1982 года.
Вот известные версии различных чипов SID: (коды дат указаны в формате WWYY w=неделя y=год)
Чип SID (Sound Interface Device), известный своим слиянием цифровых и аналоговых технологий, был краеугольным камнем в архитектуре системы Commodore 64 среди других моделей. Чип мог похвастаться тремя различными голосами, каждый из которых имел точные и изменяющиеся варианты формы волны — он также включал в себя многорежимный фильтр 12 дБ/октава. С годами конструкция этого фильтра отличалась с каждой последующей ревизией чипа, давая каждому свой уникальный звуковой отпечаток.
Одна из самых ранних моделей микросхемы SID, 6581, изначально появилась в компьютерах Commodore 64 между 1982 и примерно 1986 годами. Эта модель претерпела несколько заметных изменений, включая 6581 R1, прототипную модель, которая была представлена только на машинах CES и опытных образцах и имела код даты от 4981 до 0882. [11]
Эта модель была известна своим полным 12-битным диапазоном отсечки фильтра, и хотя точное количество выпущенных моделей остается неизвестным, по оценкам, их было от 50 до 100 чипов, помещенных в керамический корпус.
После R1 появились 6581 R2, 6581 R3, 6581 R4 AR и, наконец, 6581 R4. Развитие итераций 6581 сопровождалось незначительными изменениями в защите/буферизации входных контактов, корректировкой класса кремния и изменениями в его корпусе. Однако существенных изменений в раздел фильтра на протяжении всех этих прогрессий не вносилось. [12]
Переходя к последним моделям, обновленный чип 8580 SID ознаменовал его появление в новых версиях машин Commodore 64. Технически совместимый с программным обеспечением 6581, 8580 принес с собой уникальный звуковой характер благодаря определенным корректировкам в структуре фильтра. [13]
Звуковые различия, замеченные между двумя моделями, 6581 и 8580, в целом объяснялись нюансами в аналоговых фильтрах и внутренними искажениями дизайна. На эти звуковые характеристики сильное влияние оказали обновления в схемотехнике и различия в качестве партий материалов, используемых в различных производственных циклах чипов.
Чип SID охватывал непрерывный путь спецификаций, которые развивались вместе с процессом проектирования чипа. Не все первоначальные функции попали в окончательный чертеж. Однако последующие итерации, такие как модель 8580, были тщательно пересмотрены для более точного соответствия исходным спецификациям, в частности, с упором на комбинации форм сигналов и функциональность фильтров.
Некоторые из этих чипов имеют маркировку "CSG" (Commodore Semiconductor Group) с логотипом Commodore , в то время как другие имеют маркировку "MOS". Это включает чипы, произведенные в течение одной недели (и, таким образом, получившие один и тот же код даты), что указывает на то, что в течение этой недели работали по крайней мере две разные заводские линии. Маркировка чипов различалась в зависимости от завода и даже от линии в пределах одного завода на протяжении большей части производственного цикла чипа.
С тех пор как микросхемы SID 6581 и 8580 больше не производятся, они стали очень востребованы. В конце 2007 года на eBay начали появляться различные дефектные микросхемы под видом «новых». [14] [ ненадежный источник? ] Некоторые из этих отмеченных SID имеют дефектный фильтр, но некоторые также имеют дефектные каналы/генераторы шума, а некоторые полностью мертвы.
Поддельные чипы SID также поставлялись ничего не подозревающим покупателям от недобросовестных производителей в Китае; поставляемые чипы имеют лазерную гравировку с полностью поддельной маркировкой, а чип внутри упаковки вообще не является SID. [ необходима цитата ]
Большинство игр, созданных для Commodore 64, использовали чип SID, со звуками, варьирующимися от простых щелчков и сигналов до сложных музыкальных феерий или даже целых цифровых аудиодорожек. Из-за технического мастерства, необходимого для реализации музыки на чипе, и его универсальных функций по сравнению с другими звуковыми чипами той эпохи, композиторы для Commodore 64 описывали SID как музыкальный инструмент сам по себе. [15] Однако большая часть программного обеспечения не использовала все возможности SID, поскольку некорректно опубликованные спецификации заставляли программистов использовать только хорошо документированную функциональность. Некоторое раннее программное обеспечение, напротив, полагалось на спецификации, что приводило к неслышимым звуковым эффектам. [3]
Известными композиторами игровой музыки для этого чипа являются Роб Хаббард , известный по таким играм, как Commando , Monty on the run , International Karate , Sanxion , Skate or Die!, и Мартин Голуэй , известный по Wizball , Arkanoid и Times of Lore . Другие заслуживающие внимания: Йерун Тел ( Cybernoid , Turbo Outrun , Robocop 3 и Myth ), Бен Даглиш ( The Last Ninja , Jack the Nipper , Firelord , Gauntlet ), Дэвид Данн ( Finders Keepers и Flight Path 737 ), Дэвид Уиттакер ( Speedball , BMX Simulator , Glider Rider ) и Крис Хюльсбек ( R-Type , Turrican и The Great Giana Sisters ).
Тот факт, что многие энтузиасты предпочитают настоящий звук чипа программным эмуляторам, привел к появлению нескольких проектов по звукозаписи, направленных на сохранение аутентичного звука чипа SID для современного оборудования.
Проект sid.oth4 [16] содержит более 380 песен в формате MP3 высокого качества, записанных на жестком диске, а проект SOASC= [17] содержит полную коллекцию High Voltage SID (HVSC), выпущенную с 49 песнями (более 35 000 песен), записанными с настоящих Commodore 64 в файле MP3 высокого качества . Оба проекта подчеркивают важность сохранения аутентичного звука чипа SID. В 2016 году была запущена коллекция Unepic Stoned High SID (USHSC) [18] . Это канал YouTube с более чем 50 000 мелодий SID, загруженных в виде отдельных видео. USHSC основан как на SOASC=, так и на HVSC, но также загружает записи недавней музыки SID, выпущенной на сайте Commodore Scene Database (CSDb). На канале представлены плейлисты, содержащие примерно 5000 мелодий каждый.
This section has an unclear citation style. (May 2018) |
Файл SID содержит программный код 6510 и связанные с ним данные, необходимые для воспроизведения музыки на SID. Файлы SID имеют тип носителя MIMEaudio/prs.sid
.
Фактический формат файла SID имел несколько версий. Более старый стандарт — PSID (текущая версия V4). Более новый стандарт, RSID, предназначен для музыки, которая требует более полной эмуляции оборудования Commodore 64. [19]
Формат файла SID не является собственным форматом, используемым в Commodore 64 или 128, [19] а форматом, специально созданным для музыкальных проигрывателей с поддержкой эмулятора, таких как PlaySID , Sidplay и JSidplay2 . [20] Однако существуют загрузчики, такие как RealSIDPlay , и конвертеры, такие как PSID64 [21] , которые позволяют воспроизводить значительную часть файлов SID на оригинальных компьютерах Commodore.
.MUS
This section has an unclear citation style. (May 2018) |