Apple II グラフィックス

Apple II グラフィックスは、 1977 年に初代Apple IIでデビューし、同名のコンピュータ シリーズ全体で使用されました。グラフィックスは、16 色の​​低解像度モードと、アーティファクト カラーによってビジュアルが決まる高解像度モードで構成されています。Apple IIe では、これらの各モードの「ダブル」バージョンが追加されました。最も有名なのは、16 色で水平解像度が 2 倍の「ダブル高解像度」です。内部的には、Apple II のグラフィックス モードは特異であり、リニアフレーム バッファを使用しません。

1986 年のApple II GSで導入されたグラフィック モードは、以前の Apple II モデルのグラフィック モードとは分離されており、 Atari STやAmigaとの共通点が多くなっています。

Apple II シリーズのグラフィックモードは、1970 年代後半から 1980 年代前半の標準と比べても際立っていました。これらのモードの注目すべき特殊性は、Apple の創設者 Steve Wozniak のチップ節約設計の直接的な結果です。当時の多くの家庭用コンピュータ システム(および今日のIBM PC 互換機) には、グラフィック モードで連続するメモリブロックを画面上の連続しない行に割り当てる (つまりインターリーブする) アーキテクチャがありました。 ^{[要出典] Apple のテキスト モードとグラフィック モードは、8:1 と 64:1 の 2 つの異なる}インターリーブ係数に基づいています。

Apple II グラフィックスの 2 つ目の特徴である、いわゆる「カラー フリンジ」も、Wozniak の設計による副産物です。カラー フリンジはすべてのグラフィックス モードで発生しますが、高解像度または Hi-Res モードで重要な役割を果たします。

特定のメモリ アドレスから値を読み取ったり、そこに任意の値を書き込んだりすると、いわゆる「ソフト スイッチ」が制御されます。読み取られた値や書き込まれた値は重要ではなく、アクセス自体が重要です。これにより、ユーザーは、グラフィックス スクリーン (任意のタイプ) を消去せずに表示したり、テキスト スクリーンを表示したり、最後に押されたキーをクリアしたり、別のメモリ バンクにアクセスしたりするなど、さまざまな操作を実行できます。たとえば、0xC052 (49234) にアクセスすることで、グラフィックスとテキストが混在する表示から、すべてグラフィックスのみの表示に切り替えることができます。次に、グラフィックスとテキストが混在する表示に戻すには、0xC053 (49235) にアクセスします。

すべての Apple II マシンには、大まかなNTSC、PAL、またはSECAM複合ビデオ出力を提供するRCA ジャックが装備されていました(Apple IIe より前の非 NTSC マシンでは、この出力は白黒です)。これにより、マシンが設定されているのと同じ標準に準拠する任意の複合ビデオ モニターにコンピューターを接続できました。ただし、この出力の品質は信頼できませんでした。同期信号はモニターには十分近いものでしたが、放送用途に適した標準に十分準拠していませんでした。また、ビデオ レコーダーへの入力でさえ、介入処理なしでは対応できませんでした。例外は、Bell & Howell ブランドの黒の II Plus の拡張バック バージョンで、適切なビデオ同期と、その他のメディア指向の機能を提供しました。

コンポジット ビデオ出力ジャックに加えて、IIc、IIc Plus、および II GSには 2 列の 15 ピン出力が搭載されていました。IIc および IIc Plus では、このコネクタはデジタルRGB モニターおよびRF モジュレーターへのアダプタ用の専用ビデオ コネクタでした。II GSでは、 II GS用に特別に設計されたアナログRGBモニターの出力でした。

Apple II シリーズには、 Apple 80 列テキスト カードなど、多数のアドオン ビデオ ディスプレイ カードが用意されていました。初期の PAL マシンでカラー出力を可能にする PAL カラー カードもありました。他のカードの中には、単に 80 列と小文字の表示機能を追加するものや、 DE9出力ジャックを介して IBM CGAモニターに出力できるものもありました。

Apple II のビデオ出力は、ビデオ メモリ (またはピクセル) 内のビット パターンに基づくモノクロ表示です。これらのピクセルは、カラーバースト信号と直交して組み合わされ、複合ビデオ ディスプレイによって色として解釈されます。その結果、NTSC カラー TV システムで使用されるYIQ色空間に基づく16 色の​​複合ビデオパレットが生成されます。 ^{[1] [2]}

高解像度では、カラーバーストサイクルごとに 2 つのピクセルが提供され、1 つのピクセルがオンの場合は 2 つの色、オンのピクセルがない場合は黒、両方のピクセルがオンの場合は白が表示されます。ピクセルの配置をカラーバースト信号に 90° シフトすると、さらに 2 つの色を表示でき、合計 4 つの色を表示できます。低解像度では、サイクルごとに 4ビットが表示されますが、低解像度のピクセルごとにビット パターンが複数回繰り返されます。2 倍の高解像度でも、サイクルごとに 4 つのピクセルが表示されます。

ブロック状だが高速でカラフルな Lo-Resグラフィック モード( BASIC コマンドにちなんでGRと呼ばれることが多い) は、通常の Apple II テキスト画面の 40 列に相当し、幅は 40ピクセルでした。このモードでは、画面の下部に 4 行のテキストを含む 40 行のピクセル、またはテキストのない 48 行のピクセルを表示できます。つまり、垂直に積み重ねられた 2 つのピクセルが、テキスト モードの 1 文字に相当する画面領域を埋め尽くします。このモードのデフォルトは、テキストを含む 40×40 グラフィックでした。

このモードでは 16 色を使用できます (実際にはほとんどの場合 15 色です。Apple II _GSを除くオリジナルの Apple ハードウェアでは 2 つのグレーの明度が同じであるためです)。6 色は高解像度 (Hi-Res) モードで使用できる色と同じであることに注意してください。

色は、各ビット グループがカラーバースト参照信号の 1 サイクル内に収まるように、ピクセルを 4 ビットのバイナリ パターンで繰り返して埋めることによって作成されました。カラー ディスプレイは、このパターンをカラー信号として解釈します。モノクロモニターの場合、またはカラーバースト信号がオフになっている場合、ディスプレイにはこれらのビット パターンが表示されます。色の混合方法に基づいて、5 (0101) は 10 (1010) に相当するため、2 つの同等のグレー シェードがあります。「オン」ビットは、直交色信号上で互いに正反対であるため、互いに打ち消し合ってグレーとして表示されます。

このモードは、メインの 40 列テキスト画面と同じメモリ領域 (0x400 ～ 0x7FF) にマップされ、各バイトには 2 つのピクセルが重ねて格納されます。

Lo-Res グラフィック モードでは、画面をクリアしたり、描画色を変更したり、個々のピクセルをプロットしたり、水平線をプロットしたり、垂直線をプロットしたりするための組み込みコマンドが提供されました。また、他のモードにはない、任意のピクセルに格納されている色を抽出する「SCRN」機能もありました。

128バイトのブロックには、それぞれ40文字の行が 3 つ格納され、3 行目の格納後には残りの 8 バイトが残ります。ただし、これらのバイトは空のままにはなりません。代わりに、マザーボードのファームウェアや拡張カードのファームウェアによって、主にコンピューターに接続された外部デバイスに関する重要な情報を格納するためにさまざまに使用されます。これにより、ユーザーがテキストまたは低解像度のグラフィック画面をビデオ メモリに直接ロードしたときに問題が発生しました。つまり、ホール内の現在の情報が保存時に存在していた情報に置き換えられたのです。ディスク ヘッドの再調整は、ディスク コントローラーがヘッドの位置に関するメモリ (スクリーン ホール内) を検出し、読み込んでいるトラックのヘッダー データと突然一致しなくなった場合によく発生する副作用でした。Apple のプログラマーはこれに対応して、ユーザーがファイル (画面データなど) を 0x400-0x7FF に直接ロードできないようにProDOSをプログラミングしました。このメモリ部分にデータを適切にロードする ProDOS プログラムがすぐに登場し、いくつかがNibbleマガジンに掲載されました。

ビデオ画像を表示するための 2 つの画面を持つことは、Apple II ファミリーの設計に不可欠な要素でした。メモリ位置 0xC055 (49237) にアクセスすると、他の「ソフト スイッチ」の設定に関係なく、「画面 2」が表示されました。テキストと Lo-Res 画面 2 のスペースは、0x800 (2048) から 0xBFF (3071) の範囲でした。インターリーブは、メイン画面 (「画面 1」) の場合とまったく同じです。Applesoft BASICプログラムは、デフォルトで 801h (2049) にロードされます。したがって、コンピュータがメモリ内の他の場所にプログラムをロードするように指示されない限り、テキスト画面 2 のスペースを占有します。対照的に、Apple II 用の一部の商用ソフトウェア プログラムでは、このメモリ スペースをさまざまな目的 (通常はヘルプ画面の表示) に使用していました。

他の Apple II マシン タイプとは異なり、Apple II GS は、特別なトリックなしで64K を超えるRAMをアドレス指定できるプロセッサ ( 65816 ) を搭載していました。IIgs では、RAM は 64K のバンクに区分されていました。たとえば、バンク 0xE0 は、0xE00000 から 0xE0FFFF の範囲で構成されていました。Apple IIgs には、「Mega II」と呼ばれるチップがあり、他の Apple II コンピュータ用に書かれたほとんどのプログラムを実行できました。IIgsアーキテクチャは、画面データをメモリ バンク 0xE0 にマッピングしていました。しかし、IIeエミュレーションモードでは、画面データはバンク 0x00 に格納されていました。これが問題を引き起こしました。Mega II の設計者は、Apple IIe 固有のプログラムが正しく動作するように、ほとんどの画面データをバンク 0xE0 にコピーするルーチンを組み込みました。しかし、めったに使用されない Text Screen 2 については忘れていました。これは、Mega II チップが IIgs マシンに搭載されるまで発見されませんでした。そこでファームウェアの設計者は、「代替ディスプレイ モード」と呼ばれるCDA (クラシック デスク アクセサリ - IIgs デスク アクセサリ メニューからアクセス可能、+ +で起動) を追加しました。 ^[4]これは、CPU 時間を少し消費して、必要な少数のプログラムのタスクを実行します。これは、気まぐれにオンとオフを切り替えることができますが、コンピューターをリセットするとオフに戻ります。 AppleControlEscape

1989 年に1 MB の RAM を搭載した Apple IIGS (通称 ROM 3)が導入され、Text Screen 2 との互換性が向上しました。新しいマザーボードでは、CPU 時間を消費せずに Text Screen 2 のハードウェア シャドウイングが提供されたため、ソフトウェアの実行速度に影響はありませんでした。代替表示モードは CDA メニューのオプションのままでしたが、マシンは Text Screen 2 の存在を自動的に検出し、ROM 3 マシンのバンク 0xE0 への Text Screen 2 のハードウェア シャドウイングを有効にしました。

Apple II が発売されると、280×192 の高解像度グラフィックス用の新しいモードが追加されました。Lo-Res モードと同様に、hi-res モードには 2 つの画面がありました。Applesoft BASICでは、最初の画面にはHGR コマンド、2 番目の画面にはHGR2コマンドを使用して、どちらか一方を初期化できました。

Applesoft BASIC ROM には、2 つの高解像度画面のいずれかをクリアし、線や点を描き、描画色を設定するルーチンが含まれていました。ROM には、ベクターベースの図形を描画、消去、拡大縮小、回転するルーチンも含まれていました。ビットマップ図形をプロットしたり、円や円弧を描いたり、描画領域を塗りつぶしたりするルーチンはありませんでしたが、多くのプログラムが書かれ、その多くがNibbleやその他の Apple II マガジン に掲載されました。

ユーザーは、低解像度モードと同様に、高解像度モードで 4 行のテキストを「切り替える」ことができますが、これにより下部の 32 行が非表示になり、280  ×  160 の画像になります。ROM ルーチンは、非表示であっても下部を変更することができます。

Apple II の Hi-Res モードは、当時の基準から見ても特異なものでした。Apple II の 4 年後にリリースされたIBM PC用のCGAカードでは、320×200 のグラフィックスを作成するために 2 つのカラー セットから 1 つを選択できましたが、一度に使用できるのは 4 色 (背景色と 3 つの描画色) のみでした。対照的に、Apple は高解像度グラフィックスに 8 色 (実際には黒と白の両方がスキーム内で繰り返されるため 6 色) を提供しました。280 ピクセルの各行は、それぞれ 7 ピクセルのブロック 40 個に分割され、1 バイトで表されます。隣接するピクセルの各ペアは、アーティファクト カラーによって単一のカラー ピクセルを生成し、結果として実効解像度は 140×192 になりました。各バイトの下位 7 ビットはピクセルを表し、最上位ビットはそのピクセル ブロックの位相オフセットを制御して、表示される色を変更します。

この機能により、画面上に同時に 6 色を表示できますが、1 つ好ましくない副作用があります。たとえば、プログラマが緑の線の上に青い線を描画しようとすると、緑の線の一部がオレンジ色に変わります。これは、この場合、青い線を描画すると、7 ピクセルのブロックごとに MSB が設定されるためです。「緑」ピクセルと「オレンジ」ピクセルはメモリ内で同じように表されます。違いは、MSB の設定 (またはクリア) にあります。もう 1 つの副作用は、ピクセルを描画するには 7 で割る必要があることです (Apple の 6502 プロセッサには除算ハードウェアがないため、7 で割るのは比較的遅いです。ピクセルを描画するのに 8 などの単純な 2 の累乗で割るだけで済む場合は、一連のビット シフトのみが必要になり、はるかに高速になります)。

Apple II の Hi-Res モードも、64:1 インターリーブ係数という点で独特でした。これは、スティーブ・ウォズニアックのチップ節約設計の直接的な結果でした。^{[5] 64:1 係数は、ソフトスイッチがすでに設定されている}フロッピーディスク(またはRAM ディスク) から Hi-Res 画面をメモリにロードするときに、「ベネチアンブラインド」効果をもたらしました。Hi-Res モードでは、Lo-Res モードやテキストモードと同様に、「スクリーンホール」が発生します。通常はそこに何も保存されませんが、自己表示する実行可能画像にコードを格納するために時々使用されました。もう 1 つの注目すべき例外は、ProDOSがApple SOSから継承したFotofile (FOT) 形式^[6]で、 121 番目のバイト (最初のホールの最初のバイト) に、表示方法 (カラーモード、解像度) または他のグラフィック形式への変換方法を示す メタデータが含まれていました。

最後に、ウォズニアックの設計のもう 1 つの奇妙な点は、どのピクセルも黒または白にできるが、緑またはオレンジにできるのは X 座標が奇数のピクセルのみであることです。同様に、紫または青にできるのは偶数のピクセルのみです。^[7] ここで、いわゆる「フリンジ ベネフィット」が登場します。Apple のビデオ ハードウェアは、2 つ以上のオンになっている水平ピクセルのシーケンスを白一色として解釈し、交互のピクセルのシーケンスはカラーとして表示します。同様に、2 つ以上のオフになっている水平ピクセルのシーケンスは黒として表示されます。

Hi-Res 画面上のピクセルの色を抽出する組み込みコマンドはなく、そもそもピクセルがオンになっているかどうかを判断するための組み込みコマンドさえありませんでした。ピクセルが点灯しているかどうかを判断するためのプログラムがいくつか作成され、ピクセルの実際の色を抽出するプログラムが 1990 年 4 月号のNibbleに掲載されました。

テキスト画面ページが 2 つ (および低解像度グラフィック ページが 2 つ) あるのと同様に、高解像度ページも 2 つあり、メモリ内で次々にマップされます。2 番目の高解像度画面は0x4000-0x5FFFにマップされ、10 進数では 16384–24575 になります。IBM の CGA は、一度に 1 つのグラフィック ページのみをサポートしていました。これにより、Apple II でのアニメーションが簡素化されました。プログラマーは、1 つのページを表示しながら、他の (非表示の) ページを変更できるからです。

リセット ベクトルがアクティブに実行中のプログラムによって遮られていなければ、+を呼び出すとプログラムが中断され、モニターまたは Applesoft コマンド プロンプトにエスケープされます。+ +を使用すると、少量のメモリ破損を犠牲にしてリセットが強制されます。モニターまたはプロンプトでいくつかのソフト スイッチを独創的に構成すると、中断されたプログラムからのイメージをすぐに表示できます。ゲームのお気に入りのシーンを録画できます。 Apple //e および //c では、+ +を使用すると、パターン0xA0A0​​ が、 $2000 – $5FFFの Hi-Res ページ 1 および 2 を含むすべてのメモリに散在して書き込まれます。これらのアーティファクトによる破損は、ペイント パッケージを使用して編集できます。拡張された Apple //e では、次のシーケンスによって Hi-Res ビデオ メモリをアーティファクトなしで保存できます。+ +を押し、キーをほんの一瞬上にフェザー アップしてから下にフェザー アップし、これを繰り返して、自己診断カラー パターンが左上隅の最初のテキスト行を埋め尽くし始めるまで繰り返します。自己診断は$0000から上に向かって進むため、テキスト ページ 1 の開始アドレス ( $400 ) が上書きされると、リセット ベクトルのチェックサム ( $3F4 ) も上書きされます。つまり、その後+をすばやく押すと、メイン バンクまたは補助バンクの$0800より上のメモリを上書きすることなく、ファームウェアを強制的に再起動できます。ソフト リセットでは高解像度画像のビデオ メモリが消去されないため、これらの画像をフロッピーに BSAVE してスライド ショーや静止画像を作成することができました。ControlResetControlOpen-AppleResetControlOpen-AppleResetControlClosed-AppleResetResetControlReset

Apple IIe の発表後すぐに、Apple のエンジニアは、80 列テキスト モードを実装するために使用されたビデオ帯域幅倍増回路は、マシンのグラフィックス モードを含むように簡単に拡張できることに気付きました。信号は、Extended 80 Column Card を収容する補助スロット コネクタに存在するため、80 列ビデオとグラフィックス モードの両方が選択されると、ゲーム ポートの Annunciator 3 がオーバーロードされ、2 倍解像度グラフィックスがアクティブになりました。Apple IIe の所有者には、マシンを 2 倍解像度グラフィックス機能にアップグレードするための交換用マザーボード (リビジョン B マザーボードと呼ばれる) が無料で提供されました。このため、オリジナルのリビジョン A マザーボードを搭載したマシンは非常にまれです。後続の Apple II モデルも、2 倍解像度グラフィックス モードを実装しています。

これは、80 列のマシンでのみ使用可能な 80×40 (または 80×48) グラフィック モードでした。Applesoft BASIC では、このモードを有効にするには 3 つの手順が必要でした。まず、 を使用して 80 列モードを有効にし、次に を使用して倍密度グラフィックを有効にし、最後に を実行します。 PR#3POKE 49246,0GR

10 PRINT CHR$ ( 4 ) "PR#3" : PRINT CHR$ ( 0 ); : POKE 49246 , 0 : GR          

PR#3はオペレーティング システムに委ねられ、 BASIC から切断されるのを避けるため、 が使用されることに注意してください。この後に PRINT コマンドが続き、ヌル文字が送信されます。これは、新しく割り当てられた出力デバイスは、最初の文字が送信されるまで初期化されないためです。これはよくある混乱の原因です。 PRINT CHR$(4)

これが完了すると、Double Lo-Res 画面が表示されてクリアされ、、、およびコマンドは、PLOTx座標範囲が 0 から 79 に拡張された状態で正常に動作します。Apple IIc と IIgs のみがファームウェアでこれをサポートしていました。IIe で BASIC から Double Lo-Res モードを使用するのは、BASIC にコマンド拡張を追加しないと、はるかに複雑でした。 HLINVLIN&

Applesoft でこのモードを使用すると、2 つの大きな問題がありました。まず、このモードを有効にすると、80 列のディスプレイ ファームウェアがプリンターのように扱われるため、プリンターへのアクセスが複雑になりました。次に、SCRN(ピクセル読み取り) 機能が正しく動作しませんでした。ただし、1990 年 3 月号のNibbleには、この問題を解決するプログラムが掲載されていました。

少なくとも 1 つの市販BASIC コンパイラ( Zedcor Systems のZBASIC ) が Double Lo-Res グラフィックスをサポートしていることが知られています。

ダブル高解像度画面の構成は複雑です。64:1 インターリーブに加えて、各行のピクセルは通常の半分の幅で保存され、ピクセルの各バイトは 64KB メモリの 1 番目と 2 番目のバンク間で交互に保存されます。連続する 3 つのピクセルが白だったのに対し、ダブル高解像度では 6 つのピクセルが必要になりました。実質的に、ロー解像度のグラフィック ブロックで色を作成するために使用されるすべてのピクセル パターンは、ダブル高解像度のグラフィックで再現できます。

ProDOS のRAM ディスク実装では、/RAM に保存された最初の 8 KB のファイルが設計により0x012000から0x013fffにデータを格納するようにすることで、Double Hi-Res 画面へのアクセスが容易になりました。また、2 ページ目も可能で、2 番目のファイル (または最初のファイルよりも大きいファイル) は0x014000から0x015fffにデータが格納されます。ただし、ProDOS ファイル システム経由のアクセスは遅く、メモリ要件を超えるため、Double Hi-Res でのページめくりアニメーションには適していませんでした。

このモードのプログラミングと使用には複雑さが伴うものの、このモードを利用したアプリケーションは数多くありました。 Double Hi-Res グラフィックスは、ビジネス アプリケーション、教育ソフトウェア、ゲームなどで利用されていました。Apple 版のGEOS はDouble Hi-Res を使用していましたが、Broderbundのペイント プログラムであるDazzle Drawも同様でした。Beagle Bros は、AppleSoft BASIC で Double Hi-Res グラフィックスを開発するためのルーチンを含むツールキット Beagle Graphics を提供しました。多数のアーケード ゲームや他のコンピュータ用に作成されたゲームがApple II に移植され、その多くがこのグラフィックス モードを利用しました。また、ドット マトリックス プリンタやLaserWriterで Double Hi-Res グラフィックスを印刷できるユーティリティ プログラムやプラグイン プリンタ カードも数多くありました。

Apple II GSでは、既存のモードのサポートに加えて、 Atari STやAmigaと同様の新しいモードが追加されています。

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