一般機器 AY-3-8910

PSG プレイデモ (ノイズは使用していません)

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AY -3-8910は、1978年にゼネラルインストゥルメント社（GI）によって設計された3ボイスのプログラマブルサウンドジェネレータ（PSG）で、当初は16ビットのCP1610または8ビットマイクロコンピュータのPIC 1650シリーズの1つで使用するために設計されました。AY-3-8910とその派生型は、多くのアーケードゲーム（コナミのGyrussには5つ含まれています^[1]）やBallyのピンボールマシンで使用されたほか、 IntellivisionおよびVectrexビデオゲームコンソール、Amstrad CPC、Oric-1、Colour Genie、Elektor TV Games Computer、MSX、Tiki 100、および後のZX Spectrumホームコンピュータのサウンドチップになりました。また、 Apple IIのMockingboardおよびCricketサウンドカード、 TRS-80 Color ComputerのSpeech/Sound Cartridge ^[2]にも使用されました。

1987 年にGI がMicrochip Technologyをスピンオフさせた後、このチップは Microchip ブランドで数年間販売されました。また、ヤマハによってライセンスを受けて製造され(選択可能なクロック分周ピンと、2 倍の解像度と 2 倍のレートのボリューム エンベロープ テーブルを搭載) 、YM2149Fとして販売されました。Atari ST はこのバージョンを使用しています。Texas Instruments SN76489と非常によく似た結果を生み出し、同時期に市場に出回っていました。

このチップはもう製造されていませんが、機能的に同一のクローンはまだ生産されています。FPGA で使用するための非公式のVHDL記述は無料で入手できます。

AY-3-8910 は、単純な有限状態マシンです。16個の 8 ビットレジスタの状態は、外部ピンの 1 つを切り替えることによって、 8 ビットバス(アドレス指定とデータの両方に使用) を介してプログラムされます。たとえば、一般的なセットアップ サイクルでは、バスを「アドレス モード」にしてレジスタを選択し、次に「データ モード」に切り替えてそのレジスタの内容を設定します。このバスは、GI 独自の CPU にネイティブに実装されていましたが、チップをより一般的なMOS Technology 6502またはZilog Z80 CPUで使用する場合は、グルー ロジックで再作成するか、 MOS Technology 6522などの追加のインターフェイス アダプタを使用して再作成する必要がありました。

6 つのレジスタは、3 つのプライマリ チャネルで生成されるピッチを制御します。生成する周波数は、各チャネル専用の 2 つの 8 ビット レジスタに保持されますが、他の理由により値は 12 ビットに制限されており、合計 4095 の異なるピッチ (レジスタ値は周波数分割器として使用され、0 は 1 として扱われます) になります。別のレジスタは、疑似ランダム ノイズ ジェネレータの周期 (合計 31 の異なるサイクル時間) を制御し、別のレジスタは、このノイズを 3 つのプライマリ チャネルに混合する制御を行います。

チャンネルのボリュームは、3 つの追加レジスタによって、またはそれらのオプションのエンベロープ コントロールのオン/オフによって制御されます。最後に、最後の 3 つのレジスタは、エンベロープ タイプとエンベロープ サイクル タイムを設定することによって、エンベロープコントローラーの時間を制御します。合計 8 つのエンベロープ タイプには、最大値または最小値から始まる鋸歯状または三角形が含まれます。形状は、サイクル効果のために繰り返すように設定することもできます。合計 65535 の異なるサイクル タイムを設定できます。3 つのチャンネルすべてで共有されるエンベロープは 1 つだけであるため、多くのプログラマーはそれを無視し、ソフトウェアで独自のエンベロープ コントローラーをプログラムしました (ボリュームを直接制御)。よく知られたトリックは、ハードウェア エンベロープを 20 Hz を超えるサイクル タイムで実行して、鋸歯状または三角波のようなベース サウンドを生成することでした。

レジスタは 16 個しかありませんが、レジスタを選択するときは、8 ビット バスの 4 つの MSB ビットを工場出荷時のデフォルトの値 '0000' に設定する必要があります。MSB ビットを誤って設定すると、チップはレジスタの変更を無視します。GI は、カスタマイズされた MSB ビット (工場出荷時に '0000' 以外に設定) の注文を受け付けました。カスタマイズ設定された MSB レジスタ ビットを使用して製造されたチップにより、同じプロセッサが同じバス上の複数の AY チップを制御できます (例: ZX Spectrum の TurboSound)。二次市場には、工場出荷時に MSB ビットが '0000' 以外の値に設定された新古品 (NOS) チップが多数あります。'0000' 以外の値は、設計者や修理技術者にとって重大な開発上の問題を引き起こす可能性があります。特定のチップの MSB ビットの正しい値を識別するソフトウェアを作成する必要があります。また、工場出荷時に設定されたこれらの MSB チップをデフォルトの '0000' チップの代わりに使用できるように、ソフトウェアを変更するかハードウェアを追加する必要があります。

AY-3-8910 は、人間の可聴範囲をはるかに超えて超音波範囲に達する、最大 125 kHz (4 MHz 入力クロック、または YM2149F では 6 MHz) の基本周波数の音を生成します。超音波値の存在は、周波数分割器の設計の結果です。可聴周波数で十分な解像度を得るには、全体のクロック レート (したがって、小さい分割数での出力) が可聴範囲よりかなり高くなければなりません。5 未満の分割数でのみ、完全に超音波の出力周波数が得られます。ピアノ キーボードの最高オクターブに相当する周波数は、平均律の音価に対して妥当な精度で定義でき、A440 の範囲ではほぼ 1 Hz の精度で、低いピッチではさらに細かく定義できます。最大周波数が高いにもかかわらず、その数字を 4096 で割ることができるため、直接定義できる最低の出力周波数は 30.6 Hz となり、これは通常の 88 鍵ピアノの 3 番目に低い音である B0 とほぼ等しく、一般的なスピーカー システムではサブソニックと同等です。本質的に、このチップはほとんどの楽曲で見られるすべての適切なピッチで、まともな音楽出力を生成できます。

対照的に、SN76489 の周波数分割器の精度は 10 ビットしかありません。同じ 125 kHz の基本周波数を持つため、理論上は PSG の最低 2 オクターブが欠けているはずです。これを回避するため、SN76489 はトーン ジェネレーターを計算された周波数より 1 オクターブ低く再生します。これにより、PSG と比較して、低音域が 1 オクターブ少なく、高音域が 1 オクターブ少なくなります。

8910 シリコン チップは 3 つの異なるパッケージで販売されました。

AY -3-8910 には、汎用 8 ビット パラレルI/Oポート A と B が 2 つあり、これらは同じ名前の 40 ピン パッケージで提供されます。

AY -3-8912は、28 ピン パッケージの同じチップで、パラレル ポート B はどのピンにも接続されていません。パッケージが小さいほど、コストとボード スペースが節約されます。8912 は最も広く使用されたバリアントです。

AY -3-8913 は、24 ピン パッケージの同じチップですが、両方のパラレル ポートは接続されていません。一部のユーザーは、8912 よりもピン数がわずかに少ないため、面白みに欠けると考えていました。しかし、I/O レジスタは設計者によってほとんど使用されなかったため、GI はこの完全に機能する 24 ピンの代替品を作成し、8910 および 8912 チップの約 6 か月後にリリースしました。その目的は、設計者の複雑さを軽減し、PCB 上のフットプリントを減らすことでした。French Touch のメンバーである fenarinarsa は、AY-3-8913 チップの問題を調査して文書化しました。^[3]

Yamaha YM2149F SSG (ソフトウェア制御サウンド ジェネレーター) チップは AY-3-8910 と同じピン配置ですが、ピン 26 を低くするとマスター クロックが半分になるという小さな違いがあります。AY-3-8910 チップを 交換する場合のように未接続のままにしておくと、内部抵抗によってピンが高くなるため、マスター クロックは半分になりません。

ヤマハYM3439 は、YM2149F の CMOS バージョンです。40 ピン DIP (YM3439-D) と 44 ピン QFP (YM3439-F) の 2 つのパッケージで提供されます。

Yamaha YMZ294 は、YM2149 の最新型の 1 つですが、18 ピン パッケージになっています。パラレル ポートはなく、3 つのチャンネルがミックスされたサウンド出力は 1 つだけです。

Yamaha YMZ284 は、YM2149 のさらに小型のバリエーションで、16 ピン パッケージです。基本的には、4/6 MHz 選択ピンと /TEST ピンがない YMZ294 です。

Yamaha YMZ285 は28 ピン パッケージで、PCM を内蔵しています。パラレル ポートはなく、サウンド出力は 2 つあります。1 つは 3 つの SSG チャンネルをミックスしたもので、もう 1 つは PCM 出力です。

Toshiba T7766A は、AY-3-8910 と同じピン配置を持つ互換チップであり、一部のMSXモデルで使用されていました。

Winbond WF19054 、JFC 95101、File KC89C72はAY-3-8910 と同じピン配置を持ち、ソフトウェアも 100% 互換性があります。これらは現在も生産されており、多くのスロット マシンで使用されています。

AY -3-8914 はAY-3-8910と同じピン配置で、同じ 40 ピン パッケージに入っていますが、チップ上の制御レジスタが入れ替わっており、A9 ピンの「期待される入力」が異なる場合があります。マテルのIntellivisionコンソールとAquariusコンピューター で使用されていました。

AY -3-8930（別名AY8930 ）は、 AY-3-8910の強化版だが、ほぼ下位互換性がある。 BC2 ピンの機能が変更されている（ピンの状態にかかわらず無視され、0 とみなされる）が、それ以外はピン配置はAY-3-8910と同じ。 このチップの派生版には、3 つのチャンネルに別々のエンベロープ（1 つの共有エンベロープではなく）、可変デューティ サイクル、ノート周波数、ボリューム、エンベロープ周波数の精度ビット数の増加、より柔軟に設定可能なノイズ ジェネレータなど、いくつかの主要な機能強化が追加されている。 IBM-PC 用のCovox Sound Master サウンド カードで使用されていた。 通常のAY-3-8910機能以上にこれを利用したゲームはほとんどなかった。 このチップはMicrochip Technologyでのみ製造されていた可能性がある。

ヤマハは、YM2149 コアを使用して、携帯電話、家庭用コンピュータ、家庭用およびアーケード ビデオ ゲーム システムなどで使用される一連の音楽チップを製造しています。ヤマハFM 合成チップの OPN シリーズは、このアプローチで注目に値します。これには、YM2149 コアと 4 オペレータ FM 合成サウンド ジェネレータが含まれています。たとえば、YM2203 ( OPN とも呼ばれます) は、3 チャンネル FM サウンド ジェネレータとともに YM2149 のコアをチップ自体に組み込んだシリーズ初のチップで、YM2149 のエンベロープ ジェネレータはサウンド チップのコアに直接配置されています。そのはるかに高度な後継製品である YM2608 ( OPNA とも呼ばれます) とYM2610 (OPNB とも呼ばれます) にも YM2149 コアが含まれており、以前の機能はすべて保持しながら大幅に拡張されています。YM2610 では、I/O ポートが削除されるなどの小さな変更が加えられています。 YM2612 (OPN2 とも呼ばれる)は、YM2203 のアップグレード版であり、YM2149 サウンド チャネルと I/O ポートをすべて削除するなど、その他の変更とともに YM2149 部分を完全に削除しましたが、チップのコアにある YM2149 のエンベロープ ジェネレーターは保持されました。

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• DECOカセットシステム

• アムストラッド CPC (GI AY-3-8912 / マイクロチップ AY38912/P)
• アムストラッド GX4000 (マイクロチップ AY38912/P)
• アタリST（ヤマハYM2149F）
• ATM (コンピュータ) - ソビエト崩壊後の ZX Spectrum クローン
• CCE MC-1000 (GI AY-3-8910)
• 富士通 FM-7 (FM77AV を除く全モデルで GI AY-3-8910 / FM77AV ではヤマハ OPN)
• カラージーニー（GI AY-3-8910）
• Elektor TVゲームコンピュータ
• インテリビジョン(GI AY-3-8914)
• ＭＳＸ
• NEC PC-8801 (ヤマハ OPN、モデル PC8801mkII SR モデル以降。/ ヤマハ OPNA、モデル PC8801 FA 以降。)
• NEC PC-9801 (ヤマハ OPN / OPNA (一部のモデル)、サウンド カード: PC-9801-26、PC-9801-86、Sound Blaster 16 (オプション ソケット) など)
• オリック-1
• シャープ X1 (GI AY-3-8910 / ヤマハ YM2149F)
• サンソフト5B（YM2149F、ファミコンゲーム「ギミック！」で追加サウンドチップを使用）
• タイメックス シンクレア 2068 (GI AY-3-8912)
• ベクトレックス(GI AY-3-8912)
• ZX スペクトル128/+2/+3 (GI AY-3-8912)
• Apple II 用Cricket サウンド カード- Echo Plus (AY-3-8910 2 個付き)
• Apple II用Mockingboardサウンド カード
• マテル アクエリアス用ミニエキスパンダー
• TRS-80 カラーコンピュータ用音声/サウンドカートリッジ
• Electronika BK (愛好家や一部の販売者による人気のアフターマーケット追加品として)

• フラッシュ・ゴードン
• フロンティア
• ホットドッグ
• ミスティック
• ナイトログラウンドシェイカー
• ローリング・ストーンズ（バリー）
• スケートボール
• シルバーボールマニア
• スペースインベーダー
• バイキング
• キセノン
• フランスのジュテル社：パピヨン、ル・キング、オリンピック

• AY-3-8914、AY-3-8916、AY-3-8917
• ゼネラルインスツルメンツ マイクロエレクトロニクス データカタログ 1978
• ST SOUND、AY-3-8910チップを聴く
• AY-3-8910、AY-3-8912、YM2149 ホームページ (Win32 用 AY チップ エミュレータ、AY 音楽の大きなアーカイブ)
• スタック・ファン・ヘイ博士のブログ（ドイツ語） AY-3-8910 ダイと機能ブロックの巨大な顕微鏡画像
• FPGA実装
• ビデオゲーム音楽保存財団 AY-3-8910
• AY-3-8910 対 YM2149F
• Ballas, JA, Houston, J. サウンドジェネレータチップの評価: AY 3-8910。Behavior Research Methods, Instruments, & Computers 16, 282–284 (1984)。