Conjunto de chips original de Amiga

El Original Chip Set ( OCS ) es un conjunto de chips utilizado en los primeros ordenadores Commodore Amiga y que definía las capacidades gráficas y de sonido de Amiga. Fue sucedido por el Enhanced Chip Set (ECS), ligeramente mejorado, y por la Advanced Graphics Architecture (AGA) , considerablemente mejorada .

El chipset original apareció en los modelos Amiga fabricados entre 1985 y 1990: el Amiga 1000 , el Amiga 2000 , el Amiga CDTV y el Amiga 500 .

El chipset que le dio al Amiga sus características gráficas únicas consta de tres chips "personalizados" principales: Agnus , Denise y Paula . Tanto el chipset original como el mejorado fueron fabricados con tecnología lógica NMOS por la filial de fabricación de chips de Commodore , MOS Technology . Según Jay Miner , el chipset OCS se fabricó con un proceso de 5 μm, mientras que AGA Lisa se implementó con un proceso de 1,5 μm. Los tres chips personalizados se empaquetaron originalmente en encapsulados DIP de 48 pines ; las versiones posteriores de Agnus, conocidas como Fat Agnus, se empaquetaron en un PLCC de 84 pines .  

Agnus es el chip central del diseño. Controla todo el acceso a la RAM compartida (conocida como " chip RAM " en el contexto de Amiga) tanto del procesador central 68000 como de los demás chips personalizados, mediante un complejo sistema de prioridades. Agnus incluye subcomponentes conocidos como blitter (transferencia rápida de datos en memoria sin la intervención del procesador) y Copper (coprocesador sincronizado con vídeo). El Agnus original puede direccionar 512 KB de chip RAM. Las revisiones posteriores, denominadas "Fat Agnus", añadieron 512 KB de RAM pseudorápida, que para ECS se cambió a 1  MB (a veces llamado "Fatter Agnus") y posteriormente a 2  MB de chip RAM.

Denise es el procesador de vídeo principal. Sin usar sobreexploración , la pantalla gráfica del Amiga tiene 320 o 640 píxeles de ancho por 200 ( NTSC ) o 256 ( PAL ) píxeles de alto. Denise también admite entrelazado , que duplica la resolución vertical, a costa de un parpadeo intrusivo en los monitores típicos de la época. ( Aparecieron varias soluciones para corregir el parpadeo ). Se utilizan gráficos de mapa de bits planares , que dividen los bits individuales por píxel en áreas de memoria separadas, llamadas planos de bits . En funcionamiento normal, Denise permite entre uno y cinco planos de bits, lo que proporciona de dos a 32 colores únicos. Estos colores se seleccionan de una paleta de 4096 colores (cuatro bits por componente RGB ). Un sexto plano de bits está disponible para dos modos de vídeo especiales: el modo Halfbrite y el modo Hold-And-Modify (HAM). Denise también admite ocho sprites , desplazamiento de un solo píxel y un modo de "doble campo de juego". Denise también se encarga de la entrada de datos mediante ratón y joystick digital.

Paula es principalmente el chip de audio, con cuatro canales de sonido PCM de 8 bits independientes mezclados por hardware , cada uno de los cuales admite 65 niveles de volumen (desde ausencia de sonido hasta volumen máximo) y frecuencias de salida de forma de onda desde aproximadamente 20 muestras por segundo hasta casi 29 000 muestras por segundo. Paula también gestiona interrupciones y diversas funciones de E/S, incluyendo la unidad de disquete , el puerto serie y los joysticks analógicos .

Existen muchas similitudes , tanto en la funcionalidad general como en la división de la funcionalidad en los tres chips componentes , entre el conjunto de chips OCS y el conjunto de chips mucho más antiguo y sencillo de los ordenadores Atari de 8 bits , que consta de los chips ANTIC , GTIA y POKEY ; ambos conjuntos de chips fueron diseñados conceptualmente por Jay Miner , lo que explica la similitud.  

El chip Agnus controla el funcionamiento de todo el conjunto de chips. Todas las operaciones están sincronizadas con la posición del haz de vídeo. Esto incluye el acceso a la memoria RAM integrada , conocida como RAM del chip, ya que el conjunto de chips tiene acceso a ella. Tanto el procesador central 68000 como otros componentes del conjunto de chips deben gestionar el acceso a la RAM del chip a través de Agnus . En términos de arquitectura informática, esto se denomina Acceso Directo a Memoria (DMA), donde Agnus actúa como controlador DMA (DMAC).

Agnus cuenta con una política de acceso a memoria compleja y basada en prioridades que busca coordinar de la mejor manera las solicitudes de acceso a memoria entre recursos concurrentes. Por ejemplo, las lecturas de datos del plano de bits tienen prioridad sobre las transferencias del blitter, ya que la visualización inmediata de los datos del búfer de trama se considera más importante que el procesamiento de la memoria por parte del blitter. Agnus también intenta ordenar los accesos de manera que los ciclos del bus de la CPU se solapen con los ciclos DMA. Dado que el procesador 68000 original de las Amigas tendía a acceder a la memoria solo en cada segundo ciclo de memoria disponible, Agnus opera un sistema donde los ciclos de acceso a memoria "impares" se asignan primero y, según sea necesario, al DMA personalizado del chip, mientras que los ciclos restantes están disponibles para la CPU. De esta manera, la CPU generalmente no se bloquea sin acceso a la memoria y no parece ralentizarse. Sin embargo, el acceso a chips personalizados no críticos en cuanto al tiempo, como las transferencias de blitter , puede consumir cualquier ciclo par o impar disponible y, si se establece la bandera "BLITHOG" (blitter hog), Agnus puede bloquear los ciclos pares de la CPU en deferencia al blitter .

Los tiempos de Agnus se miden en "relojes de color" de 280 ns . Esto equivale a dos píxeles de baja resolución (140 ns) o cuatro píxeles de alta resolución (70 ns). Al igual que Denise, estos tiempos se diseñaron para su visualización en televisores domésticos y pueden sincronizarse con una fuente de reloj externa.   

Denise está programada para obtener datos de vídeo planares de uno a cinco planos de bits y traducirlos a una búsqueda de color . El número de planos de bits es arbitrario, por lo que si no se necesitan 32 colores, se pueden usar 2, 4, 8 o 16. El número de planos de bits (y la resolución) se puede cambiar sobre la marcha, normalmente por el Copper. Esto permite un uso muy económico de la RAM y un equilibrio entre la velocidad de procesamiento de la CPU y la sofisticación gráfica al ejecutar desde la Chip RAM (ya que los modos más allá de 4 bpp en baja resolución, o 2 bpp en alta resolución, utilizan canales DMA adicionales que pueden ralentizar o detener temporalmente la CPU además de los canales habituales que no generan conflictos). También puede haber un sexto plano de bits, que se puede usar en tres modos gráficos especiales:

• En Extra-HalfBrite (EHB), si un píxel se encuentra en el sexto plano de bits, el brillo del píxel normal de 32 colores se reduce a la mitad. Las primeras versiones del Amiga 1000 vendidas en Estados Unidos no contaban con el modo Extra-HalfBrite. ^{[ 3 ]}

• En el modo de retención y modificación (HAM), cada píxel de 6 bits se interpreta como dos bits de control y cuatro bits de datos. Las cuatro permutaciones posibles de los bits de control son "establecer", "modificar rojo", "modificar verde" y "modificar azul". Con "establecer", los cuatro bits de datos funcionan como una búsqueda de pantalla de 16 colores convencional. Con una de las opciones "modificar", el componente rojo, verde o azul del píxel anterior se modifica al valor de datos, y los otros dos componentes se conservan del píxel anterior. Esto permite mostrar los 4096 colores en pantalla simultáneamente y es un ejemplo de compresión de imagen con pérdida en hardware.

• En el modo de doble pantalla, en lugar de funcionar como una sola pantalla, se dibujan dos "campos de juego" de ocho colores cada uno (tres planos de bits cada uno) superpuestos. Se pueden desplazar de forma independiente y el color de fondo del campo de juego superior se transparenta al campo de juego inferior.

Hay dos resoluciones gráficas horizontales, "lowres" con  píxeles de 140 ns y "hires" con  píxeles de 70 ns, con un valor predeterminado de 320 o 640 píxeles horizontales de ancho sin usar sobreexploración. Como la salida de píxeles está regulada por el reloj principal del sistema, que se basa directamente en el reloj de ráfaga de color NTSC , estos tamaños casi llenan el ancho de un televisor estándar con solo un fino borde de "subexploración" entre los gráficos y el borde de la pantalla en comparación con muchos otros ordenadores domésticos contemporáneos, para una apariencia más cercana a una consola de videojuegos pero con mayor detalle. Además, Denise admite una sobreexploración bastante amplia. Técnicamente, se pueden especificar modos con datos suficientes para hasta 400 u 800 píxeles (+25%). Aunque esto solo es realmente útil para el desplazamiento y los efectos especiales que implican la visualización parcial de gráficos grandes, ya que se alcanza un límite de hardware independiente en 368 o 736 píxeles. Este es el máximo que cabe entre el final de un período de borrado y el comienzo del siguiente. Aun así, es improbable que incluso esta cantidad de píxeles sea visible en cualquier pantalla que no sea un monitor dedicado que permita ajustar el ancho de escaneo horizontal. En un CRT estándar, gran parte de la imagen desaparecerá detrás del marco de la pantalla, y los LCD recortarán la imagen en el borde del panel. ^{[ 4 ] [ 5 ]} Debido a la estructura altamente regular de la temporización del Amiga en relación con las líneas de escaneo y la asignación de recursos DMA a varios usos además de los gráficos normales del "campo de juego", el aumento de la resolución horizontal también es una compensación entre la cantidad de píxeles y la cantidad de sprites de hardware disponibles, ya que aumentar las ranuras DMA dedicadas al video del campo de juego termina robando parte (de 1 a 7 del total de 8) del motor de sprites..

La resolución vertical, sin sobreexploración, es de 200 píxeles para un  Amiga NTSC de 60 Hz o de 256 para un  Amiga PAL de 50 Hz. Esta se puede duplicar utilizando una pantalla entrelazada y, al igual que la resolución horizontal, se puede aumentar utilizando sobreexploración, hasta un máximo de 241 (o 483) para NTSC y de 283 (o 567) para PAL (los modos entrelazados ganan una línea adicional, ya que el máximo está determinado por la cantidad de líneas que se toman del total disponible mediante el borrado y la sincronización, y el total de líneas de exploración en los modos no entrelazados es la mitad de los recuentos entrelazados impares originales, especificados para la transmisión, redondeados hacia abajo).

A partir de ECS, Denise se actualizó para admitir el modo "Productividad", que permitía una resolución de 640x400 sin entrelazado, aunque con solo 4 colores.

Denise puede componer hasta ocho sprites de 16 píxeles de ancho por línea de exploración (en modo automático) encima, debajo o entre los campos de juego, y detectar colisiones entre los sprites y los campos de juego o entre los propios sprites. Estos sprites tienen tres colores visibles y uno transparente. Opcionalmente, se pueden "adjuntar" pares de sprites adyacentes para crear un único sprite de 15 colores. El DMA de sprites lee los datos para formar un canal de sprites según lo controlan sus registros, lo que permite la reutilización vertical de los sprites. Debe haber una línea de exploración vacía entre dos entradas sucesivas de la lista para permitir la actualización de los datos del sprite. Mediante manipulaciones de registros de Copper o CPU, cada canal de sprites se puede reutilizar varias veces en un solo fotograma para aumentar el total de sprites por fotograma. Los registros de posición de los sprites también se pueden cambiar durante una línea de exploración, aumentando el número total de sprites en una sola línea de exploración. Sin embargo, los datos del sprite , o forma, solo se obtienen una vez por línea de exploración y no se pueden cambiar. El primer juego de Amiga que utilizó los registros de reposicionamiento de sprites durante una línea de exploración fue Hybris , lanzado en 1988.

El chip Denise no admite un modo de texto dedicado. ^{[ 6 ]}

Finalmente, Denise, que trabaja junto a los CIA, es la responsable de gestionar las entradas X/Y del ratón/joystick.

La idea de que Denise obtiene los datos del plano de bits y del sprite es una simplificación. Es Agnus quien mantiene los contadores de posición horizontal y vertical de la pantalla e inicia las operaciones de lectura de la DRAM. Denise dispone de varios registros de plano de bits, cada uno con 16 bits de datos, suficientes para dibujar 16 píxeles. Cuando Agnus escribe en el registro 1, todos los registros se transfieren a registros de desplazamiento independientes, a partir de los cuales se generan los píxeles (al mismo tiempo que se cargan nuevos valores desde la DRAM). Denise tampoco tiene conocimiento de ninguna dirección de memoria.

El chip Paula, diseñado por Glenn Keller de MOS Technology , es el controlador de interrupciones , pero también incluye lógica para la reproducción de audio, el control de la unidad de disquete, la entrada/salida del puerto serie y las señales de los botones dos y tres del ratón/joystick. La lógica se mantuvo funcionalmente idéntica en todos los modelos Amiga de Commodore.

• El nombre Agnus deriva de Address Generator Units (Unidades Generadoras de Direcciones ) , ya que alberga todos los registros de direcciones y controla el acceso a la memoria de los chips personalizados.
• Denise es una contracción artificial de Display Enabler , con la intención de continuar con la convención de nombres .
• Paula es una contracción igualmente artificial de Puertos , Audio , UART y Lógica , y casualmente la novia del diseñador del chip .

• Lista de ordenadores domésticos por hardware de vídeo

• Miner, Jay et al. (1991). Manual de referencia de hardware de Amiga: Tercera edición . Addison-Wesley Publishing Company, Inc. ISBN 0-201-56776-8ENTREVISTA | Glenn Keller – Diseñador de chips Paula para Commodore Amiga

• "Chips personalizados" . Guía de historia de Amiga . Archivado del original el 13 de enero de 2026.
• Patente estadounidense n.° 4,777,621, videojuego y ordenador personal , presentada en 1985.