CTIAとGTIA

カラーテレビインターフェースアダプタ^{[ 1 ]}（CTIA）とその後継であるグラフィックテレビインターフェースアダプタ^{[ 1 ]}（GTIA）は、Atari 8ビットコンピュータとAtari 5200家庭用ビデオゲームコンソールで使用されるカスタムチップです。これらのシステムでは、CTIAまたはGTIAチップがANTICと連携してビデオディスプレイを生成します。ANTICはプレイフィールドグラフィックス（テキストとビットマップ）を生成し、CTIA/GTIAはプレイフィールドの色を提供し、プレイヤー/ミサイルグラフィックス（スプライト）と呼ばれるオーバーレイオブジェクトを追加します。CTIA/GTIAチップは、 Jay Minerの指揮の下、George McLeodがSteve Smithの技術支援を受けて設計しました。^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

カラーテレビインターフェースアダプタとグラフィックテレビインターフェースアダプタは^、 Atariのフィールドサービスマニュアルに記載されているチップの名前です。^{[ 1 ]}さまざまな出版物では、チップの名前が異なり、代替スペルのAdapter ^{[ 5 ] [ 6 ]}やGraphics [ ^{3 ]}を使用したり、「CTIA」の「C」はColleen/Candy ^{[ 5 ]}、「GTIA」の「G」はGeorge ^{[ 3 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]の略だと主張したりしています。}

以下のリストは、CTIA/GTIAの本来のハードウェア機能、つまりハードウェア自体の意図された機能について説明しています。CPUが処理する割り込みや、頻繁なレジスタ変更を引き起こすディスプレイカーネルによって達成される結果は含まれません。

CTIA/GTIAは、以下の機能を備えたテレビインターフェースデバイスです。

• ANTICから送られてくるプレイフィールドのグラフィックデータストリームを解釈し、ディスプレイに色を適用します。
• プレイヤーとミサイルのオーバーレイオブジェクト（スプライトとも呼ばれる）4つをANTICのプレイフィールドグラフィックに統合します。プレイヤー/ミサイルの機能は以下のとおりです。
  • プレイヤー/ミサイルのピクセル位置決めは、プレイフィールドとは独立しています。
    • プレイヤー/ミサイルオブジェクトは、表示されているプレイフィールドを超えた垂直方向および水平方向のオーバースキャン領域でも正常に機能します。
    • プレイヤー/ミサイルオブジェクトは、ANTICプレイフィールドがなくても正常に機能します。
  • プレイヤーオブジェクトは8ビット幅、ミサイルオブジェクトは2ビット幅で、各ビットは表示ピクセル1つを表します。
  • 可変ピクセル幅（1、2、または4色の時計幅）
  • 各プレイヤー/ミサイルオブジェクトは、画面全体の高さと同じ高さです。
  • Variable pixel height when the data is supplied by ANTIC DMA (single or double scan lines per data)
  • Ability to independently shift each P/M object by one scan line vertically when operating on double scan lines per data.
  • Each Player and its associated Missile has a dedicated color register separate from the Playfield colors.
  • Multiple priority schemes for the order of graphics layers (P/M Graphics vs playfield)
  • Color merging between Players and Playfield producing extra colors.
  • Color merging between pairs of Players producing multi-color Players.
  • Missiles can be grouped together into a Fifth Player that uses a separate color register.
  • Collision detection between Players, Missiles, and Playfield graphics.
• There are no fixed colors for normal (CTIA) color interpretation mode. All colors are generated via indirection through nine color registers. (Four for Player/Missile graphics, four for the Playfield, and one shared between the Playfield and the Fifth Player feature.)
  • Normal color interpretation mode provides choice of colors from a 128 color palette (16 colors with 8 luminance values for each)
  • A GTIA color interpretation mode can generate 16 luminances per color providing a 256 color palette.
• The GTIA version of the chip adds three alternate color interpretation modes for the Playfield graphics.
  • 16 shades of a single hue from the 16 possible hues in the Atari palette. This is accessible in Atari BASIC as Graphics 9.
  • 15 hues in a single shade/luminance value plus background. This is accessible in Atari BASIC as Graphics 11.
  • 9 colors in any hue and luminance from the palette accomplished using all the Player/Missile and Playfield color registers for the Playfield colors. This is accessible in Atari BASIC as Graphics 10.
• Reads the state of the joystick triggers (bottom buttons only for the Atari 5200 controllers).
• It includes four input/output pins that are used in different ways depending on the system:
  • In Atari 8-bit computers, three of the pins are used to read state of the console keys (Start/Select/Option).
  • The fourth pin controls the speaker built into the Atari 400/800 to generate keyboard clicks. On later models there is no speaker, but the key click is still generated by GTIA and mixed with the regular audio output.
  • In the Atari 5200, the pins are used as part of the process to read the controller keyboards.

by part number

• C012295 — NTSC CTIA^[11][12]
• C014805 — NTSC GTIA^[13]
• C014889 —PAL GTIA^[13]
• C020120 — French SECAM GTIA (FGTIA)^[13]

Atari, Inc. intended to combine functions of the ANTIC and GTIA chips in one integrated circuit to reduce production costs of Atari computers and 5200 consoles. Two such prototype circuits were being developed, however none of them entered production.

• C020577 — CGIA^[13]
• C021737 — KERI^[13][14][15]

The Atari 8-bit computers map CTIA/GTIA to the $D0xx_hex page and the Atari 5200 console maps it to the $C0xx_hex page.

CTIA/GTIA provides 54 Read/Write registers controlling Player/Missile graphics, Playfield colors, joystick triggers, and console keys. Many CTIA/GTIA register addresses have dual purposes performing different functions as a Read vs a Write register. Therefore, no code should read Hardware registers expecting to retrieve the previously written value.

This problem is solved for many write registers by Operating System Shadow registers implemented in regular RAM as places to store the last value written to registers. Operating System Shadow registers are copied from RAM to the hardware registers during the vertical blank. Therefore, any write to hardware registers which have corresponding shadow registers will be overwritten by the value of the Shadow registers during the next vertical blank.

Some Write registers do not have corresponding Shadow registers. They can be safely written by an application without the value being overwritten during the vertical blank. If the application needs to know the last state of the register then it is the responsibility of the application to remember what it wrote.

Operating System Shadow registers also exist for some Read registers where reading the value directly from hardware at an unknown stage in the display cycle may return inconsistent results.

In the individual register listings below the following legend applies:

ハードウェアの「スプライト」システムはCTIA/GTIAによって処理されます。このスプライトシステムのATARIにおける正式名称は「プレイヤー/ミサイルグラフィックス」です。これは、シューティングゲームにおける「プレイヤー」やその武器である「ミサイル」など、高速で移動するオブジェクトの表示メモリを操作する必要性を減らすために設計されたためです。

プレイヤーは基本的に幅 8 ピクセル、高さ 256 TV ラインのグリフで、背景 (透明) (0グリフ内) と前景 ( 1) の 2 つの色があります。ミサイル オブジェクトも同様ですが、幅は 2 ピクセルのみです。CTIA/GTIA は、優先順位に従って、プレイヤー/ミサイル オブジェクトのピクセルをプレイフィールド ピクセルと組み合わせます。透明 ( 0) のプレイヤー ピクセルはプレイフィールドに影響を与えず、プレイフィールド ピクセルまたは背景ピクセルのいずれかをそのまま表示します。すべてのプレイヤー/ミサイル オブジェクトの通常のピクセル幅は 1 カラー クロックです。レジスタ値によって、プレイヤーまたはミサイル ピクセルの幅を 1、2、または 4 カラー クロック幅に設定できます。

CTIA/GTIA のプレイヤー/ミサイル実装はTIAのものと似ています。プレイヤーは、指定された水平位置にある 8 ビット値またはパターンで、各スキャンラインごとに、またはレジスタ内のパターンが変更されるまで自動的に繰り返されます。ミサイルは 2 ビット幅で、1 つのパターン レジスタを共有するため、4 つの 2 ビット幅の値が 8 ビット幅のパターン レジスタを占有しますが、各ミサイルは独立した水平位置とサイズを持ちます。プレイヤー/ミサイル オブジェクトは、画面の境界を含め、ディスプレイの高さまで拡張されます。つまり、CTIA/GTIA のプレイヤー/ミサイル グラフィックスのデフォルトの実装は、画面を縦に走るストライプです。この方法は一見制限されているように見えますが、ディスプレイ上の代替色の垂直境界または区切り線としてプレイヤー/ミサイル グラフィックスを使用することを容易にし、優先度値を設定してプレイヤー/ミサイル ピクセルをプレイフィールド ピクセルの後ろに配置すると、ディスプレイに追加の色を追加するために使用できます。最大幅に設定され、横に並べられたすべてのプレイヤーとミサイルは、通常の幅のプレイフィールド全体を覆うことができます。

CTIA/GTIA は、プレイヤー/ミサイルの色を制御するいくつかのオプションをサポートしています。PRIOR /GPRIORレジスタの値によって、4 つのミサイルの色表示オプションを切り替えることができます。各ミサイル (0 ～ 3) は、関連付けられたプレイヤー オブジェクト (0 ～ 3) の色を表すか、すべてのミサイルがレジスタCOLPF3/COLOR3の色を表示します。ミサイルが同じ色の場合、5 番目のプレイヤーとして扱うことができますが、画面上で正しく配置するには、4 つのミサイル水平位置レジスタすべてに値を格納する必要があります。PRIOR /GPRIOR は、2 つのプレイヤーの重なり合うピクセルが 3 つ目の色を生成する機能も制御します。これにより、使用可能なオブジェクトの数を減らす代わりに、複数の色のプレイヤー オブジェクトを使用できます。最後に、PRIOR/GPRIOR を使用すると、プレイヤー/ミサイル ピクセルとプレイフィールド ピクセルの前景/背景レイヤー (「優先度」と呼ばれます) を変更でき、表示される色に予測可能な影響を与える優先度の競合を引き起こす可能性があります。

縦方向に変化する画像/パターンを持つスプライトという従来の概念は、Player/Missileグラフィックスシステムにも組み込まれています。ANTICチップには、ディスプレイ生成時に新しいピクセルパターンをCTIA/GTIAに自動的に供給するDMA機能が搭載されています。これは各スキャンラインごと、または2スキャンラインごとに実行でき、Player/Missileピクセルは1スキャンラインまたは2スキャンラインの高さになります。このようにして、Player/Missileオブジェクトは、ディスプレイの高さに比例する、幅8ビット/ピクセルのフォントで表現された非常に背の高い文字とみなすことができます。

プレイヤー/ミサイル オブジェクトを水平方向に移動するのは、CTIA/GTIA のレジスタを変更するだけで簡単です (Atari BASIC では、POKE ステートメント 1 つでプレイヤーまたはミサイルを水平方向に移動できます)。オブジェクトを垂直方向に移動するには、グリフの定義をプレイヤーまたはミサイル ビットマップ内の新しい場所にブロック移動するか、プレイヤー/ミサイル ビットマップ全体 (128 バイトまたは 256 バイト) を回転させます。6502マシン語では、8080 にあるブロック移動命令がないにもかかわらず、ビットマップ全体の最悪のケースの回転でもかなり高速です。スプライトは正確に 128 バイトまたは 256 バイトの長さなので、インデックスは 6502 のバイト幅レジスタに簡単に収めることができます。Atari BASIC には高速メモリ移動コマンドがなく、BASIC のPEEK() と POKE()を使用してメモリを移動すると非常に遅くなります。 Player/Missileグラフィックスを使用するAtari BASICプログラムには、高速メモリ移動を実行するための他の方法もあります。1つの方法は、USR()関数を介して短いマシン語ルーチンを呼び出し、メモリ移動を実行することです。もう1つの方法は、Player/Missileのメモリマップとして大きな文字列を使用し、文字列コピーコマンドを実行することで、マシン語の速度でメモリ移動を実現することです。

プレイヤー/ミサイルのグラフィックスをAtariハードウェアの他のグラフィックス機能と慎重に組み合わせることで、グラフィックスプログラミング、特にゲーム開発を大幅に簡素化できる。

GTIA チップはCTIA と下位互換性があり、14 種類の「通常」の ANTIC プレイフィールド グラフィック モードに 3 種類のカラー解釈を追加します。CTIA チップの通常のカラー解釈は、特別なプログラミング技術を使用しない限り、スキャンラインごとにマップ モードでは最大 4 色、テキスト モードでは 5 色 (プレイヤー/ミサイル グラフィック用に 4 色を追加) に制限されています。GTIA の 3 つの新しいカラー解釈により、理論上は合計 56 種類のグラフィック モード (14 種類の ANTIC モードに 4 つのカラー解釈を掛けたもの) が利用可能になります。ただし、高解像度の 1/2 カラー クロック ピクセルに基づくグラフィック モード (Antic テキスト モード 2、3、およびグラフィック モード F) のみが、これら3つの新しいカラー解釈のカラー パレットを完全に表現できます。追加された 3 つのカラー解釈は、2 つのカラー クロック (4 ビット) の情報を使用して、16 種類のカラー値のいずれかでピクセルを生成します。これにより、モードFディスプレイは、1ピクセルあたり2色、水平方向320ピクセル、モードラインあたり1走査線から、16色、水平方向80ピクセルに変更されます。追加された色解釈により、以下のことが可能になります。

• GTIAカラー解釈モード$4 — Atariパレットにある16色の中から、背景色COLBKで設定された単一の色相の16段階の濃淡を選択します。これはAtari BASICのGraphics 9としても利用可能です。
• GTIA カラー解釈モード$8 —このモードでは、水平線ごとに 9 色の間接色を、Atari の 128 色のパレット全体から任意の色相と輝度で使用できます。これは、Playfield ピクセルにすべての Player/Missile および Playfield カラーレジスタを使用することで実現されます。このモードでは、背景色はカラーレジスタ COLPM0 によって提供され、COLBAK は Playfield ピクセル値 $8 に使用されます。このモードは Atari BASIC では Graphics 10 としてアクセスできます。
• GTIAカラー解釈モード$C —単一の色調/輝度値に15の色相と背景が含まれます。背景値COLBKは、他のすべてのピクセル（ピクセル値$1～$F）の輝度レベルを設定します。輝度値の最下位ビットは無視されるため、標準/CTIA 8の輝度値（$0、$2、$4、$6、$8、$A、$C、$E）のみが使用可能です。さらに、背景自体はCOLBKレジスタに設定された色成分のみを使用します。背景の輝度値は0に固定されます。このモードは、Atari BASICではGraphics 11としてアクセスできます。

これらのモードの中でも、Atari BASIC Graphics 9は特に注目に値します。このモードでは、Atariでグレースケールのデジタル写真を表示することができ、解像度は低いものの、当時としては非常に印象的なものでした。さらに、他のグラフィックモードでは8段階の階調しか使用できないのに対し、このモードでは16段階の階調を使用できるため、Atariが表示できる色の数が128色から256色に増加しました。残念ながら、この機能はこのモードでのみ使用可能であり、解像度が低いため広く利用されることはありませんでした。

Antic 2 および 3 テキスト モードは、GTIA の代替カラー解釈を使用すると、モード F グラフィックスと同じカラー範囲を表示できます。ただし、ピクセル削減も適用され、8 ピクセル幅の 2 色のテキストが 2 ピクセル幅の 16 色の​​ブロックに変換されるため、これらのモードは実際のテキストには適しておらず、デモ以外ではこれらのグラフィックス モードは人気がありません。テキスト モードと GTIA カラー解釈機能を効果的に使用するには、文字をピクセルとして扱うように慎重に構築された文字セットが必要です。この方法により、通常 8K の RAM を占有する GTIA の「高解像度」グラフィックス モードを、約 2K (文字セットに 1K、画面 RAM と表示リストに 1K) のみで表示できます。

GTIAでは、CTIAの「半カラークロック」分のグラフィックのずれを引き起こすエラーも修正されました。この修正の副作用として、高解像度モノクロモードでカラーアーティファクトに依存するプログラムでは、異なる色のペアが表示されるようになりました。 ^{[ 5 ] [ 16 ]}

Atariのユーザーは、 BASICコマンドを実行することで、自分のマシンにCTIAチップが搭載されているかGTIAチップが搭載されているかを確認できますPOKE 623,64。コマンド実行後に画面が黒くなった場合は、マシンには新しいGTIAチップが搭載されています。画面が青色のままの場合は、CTIAチップが搭載されています。

東欧市場向けに製造された最後のアタリXEコンピュータは中国で製造されました。その多く、あるいは全てに、バグのあるPAL GTIAチップが搭載されています。Graphics 9以降の輝度値に問題があり、縞模様が表示されます。チップを交換すれば問題は解決します。また、外部回路を用いて不具合のあるGTIAチップを修復しようとする試みも行われています。

• ビデオハードウェア別の家庭用コンピュータ一覧

• De Re Atari published by the Atari Program Exchange
• Mapping the Atari, Revised Edition by Ian Chadwick
• GTIA chip data sheet scanned to PDF.
• jindroush site(archived) GTIA info
• CTIA die shot
• GTIA die shot