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80年代的程序員也太硬核了吧！

時間：2021-12-07 14:31:20
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[導讀]星標「嵌入式大雜燴」，一起進步！大家好，我是ZhengN。小時候用小霸王玩魂斗羅的時候，三條命就可以打通關，感覺自己挺厲害的，因為魂斗羅的關數還是很多，劇情也比較長。那么，問題來了。為什么魂斗羅只有128KB卻可以實現那么長的劇情？下面來給新生代程序員講講這里面的奧秘吧?，F代程序...





大家好，我是ZhengN。小時候用小霸王玩魂斗羅的時候，三條命就可以打通關，感覺自己挺厲害的，因為魂斗羅的關數還是很多，劇情也比較長。那么，問題來了。
為什么魂斗羅只有 128KB 卻可以實現那么長的劇情？下面來給新生代程序員講講這里面的奧秘吧。




現代程序員A和1980年代游戲程序員B的對話：



A：為什么你用128KB能實現這么多畫面、音樂、動畫？



B：128KB還不夠么？其實為了表現力已經相當奢侈了，加了很多不重要的細節(jié)。



A：就說你們的音樂，這個音樂，我壓到最低碼率的mp3，也得至少1MB吧。



B：你怎么壓的？一首背景音樂怎么可能超過1KB。



A：那你實現全屏卷軸，用了多少顯存？



B：一共就只有2KB顯存，多了也放不下啊。



A：……



1、我們對“數據量”無法直觀認識



除非是專家，一般人根本無法估算到底多大算大，多小算小。



一般人對“數據量”并沒什么概念。一篇800字的作文有多少數據量？按照GBK編碼，約1.6KB，按照UTF-8編碼，則是2.4KB。



只寫了1個字的作文，按理來說1字節(jié)~3字節(jié)就夠了。但只寫1個字的word文檔，有10956字節(jié),而由于硬盤格式化要求，再多占用1332字節(jié)





我就寫了一個字，真的什么都沒干



現實中常見的產品、流行的技術，實際上和時代背景密切相關。



當你抱著15寸筆記本還嫌小的時候，1990年代初的家庭，可是一家人圍著14~18寸的球面電視看的。把雪碧拿給古代人喝一口，估計他會齁得要死，必須喝點水壓壓驚。





當物質基礎變得十分豐富的時候，一定會產生無法避免的“浪費”，這種“浪費”會進一步改變人感受的閾值，對度量的估計都變得紊亂了。



2、FC時代的圖形技術



由于早期的記憶芯片（ROM）非常貴，而且大容量磁盤的技術也不成熟，所以暫且不論硬件計算能力，僅僅是想增加游戲的總容量也非常困難。所以自然會使用符合當時水平的數據結構。



以紅白機FC為例，它的分辨率為256x240。分辨率不算低，但卻只有2KB顯存，而且還要實現全屏卷軸效果。



所以在FC設計之初，從硬件上就提供了充分利用顯存的方法——使用Tile（瓦片）。



對每一個場景來說，使用若干數量的瓦片，場景用有限的瓦片拼接即可。這種“二級”表示方法能極大節(jié)約存儲量。



具體一些原理講解可以看一些科普，比如這個：


https://www.bilibili.com/video/BV19J411e763





3、音頻容量和代碼容量



現代音樂格式往往直接保存聲道的波形，這種做法保真度高、通用性強，但很顯然占用空間多，一首曲子的容量以千字節(jié)、兆字節(jié)計算。



而八位芯片時代的音頻解決方案，關鍵是一顆專用芯片，例如FC用的理光2A03：




下：理光2A03



音頻芯片可以產生合成音效，能提供的音色可以在一定程度上配置，但非常有限。聽聽FC游戲的音樂可以體會到常用的音色幾乎一樣。



我覺得這個音頻芯片最厲害的地方是可以同時播放幾個音軌（但不能是和弦那種“同時”），《魂斗羅》、《沙羅曼蛇》、《忍者龍劍傳》的殿堂級音樂，主要是靠多個音軌的交替配合實現的。



每個音符只要記錄音色、頻率和音高就足夠了，音頻芯片自然會識別出來。把音符按時間排列好就是“樂譜”了，可以簡單理解為“簡譜”。





這種簡譜需要的數據量十分有限，而且大部分游戲音樂都是循環(huán)播放，數據量更是小的可憐。



代碼也是類似的。



FC時代的游戲，沒有所謂的“引擎層”，或者說引擎層就是“硬件層”。任天堂的主機完全是為游戲而設計的，瓦片、調色板、音樂、音效等基本功能已經預先考慮到了，這樣一來就節(jié)約了大量底層代碼。



程序員要仔細研究文檔，在硬件框架下思考問題，比如如何顯示圖片、如何卷動屏幕等等；而且還要非常熟悉硬件底層和匯編，不要浪費代碼空間。



一來二去，代碼也能寫的非常小。



總的來說，128KB的游戲大作，在30年前稀松平常，放到現在簡直就是黑科技。





科技的劇烈變革帶來技術指標非線性的變化，讓我們的記憶和直覺徹底落伍 ：）



作者：皮皮關





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