logo Snarky Security

Architecture of NES Consoles

It ‎seems‏ ‎you’ve ‎traded ‎the ‎thrilling ‎world‏ ‎of ‎social‏ ‎interactions‏ ‎for ‎the ‎captivating‏ ‎realm ‎of‏ ‎game ‎console ‎research. ‎Let’s‏ ‎dive‏ ‎into ‎the‏ ‎depths ‎of‏ ‎your ‎newfound ‎obsession ‎called ‎the‏ ‎Super‏ ‎Nintendo ‎Entertainment‏ ‎System ‎(SNES)?

FabienSanglard,‏ ‎our ‎hero, ‎has ‎meticulously ‎dissected‏ ‎the‏ ‎SNES,‏ ‎offering ‎us‏ ‎a ‎trilogy‏ ‎of ‎articles‏ ‎that‏ ‎could ‎very‏ ‎well ‎replace ‎any ‎human ‎interaction.

First‏ ‎off, ‎we‏ ‎have‏ ‎the ‎exposé ‎on‏ ‎SNES ‎cartridges,‏ ‎those ‎magical ‎plastic ‎blocks‏ ‎that,‏ ‎surprise, ‎held‏ ‎more ‎than‏ ‎just ‎the ‎dreams ‎of ‎90s‏ ‎kids.‏ ‎They ‎were‏ ‎technological ‎marvels‏ ‎with ‎their ‎own ‎hardware, ‎including‏ ‎the‏ ‎oh-so-essential‏ ‎CIC ‎copy‏ ‎protection ‎chip.

Then,‏ ‎Sanglard ‎takes‏ ‎us‏ ‎on ‎a‏ ‎historical ‎journey ‎through ‎the ‎evolution‏ ‎of ‎the‏ ‎SNES‏ ‎motherboard. ‎Twelve ‎versions‏ ‎over ‎twelve‏ ‎years, ‎each ‎one ‎reducing‏ ‎the‏ ‎number ‎of‏ ‎chips ‎and‏ ‎components.

And ‎let’s ‎not ‎forget ‎the‏ ‎heartwarming‏ ‎tale ‎of‏ ‎the ‎SNES’s‏ ‎clock ‎generators. ‎These ‎little ‎timekeepers‏ ‎made‏ ‎sure‏ ‎everything ‎ran‏ ‎like ‎clockwork‏ ‎(pun ‎absolutely‏ ‎intended).‏ ‎Because ‎what’s‏ ‎a ‎gaming ‎console ‎without ‎its‏ ‎precise ‎timing‏ ‎to‏ ‎keep ‎those ‎tool-assisted‏ ‎speedruns ‎accurate?‏ ‎It’s ‎not ‎like ‎gamers‏ ‎have‏ ‎anything ‎better‏ ‎to ‎do,‏ ‎like, ‎say, ‎going ‎outside.

So, ‎there‏ ‎you‏ ‎have ‎it,‏ ‎a ‎trilogy‏ ‎of ‎articles ‎that ‎could ‎very‏ ‎well‏ ‎serve‏ ‎as ‎a‏ ‎substitute ‎for‏ ‎human ‎interaction.‏ ‎Who‏ ‎needs ‎friends‏ ‎when ‎you ‎have ‎the ‎intricate‏ ‎details ‎of‏ ‎the‏ ‎SNES ‎to ‎keep‏ ‎you ‎warm‏ ‎at ‎night? ‎Thank ‎you,‏ ‎Fabien‏ ‎Sanglard, ‎for‏ ‎giving ‎us‏ ‎the ‎perfect ‎excuse ‎to ‎avoid‏ ‎social‏ ‎obligations ‎in‏ ‎favor ‎of‏ ‎gaming ‎console ‎research.

SNES ‎Cartridges:

The ‎SNES‏ ‎cartridges‏ ‎were‏ ‎unique ‎in‏ ‎that ‎they‏ ‎could ‎include‏ ‎additional‏ ‎hardware ‎such‏ ‎as ‎the ‎CIC ‎copy ‎protection‏ ‎chip, ‎SRAM,‏ ‎and‏ ‎enhancement ‎processors ‎like‏ ‎the ‎«Super‏ ‎Accelerator ‎1» ‎(SA-1). ‎These‏ ‎processors‏ ‎significantly ‎boosted‏ ‎the ‎console’s‏ ‎capabilities, ‎allowing ‎for ‎advanced ‎graphics‏ ‎and‏ ‎gameplay ‎features.‏ ‎It ‎highlights‏ ‎the ‎evolutionary ‎steps ‎Nintendo ‎took‏ ‎with‏ ‎the‏ ‎SNES ‎motherboard‏ ‎to ‎enhance‏ ‎the ‎system’s‏ ‎efficiency‏ ‎and ‎cost-effectiveness‏ ‎over ‎time.

Key ‎Features

📌The ‎SNES ‎motherboard‏ ‎underwent ‎significant‏ ‎changes‏ ‎throughout ‎its ‎production,‏ ‎primarily ‎aimed‏ ‎at ‎reducing ‎the ‎complexity‏ ‎and‏ ‎cost ‎of‏ ‎the ‎system.

📌The‏ ‎motherboard ‎started ‎with ‎a ‎high‏ ‎number‏ ‎of ‎chips‏ ‎and ‎components‏ ‎which ‎were ‎gradually ‎reduced ‎in‏ ‎later‏ ‎versions.

Chip‏ ‎Reduction

📌One ‎of‏ ‎the ‎major‏ ‎advancements ‎in‏ ‎the‏ ‎SNES ‎motherboard‏ ‎design ‎was ‎the ‎introduction ‎of‏ ‎the ‎1-CHIP‏ ‎version.‏ ‎This ‎version ‎consolidated‏ ‎the ‎CPU‏ ‎and ‎the ‎two ‎PPUs‏ ‎(Picture‏ ‎Processing ‎Units)‏ ‎into ‎a‏ ‎single ‎ASIC ‎(Application-Specific ‎Integrated ‎Circuit),‏ ‎reducing‏ ‎the ‎total‏ ‎number ‎of‏ ‎chips ‎on ‎the ‎motherboard ‎to‏ ‎nine.

📌This‏ ‎reduction‏ ‎not ‎only‏ ‎simplified ‎the‏ ‎design ‎but‏ ‎also‏ ‎potentially ‎improved‏ ‎the ‎system’s ‎reliability ‎and ‎performance.

Motherboard‏ ‎Versions

📌Over ‎its‏ ‎12-year‏ ‎lifespan, ‎Nintendo ‎released‏ ‎twelve ‎different‏ ‎versions ‎of ‎the ‎SNES‏ ‎motherboard.

📌These‏ ‎versions ‎include‏ ‎various ‎models‏ ‎like ‎SHVC-CPU-01, ‎SNS-CPU-GPM-01, ‎and ‎SNS-CPU-1CHIP-01‏ ‎among‏ ‎others, ‎each‏ ‎corresponding ‎to‏ ‎different ‎production ‎years ‎and ‎design‏ ‎tweaks.

📌The‏ ‎versions‏ ‎are ‎categorized‏ ‎into ‎four‏ ‎major ‎generations:‏ ‎Classic,‏ ‎APU, ‎1-CHIP,‏ ‎and ‎Junior, ‎with ‎the ‎1-CHIP‏ ‎and ‎Junior‏ ‎versions‏ ‎representing ‎the ‎most‏ ‎significant ‎redesigns.

📌The‏ ‎Super ‎Nintendo ‎Jr ‎(also‏ ‎known‏ ‎as ‎Mini)‏ ‎is ‎noted‏ ‎as ‎the ‎final ‎form ‎of‏ ‎the‏ ‎SNES, ‎maintaining‏ ‎the ‎reduced‏ ‎chip ‎count ‎and ‎featuring ‎a‏ ‎more‏ ‎integrated‏ ‎design ‎where‏ ‎the ‎motherboard‏ ‎no ‎longer‏ ‎has‏ ‎parts ‎dedicated‏ ‎to ‎specific ‎subsystems.

Evolution ‎of ‎the‏ ‎SNES ‎Motherboard:

Over‏ ‎its‏ ‎12-year ‎lifespan, ‎Nintendo‏ ‎released ‎twelve‏ ‎versions ‎of ‎the ‎SNES‏ ‎motherboard,‏ ‎each ‎reducing‏ ‎the ‎number‏ ‎of ‎chips ‎and ‎components. ‎The‏ ‎most‏ ‎notable ‎advancement‏ ‎was ‎the‏ ‎1-CHIP ‎version, ‎which ‎integrated ‎the‏ ‎CPU‏ ‎and‏ ‎two ‎PPUs‏ ‎into ‎a‏ ‎single ‎ASIC,‏ ‎simplifying‏ ‎the ‎design‏ ‎and ‎potentially ‎enhancing ‎performance. ‎It‏ ‎sheds ‎light‏ ‎on‏ ‎the ‎technical ‎marvels‏ ‎and ‎challenges‏ ‎of ‎the ‎SNES ‎cartridge‏ ‎system,‏ ‎highlighting ‎how‏ ‎Nintendo ‎leveraged‏ ‎additional ‎hardware ‎within ‎cartridges ‎to‏ ‎push‏ ‎the ‎boundaries‏ ‎of ‎what‏ ‎was ‎possible ‎in ‎video ‎gaming‏ ‎during‏ ‎the‏ ‎era

Enhancement ‎Processors

📌SNES‏ ‎cartridges ‎were‏ ‎notable ‎for‏ ‎their‏ ‎ability ‎to‏ ‎include ‎more ‎than ‎just ‎game‏ ‎instructions ‎and‏ ‎assets.‏ ‎They ‎could ‎also‏ ‎house ‎additional‏ ‎hardware ‎components ‎such ‎as‏ ‎the‏ ‎CIC ‎copy‏ ‎protection ‎chip,‏ ‎SRAM, ‎and ‎enhancement ‎processors.

📌These ‎enhancement‏ ‎processors,‏ ‎such ‎as‏ ‎the ‎«Super‏ ‎Accelerator ‎1» ‎(SA-1) ‎chip, ‎significantly‏ ‎boosted‏ ‎the‏ ‎SNES’s ‎capabilities.‏ ‎The ‎SA-1‏ ‎chip, ‎found‏ ‎in‏ ‎34 ‎cartridges,‏ ‎was ‎a ‎65C816 ‎CPU ‎running‏ ‎at ‎10.74‏ ‎MHz—four‏ ‎times ‎faster ‎than‏ ‎the ‎SNES’s‏ ‎main ‎CPU. ‎It ‎also‏ ‎included‏ ‎2KiB ‎of‏ ‎SRAM ‎and‏ ‎an ‎integrated ‎CIC.

Copy-Protection ‎Mechanism

📌The ‎SNES‏ ‎utilized‏ ‎a ‎copy-protection‏ ‎mechanism ‎involving‏ ‎two ‎CIC ‎chips ‎that ‎communicated‏ ‎in‏ ‎lockstep—one‏ ‎in ‎the‏ ‎console ‎and‏ ‎the ‎other‏ ‎in‏ ‎the ‎cartridge.‏ ‎If ‎the ‎console’s ‎CIC ‎detected‏ ‎an ‎unauthorized‏ ‎game,‏ ‎it ‎would ‎reset‏ ‎every ‎processor‏ ‎in ‎the ‎system.

📌Some ‎unsanctioned‏ ‎games,‏ ‎like ‎«Super‏ ‎3D ‎Noah’s‏ ‎Ark,» ‎bypassed ‎this ‎protection ‎by‏ ‎requiring‏ ‎an ‎official‏ ‎cartridge ‎to‏ ‎be ‎plugged ‎on ‎top ‎of‏ ‎them,‏ ‎using‏ ‎the ‎official‏ ‎game’s ‎CIC‏ ‎to ‎authenticate.

Game‏ ‎Enhancements

📌The‏ ‎inclusion ‎of‏ ‎enhancement ‎processors ‎allowed ‎for ‎significant‏ ‎improvements ‎in‏ ‎game‏ ‎performance ‎and ‎graphics.‏ ‎For ‎example,‏ ‎the ‎SA-1 ‎chip ‎enabled‏ ‎the‏ ‎SNES ‎to‏ ‎animate ‎and‏ ‎detect ‎collisions ‎on ‎all ‎128‏ ‎sprites‏ ‎available ‎in‏ ‎the ‎PPU,‏ ‎transform ‎sprites ‎on ‎the ‎fly‏ ‎(rotate/scale),‏ ‎and‏ ‎write ‎them‏ ‎back ‎into‏ ‎the ‎PPU‏ ‎VRAM.

📌Another‏ ‎enhancement ‎chip,‏ ‎the ‎Super-GFX, ‎excelled ‎at ‎rendering‏ ‎pixels ‎and‏ ‎rasterizing‏ ‎polygons, ‎usually ‎rendering‏ ‎into ‎a‏ ‎framebuffer ‎located ‎on ‎the‏ ‎cartridge.‏ ‎This ‎content‏ ‎was ‎then‏ ‎transferred ‎to ‎the ‎VRAM ‎during‏ ‎VSYNC.

Regional‏ ‎Compatibility ‎and‏ ‎Circumvention

📌The ‎article‏ ‎also ‎touches ‎on ‎the ‎physical‏ ‎and‏ ‎electronic‏ ‎measures ‎Nintendo‏ ‎used ‎to‏ ‎enforce ‎regional‏ ‎compatibility,‏ ‎such ‎as‏ ‎the ‎different ‎shapes ‎of ‎cartridges‏ ‎and ‎the‏ ‎CIC‏ ‎lockout ‎system. ‎However,‏ ‎it ‎mentions‏ ‎that ‎these ‎measures ‎were‏ ‎not‏ ‎foolproof ‎and‏ ‎could ‎be‏ ‎circumvented.

Community ‎and ‎Development ‎Insights

📌Discussions ‎on‏ ‎platforms‏ ‎like ‎Hacker‏ ‎News ‎reflect‏ ‎on ‎the ‎impact ‎and ‎potential‏ ‎of‏ ‎these‏ ‎cartridges, ‎comparing‏ ‎them ‎to‏ ‎other ‎Nintendo‏ ‎innovations‏ ‎and ‎discussing‏ ‎the ‎technical ‎challenges ‎and ‎solutions‏ ‎provided ‎by‏ ‎the‏ ‎SNES’s ‎design

Clock ‎Generators‏ ‎in ‎the‏ ‎SNES:

The ‎SNES ‎utilized ‎two‏ ‎main‏ ‎clock ‎generators‏ ‎to ‎manage‏ ‎the ‎timing ‎for ‎its ‎various‏ ‎components.‏ ‎These ‎clocks‏ ‎were ‎crucial‏ ‎for ‎the ‎operation ‎of ‎the‏ ‎CPU,‏ ‎PPU,‏ ‎and ‎APU.‏ ‎The ‎system‏ ‎also ‎included‏ ‎enhancement‏ ‎chips ‎in‏ ‎some ‎cartridges, ‎which ‎used ‎these‏ ‎clocks ‎for‏ ‎additional‏ ‎processing ‎power, ‎exemplified‏ ‎by ‎the‏ ‎SuperFX ‎chip ‎used ‎in‏ ‎games‏ ‎like ‎StarFox.‏ ‎This ‎detailed‏ ‎examination ‎of ‎the ‎SNES’s ‎clock‏ ‎system‏ ‎reveals ‎the‏ ‎intricate ‎design‏ ‎and ‎engineering ‎that ‎supported ‎the‏ ‎console’s‏ ‎complex‏ ‎graphics ‎and‏ ‎audio ‎capabilities,‏ ‎allowing ‎for‏ ‎advanced‏ ‎gaming ‎experiences‏ ‎during ‎its ‎era.

Clock ‎Generators

📌The ‎SNES‏ ‎motherboard ‎features‏ ‎two‏ ‎primary ‎clock ‎generators‏ ‎located ‎in‏ ‎the ‎X2 ‎and ‎X1‏ ‎slots.

📌The‏ ‎X2 ‎slot‏ ‎houses ‎a‏ ‎24.576 ‎MHz ‎ceramic ‎resonator, ‎which‏ ‎is‏ ‎blue ‎in‏ ‎color. ‎This‏ ‎resonator ‎is ‎crucial ‎for ‎the‏ ‎operation‏ ‎of‏ ‎the ‎Audio‏ ‎Processing ‎Unit‏ ‎(APU), ‎setting‏ ‎the‏ ‎pace ‎for‏ ‎audio ‎processing ‎on ‎the ‎SNES.

📌The‏ ‎X1 ‎slot‏ ‎contains‏ ‎a ‎21.300 ‎MHz‏ ‎oscillator, ‎labeled‏ ‎D21L3, ‎which ‎is ‎yellow.‏ ‎This‏ ‎oscillator ‎is‏ ‎strategically ‎placed‏ ‎near ‎the ‎CPU ‎and ‎the‏ ‎Picture‏ ‎Processing ‎Unit‏ ‎(PPU), ‎thereby‏ ‎setting ‎their ‎operational ‎pace.

Clock ‎Distribution‏ ‎and‏ ‎Enhancement‏ ‎Chips

📌The ‎SNES‏ ‎utilizes ‎these‏ ‎master ‎clocks‏ ‎in‏ ‎conjunction ‎with‏ ‎dividers ‎to ‎generate ‎additional ‎clocks‏ ‎needed ‎by‏ ‎various‏ ‎components. ‎For ‎instance,‏ ‎the ‎Ricoh‏ ‎5A22 ‎CPU ‎operates ‎at‏ ‎1/6th‏ ‎the ‎frequency‏ ‎of ‎the‏ ‎master ‎clock, ‎resulting ‎in ‎a‏ ‎frequency‏ ‎of ‎3.579545‏ ‎MHz.

📌The ‎system‏ ‎includes ‎a ‎total ‎of ‎fifteen‏ ‎different‏ ‎clocks,‏ ‎highlighting ‎the‏ ‎complex ‎timing‏ ‎management ‎within‏ ‎the‏ ‎SNES.

📌The ‎SYS-CLK‏ ‎line, ‎which ‎runs ‎at ‎21.47727‏ ‎MHz, ‎is‏ ‎routed‏ ‎to ‎the ‎cartridge‏ ‎port. ‎This‏ ‎setup ‎is ‎not ‎typically‏ ‎necessary‏ ‎for ‎the‏ ‎basic ‎operation‏ ‎of ‎the ‎cartridges, ‎which ‎contain‏ ‎ROM‏ ‎with ‎game‏ ‎data ‎and‏ ‎instructions. ‎However, ‎this ‎clock ‎signal‏ ‎is‏ ‎crucial‏ ‎for ‎cartridges‏ ‎that ‎contain‏ ‎their ‎own‏ ‎enhancement‏ ‎processors, ‎like‏ ‎the ‎SuperFX ‎chip ‎used ‎in‏ ‎games ‎such‏ ‎as‏ ‎StarFox.

📌These ‎enhancement ‎chips‏ ‎can ‎utilize‏ ‎the ‎SYS-CLK ‎for ‎additional‏ ‎processing‏ ‎power, ‎with‏ ‎some ‎chips‏ ‎like ‎the ‎MARIO ‎version ‎of‏ ‎the‏ ‎SuperFX ‎processor‏ ‎using ‎an‏ ‎internal ‎divider ‎to ‎adjust ‎the‏ ‎clock‏ ‎frequency‏ ‎to ‎suit‏ ‎specific ‎processing‏ ‎needs.

Impact ‎on‏ ‎Game‏ ‎Performance

📌The ‎precision‏ ‎of ‎these ‎clock ‎generators ‎is‏ ‎vital ‎for‏ ‎the‏ ‎deterministic ‎execution ‎of‏ ‎game ‎code,‏ ‎which ‎is ‎particularly ‎important‏ ‎for‏ ‎applications ‎like‏ ‎tool-assisted ‎speedruns‏ ‎(TAS). ‎Over ‎time, ‎the ‎accuracy‏ ‎of‏ ‎ceramic ‎resonators‏ ‎can ‎degrade,‏ ‎leading ‎to ‎performance ‎inconsistencies

Предыдущий Следующий
Все посты проекта

Подарить подписку

Будет создан код, который позволит адресату получить бесплатный для него доступ на определённый уровень подписки.

Оплата за этого пользователя будет списываться с вашей карты вплоть до отмены подписки. Код может быть показан на экране или отправлен по почте вместе с инструкцией.

Будет создан код, который позволит адресату получить сумму на баланс.

Разово будет списана указанная сумма и зачислена на баланс пользователя, воспользовавшегося данным промокодом.

Добавить карту
0/2048