Журнал "Радио", номер 5, 1999г.
Автор: С. Рюмик, г. Чернигов, Украина

    К розеткам XS1 и XS4 подключают джойстики, пистолет, штурвал, руль и другие "орудия" игры. XS2 и XS5 предназначены для карт памяти ("Memory Card") SCPH-1020 - устройств размером с визитную карточку, содержащих энергонезависимую FLASH-память, в которой запоминаются текущие состояния прерванных игр. Это выгодно отличает "PlayStation" от других ИВП, поскольку, перенеся карту на любую однотипную приставку, можно продолжить игру. Емкость "Memory Card" составляет 1 Мбит (15 блоков памяти по 64 Кбит каждый, шестнадцатый используется в служебных целях). Выпускаются "Memory Card +" емкостью 8 Мбит (120 блоков).

    ДЖОЙСТИК

    Джойстики для "PlayStation" удобны и надежны в работе. Заметим, что, кроме стандартных, существуют более совершенные устройства с силовой обратной связью (force feedback), в которых с помощью, например, вибрации имитируется реакция объекта игры (самолета, автомобиля) на управляющее воздействие. Известны джойстики с беспроводной (на ИК лучах) связью с процессорным блоком, а также прецизионные аналого-цифровые, позволяющие с большой точностью маневрировать в играх класса файтингов, автои авиасимуляторов.

    Рассмотрим устройство поставляемых в комплекте приставки джойстиков SCPH-1080. Их нередко называют "геймпэдами" или "джойпэдами" так как игрой (game) управляют не отклонением рычага (stick), а нажатием на упругие "подушки" (pads). По внутреннему устройству эти изделия можно условно разделить на обычные и улучшенные. Первые содержат одну бескорпусную микросхему, залитую компаундом, к которой подключены контакты всех кнопок. Тактовый генератор микросхемы работает на частоте около 200 кГц, номинал его внешнего частотозадающего резистора - 27...91 кОм. Иногда на плате установлен конденсатор емкостью от 200 пФ до 0,01 мкФ.

    Улучшенный джойстик (его схема изображена на рис. 5) выполнен на базе микросхемы 23-0271A японской фирмы Mitsumi. Опрос состояния кнопок процессор ИВП производит 50 раз в секунду во время обратного хода кадровой развертки телевизора. Для этого он формирует сигналы PE1, PE2, SYN1, SYN2, представляющие собой повторяющиеся с периодом 20 мс пачки импульсов. В ответ на выходе джойстика OUT2 с той же периодичностью появляются синхроимпульсы, форма которых не зависит от состояния кнопок, а на OUT1 - сигнал, подобный показанному на рис. 6. Нажатым кнопкам соответствуют импульсы отрицательной полярности на определенных временных позициях. Наблюдая с помощью осциллографа этот сигнал на контакте 9 розетки Х4 коммутационной платы (см. рис. 3), можно судить об исправности джойстика, подключенного к розетке Х1.

    Работа микросхемы DD1 тактируется внутренним генератором, частота которого (4 МГц) стабилизирована пьезокерамическим резонатором (ПКР) BQ1 из твердого раствора титаната-цирконата свинца. Типичные параметры ПКР германской фирмы Herbert C. Jauch [6] следующие: отклонение частоты от номинала при 25°C - не более +0,5 %, уход частоты в интервале температур -20...+80°С - не более +0,5 %, сопротивление на резонансной частоте - не более 30 Ом, коэффициент старения - не более +0,3 % за 10 лет. ПКР в 1,5...5 раз дешевле кварцевых на ту же частоту и отличаются высокой механической прочностью. Последнее особенно важно для джойстиков и других устройств, которыми пользуются дети. Недостатками можно считать пониженные стабильность частоты и добротность. При необходимости установленный в джойстике ПКР HCJ-4.0 можно заменить кварцевым резонатором РК169 на 4 МГц и двумя конденсаторами емкостью 33 пФ каждый.

    Розетка разъема Х1 соединена семипроводным кабелем длиной 2 м с вилкой Х2, контакты 2 и 7 которой не используются. На расстоянии 10...30 мм от вилки имеется разборная пластмассовая насадка. Внутри нее находится надетая на кабель ферритовая втулка диаметром 16...20 и длиной 25...30 мм. Увеличивая индуктивность проходящих сквозь нее проводов и магнитную связь между ними, втулка подавляет синфазную составляющую протекающих по кабелю токов, чем уменьшает излучаемые радиопомехи. Если втулка "болтается" внутри насадки, ее можно закрепить клеем или резиновой прокладкой.

    Описанный джойстик изготавливается по технологии поверхностного монтажа и отличается хорошей стабильностью частоты задающего генератора, защищенностью внешних цепей и ремонтопригодностью Благодаря разъему Х1 соединительный кабель можно отключить от печатной платы для ремонта или замены. Контактные площадки кнопок SB1-SB14 имеют не окисляющееся углеродистое покрытие черного цвета.

    ПРОЦЕССОРНАЯ ПЛАТА

    Структурная схема процессорной платы изображена на рис. 7. На ней выделено восемь блоков. Принадлежность того или иного элемента к одному из них определяют по первой цифре номера в его позиционном обозначении: вычислительная система - 1, видеографическая - 2, обработки цифровых данных - 3, канал звука - 4, видеокодер - 5, источник питания - 6, интерфейс CD-ROM - 7, блок адаптации - 8.

    Высокое быстродействие "PlayStation" обеспечивает центральный процессор, имеющий структуру, называемую RISC (Reduced Instruction Set Computer - компьютер с сокращенным набором команд). О ее особенностях подробно рассказано в [7, 8]. Напомним основные: в системе команд предусмотрены только элементарные операции; все команды имеют одинаковую длину и структуру; микропрограммное управление заменено аппаратным; минимизировано число обращений к памяти.

    В начале 90-х годов выпускалось более десятка типов 32-разрядных RISCпроцессоров, среди них Am29000 (AMD), 88000 (Motorola), Clipper (Fairchild). Для "PlayStation" был выбран R3000A, разработанный американской фирмой MIPS Computer Systems. Решение было не случайным. Еще в апреле 1991 г. фирмы Sony, Microsoft, NEC, DEC, Siemens, Compaq и несколько других образовали консорциум ACE, выработавший единый подход к разработке вычислительных средств. В качестве базовых были рекомендованы RISCпроцессоры MIPS и семейство процессоров Intel х86.

    Архитектура MIPS была разработана в Стэнфордском университете (США) еще в начале 80-х годов как базовая для бортового компьютера системы противоракетной обороны [8]. О процессоре R3000 фирма MIPS объявила 28 марта 1988 г. Это прибор второго поколения, достойный наследник знаменитого R2000 - одного из первых RISC-процессоров, достигших стадии коммерческой реализации. Оригинальный R3000 в паре с сопроцессором R3010 работал на частоте 25 МГц с быстродействием 20 млн операций в секунду, расходуя на каждую в среднем 1,25 цикла. R3010 часто называют соинтерпретатором. Он анализирует и выполняет свои команды параллельно с центральным процессором, ускоряя в 5...10 раз операции сложения и умножения чисел с плавающей запятой.

    В дальнейшем, благодаря совершенствованию технологии, появился процессор R3000A с повышенной до 45 МГц тактовой частотой. Хотелось бы заметить, что и он по нынешним меркам уже "старичок". Буквально через год после появления на рынке "PlayStation" фирма MIPS разработала 64-разрядный RISCпроцессор R10000, работающий на частоте 275 МГц.

    К сожалению, подобная идеальная картина возможна только в том случае, если для выполнения команды не требуются результаты работы предыдущих, еще незавершенных и находящихся на конвейере. В подобных случаях приходится терять время, ожидая нужные данные. Для R3000A потери составляют в среднем 25 %. Простои конвейера бывают связаны и с обращениями к внешней памяти. Для их устранения применяют быструю кэш-память, служащую буфером между процессором и относительно медленным основным ОЗУ.

    RISC-ЯДРО ЦЕНТРАЛЬНОГО ПРОЦЕССОРА

    Компания MIPS, как ни парадоксально, никогда не имела собственного полупроводникового производства. Лицензии на право изготовления RISC-процессоров были проданы многим фирмам. Как уже было сказано, в первых моделях "PlayStation" использовалась микросхема R3000A американской фирмы LSI Logic Inc. В более поздних, в том числе и рассматриваемой, установлена специализированная 208-выводная СБИС CXD8606AQ фирмы Sony Computer Entertainment Inc. (SCEI), включающая в себя собственно процессор, подобный R3000A, сопроцессор R3010A, кэш-память программ, кэш-память данных, арбитр шин и интерфейсные узлы (рис. 9). Быстродействие CXD8606AQ при тактовой частоте 33,9 МГц составляет 30 млн операций в секунду. Частота тактовых импульсов CLK, поступающих от интегрального кварцевого генератора X101', в два раза выше указанной. Скорось обмена данными по системной шине достигает 132 Мбит/с.

    Внешнее динамическое ОЗУ данных (IC106) емкостью 16 Мбит может состоять из одной 70-выводной микросхемы А65844 или А67871 (Toshiba), либо четырех 28-выводных КМ48V514DJ-6 (Samsung). Операционная система видеоприставки "зашита" в 32-выводном ПЗУ программ IC102 (М53403IE-04 или 3030 фирмы SCEI) объемом 4 Мбит. В нее входят программы формирования музыкальной и графической заставок и двух меню: проигрывателя музыкальных CD и обслуживания "Memory Card". Кстати, дизайн меню и заставок в американской и европейской версиях "PlayStation" различен.

    (Продолжение следует)

Литература