GameCube Mimarisi

Tarafından pratik bir analiz Rodrigo Copetti

EuropaYou tarafından çevrildi

Klasik - Son güncelleme: 5 Ocak 2023

Mevcut olan diller: 🇬🇧 - English, 🇹🇷 - Türkçe, 👋 - Çeviri ekleyin


Bu baskı hakkında

'Klasik' sürüm, 'modern' muadiline alternatif bir sürümdür. Çalışması için Javascript, son teknoloji CSS veya karmaşık HTML gerektirmez, bu da onu erişilebilirlik araçları veya eski internet tarayıcıları kullanan okuyucular için ideal hale getirir. Öte yandan, e-Kitap kullanıcıları artık e-Kitap sürümünü kontrol edebilirler.

Bu basım içerik açısından aynıdır. Bununla birlikte, etkileşimli widget'lar saf HTML ile çalışacak şekilde basitleştirilmiştir, ancak bunlar okuyucunun "tam sürümü" denemek istemesi durumunda orijinal makaleye bir bağlantı sunacaktır.

Her zaman olduğu gibi, bu makale okuyucuların hataları bildirmesine veya değişiklik önermesine olanak sağlamak için Github'da mevcuttur. Ayrıca seriyi anlamaya yardımcı olacak destekleyici bir okuma listesi de mevcuttur. Yazar ayrıca mevcut ve gelecek makalelerin kalitesini artırmaya yardımcı olmak için bağışları da kabul etmektedir.


İçindekiler

  1. Destekleyici görüntüler
  2. Hızlı bir giriş
  3. İşlemci (CPU)
    1. Özellikler
    2. IBM’in geliştirmeleri
    3. İleriye doğru bir adım mı yoksa geriye doğru bir adım mı?
    4. Akıllı bellek sistemi
    5. Belleğin düzenlenmesi ve ARAM’ın sıralanması
  4. Grafikler
    1. Mimari ve Tasarım
      1. Veritabanı
      2. Geometri
      3. Doku
      4. Render
    2. İnteraktif karşılaştırma
      1. Yükseltme
      2. Güncelleme
    3. Yaratıcılık
    4. Video çıkış sistemi
    5. Bağlantılar
  5. Ses
    1. Sıkıştırma ve özgürlük
  6. Giriş/Çıkış
    1. Dahili G/Ç
    2. Opsiyonel Giriş/Çıkış
    3. Olağandışı G/Ç
    4. Tutarlı tasarım
  7. İşletim Sistemi
    1. Sıçrama ekranı ve kabuk
  8. Oyunlar
    1. Özel donanım
    2. Medium
    3. Sıradışı kontrolörler
    4. Çevrimiçi Platform
  9. Korsanla Mücadele ve Homebrew
    1. Güvenlik mekanizmaları
      1. DVD denetleyicisi
      2. IPL ve EXI
      3. Mansiyon Ödülü
  10. Hepsi bu kadar
  11. Referencing
  12. Kaynaklar / Okumaya Devam Edin
  13. Katkıda Bulunma
  14. Değişiklik Notları

Destekleyici görüntüler

Modeller

Image
İlk ve tek GameCube.
14/09/2001 tarihinde Japonya'da, 18/11/2001 tarihinde Amerika'da ve 03/05/2002 tarihinde Avrupa'da piyasaya sürüldü.

Anakart

Image
Anakart
'DOL-CPU-10' modelimden alınmıştır, daha sonrakiler Seri Port 2 ve Dijital Çıkışı çıkarmıştır. Kodlayıcı yongası, genişletme, kontrolör ve PSU yuvaları diğer tarafta bulunur.
Image
Önemli parçaları etiketlenmiş anakart

Diyagram

Image
Ana mimari diyagramı
Her veri yolu genişliği ile etiketlenmiştir.

Hızlı bir giriş

‘3D denemeleri’ günleri geride kaldı, Nintendo’nun yeni teklifi, yeni, orijinal ve görülmemiş içeriğe kapı açacak olan selefinden temiz ve güçlü bir kopuştan oluşuyor.

Bu mimarinin tasarımının, bu neslin en kompakt donanımlarından birini ortaya çıkardığını belirtmek gerekir. Bu durum, slim veya lite revizyonların olmamasıyla vurgulanmıştır.


İşlemci (CPU)

SGI’ın grafik pazarındaki hakimiyetini kaybetmesinin ardından Nintendo’nun ortaklık kuracağı yeni oyunculara ihtiyacı vardı.

Image
Gekko’nun mimarisi.

Umut verici bir aday IBM gibi görünüyor: Ana bilgisayarlar üzerindeki ünlü çalışmalarının yanı sıra, yakın zamanda Motorola ve Apple ile Intel’in PC pazarındaki hakimiyetiyle rekabet edebilecek kadar güçlü bir CPU yaratmak için ittifak kurdular. Ortaya çıkan ürün, PowerPC adını taşıyan ve Apple’ın Macintosh’larının ve bazı gömülü sistemlerinin %99’una güç vermek üzere seçilen bir dizi işlemcidir.

Hızlı bir şekilde ilerlediğimizde, Nintendo’nun güçlü ama ucuz bir şeye ihtiyacı vardı, bu yüzden IBM bu kırmızı çizgilere uymak için eski tasarımlarından biri olan PowerPC 750CXe’yi (Early-Summer 2001 olarak bilinen son iMac G3’te bulunan) aldı ve oyun geliştiricilerini memnun edecek yeteneklerle güçlendirdi. Sonuç PowerPC Gekko oldu ve 486 MHz hızında çalışıyor.

Özellikler

Gekko’yu bu kadar özel yapan şeyin ne olduğunu bulalım ve bunu yapmak için önce 750CXe’nin sunduklarına bakmamız gerekiyor:

Ek olarak ve RISC yapısı nedeniyle, bu CPU ayrıca belirli hesaplamaları hızlandırmak için özel birimler içerir [1]:

Ve elbette, bellek bant genişliğini hızlandırmak için bir miktar önbellek de dahil edilmiştir:

IBM’in geliştirmeleri

Önceki özelliklerin listesi (önceki nesillere göre) çok takdir edilse de, bu CPU hala oyun performansı açısından diğerlerinden geride kalır (unutmayalım ki bu hala bir genel amaçlı CPU’dur, elektronik tablolarda iyidir ancak ortalama fizikte). Bunu telafi etmek için IBM, Gekko’yu [2] oluşturacak aşağıdaki ince ayarları ekledi:

Bu geliştirmeler, oyun mantığını (fizik, çarpışmalar, vb.) ele almanın yanı sıra, CPU’nun grafik işlem hattının bazı bölümlerini (geometri dönüşümleri, aydınlatma, vb.) kabul edilebilir bir performansla uygulamasına olanak tanıyacaktır. GPU yalnızca sınırlı sayıda işlemi hızlandırabildiği için bu çok önemlidir, bu nedenle nihai sonuç GPU’nun sınırlamalarına bağlı değildir.

İleriye doğru bir adım mı yoksa geriye doğru bir adım mı?

Nintendo 64 makalenizde, sistemin 64 bit CPU’ya sahip olduğunu, ancak Gamecube’ün 32 bit olduğunu açıkladık. Nintendo konsollarının güçünü mü düşürdü?

Gerçekten de Gekko 32-bit PowerPC spesifikasyonunu uygularken MIPS R4300i 32-bit ve 64-bit modları arasında geçiş yapabilmektedir. Bunun bir gelişme olup olmadığını yanıtlamak için kendinize sormanız gerekir: Neden ‘64-bitliğe’ ihtiyacınız olsun ki?

Gördüğünüz gibi GameCube, ‘64-bit konsol’ olarak adlandırılmadan 64-bit sistemlerin avantajlarından yararlanmaktadır. İşte bu yüzden siz ve ben iki karmaşık makineyi ‘bit sayıları’ ile özetleyemeyiz.

Akıllı bellek sistemi

Yeni nesil mimarinin tasarımı sırasında, Nintendo’nun mimarları önceki tasarımlarının ölüm sonrası analizini gerçekleştirdiler ve bazı yüksek gecikmeli bileşenlerle (RDRAM) birlikte Birleşik Bellek mimarisinin kullanılmasının darboğazların en büyük nedenlerinden birine yol açtığını keşfettiler (CPU döngülerinin neredeyse %50’si boşta çalışırken boşa harcanıyordu) [3]. Ayrıca, birden fazla bağımsız birimin dahil edilmesi, bellek veri yolu için ilgili bir rekabete katkıda bulunmuştur.

Bu nedenle Gamecube mimarları, ayrılmış bellek alanı sağlayan ve düşük gecikmeli yongalar kullanan yeni bir bellek sistemi geliştirdiler. Yeni tasarımla birlikte GPU ve CPU artık aynı RAM için rekabet etmeyecek (doluluk oranı sorunlarına neden olacak) çünkü GPU artık kendi dahili ve şaşırtıcı derecede hızlı belleğine sahip olacak. Diğer taraftan, GPU hala G/Ç’ye erişim konusunda hakemlik yapmaktan sorumlu olacaktır.

Image
Bu sistemin bellek düzeni.

Sonuç olarak iki ana otobüsle organize edilen bir sistem ortaya çıktı:

Ayrıca, bu tasarım daha fazla belleğin bulunabileceği ek (ancak alışılmadık) bir veri yolu içerir:

Genel olarak bu, ARAM’ın önemli miktarda RAM sağlarken, ses tamponu olarak hareket etmek veya belirli aksesuarlar tarafından kullanılmak gibi daha az kritik görevlerle sınırlı olacağı anlamına gelir (G/Ç bölümünde açıklanmıştır).

Belleğin düzenlenmesi ve ARAM’ın sıralanması

Şimdiye kadar, kağıt üzerinde bellek özelliklerinin selefinden şüphesiz daha üstün olduğunu gördük, ancak hala iyileştirme için yer var. Örneğin Nintendo, ARAM’ı CPU’nun bellek haritasına dahil etmek için daha fazla donanım takabilirdi.

İlgili bir not olarak, Gekko’da kullanılan MMU’yu tekrar gözden geçirelim. CPU, 32 bit adres veri yolu ile 4 GB’a kadar belleğe erişebilir, ancak sistem bu miktarın yakınında bile değildir. Bu nedenle, boş (ve tahmin edilemez) bellek adreslerini açığa çıkarmamak için, ‘sanal bellek’ adresleme varsayılan olarak etkinleştirilir ve fiziksel adresleri daha güvenli, kolayca önbelleğe alınabilir ve sürekli bir ‘sanal’ adres haritası ile maskelenir [5].

Bu işi yapmak için, Gekko (ve diğer PowerPC mimarileri) sanal adresleri fiziksel adreslere aşağıdaki işlemle çevirir:

  1. Block Address Translation (BAT) gerçekleştirin: Her bir çiftin bir sanal adres aralığını sürekli bir fiziksel adres aralığına eşlediği sekiz çift programlanabilir kayıt vardır (dördü veri ve dördü talimatlar için). MMU, bu aralıklar içinde bulunursa fiziksel adresi bulmaya çalışır.
  2. BAT işe yaramadıysa, Page Table’ı okuyun: MMU ayrıca sayfaların fiziksel konumunu (sanal adres blokları) kataloglayan bir tablo da saklar.
    • MMU’nun bir sayfa tablosunu okuması zaman alabilir, bu nedenle son okumaları önbelleğe almak için bir Translation look-aside buffer (TLB) eklenmiştir.
    • X86 veya MIPS gibi diğer mimariler de sayfalama sağlar, ancak hepsi bir TLB sunmayacaktır.
  3. Son olarak, istenen sanal adres hala çevrilemiyorsa, MMU CPU’da bir ‘sayfa hatası’ istisnası tetikler ve işletim sisteminin bundan sonra ne yapacağına karar vermesini sağlar.

Peki bunun geliştiriciler için ne faydası var? Nintendo’nun Aram kullanarak ana RAM’i sayfalama yardımıyla genişleten bazı kütüphaneler yayınladığı ortaya çıktı. Özetlemek gerekirse, ARAM adreslenebilir değildir, ancak CPU buradan veri almak ve depolamak için DMA’yı çağırabilir. Böylece CPU, diğer kaynaklara yer açmak için sayfaları ana RAM’den taşıyabilir ve bunları geçici olarak ARAM’de depolayabilir. Daha sonra, bir sayfa hatası oluştuğunda, işletim sistemi ARAM’deki eksik sayfaları aramak ve bunları ana RAM’deki orijinal konumlarına geri yüklemek için rutinler içerir.

Sonuç olarak, bazı akıllıca hilelerle, bu genel amaçlı yetenekler Gamecube oyunlarının teknik olarak izin verilenden daha fazla bellekten yararlanmasını ve böylece daha yüksek kalite seviyelerine ulaşmasını sağladı. Yine de, bu tür hilelerin bazı performans cezalarıyla birlikte gelebileceğini akılda tutmak önemlidir (özellikle de hafife alınırlarsa).


Grafikler

Bu, bu konsolun en kritik bölümlerinden biridir, temelde Gamecube’ü bir Gamecube yapar.

Bu konsolun GPU’sunun geçmişi bazı ilginç bağlantılara sahiptir: N64’ün SoC’sinin (the RCP) yöneticisi Wei Yen, daha sonra Artx’i kurdu ve yeni nesil çiplerini geliştirmek için Nintendo ile bir sözleşme imzaladı: Flipper.

Image
Super Mario Sunshine (2002).

Bir önceki iterasyona göre pek çok ilerleme kaydedildi, örneğin alt sistem ciddi şekilde basitleştirilerek tek (ama güçlü) bir çekirdeğe indirgendi.

Geliştirme süreci sırasında ArtX, ATI tarafından satın alındı ve bu şirket de altı yıl sonra AMD’ye satıldı. Bu nedenle, kasanın ön tarafında damgalanmış bir ATI etiketi görürsünüz.

Mimari ve Tasarım

Flipper birden fazla hizmeti işleyen karmaşık bir bloktur [6], bu yüzden şimdilik grafik bileşenine odaklanalım (geometrimizi hayata geçirmekten sorumlu olduğu için). Bu alanı GPU veya Grafik Motoru olarak adlandıracağız ve eğer N64 makalesini okuduysanız, sadece bileşenin kutudan çıktıktan sonra çalışır hale geldiğini bilmenizi isteriz, bu yüzden programcıların çalışmasını sağlamak için kod enjekte etme endişesi olmayacak. Bununla birlikte, özelleştirilebilir bazı ilginç parçalar olacaktır.

Image
Flipper’ın GPU’sunun boru hattı tasarımı.

Her zaman olduğu gibi, ekrana bir kare çizmek için verilerimiz GPU’nun boru hattından pompalanacaktır. Veri, dört aşamada gruplandırabileceğimiz birçok farklı bileşenden geçer:

Veritabanı

Image
Veritabanı aşama diyagramları.

CPU ve GPU, ana RAM’de sabit uzunlukta bir FIFO tamponu kullanarak birbirleriyle iletişim kurar; bu, CPU’nun GPU’nun okuyacağı (ve sonunda görüntüleyeceği) çizim komutlarını yazacağı ayrılmış bir bölümdür, bu işlevsellik CPU ve GPU tarafından yerel olarak desteklenir.

Ayrıca, CPU ve GPU’nun aynı anda aynı FIFO’ya işaret etmesi gerekmez, bu nedenle GPU ilkini okurken CPU ayrı bir tane doldurabilir [7]. Bu, boşta çalışmayı önler.

Geometrimizi oluşturmak için tek tek komutlar vermek karmaşık sahnelerde çok sıkıcı olabilir, bu nedenle resmi kütüphaneler, oyunun varlıklarından gerekli Görüntüleme Listelerini (önceden derlenmiş set FIFO komutları) oluşturan araçlar içeriyordu, bu yığının yalnızca GPU’nun bunları etkili bir şekilde görüntülemesine izin vermek için RAM’e kopyalanması gerekiyor.

GPU, FIFO’dan komutları almakla görevli bir komut işlemcisi içerir.

Geometri

Image
Dolaylı mod kullanılarak Vertex aşama diyagramı.

Burada ilkeller istenen manzaraya göre şekle dönüştürülür ve rasterleştirme için hazırlanır. Motor bunu gerçekleştirmek için özel bir Vertex ünitesi veya ‘VU’ kullanır.

FIFO aracılığıyla verilen ilkelleri işlemek için iki vertex modu mevcuttur:

İlkel öğeler yüklendikten sonra dönüştürülebilir, kırpılabilir, ışıklandırılabilir (her bir tepe noktası Gouraud Gölgelendirme amaçları için enterpole edilebilen bir RGB değerine sahip olacaktır) ve son olarak projelendirilebilir.

Doku

Image
Varsayılan kurulum kullanılarak doku aşaması diyagramı.

Şimdi sıra modellerimize doku ve efektler uygulamaya geldi ve bunun için GPU, piksellerimizi işleyecek birden fazla birim içeriyor. Şimdi, bu çok sofistike (ancak oldukça karmaşık) bir prosedürdür, bu nedenle takip etmekte zorlanırsanız, bunu pikselleri işleyen büyük bir montaj hattı olarak düşünün. Bununla birlikte, üç grup ünite mevcuttur:

Tüm bunlar, önbellek ve Scratchpad belleğine (hızlı RAM) bölünebilen 1 MB Doku belleği (1T-SRAM tipi) ile desteklenir. SRTC (S3 Texture Compression) dokuları için gerçek zamanlı donanım dekompresyonu da mevcut tek megabyte belleğe daha fazla doku sığdırmak için kullanılabilir.

Render

Image
Render aşaması diyagramı.

Render işleminin son aşaması, sahnemize isteğe bağlı ancak yararlı bazı dokunuşlar uygulamayı içerir:

Ortaya çıkan çerçeve son olarak gömülü 1T-SRAM’deki çerçeve arabelleğine yazılır, ancak bu hala Flipper’ın içinde kilitlidir (alan ‘Gömülü Çerçeve Arabelleği’ veya ‘EFB’ olarak adlandırılır, ancak z-buffer’ı da içerir). Bu nedenle, TV’mizde görüntülemek için, External Frame-Buffer veya ‘XFB’ye [10] kopyalamamız gerekir; bu da Video Interface veya ’VI’ ile alınabilir. Ayrıca kopyalama işlemi Antialiasing (bloklu kenarları azaltır), Deflicker (parlaklıktaki ani değişiklikleri yumuşatır), RGB’den YUV’ye dönüştürme (bellekte daha az yer kaplayan benzer bir format) ve Y-scaling (kareyi dikey olarak ölçeklendirir) gibi efektler uygulayabilir.

XFB alanının CPU tarafından da manipüle edilebildiğini belirtmek gerekir; bu, daha önce işlenmiş bitmap’leri son işlenmiş karemizle birleştirmesini sağlar; veya bazı oyunların EFB’ye sığamayan çok renkli zengin kareler işlemesi gerektiğinde, bunlar parçalar halinde işlenir ve daha sonra CPU tarafından birleştirilir (her zaman VI ile senkronize kalır).

İnteraktif karşılaştırma

Tüm bunları bir perspektife oturtmanın zamanı geldi, programcıların bu konsolun yeni grafik özelliklerinden yararlanmak için önceki oyunlarının tasarımlarını nasıl geliştirdiklerine bir göz atın. Örneklerin interaktif olduğunu unutmayın!

Yükseltme

Önceki nesilde poligon sayısı nedeniyle küçültülmek zorunda kalan ünlü Mario modeli bu nesil için tamamen yeniden tasarlandı, modelin düz yüzlerden buruşuk kollara nasıl evrildiğine yakından bakın.

Image Image Image Etkileşimli model modern sürümde kullanılabilir
Super Smash Bros (1999) N64.
229 üçgen.
Image Image Image Etkileşimli model modern sürümde kullanılabilir
GC için Super Smash Bros. Melee (2001).
2,494 üçgen.

Güncelleme

Bu durumda, Sonic Team zaten kendi benzersiz konsolları için bir Sonic modeli tasarlamıştı, ancak oyunlarını Gamecube’e taşıdıktan sonra modellerine daha fazla poligon ekleyebildiklerini ve daha iyi ayrıntılar elde ettiklerini gördüler.

Image Image Image Etkileşimli model modern sürümde kullanılabilir
DC için Sonic Adventure (1999).
1,001 üçgen.
Image Image Image Etkileşimli model modern sürümde kullanılabilir
GC için Sonic DX (2003).
1,993 üçgen.

Sadece iki yıl içinde ne kadar çok ayrıntı kazanıldığı gerçekten etkileyici, değil mi?

Yaratıcılık

Bu boru hattının iç işleyişinden de görebileceğiniz gibi, grafik teknolojisi, programcıların artık işleme sürecinin belirli işlevlerini kontrol edebilecekleri noktaya kadar gelişmektedir.

Image
The Legend of Zelda: The Wind Waker (2003).

Aynı dönemde, PC grafik kartları sabit işlevli boru hatlarını shader çekirdekleri (piksellerin nasıl çalıştırılacağını tanımlayan küçük programları çalıştıran birimler) lehine bir kenara bırakmaya başlıyordu. Flipper hala sabit işlevli bir GPU içeriyor, ancak TEV birimi gibi bileşenleri dahil ederek Nintendo’nun kendi gölgelendirici benzeri çözümünü sağladığı iddia edilebilir.

Sanırım bu yeni yeteneği kullanan oyunların en iyi örneklerinden biri, dokularının karikatürümsü görünmesini sağlamak için Cel shading olarak bilinen benzersiz bir renk/ışıklandırma tekniği uygulayan The Legend of Zelda: Wind Waker’dır.

Video çıkış sistemi

Video sinyali, 16,7 milyon renge (24 bit derinlik) kadar 640x480 piksele kadar (veya PAL’de 768×576 piksel) çözünürlük sunar. Ayrıca, sistem sinyalini ilerleme modunda (daha net bir görüntüye sahip, ancak o dönemde her TV bunu desteklemiyor olabilir) yayınlayabiliyordu.

XFB birden fazla boyuta sahip olabilir, bu nedenle uyumluluk nedenleriyle Video arayüzü, XFB’yi bölgeye göre TV ekranına sığacak şekilde yeniden örnekleyerek kareyi görüntülemek için elinden geleni yapacaktır.

Bağlantılar

Konsolda bir değil, iki video çıkış konektörü bulunuyordu:

Image
A/V Bağlantıları arkada.

Ses

Nintendo sonunda bu büyük görevi CPU-GPU’dan kurtarmak ve daha zengin sesler sağlamak için bazı özel ses devreleri sundu. Bu konsolda sundukları şey ise, Flipper içinde çalışan Macronix tarafından üretilen bağımsız bir Dijital Sinyal İşlemcisi veya ‘DSP’.

DSP’nin görevi, ham ses verilerimiz üzerinde farklı işlemler gerçekleştirmek (örneğin, ses seviyesi değişiklikleri, örnekleme hızı dönüşümü, 3D ses efektleri, filtreleme, yankı, yankı, vb) ve ardından 2 kanallı bir PCM sinyali çıkarmaktır. Ancak tek başına çalışmaz, DSP diğer bileşenlerin yardımıyla ses sağlar.

İlk yoldaşı Audio Interface (AI), TV’de sonlanan ses sinyali aracılığıyla son örneği göndermekten sorumlu 16 bit stereo dijital-analog dönüştürücüdür. Yapay zeka, her 0.25ms’te sadece 32 bayt ses verisi işleyebilir, bu nedenle her ses örneğinin 2 bayt ağırlığı olduğunu ve stereo ses oluşturmak için iki taneye ihtiyaç duyulduğunu dikkate alırsak, Yapay zeka en fazla 32 kHz örnekleme hızına sahip 8 stereo örneğini karıştırabilir, ses!

Son olarak, ham ses verilerini depolamak için kullanılabilecek büyük (16 MB) ancak çok yavaş bir yedek bellek olan Audio RAM (ARAM) bloğumuz var. Oldukça fazla alan var, bu nedenle GPU bunu ek materyalleri (dokular gibi) depolamak için de kullanabilir. CPU’nun bu belleğe doğrudan erişimi yoktur, bu nedenle içeriği taşımak için DMA’ya başvuracaktır.

Daha iyi veya daha kötü, DSP mikrokod kullanılarak programlanabilir (endişe verici), ancak endişelenmeyin, çünkü resmi SDK zaten her oyun tarafından kullanılan genel amaçlı bir mikrokod içerir, ancak konsol açılış dizisi ve bazı Nintendo oyunlarında (nasıl rahat, çünkü Nintendo DSP’yi belgelememişti, bu yüzden sadece onu nasıl programlayabileceklerini biliyorlar).

Bununla birlikte, ses üretme süreci aşağıdaki gibi işler [11]:

  1. CPU, ham örnekleri ARAM’a taşımak için DMA’ya komut verir.
  2. CPU, DSP’nin bu örnekleri nasıl çalıştırması gerektiğini bildiren bir komut listesi gönderir. Başka bir deyişle, mikrokod programını yükler (geliştiriciler için resmi olarak yalnızca bir tane mevcuttur).
  3. DSP, ARAM’dan örnekleri alır, gerekli işlemleri uygular ve bunları iki kanala karıştırır. Son olarak, elde edilen verileri RAM üzerinde depolar.
  4. AI, işlenmiş örnekleri RAM’den alır ve bunları ses sinyali aracılığıyla çıkarır.

Sıkıştırma ve özgürlük

Her ne kadar örnekleme çağına çoktan ulaşmış olsak ve artık belirli dalga biçimlerine kilitlenmemiş olsak da, yeni ses sistemi yine de büyük bir gelişme. Yeni başlayanlar için, zorunlu müzik sıralama destanı sonsuza kadar gitti. Sistem artık, Saturn ve PS1’in yıllar önce başardığı gibi, önceden üretilmiş müziği ses uç noktasına sorunsuz bir şekilde aktarabiliyor.

Size biri Nintendo 64 için diğeri de GameCube için piyasaya sürülen iki oyunu kullanarak bir örnek göstereyim. Her ikisinin de müzik notaları farklıdır ancak bağlam (düşman savaşı) aynıdır. Her iki sistemin tasarımını (paylaşımlı vs özel) göz önünde bulundurarak her iki parçanın ses kalitesinde nasıl farklılık gösterdiğine bir göz atın.

N64 için Paper Mario (2000).
RSP tarafından anında sekanslandı.
Paper Mario: The Thousand-Year Door (2004) GC için.
DSP’ye aktarıldı.

Duyabileceğiniz gibi, DSP nihayet müzik bestecilerine her zaman istedikleri esnekliği ve zenginliği verdi.


Giriş/Çıkış

Görünüşe göre bu nesil genişletilebilirlik ve aksesuarlar üzerinde çok çalışıyor, Gamecube birkaç yeni ilginç bağlantı noktası içeriyordu, ancak bazıları kullanılmadı.

Dahili G/Ç

Image
Gamecube’ün mimarisinin ana şeması. Burada, I/O’nun çoğunu kontrol eden ’Kuzey Köprüsü’nü buluyoruz.

Flipper, CPU’yu diğer bileşenlerle arayüzlemekten sorumludur, bu nedenle ses ve grafik devrelerini içermenin yanı sıra, [12] ’den oluşan Northbridge adlı bir donanım koleksiyonu da sağlar:

Her arayüz, bazı davranışlarını değiştirmek için bir dizi kaydedici sunar.

Opsiyonel Giriş/Çıkış

Gamecube’ün kasasının altında, bazı widget’ları bağlamak için iki harici soket bulacaksınız.

Image
Kasanın alt kısmında kapalı aksesuar yuvaları.
Image
Kasanın alt kısmında açık aksesuar yuvaları.

Her ikisi de teknik olarak aynıdır (32 MHz’de çalışan seri veri yolu), ancak farklı aksesuarları barındırmak için farklı bir dış şekil ile sunulurlar:

Bu portlar EXI yığını üzerinde çalıştırılır.

Olağandışı G/Ç

Serial portların yanında bulunan başka bir soketten hala bahsetmediğimi fark edeceksiniz: Parallel Port. Bu bağlantı noktası çok daha hızlıdır (80 MHz’de 8 bit, 32 MHz’de 1 bit), bu da Nintendo’nun Hi-Speed Port adını vermesinin nedeni olabilir. Ancak en alışılmadık kısım, bu bağlantı noktasının EXI aracılığıyla değil, ARAM aracılığıyla arayüzlenmiş olmasıdır!

Bugüne kadar bilinen tek resmi aksesuar, Gamecube’ün altına ekstra bir kat olarak takılan ünlü Game Boy Player olup, Game Boy ve Game Boy Advance oyunlarını yerel olarak oynamak için gerekli donanımı içeriyordu. Oynatıcı tüm ağır işleri kendisi yaparak ve ardından sonuçları (kareler ve ses verileri) GameCube’ün görüntü/ses için ilgili bileşenlere ileteceği ARAM’a göndererek çalışır.

Tutarlı tasarım

Ne kadar çok aksesuar bağlarsanız bağlayın, konsolun her zaman kübik şeklini koruyacağını (ya da en azından korumaya çalışacağını) belirtmeye değer buldum.


İşletim Sistemi

Konsolu açtıktan sonra CPU, BIOS/IPL çipinde bulunan Dolphin OS adlı bir işletim sistemini yüklemeye başlayacaktır, bu donanımın başlatılmasıyla ilgilenecek ve oyunların kullanması için bazı uygun sistem çağrıları ve global değişkenler sağlayacak çok minimal bir işletim sistemidir. Resmi SDK kullanılarak geliştirilen oyunlar, düşük seviyeli işlemler sırasında bu çağrıları dolaylı olarak yürütecektir.

Image
Resmi logo, açılış animasyonu bittikten sonra gösterilir.

Sıçrama ekranı ve kabuk

Önyükleme işlemi tamamlandıktan sonra, işletim sistemi gayri resmi olarak Ana Menü adında küçük bir program yükleyecektir.

Image
Birden fazla ayarın mevcut olduğu Ana Menü.
Image
Saat ayarları.
Image
Ses ayarları.

Bu program ünlü açılış animasyonunu (Gamecube logosunu çizen küçük küp) görüntülemekten ve eğer varsa oyunu yüklemekten sorumludur. Geçerli bir oyun olmaması durumunda, aralarından seçim yapabileceğiniz çeşitli seçenekler içeren küp şeklinde basit bir menü sunacaktır:


Oyunlar

Nintendo, konsolları için oyun geliştirilmesine yardımcı olmak (ve teşvik etmek) için geliştiricilere birçok araç sağladı [13]:

Özel donanım

Yazılımın yanı sıra şirket, konsolun halka açık olarak piyasaya sürülmesinden önce ve sonra farklı donanım kitleri (fiyatları değişiyor) tedarik etti.

Muhtemelen bahsetmeye değer en popüler olanı Dolphin Development Hardware veya ‘DDH’ Gamecube’ün I/O’sunun bir kısmını ve birçok geliştirmeye yardımcı donanımı içeren PC benzeri bir kuleden oluşuyordu [14], oyun bir Windows PC’de geliştirilirken esas olarak bir hata ayıklama istasyonu olarak kullanılıyordu.

Medium

Oyunlar miniDVD adı verilen özel bir diskten yüklenir, bu disk geleneksel bir DVD diskin neredeyse yarısı boyutundadır ve 1,4 GB’a kadar veri tutabilir.

İlginç bir gerçek olarak, disk okuyucu Sabit Açısal Hız veya ‘CAV’ ile çalışır, yani veriler diskin dış alanında bulunursa daha hızlı (3.125MB/s) ve iç alanda bulunursa daha yavaş (2MB/s) okunacaktır. Bu, etkilerin tam tersi olduğu Sabit Doğrusal Hız sistemlerinden (geleneksel CD/DVD okuyucular tarafından kullanılan) farklıdır.

Oyun kayıtları Memory Card adı verilen özel bir harici aksesuarda saklanır ve bunlardan iki tanesi için yeterli yuva vardır.

Sıradışı kontrolörler

Nintendo, GameBoy Link Cable olarak bilinen ve Game Boy Advance’ı GC kontrolör portuna takan bir aksesuar gönderdi, böylece oyunlar GBA’ya küçük programlar yükleyebilir ve onu özel bir kontrolör olarak ele alabilirdi. Bu ilginç özellik, bazı oyunlarda benzersiz etkileşimler ve içerikler sağladı.

Çevrimiçi Platform

rekabetin aksine, Nintendo kullanıcıların çevrimiçi içeriğe erişmek için ekstra aksesuar satın almalarını zorunlu kılmakla kalmadı, aynı zamanda yayıncıların güvenebileceği herhangi bir internet hizmeti de sunmadı [15] ve geliştiricileri gerekli internet altyapısını sağlamaktan tek başına sorumlu kıldı.

Sonuç olarak, çevrimiçi oyun oynamak mümkün bir özellik olsa da, yaygın olarak benimsenmedi ve yalnızca çok az sayıda oyun bundan yararlandı.


Korsanla Mücadele ve Homebrew

Nintendo bir süredir bu oyunun içindeydi, bu nedenle yetkisiz yazılımların veya farklı bir bölgeden oyunların çalıştırılmasını önlemek için güvenlik mekanizmaları eklemeleri yeni bir haber değil. Ayrıca, Gamecube’ün sağladığı yeni I/O aralığı nedeniyle, saldırı yüzeyi önemli ölçüde genişledi.

Güvenlik mekanizmaları

Bunları şu alanlarda organize edebiliriz:

DVD denetleyicisi

Bu, disk ortamını kullanan ilk Nintendo konsolu olsa da, oyunların korsan kopyalarını oynamaya çalışmak kolay olmayacaktı. MiniDVD, verilerinin şifrelenmesinin yanı sıra diskin iç tarafında özel barkodlar kullanılarak korunmaktadır. Doğrulama ve şifre çözme işlemi sorunsuz bir şekilde çalışır: Sistem yalnızca verileri talep etmekle sınırlı kalırken miniDVD denetleyicisi bununla ilgilenir.

DVD okuyucuyu oluşturan donanım, yalnızca bir dizi komut kullanılarak erişilebilen bir kale duvarı olarak düşünülebilir. miniDVD denetleyicisi, takılan diskin orijinal olup olmadığına karar vermekle ilgilenecek özel bir CPU’ya sahiptir ve eğer değilse, ana CPU tarafından verilen hiçbir komut onu başka türlü okumaya ikna etmeyecektir.

Yenilgi: Diğer tüm kedi-fare oyunlarında olduğu gibi, üçüncü taraf şirketlerin okuyucuyu kandırabilecek mod çipleri oluşturmak için kontrol cihazını tersine mühendislikle başarılı bir şekilde geliştirmeleri sadece bir zaman meselesiydi. Ancak hiçbir mod çipinin bu konsolu, kasayı fiziksel olarak değiştirmeden sihirli bir şekilde geleneksel bir CD/DVD’ye uyduramayacağını unutmayın!

IPL ve EXI

Bir başka olası istismar yolu da Homebrew programlarını yüklemek için mevcut harici I/O’yu kullanmaktır. Yine de, önce DVD okuyucuyu kırmadan, mevcut diğer tek seçenek Gamecube’ün yüklediği ilk programın kontrolünü ele geçirmeye çalışmaktır ve bu da… IPL.

Bu, BIOS’u tersine mühendislikle değiştirerek ve çipi değiştirilmiş bir çiple değiştirerek, diyelim ki bir dosya okuyucuyu çalıştırabileceğiniz ve buradan aksesuar bağlantı noktalarından alınan programları çalıştırabileceğiniz anlamına gelir (ek donanımın takılı olduğu varsayılırsa).

Her ne olursa olsun, IPL çipi XOR koşullular ve bir Şifre-metni [16] kullanılarak şifrelenmiştir, bu da tersine mühendisliği ‘imkansız’ hale getirmektedir.

Yenilgi: Bilgisayar korsanları sonunda IPL’nin şifresini çözen donanımın, kullanılan Şifreli metni ele geçirmelerini sağlayan bir hata içerdiğini keşfetti [17]. Bu sayede başka bir ROM oluşturulabilir ve aynı şifreleme ile şifrelenebilir, böylece Gamecube bunu kendi ROM’u gibi önyükleyebilir!

Bu da yetmezmiş gibi, bilgisayar korsanları miniDVD okuyucuyu geleneksel DVD’leri yüklemesi için kandıracak yeni yöntemler de buldular.

Mansiyon Ödülü

Bu iki mekanizma keşfedilmeden önce, aslında herhangi bir değişiklik yapmadan rastgele kod yüklemenin çok daha basit bir yolu vardı. Bu yöntem çevrimiçi protokolün ele geçirilmesinden oluşuyordu.

Phantasy Star Online gibi bazı oyunlar, şirketin sunucularından güncellenmiş bir yürütülebilir dosya (DOL dosyası) indirilerek güncellenebilen kendi çevrimiçi işlevlerini uyguladı ve ikincisi protokolünde herhangi bir güvenlik uygulamadı. Gördüğünüz gibi bu, gerçekleşmeyi bekleyen bir ortadaki adam saldırısıydı…

Uzun lafın kısası, sahte bir sunucuyu taklit ederek Gamecube, sağlayabileceğiniz her türlü DOL’u indirir (ve çalıştırır). Bu da bilgisayar korsanlarının yalnızca orijinal oyuna ve geniş bant adaptörüne ihtiyaç duyduğu anlamına geliyor. Bu teknik PSOload [18] olarak bilinir.


Hepsi bu kadar

Image
Yakın zamanda tavan arasından kurtardığım eski Gamecube’um. Wii için sadece kumandaya ihtiyacım vardı (o zamanlar hepsini ikinci el almak daha ucuzdu!).

İşte bu, onuncu makale!

Bu makalenin uzunluğuna kabaca bir sınır koymaya çalıştım ama anlamalısınız ki, teknoloji o kadar karmaşık hale geldi ki, yanlışlıkla önemli bir şeyi atlarsam, tüm konuyu takip etmek imkansız hale geliyor.

Her neyse, Flipper’ın GPU’sunun karmaşık boru hattını anlamama yardımcı oldukları için #dolphin-dev IRC topluluğuna teşekkür etmek istiyorum, bu adamlar birkaç yıldır Gamecube emülatörünü geliştiriyorlar ve ne kadar çok şeye katlanmak zorunda kaldıkları gerçekten etkileyici.

Ve son olarak, eğer bu yazıyı ilginç bulduysanız lütfen katkıda bulunmayı düşünün. Elimden geldiğince eksiksiz olması için çabalıyorum ve bu süreçte bana aniden ne kadar zamana mal olduğunu unutuyorum, yine de iyi bir yatırım olduğunu düşünüyorum.

Bir dahaki sefere kadar!
Rodrigo.


Katkıda Bulunma

Bu makale Konsolların Mimarileri serisinin bir parçasıdır. Eğer ilginç bulduysanız lütfen bağış yapmayı düşünün. Bağışınız, mevcut ve gelecek makalelerin kalitesini artırmama yardımcı olacak araç ve kaynakların satın alınmasını finanse etmek için kullanılacaktır.

Donate with PayPal
Become a Patreon

Ayrıca eBook sürümünü İngilizce olarak da satın alabilirsiniz. Kârları bağış olarak kabul ediyorum.

Image

Bu makale için arzu edilen araçların ve en son kazanımların bir listesi burada takip edilmektedir:

Interesting hardware to get (ordered by priority)

Acquired tools used

Alternatif olarak, değişiklikler önererek ve/veya çeviriler ekleyerek yardımcı olabilirsiniz.


Copyright and permissions

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License. You may use it for your work at no cost, even for commercial purposes. But you have to respect the license and reference the article properly. Please take a look at the following guidelines and permissions:

Article information and referencing

For any referencing style, you can use the following information:

For instance, to use with BibTeX:

@misc{copetti-gamecube,
    url = {https://classic.copetti.org/writings/consoles/gamecube/},
    title = {GameCube Architecture - A Practical Analysis},
    author = {Rodrigo Copetti},
    year = {2019}
}

or a IEEE style citation:

[1]R. Copetti, "GameCube Architecture - A Practical Analysis", Copetti.org, 2019. [Online]. Available: https://classic.copetti.org/writings/consoles/gamecube/. [Accessed: day- month- year].

Special use in multimedia (Youtube, Twitch, etc)

I only ask that you at least state the author’s name, the title of the article and the URL of the article, using any style of choice.

You don’t have to include all the information in the same place if it’s not feasible. For instance, if you use the article’s imagery in a Youtube video, you may state either the author’s name or URL of the article at the bottom of the image, and then include the complete reference in the video description. In other words, for any resource used from this website, let your viewers know where it originates from.

This is a very nice example because the channel shows this website directly and their viewers know where to find it. In fact, I was so impressed with their content and commentary that I gave them an interview 🙂.

Appreciated additions

If this article has significantly contributed to your work, I would appreciate it if you could dedicate an acknowledgement section, just like I do with the people and communities that helped me.

This is of course optional and beyond the requirements of the CC license, but I think it’s a nice detail that makes us, the random authors on the net, feel part of something bigger.

Third-party publishing

If you are interested in publishing this article on a third-party website, please get in touch.

If you have translated an article and wish to publish it on a third-party website, I tend to be open about it, but please contact me first.


Kaynaklar / Okumaya Devam Edin

Korsanlıkla Mücadele

Ses

İşlemci (CPU)

Oyunlar

Grafikler

Fotoğrafçılık