텍사스 인스트루먼트 TMS9918

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TMS9918은 텍사스 인스트루먼트사가 제조해 1979년에 도입한 비디오 디스플레이 제어기(VDC)이다.^[1]TMS9918과 그 변형은 ColecoVision, CreatiVision, Memotech MTX, MSX, SG-1000/SC-3000, Spectravideo, Sord M5, Tatung Einstein, 텍사스 인스트루먼트 TI-99/4, Casio PV-2000 및 Tomy 튜터에 사용되었다.

TMS9918은 그리드 기반 문자 그래픽(텍스트 또는 배경 이미지를 표시하는 데 사용)과 전경 객체를 이동하는 데 사용되는 스프라이트를 모두 생성한다.

이 칩의 주요 특징은 1980년 Karl Guttag(디자이너 중 한 명)의 프레젠테이션에서 강조된 바와 같다.^[1]

• 256 x 192 화면당 전체 색상 픽셀 수
• 15가지 다른 색상 및/또는 색조
• 비인터레이스 컬러 복합 비디오 출력
• RAS/CAS 유형 다이내믹 RAM에 직접 배선
• 다이내믹 RAM의 자동 새로 고침
• 일반 8비트 메모리 매핑 유형 CPU 인터페이스
• CPU가 VDP를 통해 RAM에 액세스(DMA 필요 없음)
• 화면당 32개의 동적 문자
• 행당 32개의 8X8 패턴, 화면당 24개 행
• 행당 40개의 6X8 패턴이 있는 텍스트 모드
• 64x48 메모리 표시 가능한 색상 사각형 멀티콜러 모드
• 외부 비디오 입력 및 제어
• 단일 공급 +5V 작동
• 표준 N-채널 실리콘 게이트 기술

제품군

이 계열의 모든 IC는 보통 TMS9918 이름으로 언급되며, 때로는 'A' 후처리도 한다.'A'는 비트맵 모드(Grapic II)를 가장 두드러지게 추가한 새로운 기능을 추가한 두 번째 버전의 칩을 나타낸다.

Texas Instruments TMS9918 제품군 요약

칩 변종	비디오 출력	비디오 입력	비디오 주파수	모드 2 지원
9918	합성	합성	60Hz	아니요.
9918A / 9118	합성	합성	60Hz	네
9928A / 9128	휘도와 색의 차이	(없음)	60Hz	네
9929A / 9129	휘도와 색의 차이	(없음)	50Hz	네

TMS9918

비 A 버전은 TI-99/4에서만 사용되었고, TI-99/4A와 다른 컴퓨터들은 A 버전 VDC를 가지고 있었다.

TMS9918A 및 TMS9928a

TMS9918A 및 TMS9928A는 60Hz 비디오 신호를 출력하고, TMS9929A는 50Hz를 출력한다.The difference between '1' and the '2' in 'TMS9918A' and 'TMS9928A' is that the '1' version outputs composite NTSC video, while the '2' versions (including the TMS9929A) outputs analog YPbPr^[2] (Y luminance and R-Y (Pr) and B-Y (Pb) colour difference signals).후자의 필요성은 PAL과 SECAM이 서로 다른 비디오 신호 표준 때문에 유럽을 포함한 50Hz 세계에서 우세했다.Y, R-Y, B-Y를 출력하여 RF 변조기의 PAL 또는 SECAM으로 인코딩하는 것이 모든 색상 표준에 대해 다른 콘솔을 갖추려고 하는 것보다 비용 효율적이었다.'1' 버전은 또한 외부 합성 비디오 입력을 특징으로 하는데, 이 칩은 텍스트나 그래픽을 비디오에 오버레이할 수 있는 비디오 "타이틀러"에 사용할 수 있는 편리한 칩이 되었다. 반면, '2' 버전은 그렇지 않다.

TMS9118, TMS9128 및 TMS9129

이후 TMS9918 시리즈 칩의 변종인 TMS9118, TMS9128, TMS9129는 1980년대 중반에 출시되었지만 결코 큰 인기를 끌지 못했다.1핀의 기능이 변경되고, 영상메모리 매핑으로 TMS99xxx에 필요한 8개의 16Kx1비트 칩 대신 2개의 16Kx4비트 칩을 사용할 수 있다.그렇지 않으면 칩은 각각 TMS9918A, TMS9928A 및 TMS9929A와 완전히 동일하다.

외부 인터페이스

비디오 RAM

VDP는 16K × 8비트의 외장 비디오 메모리를 가지고 있다.이 메모리는 CPU의 주소 공간 밖에 있다. 별도의 주소 공간이 있다는 것은 CPU가 이 메모리를 쓰거나 읽으려면 더 많은 작업을 해야 한다는 것을 의미하지만, 디스플레이를 생성하기 위해 주기적으로 이 메모리를 읽을 때 VDC가 CPU 속도를 늦추지 않는다는 것을 의미한다.또한 다른 메모리 및 메모리 매핑 하드웨어를 위해 CPU에 더 많은 주소 공간을 남겨둔다.

사용 중인 화면 모드에 따라 디스플레이를 생성하기 위해 모든 비디오 메모리가 필요한 것은 아닐 수 있다.이 경우 CPU는 여분의 비디오 메모리를 다른 목적으로 사용할 수 있다.예를 들어 카트리지 ROM에 저장된 그래픽 또는 사운드 데이터를 압축 해제하기 위한 스크래치 패드로 한 번 사용할 수 있다.또 다른 일반적인 용도는 이중 버퍼링이라고 알려진 기술인 깜박임과 찢김을 제거하기 위해 디스플레이 데이터의 일부 또는 전부를 두 번째 복사하는 것이다.

CPU

CPU는 8비트 버스를 통해 VDP와 통신한다.CPU에 의해 제어되는 핀은 이 버스를 제어 포트와 데이터 포트라는 두 개의 "포트"로 구분한다.비디오 메모리의 바이트를 쓰거나 읽으려면 CPU가 먼저 VDP의 제어 포트에 VDC의 내부 주소 레지스터에 2바이트를 기록해야 한다.다음으로 CPU는 VDP의 데이터 포트에서 실제 쓰기 또는 읽기를 수행한다.데이터 바이트가 작성되거나 읽힐 때, TMS9918은 자동으로 내부 주소 레지스터를 증가시킨다.이 자동 증가 기능은 데이터 블록의 쓰기 및 읽기를 가속화한다.제어 포트는 다양한 내부 레지스터에 접근하는 데도 사용된다.

그래픽스

TMS9918은 두 가지 개별적이고 뚜렷한 그래픽 유형, 문자 및 스프라이트를 가지고 있다.

성격.

문자는 일반적으로 텍스트나 배경 이미지를 만드는 데 사용된다.그들은 스프라이트 뒤에 나타난다.

화면 모드

TMS9918에는 문자 특성을 제어하는 여러 화면 모드가 있다.

문서화됨

TMS9918A에는 4개의 문서화된 화면 모드가 있다(앞에서도 언급했듯이 TMS9918에는 모드 그래픽 2가 없음).

• 모드 0(텍스트): 총 240×192 픽셀, 40×24 문자로 256 6×8 픽셀의 1개 문자 집합에서 꺼낸다.전체 문자 집합은 2색 제한이 있다.이 모드는 스프라이트를 지원하지 않는다.
• 모드 1(그래픽 1): 총 256×192 픽셀, 32×24 문자로 256 8×8 픽셀의 1 문자 집합에서 끌어온다.문자 집합에서 8자로 구성된 각 그룹에는 2색 제한이 있다.예를 들어, 문자 "0"에서 "7"은 모두 동일한 색 속성을 가진다.
• 모드 2(그래픽 2): 총 256×192 픽셀, 32×24 문자로 256 8×8 픽셀의 3개 문자 집합에서 꺼낸다.문자 집합에 있는 문자의 8픽셀 폭의 각 행에는 2색 한계가 있다.이 모드는 화면의 모든 문자 위치에 고유한 문자를 제공하여 비트맵 이미지를 표시할 수 있다.
• 모드 3(멀티컬러): 총 256×192 픽셀, 64×48 변경 가능한 가상 픽셀, 32×24 "반그래픽" 문자로 표시.이러한 반그래픽은 2×2 "지방 픽셀"에 의해 정의된 256자로 구성된 특수 문자 집합에서 정의된다.각 지방 픽셀에는 4×4 픽셀이 있지만 지방 픽셀 내의 픽셀은 각각 고유한 색을 가질 수 있지만 개별적으로 정의할 수 없기 때문에 이 모드(멀티콜러)의 이름이다.이 모드는 매우 막히고 거의 사용되지 않는다.

문서화되지 않음

텍사스 인스트루먼트는 원래 위에 나열된 4가지 모드만 문서화했다.그러나 모드 2를 활성화하는 비트는 처음보다 더 흥미롭다.다른 모드의 수식어 비트로 가장 잘 설명된다.이 기능을 활성화하면 다음 세 가지 작업을 수행할 수 있다.^[3]

1. 색상 테이블 크기 확장.
2. 화면을 가로로 3분의 1로 나눈다.
3. 패턴과 컬러 테이블의 두 주소 비트를 마스크 비트로 변경하여 화면의 각 3분의 1에 고유한 패턴과 컬러 테이블이 있는지 여부를 제어한다.

이를 염두에 두고 세 가지 추가 모드가 가능하다.정품 TMS9918A 칩은 이러한 모드를 지원하지만 클론 및 에뮬레이터는 지원하지 않을 수 있다는 점에 유의하십시오.

• 모드 0(텍스트) + 모드 2(그래픽 2): 비트맵 텍스트 모드라고 한다.이 모드에서는 컬러 테이블이 없는 두 가지 컬러 비트맵 이미지가 허용된다.이렇게 하면 수평 해상도가 약간 낮아져 메모리가 절약된다(텍스트 모드는 그래픽 모드처럼 256픽셀 대신 240픽셀의 수평 해상도를 가진다).
• 모드 1 (그래픽 1) + 모드 2 (그래픽 2): 하프 비트맵 모드라고 알려져 있다.텍사스 인스트루먼트는 실제로 "비디오 디스플레이 프로세서 프로그래머 가이드 SPPU004"라는 제목의 매뉴얼에 이러한 "미등록" 화면 모드를 문서화했다.섹션 8.4.2 VRAM 어드레싱이 있는 게임 재생에서, 그들은 이 모드가 모드 1의 메모리 절약과 모드 2의 색상 세부사항을 결합하는 방법에 대해 논의한다.그러나, 이 모드는 계속해서 32개가 아닌 8개로 표시할 수 있는 스프라이트의 수를 제한한다고 말한다.따라서 이 모드를 설명하기 위해 사용된 "미해석"이라는 용어는 잘못된 명칭이다.그러나 이 설명서는 널리 알려져 있지 않았기 때문에 일반적으로 이 모드는 문서화되지 않은 모드 중 하나로 간주된다.일반적으로 모드 2보다 이 모드를 사용하는 유일한 이유는 메모리 소모를 줄이기 위해서입니다.
• 모드 3(멀티컬러) + 모드 2(그래픽 2): 비트맵 멀티컬러 모드라고 한다.이 모드는 표준 멀티콜러 모드가 이미 할 수 있는 것 이상의 어떤 것도 제공하지 않기 때문에 더 신기하다.

화면 모드 2 세부 정보

기술적으로 모드 2는 화려한 문자 집합이 있는 문자 모드다.화면은 가로로 세 개의 256×64 픽셀 영역으로 나뉘는데, 각 영역마다 고유의 문자 집합이 있다.이 프로그램은 세 영역 모두에서 문자 0~255를 순차적으로 출력해 각 픽셀을 개별적으로 설정할 수 있는 그래픽 모드를 시뮬레이션할 수 있다.그러나 결과적으로 나타나는 프레임 버퍼는 비선형이다.

이 프로그램은 또한 세 개의 동일한 문자 세트를 사용할 수 있고, 그리고 나서 다채로운 문자 세트를 가진 텍스트 모드처럼 화면을 다룰 수 있다.배경 무늬와 스프라이트는 다채로운 캐릭터로 구성된다.이것은 32x24바이트만 움직이면 전체 화면을 채우고 스크롤할 수 있기 때문에 게임에서 흔히 사용되었다.8×8 화소 테두리가 너무 뚜렷하지 않게 그래픽을 그릴 수 있는데, 코나미가 특히 뛰어난^{[citation needed]} 것으로 잘 알려진 예술이다.

TMS9918 모드 2를 사용하는 것의 어려움은 모든 8×1 픽셀 영역은 전경과 배경의 두 가지 색상만 가질 수 있다는 것이었다.16가지 색상 팔레트 중에서 자유롭게 선택할 수 있지만, 각 8x1 영역마다 두 가지 색상만 존재할 수 있다.LINE 명령으로 BASIC에서 화면을 조작할 경우 8×1 면적당 최대 2가지 색상을 쉽게 초과해 '컬러 스필'로 끝날 수 있다.

스크롤링

TMS9918에는 스크롤 레지스터가 없으므로 소프트웨어로 스크롤해야 한다.게다가 스크롤은 픽셀 단위로 할 수 있는 것이 아니라 문자 경계에서만 할 수 있다.^{[citation needed]}

스프라이트

스프라이트는 일반적으로 움직이는 전경 물체를 만드는데 사용된다.그들은 등장인물들 앞에 나타난다.

모드 1, 2, 3은 스프라이트를 렌더링할 수 있다.8×8 픽셀 또는 16×16 픽셀의 단색 스프라이트를 화면에 최대 32개까지 표시할 수 있으며, 각 스프라이트는 고유한 단일 색상을 가지고 있다.멀티콜러 스프라이트의 환상은 여러 스프라이트를 서로 위로 쌓아 올려서 만들어낼 수 있다.

단일 스캔 라인에 4개 이하의 스프라이트가 있을 수 있으며, 추가 스프라이트의 수평 픽셀이 손실된다.우선 순위가 높은 스프라이트를 먼저 그린다.VDP가 상태 레지스터로 처음 삭제된 스프라이트의 수를 보고함CPU는 모든 프레임에 다른 스프라이트 세트가 그려지도록 스프라이트 우선순위를 회전함으로써 이러한 한계를 극복할 수 있다. 완전히 사라지지 않고 스프라이트가 깜박인다.이 기술은 스프라이트 멀티플렉싱으로 알려져 있다.

자동 스프라이트 이동은 VDP에서 처리하지 않음대신 실제로는 CPU가 VBI(수직 공백 간격) 시작 시 50초 또는 60초마다 한 번씩 자동으로 트리거되는 표준 VDP 출력인 VDP의 '수직 인터럽트'를 픽업한다.그런 다음 CPU는 소프트웨어에서 스프라이트 처리 루틴으로 이동하며, 이 루틴은 다시 VDP에 스프라이트의 위치를 변경해야 하는 위치를 알려준다.

어떤 스프라이트 쌍에서든 투명하지 않은 두 개의 픽셀이 충돌하면 스프라이트 충돌 플래그가 설정된다.VDP 자체가 두 스프라이트가 충돌한 것을 보고할 수 없기 때문에 이 기능은 소프트웨어 내부에서 보다 진보된 충돌 감지 루틴을 트리거하는 데 유용하다.

컬러스

TMS9918 패밀리 칩은 복합 비디오 팔레트를 사용했다.색상은 TMS9918A 및 Y, R-Y, B-Y 값의 조합에 기초하여 생성되었으며 TMS9928A/9929A에 대한 R-Y 및 B-Y 값이다.

데이터시트 값

TMS9918은 15가지 디스플레이 색상과 "투명한" 색상으로 구성된 고정된 16색 팔레트를 가지고 있다.

• 스프라이트에 "투명"을 사용하면 배경 문자가 표시된다.
• 캐릭터에 "투명"을 사용하면 외부 영상 신호가 표시된다.

데이터시트^[4] 출력 수준의 표 2.3 "색상 할당"은 다음과 같다.

색상 코드	색	휘도	색도	Y	R-Y(Pr)	B-Y(Pb)
0	투명하다	-	-	-	-	-
1	검게 하다	0%	-	0%	47%	47%
2	중녹색	53%	53%	53%	7%	20%
3	연두색	67%	40%	67%	17%	27%
4	암청색, 감색	40%	60%	40%	40%	100%
5	담청색, 옅은 하늘색	53%	53%	53%	43%	93%
6	검붉은색	47%	47%	47%	83%	30%
7	청록색의	67%	60%	73%	0%	70%
8	중적색	53%	60%	53%	93%	27%
9	연한 적색	67%	60%	67%	93%	27%
10	짙은 황색	73%	47%	73%	57%	7%
11	연한 황색	80%	33%	80%	57%	17%
12	암녹색	46%	47%	47%	13%	23%
13	자홍색	53%	40%	53%	73%	67%
14	회색의	80%	-	80%	47%	47%
15	흰색,	100%	-	100%	47%	47%

참고: 색상은 여기서 공식을 사용하여 Y, R-Y, B-Y 값에서 sRGB로 변환되었다.휘도와 색도 값은 TMS9918A에 대한 값이다.Y, R-Y 및 B-Y 값은 TMS9928A/9929A용입니다.감마 보정 및 SMPTE C 색상 계수는 고려하지 않았다. 다음 섹션을 참조하십시오.

CRT 디스플레이

^{[원래 연구?]}

Y, R-Y, B-Y를 RGB로 변환하려면 Y가 어떻게 발생했는지, 즉 다음과 같은 사항을 고려해야 한다.

Y = R * 0.30 + G * 0.59 + B * 0.11

따라서 다음 공식을 사용해야 한다.

R = R-Y + Y B = B-Y + Y G = (Y - 0.30 * R - 0.11 * B) / 0.59

그러나 우선 Chrominance가 없는 모든 색상(따라서 검은색, 회색 및 흰색)에 대해 R-Y와 B-Y는 0%가 아니라 모두 47%의 오프셋을 가지고 있다는 사실에 주의를 기울일 필요가 있다.따라서 처음에는 모든 R-Y 및 B-Y 값에서 이 오프셋을 빼야 한다.실제로 이 한 단계는 결코 혼자 수행되지 않을 것이기 때문에 일부 결과가 부정적이 되는 것은 문제가 되지 않는다.

색상 코드	색	Y	R-Y	B-Y
1	검게 하다	0%	0%	0%
2	중녹색	53%	-40%	-27%
3	연두색	67%	-30%	-20%
4	암청색, 감색	40%	-7%	53%
5	담청색, 옅은 하늘색	53%	-4%	46%
6	검붉은색	47%	36%	-17%
7	청록색의	73%	-47%	23%
8	중적색	53%	46%	-20%
9	연한 적색	67%	46%	-20%
10	짙은 황색	73%	10%	-40%
11	연한 황색	80%	10%	-30%
12	암녹색	47%	-34%	-24%
13	자홍색	53%	26%	20%
14	회색의	80%	0%	0%
15	흰색,	100%	0%	0%

이제 RGB로 변환할 수 있다.모든 결과는 0% ~ 100% 범위에 있어야 한다.

색상 코드	색	R	G	B
1	검게 하다	0%	0.0000%	0%
2	중녹색	13%	78.3729%	26%
3	연두색	37%	85.9831%	47%
4	암청색, 감색	33%	33.6780%	93%
5	담청색, 옅은 하늘색	49%	46.4576%	99%
6	검붉은색	83%	31.8644%	30%
7	청록색의	26%	92.6102%	96%
8	중적색	99%	33.3390%	33%
9	연한 적색	113%	53.9492%	47%
10	짙은 황색	83%	75.3729%	33%
11	연한 황색	90%	80.5085%	50%
12	암녹색	13%	68.7627%	23%
13	자홍색	79%	36.0508%	73%
14	회색의	80%	80.0000%	80%
15	흰색,	100%	100.0000%	100%

당신은 데이터시트 내의 오타에서 "빛빨간색"의 R에 대한 113%의 오차가 발생하며, 여기서 R-Y는 80%를 넘지 않아야 한다는 결론을 내릴 수 있다.하지만 오실로스코프로 칩의 출력 신호를 측정하면 표의 모든 값이 정확하다는 것을 알 수 있을 것이다.그래서 그 오류는 칩 안에 있고 빨간 신호를 포화상태로 몰고 간다.이러한 이유로 이 값은 100%로 수정해야 한다.

게다가, 당신은 그 때까지 텔레비전뿐만 아니라 컴퓨터 모니터에도 음극선관만이 사용되었고, 이러한 CRT에는 감마선이 있다는 것을 고려할 필요가 있다.TMS9918 시리즈 칩은 텔레비전과 함께 작동하도록 설계되었으며, CRT는 1.6의 감마(리마크: Macintosh 모니터의 CRT는 1.8, PC 모니터의 CRT는 2.2)를 가졌다.평면 스크린에는 감마가 없다.이러한 이유로 TMS9918의 색상은 위의 첫 번째 표에서 볼 수 있듯이 여기에서는 다소 창백해 보인다.아래 표는 감마 보정값을 사용하며, 이 값은 위키백과의 코딩에 의해 필요하기 때문에 16진법으로 표기된다.

색상 코드	색	R	G	B
1	검게 하다	00	00	00
2	중녹색	0A	AD	1E
3	연두색	34	C8	4C
4	암청색, 감색	2B	2D	E3
5	담청색, 옅은 하늘색	51	4B	FB
6	검붉은색	BD	29	25
7	청록색의	1E	E2	EF
8	중적색	FB	2C	2B
9	연한 적색	FF	5층	4C
10	짙은 황색	BD	A2	2B
11	연한 황색	D7	B4	54
12	암녹색	0A	8C	18
13	자홍색	AF	32	9A
14	회색의	B2	B2	B2
15	흰색,	FF	FF	FF

참고: 사용된 단계는 모든 값을 소수점 두 자리까지 반올림한 다음 감마 보정을 위해 1.6의 검정력으로 올리고 마지막으로 값 범위를 0에서 변환...100 대 0...255.

사양

• 비디오 RAM: 16KB
• 텍스트 모드: 40 × 24 및 32 × 24
• 해상도: 256 × 192
• 색상: 15가지 색상 + 투명
• 스프라이트: 32, 1색, 수평선당 최대 4개

레거시

TMS9918은 D램을 사용한 최초의 소비자 기기였다.^[5]당시 완전한 프레임 버퍼를 저장하기에 충분한 DRAM이 너무 비쌌기 때문에 TMS9918은 스프라이트를 사용한다.^[5][6]

텍사스 인스트루먼트사의 TMS9918A는 야마하의 V9938에 의해 계승되었는데, 이 V9938은 추가적인 비트맵 모드, 보다 화려한 스프라이트, 수직 전체 화면 스크롤 레지스터, 수직 및 수평 오프셋 레지스터, 하드웨어 블리터, 사용자 지정 가능한 팔레트를 추가하였다.V9938은 컴퓨터의 MSX2 표준을 위해 설계되었으며, 나중에 TI-99/4A로 타사 업그레이드(Geneve 9640 'computer-on-a-card')하는 데 사용되었다.V9938은 V9958에 의해 계승되었고, V9958은 일부 고색상 모드와 수평 2페이지의 스크롤 레지스터를 추가했다.이 칩들은 MSX2+/turboR 시스템뿐만 아니라 TI-99/4A용 "TIM" 업그레이드 카드에도 사용되었지만, V9958은 포토 플레이 아케이드 세대에도 사용되었다는 소문이 있다.야마하도 V9990을 생산해 일부에서는 V9958의 후속작이라고 여겨지지만 역호환성은 아니다.^[who?]

도시바는 T6950이라는 복제품을 만들었으며, 그래픽 2 모드에서 문서화되지 않은 패턴/컬러 테이블 마스킹 기능을 지원하지 않는다.^{[7][better source needed]}이후 도시바는 VDP가 내장된 T7937A MSX-엔진을 출시하고 마스킹 기능을 고정했다.도시바의 VDP는 둘 다 텍사스 VDP와는 조금 다른 팔레트를 특징으로 하고 있으며, 색상은 좀 더 선명한 것이 특징이다.

TMS9918은 세가의 마스터 시스템, 게임 기어, 메가 드라이브에서 VDP 칩의 기초가 되었다.^{[citation needed]}그들은 추가 디스플레이 모드와 레지스터를 사용했고 하드웨어 스크롤 기능과 기타 고급 기능을 추가했다.

참고 항목

• 아타리 8비트 패밀리(Atari 8bit family)는 비슷한 그래픽 하드웨어를 탑재한 가정용 컴퓨터 라인이 같은 해에 도입되었다.
• 8비트 컴퓨터에서 널리 사용되는 디스플레이 컨트롤러인 Motorola 6845
• 모토로라 6847

참조

외부 링크

• 데이터시트
• 프로그래머 가이드
• F18A 현대식 교체