SEGA SATURN的工作原理与硬件分析 

　　1：SS的命名和基本设计思路 

　　SS是世嘉公司所开发的第6部家用游戏机，是续SG1000、MARK Ⅱ、MARKⅢ、MASTER SYSTEM、MEGA DEIVE后的第6代，因此便使用了太阳系第6个行星—土星（SATURN）来命名。此外“SATURN”还象征着高科技（征服太空）、神秘（带有光环）以及休闲娱乐（周六）。 

　　根据在SEGA在世嘉五代（MEGA DRIVE）上所得到的硬件制作经验，SS主机机能当然是向着增加显示颜色数、角色数目、大小以及回旋放缩特技等能力发展，但以下3点是其中最为重要的： 

　　（1）实现处理3D-CG多边形角色； 

　　（2）制造一个能将业务用游戏移植到家用版的平台； 

　　（3）具备能够播放动画的机能。 

　　SS是以世嘉业务用基板“SYSTEM 32”为基础开发的，SYSTEM 32最初面市于1990年，是SEGA当时的第一部业务用32 bit游戏机，它将以往只能在《AFTER BURUER》、《GALAXY FORCE》等大型专用游戏机中实现的双帧缓存器（DOUBLE FRAME BUFFER）、角色与卷轴的放大缩小机能、32000色的高彩色（HI-COLOUT）显示变成可能的先进业务用基板。 

　　由于SS的开发人员大多曾参与SYSTEM 32的开发，因此能充分利用当时的知识来设计SS。而且，为了能在SS上制作不同于以往2D平面游戏的3D游戏，更采用了和SS同时开发的业务用基板MODEL 1（用于《VIRTUA RACING》、《VIRTUA FIGHTER》）以及更高级的业务用基板MODEL 2（用于《DAYTONA USE》，《VIRTUA FIGHTER2》、《VIRTUA COP》）等的硬件结构，另3D多边形游戏能够在SS上出现。 

　　另一方面，SS开发人员所考虑到的，便是旧有游戏机所没有的动画播放机能。在考虑到动画压缩比率、画面质量、国际标准以及未来的发展性因素后，世嘉决定使用当时仍在筹划阶段的MPEG制式，也就是现在大为风行的VCD所用的压缩格式。 

　　2：SS的硬件系统结构 

　　SS的硬件结构大致可分为四大部分：电源部分，主系统基板，CD副系统基板，光驱部分。 

　　电源部分省去了传统游戏机用的笨重电源变压器，而采用了可以直接输入市电的开关电源（因我国市电电压与日本不同，所以才要加用220V—100V变压器），由于电源部分是完全独立的，所以即使发生损坏也能容易更换。 

　　主系统部分是SS的主要芯片所在之地，游戏程序的运行，资料的运算，画面和音响效果的合成、输出都是在这部分来完全，因此这是SS的心脏所在。 

　　CD副系统所负责的是控制光驱的运作、管理CD资料缓存区以及处理、播放MPEG格式的动画等等，而且还要根据主系统的需要来移交资料给主系统，所以CD副系统可说是光驱和主系统之间的桥梁。 

　　光驱部分则是以机械结构为主，作用是将CD上的数据读出转换成数字信号交给CD副系统处理。
由于SS采用了许多专门的芯片来处理运算、角色、卷轴、音效、CD等部件的运作，因此可在不加重主CPU负担的情况下，根据所发出的指示而作出同步动作。因为是各自独立运作的关系，万一某部分的工作量增加，其他部分也能够在不受影响的情况下继续稳定地运作。 

　　3：SS主系统各部分硬件机能 

　　主系统的核心部分 

　　1.32bit中央处理器SH2×2 

　　这两枚32位的RISC（REDUCED INSTRUCTION SETCOMPUTER，精简指令集）型CPU是由日立公司（HITACHI）所研制。SH2的全称是SUPER H RISC ENGING 2，它的工作主频是28.6MHz，运算能力极为强大，单枚CPU的处理速度可达到25MIPS（MEGA INSTRUCTION PER SECOND，百万次/秒），若两枚CPU完全配合则可能达到50MIPS。 

　　此外，这两枚高速度，低耗电的SH2内部还设置了类似DSP（数字信号处理器）的运算器，而且由于机能完全相同的关系，因此可以任意选择由哪部分来进行数据计算、资料处理。举个例子，在对战游戏中，这两枚CPU既可各自处理PLAYER 1及PLAYER 2的资料，也可把第一枚SH2当作主处理器，另一枚则用作副处理器。 

2.主工作内存（WORK RAM） 

　　为了配合SH2这样的高速度处理器，SEGA特地选用2M BYTE资料传送速度高达12～17NS（10亿分之12～17秒）的SDRAM作为主工作内存。 

　　SDRAM（动态DRAM）一直就是属于RAM中的奢侈品，目前PC机上所用的内存主要还是EDO RAM（45-60NS）和普通的DRAM（60-80NS），而SEGA居然在两年前就大胆采用，可见SEGA为提高主机速度的良苦用心。 

　　3.晶振（14.318MHz） 

　　4.频率控制芯片 

　　这两部分负责提供系统工作所用的时钟脉冲。频率控制芯片把晶振送来的14.318MHz进行处理以提供系统各部分所用的频率。例如将之二倍频以产生26.636MHz，也就是二枚SH2 CPU工作用的主频；四分频得到3.58MHz的彩色副载波以产生NTSC制式的VIDEO信号。 

　　影像处理部分 

　　5.影像处理芯片VDP1 

　　6.影像处理芯片VDP2 

　　7.影像处理用内存VRAM 

　　SS使用了两枚影像处理器（VIDEO PEOCESSOP）来处理画面显示，分别是负责处理角色与多边形的VDP1，以及负责画面卷轴的VDP2。 

　　VDP1和VDP2分别配备了1M BYTE及0.5M BYTE的VRAM（VIDEO RAM），这容量足以应付像SH2这类告诉CPU的运算能力。只要先在VRAM中写入VDP所使用的程序和资料，当CPU发出命令，VDP边可快速地显示处理完毕的画面。通常，在VDP处理画面之际，CPU已完成下一幅画面中的角色与背景的屏幕座标变换工作，因此就可以在同一画面上显示许多2D、3D的角色以及复杂的多层卷轴背景。 

　　VDP1除了拥有比MEGA DRIVE更胜一酬的2D角色处理机能外，还可以独立及横纵拼合的超大角色的回旋放缩描绘功能。另外，只要定义了4个顶点的三维座标，就能描绘任何形状的四角多边形（POLYGON），而在多边形上还可选择是否铺上材质（TEXTURE）形成富有真实感的“材质多边形”，没有材质的“单色多边形”，以及由3条单色的线所描绘而成的空心四边形“POLYLINE”。 

　　VDP1不仅可以在PLOYGON上设定阴影位置。还可在多边形的4个顶点上分别使用不同颜色，并在各顶点之间产生渐变效果，这样便会有近似曲面的感觉。另外，不单是多边形，就算是POLYLINE、单线甚至2D角色也可加上阴影。 

　　至于VDP2，它除了有4层可以作放大缩小的普通横纵向（XY方向）卷轴面外，还有2层能同时令X轴、Y轴、Z轴旋转的回转卷轴面，并且可以在同画面中最多显示5层背景卷轴。
总之，VDP1和VDP2几乎能最画面上的每点作出不同程度的运算，我们在电视上看到的各种扭曲、变形、回旋放缩等等特殊效果（动画播放除外），都是由VDP1和VDP2根据指定的参数来运算产生，因此对CPU来说增加的负担不大。而且由于两枚VDP的分工不同，所以即使用上了多重卷轴背景，也不会改变画面上所显示的多边形数目，更不会因为背景边复杂而使角色的动作出现不顺畅的效果，从而保持画面的高素质。 

　　声音处理部分 

　　8.声音处理用16bit CPU（MC68E000） 

　　9.声音处理用内存 

　　10.PCM和FM音源专用DSP芯片 

　　一直以来，世嘉业务用游戏机以及MPGA DRIVE的音响部分，都是使用独立的CPU，目的是为了分开处理声音部分和影象处理部分，使得即使增加了影象处理部分的工作量，也不会令声音延迟或中断。SS的声音处理器所使用的是MOTOROLA的68000系列的处理器，也就是以前MD用的主CPU，可见其实力一定不同凡响。 

　　这枚CPU配备了0.5M BYTE的SOUND RAM来负责控制及播放PCM音源与FM音源。SS最多可同时输出32路PCM音源、其采样频率为44.1KHz（和音乐CD一样），而FM音源则最多可输出8条，当然PCM和FM音源也可以混合起来使用。 

　　此外，由于配置了专用的DSP芯片，因此背景音乐（一般是用PCM音源合成或直接读取CD上的音轨）与；游戏本身的音效（一般内是用FM音源合成）可以混合出各种不同的声音效果，例如在赛车游戏里，可以同时使用收录自音乐厅内回音的BGM（背景音乐）及隧道内回音的游戏音效，以加强回音的效果。另外，这枚DSP芯片也可以做出诸如3D环绕声等等各种效果，例如只要把声音来源设定在玩家头部之后的位置，就可表现出如敌车从后逼近的效果，以增加游戏的临场感。 

系统控制部分 

　　11.系统控制芯片 

　　系统控制器是用来控制整个系统的命令及资料流动情况，它拥有当CPU正在处理资料时，把来自CD或卡带的资料有效率的以DMA（DIREXT MEMORY ACCESS，直接内存寻址）的方式直接的传送到主工作内存、VRAM及SOUND RAM等的机能。系统控制器内还设置了阵列计算用的DSP芯片，可在座标变换运算及CG运算上发挥威力。另一方面，系统控制器所管理的还有0.5M BYTE ROM中的音乐CD与CD-G播放用软件、系统操作软件，32K BYTE电池记忆用的RAM以及扩展卡带中的资料。 

　　12.主副系统输入/输出控制芯片 

　　这枚芯片是专门用来管理主系统向CD副系统发送的指令以及CD副系统向主系统传输资料的。有了它，主副系统之间才能协调一致地工作。 

　　13.主副系统通讯插槽 

　　这是用来连接主系统基板和CD副系统基板用的插槽，正是通过该插槽使得原本相互独立的主基板和CD副基板之间建立了数据交互的纽带。 

　　14.数模转换器（DAC） 

　　这是负责把数字信号变成模拟信号的数模转换器，它把来自CD的数字音源和PCM音源的资料转换成模拟音频纤毫（AUDIO）输出。 

　　15。RGB信号处理器 

　　这一部分把来自VDP的RGB信号进行处理，以产生RGB、S-VIDEO，VIDEO等多种输出信号，玩家只要把响应的RGB、S-VIDEO，VIDEO线插入候补的多功能AV输出端子，就可以得到相应的输出信号。 

　　16.操纵器插槽 

　　17.操纵器输入/输出控制芯片 

　　无论普通手柄、3D手柄（目前只对应《NIGHTS》）飞行摇杆，还是光线枪、多人用分插、方向盘都是要插入操纵器插槽才恩能大显神威。 

　　而来自操纵器的信号首先必须交给操纵器I/O控制芯片进行处理，转变成CPU可识别的信号，再传送给系统控制器，由它在一定时候转交给主CPU，这样主CPU能够根据玩家的操作来执行相应的游戏程序。
18.系统固化ROM 

　　开机后的SEGA标志、CD播放、记忆管理等画面资料和相应的系统处理程序，都是存在这枚只有0.5MB的ROM（只读存储器）中。 

　　19.电池记忆用S-RAM 

　　SS本体的记忆体是256Kbit（32KB），比PS的128Kbit（16K）以及卡足足大了一倍，通过SS的以及管理画面我们得知它对应的SS的记忆空间是748个单位。一般的动作、格斗、赛车；游戏游戏仅占十余点，而RPG游戏一般要占十几个到上百个点，至于需要记录各种复杂数据的大型SLG则要占据数百个点。如果发生以及空间不够用的情况，就要考虑使用比本体大16倍（4Mbit，也就是512KB）的强力记忆卡了。 

　　系统扩展部分 

　　20.扩展卡带插槽 

　　扩展卡带插槽直接连接着CPU、VDP的数据线和地址线，因此拥有无限的扩展功能。 

　　最早拥有该插槽的硬件是用于增加主机记忆的强力记忆卡“POWER MEMORY”。后来为了增加格斗游戏的流畅度并减少读盘时间，SEGA与SNK共同开发了在《’95格斗之王》上所使用了16M bit名为“TWIN ADVANCED ROM SYSTEM”的ROM卡带。最后为了增加卡带的通用性，又卡法了8M bit 的ROM卡带“扩张RAM CAPTRIDGE SYSTEM”。96年下半年后相续发售的《REAL BOUT饿狼传说》、《斩红郎无双剑》、《’96格斗之王》都采用了该卡带。 

　　此外，可对应此插槽的还有“SEGA SATURN MODEM”、把SEGA当作业务用通信卡拉OK机的“PLOROG21”等等。至于将来，通过该卡带插槽象MD的32X那样在SS上加装一个64bit的提升器有饿并不是没有可能的事情。 

　　21.通讯扩张端子 

　　通讯扩张端子（COMMUNICATION CONNECTOR）的主要用途是与外部进行资料交换，例如可以利用电话线来进行通讯对战游戏或接接驳CATV（有线电视）。接收CATV提供的游戏资料的方案目前SEGA公司正在进行整体的规划，原先的MEGA DRIVE通讯网络将会成为SATURN最有利的资源。和PLAY STATION一样，SATURN的通讯对战游戏也正在积极制作中。看来只要是别人有的游戏方式，SATURN绝对少不了。 
4：SS的CD副系统硬件分析 

　　22.CD副系统的CPU（SH1） 

　　在CD副系统里装置了有别于SS的主CPU、同样是由日立所生产的32 bit RISC CPU“SH1”，这种设计令CD系统更为聪明。CD副系统的管理全部经由这枚CPU负责，所以只要的当主CPU发出命令，就能立即进行控制光驱读入CD资料、管理CD缓存区内数据以及控制MPEG影象和声音等各种操作。总之，只要活用这枚副CPU与CD缓冲内存来读取CD的话，就可以连续地播放动画，另外在游戏进行时如果预先从CD中读入下一版的资料，那就可以减少不必要的读盘时间。 

　　23.CD-ROM缓存 

　　如果想从CD中读取资料，只要副CPU指定适当的参数，资料便会自动读进这个512KB的CD缓存区里。如果下次主系统所需要的资料已经在缓存区，就不需要再到CD-ROM上去读取。因此，副CPU可以将CD上的资料预先读到缓存中，以减轻CD-ROM传输速率慢的缺点。现在PC机上用的光驱虽然已达到了8倍速，但一般也只配有128KB或256KB的缓存，可见SEGA为改善光驱的读取瓶颈下的本钱可确实不小。 

　　24.CD基板介面插槽 

　　通过这个插槽，就可以把光驱读到的资料传给CD副处理系统。SS在开机或复位时，系统都会从光盘的特殊部位读取密码，这就是没有密码的盗版盘为什么不能正常工作的原因。不过，道高一尺。魔高一丈，现在已可以通过在这条通讯干道沙锅内加装存有密码的芯片，让主机误以为密码正确而直接运行盗版游戏光盘的方法。 

　　25.CD扩张端子
26.CD扩张I/O控制芯片 

　　这个100PIN的CD扩张端子和CD扩张I/O控制芯片的作用是用于接驳扩展CD副处理系统功能的硬件，而目前用于扩张的硬件仅有MPEG播放解码器“MOVIE CARD”一种，接上该卡后就可以利用SS来播放VIDEO CD VER2.0。而MOVIE CARD的控制亦是由副CPU执行，因此只要CPU发出命令就可以立即播放动画。此外，既然是SS专用的MOVIE CARD，它就有着特别为游戏而设的功能。 

　　首先，它可以大幅度提高SS的动画播放机能，除了可显示每秒30幅的全屏幕、全彩色动画外，还可显示704×480点的全彩色的静止画面。另外，还可以将MPEG的图象做为半透明化的背景，把它重叠在角色及背景卷轴上显示出来。 

　　另一方面，VIDEO CD原本只支持标准的单速资料传送率，但在SS上则可以对应两倍速，因此可用减低动画压缩比率的方法来提高画面质量，虽然播放时间减半，但能够大大提高画质，比普通VCD的图象质量更胜一酬。 

　　不单如此，SS更可令MPEG影像产生放大、缩小、回旋、马赛克、雾化、淡入、淡出及材质贴图等特殊效果，而在播放VCD也能使用这些功能。 

　　其实，SS虽然没有采用处理动画的专用芯片，但就凭CPU对动画的处理能力，已经能够播放大画面、高彩色的动画，这也就是在PC上常说的“软解压”。早先应用于播放动画的软件叫做CINEPAK，它被用与《CLOCKWORK KNIGHT》及《GALE RACER》等多款游戏中，但CINEPAK只能显示每秒15格的动画，而且图象质量有很大缩水。为此，世嘉不断研究一些特殊技术，希望能够将播放动画的格数增加至每秒30格，令动画更流畅，图象质量更高。 

　　1995年12月，世嘉率先在他们旗下的重头作品《VIRTUA FIGHTER 2》中引入新的动画制式——TRUEMOTION，虽然仍是每秒15格画面，但图象质量大为提高。于是其他厂商也相继采用了此项技术，例如GAME ATR的《GUN GRIFFON》和KONAMI的《心跳回忆》。 

　　此外，1996年7月，CSK总合研究所也宣布会为SS开发一种不需硬件就能播放MPEG动画的软件解码器“MPEG Sofdec”，虽然这种解码器仍在开发阶段，而该厂商尚未公布首款用该解码器的游戏会在何时推出，大家仍难以估计这种软件式解码器的效果如何，但明显表示各方对SS的动画播放机能相当重视。

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