AY-3-8910
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1. 개요
AY-3-8910은 간단한 유한 상태 기계로, 16개의 8비트 레지스터를 통해 프로그래밍되는 사운드 칩이다. 세 개의 주요 채널에서 생성되는 피치, 노이즈 생성기, 채널 볼륨, 엔벨로프 컨트롤러 등을 제어하며, 다양한 아케이드 게임, 가정용 컴퓨터 및 게임기, 핀볼 게임기 등에서 활용되었다. 야마하 YM2149F, 도시바 T7766A 등 다양한 호환 칩이 존재하며, AY-3-8910 시리즈는 40핀, 28핀, 24핀의 세 가지 패키지로 판매되었다.
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| AY-3-8910 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 종류 | 사운드 생성 칩 |
| 기술 정보 | |
| 소리 생성 방식 | PSG (프로그래머블 사운드 제너레이터) |
| 채널 수 | 3 |
| 파형 | 구형파 |
| 노이즈 채널 | 1 |
| DAC 해상도 | 8비트 |
| 활용 | |
| 사용된 게임 | 자이러스 |
| 사용된 컴퓨터 | MSX |
| 사용된 주변 기기 | 라디오 Shack 음성/사운드 카트리지 |
2. 상세 동작
AY-3-8910은 16개의 8비트 레지스터를 설정하여 작동하는 스테이트 머신이다. 칩에 연결된 8비트 버스는 레지스터 주소를 지정하고 데이터를 토글(0에서 1로 또는 1에서 0으로 변경)하는 데 사용된다.
주 채널에서 생성되는 음높이는 6개의 레지스터로 제어되며, 각 채널당 2개의 8비트 레지스터를 사용하지만 12비트로 제한되어 4096가지의 음높이를 낼 수 있다. 다른 레지스터는 의사 난수 노이즈 생성기의 주기를 제어하고, 또 다른 레지스터는 노이즈 채널과 주 채널의 혼합을 제어한다. 각 채널의 음량은 3개의 레지스터를 통해 제어되며, ADSR 엔벨로프 컨트롤러를 제어하는 데에도 3개의 레지스터가 사용된다.
AY-3-8910은 최대 125kHz(A440 범위에서 거의 1Hz 정밀도)의 기본 주파수를 가진 톤을 생성할 수 있는데, 이는 인간 청각 범위를 넘어 초음파 범위까지 이른다. 5보다 작은 제수만 완전히 초음파 출력 주파수를 제공한다. 가장 낮은 직접 정의 가능한 출력 주파수는 30.6Hz이며, 이는 일반적인 88건반 피아노의 세 번째로 낮은 음표인 B0와 거의 같다.
MSB 비트를 '0000'이 아닌 값으로 설정하여 동일 버스에서 여러 AY 칩을 제어할 수 있다. (예: ZX Spectrum용 TurboSound). 2차 시장에는 MSB 비트가 공장에서 '0000'이 아닌 값으로 설정된 칩이 존재하며, 이러한 칩은 설계자와 수리 기술자에게 문제를 일으킬 수 있다. 따라서 소프트웨어는 칩의 MSB 비트 값을 식별하고, 필요한 경우 하드웨어를 추가해야 한다.
2. 1. 레지스터 구성
AY-3-8910은 16개의 8비트 레지스터로 구성된 유한 상태 기계이다. 칩에 연결된 8비트 버스는 레지스터 주소 지정과 데이터 토글(0과 1 사이 변경)에 사용된다. 일반적인 설정 과정은 버스를 "주소 모드"로 설정하여 레지스터를 선택한 다음, "데이터 모드"로 전환하여 레지스터 내용을 설정하는 것이다.6개의 레지스터는 3개 주요 채널의 음높이(pitch)를 제어한다. 각 채널당 2개의 8비트 레지스터를 사용하지만, 값은 12비트로 제한되어 4095가지 음높이를 낼 수 있다. (레지스터 값은 주파수 분주기로 사용되며 0은 1로 처리된다.) 또 다른 레지스터는 의사 난수 노이즈 생성기 주기를 제어하고(총 31가지 주기), 다른 레지스터는 이 노이즈를 3개 주요 채널에 섞는 것을 제어한다.
채널 음량(volume)은 3개의 추가 레지스터로 제어하거나, 선택적 엔벨로프(envelope) 제어를 켜고 끌 수 있다. 마지막 3개의 레지스터는 엔벨로프 컨트롤러의 시간을 제어하여 엔벨로프 유형과 주기 시간을 설정한다. 톱니파 또는 삼각파 모양을 포함한 총 8개의 엔벨로프 유형은 최대 또는 최소에서 시작하며, 순환 효과를 위해 반복하도록 설정할 수도 있다. 총 65535개의 서로 다른 주기 시간을 설정할 수 있다. 3개 채널 모두에서 하나의 엔벨로프만 공유되므로, 많은 프로그래머는 자체 엔벨로프 컨트롤러를 소프트웨어로 프로그래밍하기도 했다.
레지스터를 선택할 때 8비트 버스의 상위 4비트는 공장 출하 시 기본값인 '0000'으로 설정해야 한다. MSB 비트를 잘못 설정하면 칩이 레지스터 변경을 무시한다.
2. 2. 엔벨로프 컨트롤러
8910은 서스테인(sustain), 릴리즈(release), 반복적인 어택(attack), 디케이(decay) 패턴에 고정된 시간값을 사용한다는 점에서 대부분의 시스템과 다르다. 예를 들어 8910은 사운드를 AD 사이클로 반복하거나, 반전시켜서 반복하거나, 큰 소리로 시작해 어택 상태없이 서스테인 레벨을 감소시키는 등의 동작을 할 수 있다. 엔벨로프 컨트롤러의 시간을 제어하여 엔벨로프 유형과 엔벨로프 주기 시간을 설정한다. 톱니파 또는 삼각파 모양을 포함한 총 8개의 엔벨로프 유형은 최대 또는 최소에서 시작하며, 순환 효과를 위해 반복하도록 설정할 수도 있다. 총 65535개의 서로 다른 주기 시간을 설정할 수 있다. 세 채널 모두에서 하나의 엔벨로프만 공유되므로, 많은 프로그래머는 이를 무시하고 자체 엔벨로프 컨트롤러를 소프트웨어로 프로그래밍했다(볼륨 직접 제어). 잘 알려진 트릭은 톱니파 또는 삼각파와 같은 베이스 사운드를 생성하기 위해 하드웨어 엔벨로프를 20 Hz 이상의 주기 시간으로 실행하는 것이었다.3. 8910 시리즈 및 호환 제품
8910 칩은 다양한 패키지로 판매되었으며, 여러 회사에서 호환 칩을 생산했다. 주요 칩들과 그 특징은 다음과 같다.
(하위 섹션 "AY-3-8910 시리즈" 와 "호환 제품" 에 대한 중복을 피하기 위해, 해당 섹션의 내용은 생략)
야마하는 YM2149 코어를 기반으로 다양한 사운드 칩을 생산했다. 특히, 야마하 주파수 변조 합성 칩의 OPN 시리즈는 YM2149 코어와 4 오퍼레이터 FM 합성 사운드 생성기를 함께 포함하는 것으로 유명하다. 예를 들어, YM2203(OPN)은 YM2149 코어와 3채널 FM 사운드 생성기를 함께 칩에 내장한 최초의 칩이었다. YM2608(OPNA)과 YM2610(OPNB)는 YM2149 코어를 포함하여 기능을 확장한 발전된 후속 제품이다. YM2612(OPN2)는 YM2203의 업그레이드 버전으로, YM2149 부분을 제거했지만 엔벨로프 생성기는 유지했다.
3. 1. AY-3-8910 시리즈
8910 칩은 다음 세 가지 패키지로 판매되었다.| 칩 종류 | 핀 수 | 패키지 종류 | I/O 포트 | 비고 |
|---|---|---|---|---|
| AY-3-8910 | 40 | DIP | A, B (범용 8비트 병렬) | |
| AY-3-8912 | 28 | DIP | B (범용 8비트 병렬) | 가장 널리 사용됨 |
| AY-3-8913 | 24 | DIP | 없음 | 8912보다 핀 수가 적지만 큰 주목을 받지 못함[3] |
야마하 YM2149F SSG(소프트웨어 제어 사운드 생성기) 칩은 AY-3-8910과 핀 배열이 같지만, 26번 핀이 로우 레벨로 풀되면 마스터 클럭을 반으로 줄일 수 있다는 약간의 차이점이 있다.[3]
야마하 YM3439는 YM2149F의 CMOS 버전으로, 40핀 DIP(YM3439-D)와 44핀 QFP(YM3439-F)의 두 가지 패키지로 제공된다.
야마하 YMZ294는 YM2149의 최신 변종 중 하나로, 18핀 패키지로 제공되며, 병렬 포트가 없고 3개의 채널이 혼합된 하나의 사운드 출력만 있다.
야마하 YMZ284는 YM2149의 훨씬 더 작은 변형 제품으로, 16핀 패키지로 제공되며 4/6 MHz 선택 핀과 /TEST 핀이 없는 YMZ294이다.
야마하 YMZ285는 28핀 패키지를 가지며 내장 PCM을 특징으로 한다. 병렬 포트가 없고 3개의 SSG 채널이 혼합된 사운드 출력과 PCM 출력이 있는 두 개의 사운드 출력이 있다.
도시바 T7766A는 AY-3-8910과 동일한 핀 배열을 가지는 호환 칩으로, 일부 MSX 모델에서 사용되었다.
윈본드 WF19054, JFC 95101 및 File KC89C72는 AY-3-8910과 동일한 핀 배열을 가지며 100% 소프트웨어 호환도 된다. 여전히 생산 중이며 많은 슬롯 머신에 사용된다.
AY-3-8914는 AY-3-8910과 동일한 핀 배열과 40핀 패키지를 가지지만, 칩의 제어 레지스터가 재정렬되어 있고 A9 핀의 '예상 입력'이 다를 수 있다. 매텔의 인텔리비전 콘솔과 매텔 아쿠아리우스 컴퓨터에서 사용되었다.
AY-3-8930 (AY8930)은 AY-3-8910의 향상된 버전이지만 대부분 하위 호환된다. 3개 채널에 대한 개별 엔벨로프, 가변 듀티 사이클, 음표 주파수, 볼륨 및 엔벨로프 주파수에 대한 더 많은 비트 정밀도, 훨씬 더 구성 가능한 노이즈 생성기 등 여러 가지 주요 향상 기능을 추가했다. Covox 사운드 마스터 사운드 카드용 IBM-PC에서 사용되었다.
3. 2. 호환 제품
| 칩 이름 | 패키지 | I/O 포트 | 설명 |
|---|---|---|---|
| AY-3-8910 | 40핀 DIP | A, B | 기본 모델 |
| AY-3-8912 | 28핀 DIP | A | B 포트 없음. 가장 널리 사용됨. |
| AY-3-8913 | 24핀 DIP | 없음 | A, B 포트 없음 |
| AY-3-8914 | 40핀 DIP | A, B | 마텔 인텔리비전, 마텔 아쿠아리우스에 사용. 레지스터 배열 다름. |
| AY-3-8930 (AY8930) | 40핀 DIP | A, B | AY-3-8910 개선판. 독립 엔벨로프, 듀티 사이클 변경, 정밀도 향상. 코복스 사운드 마스터 +에 사용. |
| 야마하 YM2149 (SSG) | 40핀 DIP | A, B | AY-3-8910과 핀 호환. 26번 핀 LOW: 마스터 주파수 절반, 음량 32단계. HIGH: AY-3-8910과 동일. |
| 야마하 YM3439 | 40핀 DIP (YM3439-D), 44핀 QFP (YM3439-F) | A, B | YM2149F의 CMOS 버전. |
| 야마하 YMZ294 | 18핀 DIP | 없음 | YM2149 최신 변종. 3채널 혼합 출력. |
| 야마하 YMZ284 | 16핀 DIP | 없음 | YMZ294 소형화 (4/6 MHz 선택, /TEST 핀 없음). |
| 야마하 YMZ285 | 28핀 DIP | 없음 | 내장 PCM. 3개 SSG 채널 혼합 출력, PCM 출력. |
| 도시바 T7766A | 40핀 DIP | A, B | AY-3-8910과 핀 호환. MSX 모델에 사용. |
| 윈본드 WF19054, JFC 95101, File KC89C72 | 40핀 DIP | A, B | AY-3-8910과 핀/소프트웨어 100% 호환. 슬롯 머신에 사용. |
야마하는 YM2149 코어를 사용하여 휴대폰, 가정용 컴퓨터, 가정용 및 아케이드 비디오 게임 시스템 등에서 사용되는 다양한 사운드 칩을 생산했다. 야마하 주파수 변조 합성 칩의 OPN 시리즈는 이러한 접근 방식으로 유명하며, 4-오퍼레이터 FM 합성 사운드 생성기와 함께 YM2149 코어를 포함한다. 예를 들어, YM2203(OPN)은 3채널 FM 사운드 생성기와 함께 YM2149 코어를 칩 자체에 포함한 최초의 칩으로, YM2149의 엔벨로프 생성기는 사운드 칩의 코어에 직접 위치했다. 이보다 훨씬 더 발전된 후속 제품인 YM2608(OPNA)과 YM2610(OPNB) 역시 YM2149 코어를 포함하고 모든 이전 기능을 유지하면서 이를 크게 확장했으며, YM2610은 다른 사소한 변경 사항 중 I/O 포트를 제외했다. YM2612(OPN2)는 YM2203의 업그레이드된 파생 제품으로, 모든 YM2149 사운드 채널과 I/O 포트를 제거하는 등 다른 변경 사항과 함께 YM2149 부분을 완전히 제거했지만, 칩 코어에 위치한 YM2149의 엔벨로프 생성기를 유지했다.
4. 활용
AY-3-8910 칩은 1942, 프로거 등과 같은 아케이드 게임, Amstrad CPC, Atari ST, MSX, 인텔리비전 등과 같은 가정용 컴퓨터 및 게임기, 발리에서 제작한 플래시 고든과 같은 핀볼 게임 등 다양한 기기에 활용되었다.[1]
4. 1. 아케이드 게임
- 1942
- 아미다르
- 개미핥기
- 백맨
- 봄 잭
- 버거 타임
- 드래곤즈 레어
- 엘리베이터 액션
- 프로거
- 자이러스
- 캥거루
- 가라데 챔프
- 문 패트롤
- 오메가 레이스
- 푸얀
- 뽀빠이
- 락 앤 로프
- 스크램블
- 슈퍼 코브라
- 스위머
- 타임 파일럿
- 투탕캄
- Bally Midway MCR 시스템
- * 디스크 오브 트론
- * 킥
- * 사탄의 할로우
- * 스파이 헌터
- * 태퍼
- * 팀버
- * 트론
- 데코 카세트 시스템
4. 2. 가정용 컴퓨터 및 게임기
다음은 AY-3-8910 칩이 사용된 가정용 컴퓨터 및 게임기 목록이다.| 기기명 | 제조사 및 칩 모델 | 비고 |
|---|---|---|
| Amstrad CPC | GI AY-3-8912 / Microchip AY38912/P | |
| Amstrad GX4000 | Microchip AY38912/P | |
| Atari ST | Yamaha YM2149F | |
| ATM (컴퓨터) | 구 소련 이후의 ZX Spectrum 클론 | |
| CCE MC-1000 | GI AY-3-8910 | |
| 후지쯔 FM-7 | GI AY-3-8910 | FM77AV를 제외한 모든 모델, FM77AV는 Yamaha OPN 사용 |
| 컬러 지니 | GI AY-3-8910 | |
| 일렉터 TV 게임 컴퓨터 | ||
| 인텔리비전 | GI AY-3-8914 | |
| MSX | ||
| NEC PC-8801 | Yamaha OPN, Yamaha OPNA | PC8801mkII SR 모델 및 이후 모델은 Yamaha OPN, PC8801 FA 및 이후 모델은 Yamaha OPNA 사용 |
| NEC PC-9801 | Yamaha OPN / OPNA | 일부 모델, 사운드 카드: PC-9801-26, PC-9801-86, Sound Blaster 16 (옵션 소켓) 등 |
| 오릭-1 | ||
| 샤프 X1 | GI AY-3-8910 / Yamaha YM2149F | |
| 선소프트 5B | YM2149F | Gimmick! 패미컴 게임에서 추가 사운드 칩 사용 |
| Timex Sinclair 2068 | GI AY-3-8912 | |
| Vectrex | GI AY-3-8912 | |
| ZX Spectrum 128/+2/+3 | GI AY-3-8912 | |
| 크리켓 사운드 카드 | 애플 II용 - 두 개의 AY-3-8910을 가진 Echo Plus | |
| Mockingboard | 애플 II용 사운드 카드 | |
| Mattel Aquarius용 미니 익스팬더 | ||
| TRS-80 Color Computer용 음성/사운드 카트리지 | ||
| 일렉트로니카 BK | 매니아 및 일부 판매자가 인기 있는 애프터마켓 추가 기능으로 사용 |
4. 3. 기타
다음은 AY-3-8910 칩을 사용한 핀볼 게임 및 기타 기기 목록이다.| 게임명 | 제조사 | 비고 |
|---|---|---|
| 플래시 고든 | 발리 | |
| 프론티어 | 발리 | |
| 핫도깅 | 발리 | |
| 미스틱 | 발리 | |
| 니트로 그라운드 셰이커 | 발리 | |
| 롤링 스톤스 | 발리 | |
| 스케이트볼 | 발리 | |
| 실버볼 매니아 | 발리 | |
| 스페이스 인베이더스 | 발리 | |
| 바이킹 | 발리 | |
| 제논 | 발리 | |
| 파피용 | 죄텔 | 프랑스 회사 |
| 르 킹 | 죄텔 | 프랑스 회사 |
| 올림픽 게임 | 죄텔 | 프랑스 회사 |
참조
[1]
웹사이트
Gyruss
https://www.arcade-h[...]
[2]
웹사이트
Radio Shack Speech/Sound Cartridge Technical Reference Manual
https://archive.org/[...]
[3]
웹사이트
Something is very wrong with the AY-3-8913
https://www.fenarina[...]
2024-12-16
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