Игровой картридж

Игрово́й ка́ртридж — электронное устройство на основе микросхем ПЗУ, предназначенное для хранения сменной игровой программы в игровых консолях, игровых автоматах, и ряде бытовых компьютеров. Название произошло от английского слова cartridge (патрон), в русском языке также применимо название «кассета». В английском языке используются также сокращение «cart» и название «game pack» (а также «Game Pak», торговая марка, использовавшаяся фирмой Nintendo).

Картриджи стали применяться в игровых системах в конце 70-х годов. Наиболее ранней системой со сменными играми, использующей идею картриджей, принято считать консоль Magnavox Odyssey (1972 год). Однако, её «игровые карты» не содержали активной электроники, они только коммутировали части внутренней схемы консоли, что не позволяло хранить на них произвольную игровую программу — набор возможных игр определялся только электроникой самой консоли. Первой игровой консолью с настоящими картриджами, содержащими игровую программу, является Fairchild Channel F (1976). Последней из домашних игровых консолей, использующей картриджи, стала Nintendo 64 (1996), но в 2017 году должна выйти новая система на картриджах Nintendo Switch. Все последующие консоли в качестве сменного носителя данных использовали CD-ROM (который в подобных целях начал применяться с конца 80-х годов). Однако, из-за их малых габаритов и веса, а также отсутствия подвижных частей, картриджи до сих пор продолжают применяться в карманных игровых консолях, например в Nintendo DS, Nintendo 3DS и PlayStation Vita.

В бытовых (домашних) компьютерах картриджи применялись на протяжении 80-х годов, до того, как получили широкое распространение приводы гибких дисков (дисководы). Помимо игр, на них выпускалось часто используемое ПО, такое, как интерпретаторы различных языков программирования.

Конструкция

Внешне картридж представляет собой небольшой прямоугольный пластиковый корпус, обычно с наклейкой (стикером), содержащей логотип или название игры. На одном из торцов картриджа располагается краевой разъём, являющийся частью печатной платы картриджа. На разъём выводятся шины адреса и данных системы, а также ряд управляющих сигналов и питание. На некоторых старых игровых системах разъём картриджа защищался подвижной крышкой, сдвигающейся при вставлении картриджа в слот консоли. Впоследствии от такой конструкции отказались, так как она усложняла производство и могла вызывать механические проблемы; вместо этого картриджи стали выпускаться в упаковке в виде пластиковых или картонных боксов, похожих на чехлы для видеокассет.

На плате картриджа располагается его электроника. Как минимум это одно или несколько масочных ПЗУ (однократно программируемых в процессе изготовления), содержащих игровую программу и данные. Они могут быть выполнены как в собственных корпусах, так и без корпуса, в виде монтируемых на поверхность платы кристаллов, залитых компаундом (такая конструкция дешевле в производстве, но менее устойчива к механическим воздействиям). Дополнительно картридж может содержать различные устройства, расширяющие функциональность консоли. Это, например, может быть дополнительное ОЗУ; либо ОЗУ с батарейным питанием, для сохранения игровых результатов между сеансами игры. Также это могут быть устройства управления памятью расширенного объёма (для обхождения изначально заложенных в конструкции консоли ограничений); дополнительные процессоры, звуковые и графические сопроцессоры.

Преимущества и недостатки

Картриджи имеют ряд преимуществ перед любыми сменными носителями данных. Процессор напрямую обращается к ПЗУ картриджа, так же, как и к собственной памяти системы, что позволяет получить очень высокую скорость доступа к данным. По этой же причине, системе не требуется наличие большого объёма ОЗУ, куда данные загружались бы при использовании медленного внешнего носителя. Это снижает стоимость самой системы. Отсутствие подвижных частей, помимо скорости доступа, означает долговечность такого носителя. Возможность располагать в картридже дополнительные устройства, расширяющие возможности системы, позволяет продлить срок жизни устаревающей консоли (наиболее активно пользовалась этим фирма Nintendo в случае с её консолями NES и SNES, компания SEGA). Копирование картриджа пользователями существенно сложнее копирования программы на магнитной ленте, дискете или компакт-диске.

Однако, картриджи имеют и ряд недостатков. Наиболее значимым из них являлась их стоимость. Она складывалась из большого количества составных частей в конструкции, ведущих к усложнению производства, а также стоимости микросхем ПЗУ большого объёма (что было актуально до конца 90-х годов). Дополнительные чипы, в случае их использования, также повышали стоимость картриджей. Из-за необходимости не увеличивать цену на игры выше приемлемого уровня, их разработчикам приходилось мириться с ограничениями на объём памяти картриджа. В начале 80-х объём картриджей ограничивался десятками килобайт, в 90-х он вырос до мегабайтов. С середины 90-х и по настоящее время объём картриджей составляет десятки мегабайт.

Также, к недостаткам картриджей можно отнести их чувствительность ко внешним воздействиям, в частности к статическому электричеству и механическим воздействиям (неизбежным при их эксплуатации). Это делает картриджи менее надёжными по сравнению с компакт-дисками. Как пример ненадёжности можно привести случай неисправности картриджей, который часто встречается: из-за механических нагрузок, возникающих при вставке картриджа в слот консоли, возникают микротрещины в плате, нарушающие его нормальную работу. В особенности этому подвержены картриджи с бескорпусным исполнением микросхем. При такой конструкции возможен обрыв соединений кристаллов микросхем с платой. Помимо этого, кроме возможности повреждения самого картриджа, при активной эксплуатации возможен быстрый износ разъёма на самой консоли (что является достаточно частой причиной выхода консоли из строя).

Перезаписываемые картриджи

Одним из основных свойств картриджей является невозможность их перезаписи — информация в них программируется сразу в процессе изготовления масочных ПЗУ (процесс подготовки к производству таких ПЗУ имеет высокую стоимость). Однако, в ряде случаев, например при разработке программы и тестировании её на реальной системе требуется возможность многократной перезаписи. Изначально в этих целях использовались картриджи с установленными панельками для смены ПЗУ, и многократно программируемые ПЗУ (с ультрафиолетовым или электрическим стиранием), данные в которые записывались с помощью обычного программатора ПЗУ. Реже применялись RAM-картриджи, содержащие вместо ПЗУ микросхемы ОЗУ, обычно статического, с батарейным питанием. Данные в них записывались с помощью специальных устройств. Этот вариант дороже, из за более высокой стоимости на статическое ОЗУ большого объёма, по сравнению с ПЗУ такого же объёма.

В конце 80-х — начале 90-х годов для ряда игровых консолей появились так называемые backup unit, или copybox (нет русского термина) — устройства, подключаемые к разъёму картриджа или системному разъёму консоли. Они предназначались для копирования игровой программы картриджа на перезаписываемые носители, например на дискеты, или во внутреннюю память устройства, и последующего использования игры без оригинального картриджа. Такие устройства производились сторонними производителями без лицензии, так как по сути они являлись средством нелегального копирования игрового ПО. Подобные устройства также собирались любителями (ряд схем таких устройств публиковался в том числе и в России, например, в журнале «Радио»). Однако, такие устройства не решали проблему копирования игр, использующих дополнительную аппаратуру в составе картриджа.

В наше время, с падением цен на флэш-память, появились так называемые флэш-картриджи. Они созданы для большого количества старых игровых систем и для современных карманных консолей, разрабатываются и производятся сторонними разработчиками без лицензии. Такие картриджи используются как для разработки любительского ПО для игровых консолей, так и для использования дампов игр, обычно используемых с помощью эмуляторов, на реальных системах. Проблема дополнительной аппаратуры в составе картриджа в современных флэш-картриджах решается с помощью микросхем программируемой логики.

См. также

• ROM-хакинг

Отрывок, характеризующий Игровой картридж

Приехав в Петербург, Пьер никого не известил о своем приезде, никуда не выезжал, и стал целые дни проводить за чтением Фомы Кемпийского, книги, которая неизвестно кем была доставлена ему. Одно и всё одно понимал Пьер, читая эту книгу; он понимал неизведанное еще им наслаждение верить в возможность достижения совершенства и в возможность братской и деятельной любви между людьми, открытую ему Осипом Алексеевичем. Через неделю после его приезда молодой польский граф Вилларский, которого Пьер поверхностно знал по петербургскому свету, вошел вечером в его комнату с тем официальным и торжественным видом, с которым входил к нему секундант Долохова и, затворив за собой дверь и убедившись, что в комнате никого кроме Пьера не было, обратился к нему:
– Я приехал к вам с поручением и предложением, граф, – сказал он ему, не садясь. – Особа, очень высоко поставленная в нашем братстве, ходатайствовала о том, чтобы вы были приняты в братство ранее срока, и предложила мне быть вашим поручителем. Я за священный долг почитаю исполнение воли этого лица. Желаете ли вы вступить за моим поручительством в братство свободных каменьщиков?
Холодный и строгий тон человека, которого Пьер видел почти всегда на балах с любезною улыбкою, в обществе самых блестящих женщин, поразил Пьера.
– Да, я желаю, – сказал Пьер.
Вилларский наклонил голову. – Еще один вопрос, граф, сказал он, на который я вас не как будущего масона, но как честного человека (galant homme) прошу со всею искренностью отвечать мне: отреклись ли вы от своих прежних убеждений, верите ли вы в Бога?
Пьер задумался. – Да… да, я верю в Бога, – сказал он.
– В таком случае… – начал Вилларский, но Пьер перебил его. – Да, я верю в Бога, – сказал он еще раз.
– В таком случае мы можем ехать, – сказал Вилларский. – Карета моя к вашим услугам.
Всю дорогу Вилларский молчал. На вопросы Пьера, что ему нужно делать и как отвечать, Вилларский сказал только, что братья, более его достойные, испытают его, и что Пьеру больше ничего не нужно, как говорить правду.
Въехав в ворота большого дома, где было помещение ложи, и пройдя по темной лестнице, они вошли в освещенную, небольшую прихожую, где без помощи прислуги, сняли шубы. Из передней они прошли в другую комнату. Какой то человек в странном одеянии показался у двери. Вилларский, выйдя к нему навстречу, что то тихо сказал ему по французски и подошел к небольшому шкафу, в котором Пьер заметил невиданные им одеяния. Взяв из шкафа платок, Вилларский наложил его на глаза Пьеру и завязал узлом сзади, больно захватив в узел его волоса. Потом он пригнул его к себе, поцеловал и, взяв за руку, повел куда то. Пьеру было больно от притянутых узлом волос, он морщился от боли и улыбался от стыда чего то. Огромная фигура его с опущенными руками, с сморщенной и улыбающейся физиономией, неверными робкими шагами подвигалась за Вилларским.
Проведя его шагов десять, Вилларский остановился.
– Что бы ни случилось с вами, – сказал он, – вы должны с мужеством переносить всё, ежели вы твердо решились вступить в наше братство. (Пьер утвердительно отвечал наклонением головы.) Когда вы услышите стук в двери, вы развяжете себе глаза, – прибавил Вилларский; – желаю вам мужества и успеха. И, пожав руку Пьеру, Вилларский вышел.
Оставшись один, Пьер продолжал всё так же улыбаться. Раза два он пожимал плечами, подносил руку к платку, как бы желая снять его, и опять опускал ее. Пять минут, которые он пробыл с связанными глазами, показались ему часом. Руки его отекли, ноги подкашивались; ему казалось, что он устал. Он испытывал самые сложные и разнообразные чувства. Ему было и страшно того, что с ним случится, и еще более страшно того, как бы ему не выказать страха. Ему было любопытно узнать, что будет с ним, что откроется ему; но более всего ему было радостно, что наступила минута, когда он наконец вступит на тот путь обновления и деятельно добродетельной жизни, о котором он мечтал со времени своей встречи с Осипом Алексеевичем. В дверь послышались сильные удары. Пьер снял повязку и оглянулся вокруг себя. В комнате было черно – темно: только в одном месте горела лампада, в чем то белом. Пьер подошел ближе и увидал, что лампада стояла на черном столе, на котором лежала одна раскрытая книга. Книга была Евангелие; то белое, в чем горела лампада, был человечий череп с своими дырами и зубами. Прочтя первые слова Евангелия: «Вначале бе слово и слово бе к Богу», Пьер обошел стол и увидал большой, наполненный чем то и открытый ящик. Это был гроб с костями. Его нисколько не удивило то, что он увидал. Надеясь вступить в совершенно новую жизнь, совершенно отличную от прежней, он ожидал всего необыкновенного, еще более необыкновенного чем то, что он видел. Череп, гроб, Евангелие – ему казалось, что он ожидал всего этого, ожидал еще большего. Стараясь вызвать в себе чувство умиленья, он смотрел вокруг себя. – «Бог, смерть, любовь, братство людей», – говорил он себе, связывая с этими словами смутные, но радостные представления чего то. Дверь отворилась, и кто то вошел.
При слабом свете, к которому однако уже успел Пьер приглядеться, вошел невысокий человек. Видимо с света войдя в темноту, человек этот остановился; потом осторожными шагами он подвинулся к столу и положил на него небольшие, закрытые кожаными перчатками, руки.
Невысокий человек этот был одет в белый, кожаный фартук, прикрывавший его грудь и часть ног, на шее было надето что то вроде ожерелья, и из за ожерелья выступал высокий, белый жабо, окаймлявший его продолговатое лицо, освещенное снизу.
– Для чего вы пришли сюда? – спросил вошедший, по шороху, сделанному Пьером, обращаясь в его сторону. – Для чего вы, неверующий в истины света и не видящий света, для чего вы пришли сюда, чего хотите вы от нас? Премудрости, добродетели, просвещения?
В ту минуту как дверь отворилась и вошел неизвестный человек, Пьер испытал чувство страха и благоговения, подобное тому, которое он в детстве испытывал на исповеди: он почувствовал себя с глазу на глаз с совершенно чужим по условиям жизни и с близким, по братству людей, человеком. Пьер с захватывающим дыханье биением сердца подвинулся к ритору (так назывался в масонстве брат, приготовляющий ищущего к вступлению в братство). Пьер, подойдя ближе, узнал в риторе знакомого человека, Смольянинова, но ему оскорбительно было думать, что вошедший был знакомый человек: вошедший был только брат и добродетельный наставник. Пьер долго не мог выговорить слова, так что ритор должен был повторить свой вопрос.
– Да, я… я… хочу обновления, – с трудом выговорил Пьер.
– Хорошо, – сказал Смольянинов, и тотчас же продолжал: – Имеете ли вы понятие о средствах, которыми наш святой орден поможет вам в достижении вашей цели?… – сказал ритор спокойно и быстро.
– Я… надеюсь… руководства… помощи… в обновлении, – сказал Пьер с дрожанием голоса и с затруднением в речи, происходящим и от волнения, и от непривычки говорить по русски об отвлеченных предметах.
– Какое понятие вы имеете о франк масонстве?
– Я подразумеваю, что франк масонство есть fraterienité [братство]; и равенство людей с добродетельными целями, – сказал Пьер, стыдясь по мере того, как он говорил, несоответственности своих слов с торжественностью минуты. Я подразумеваю…
– Хорошо, – сказал ритор поспешно, видимо вполне удовлетворенный этим ответом. – Искали ли вы средств к достижению своей цели в религии?
– Нет, я считал ее несправедливою, и не следовал ей, – сказал Пьер так тихо, что ритор не расслышал его и спросил, что он говорит. – Я был атеистом, – отвечал Пьер.
– Вы ищете истины для того, чтобы следовать в жизни ее законам; следовательно, вы ищете премудрости и добродетели, не так ли? – сказал ритор после минутного молчания.
– Да, да, – подтвердил Пьер.
Ритор прокашлялся, сложил на груди руки в перчатках и начал говорить:
– Теперь я должен открыть вам главную цель нашего ордена, – сказал он, – и ежели цель эта совпадает с вашею, то вы с пользою вступите в наше братство. Первая главнейшая цель и купно основание нашего ордена, на котором он утвержден, и которого никакая сила человеческая не может низвергнуть, есть сохранение и предание потомству некоего важного таинства… от самых древнейших веков и даже от первого человека до нас дошедшего, от которого таинства, может быть, зависит судьба рода человеческого. Но так как сие таинство такого свойства, что никто не может его знать и им пользоваться, если долговременным и прилежным очищением самого себя не приуготовлен, то не всяк может надеяться скоро обрести его. Поэтому мы имеем вторую цель, которая состоит в том, чтобы приуготовлять наших членов, сколько возможно, исправлять их сердце, очищать и просвещать их разум теми средствами, которые нам преданием открыты от мужей, потрудившихся в искании сего таинства, и тем учинять их способными к восприятию оного. Очищая и исправляя наших членов, мы стараемся в третьих исправлять и весь человеческий род, предлагая ему в членах наших пример благочестия и добродетели, и тем стараемся всеми силами противоборствовать злу, царствующему в мире. Подумайте об этом, и я опять приду к вам, – сказал он и вышел из комнаты.