Tecnología MOS 6581

El MOS Technology 6581/8580 SID ( Sound Interface Device ) es el chip generador de sonido programable integrado de los ordenadores domésticos Commodore 64 , ^{[ 1 ]} Commodore CBM-II , Commodore 128 y MAX Machine . Junto con el chip gráfico VIC-II , el SID fue fundamental para convertir al C64 en el ordenador doméstico más vendido de la historia, ^[²^] y se le atribuye en parte el inicio de la demoscene .

El SID fue un diseño avanzado para la época, comparado con chips de sonido de la competencia como el POKEY de Atari o los ampliamente utilizados General Instrument AY-3-8910 y Texas Instruments SN76489 . A diferencia de estos últimos, que estaban diseñados para producir efectos de sonido y música sencillos para juegos y fines similares, el SID se describe mejor como un sintetizador musical de un solo chip . Incluía características comunes de sintetizador, como controles de envolvente ADSR , la capacidad de modular canales entre sí y filtros. Estas características permitieron al SID producir sonidos y música más complejos que otros ordenadores domésticos de la época.

La versión original del SID, el 6581, se presentó con el C64 en 1982. Presentaba varias características de diseño que no se implementaron correctamente debido a las limitaciones de tiempo, lo que provocó diversas anomalías en la salida. Muchas de estas se corrigieron en la revisión posterior 8580 (a veces denominada 6582), que reemplazó al 6581 original alrededor de 1986 y se utilizó en máquinas posteriores. El 8580 se fabricó hasta aproximadamente 1992.

En la primavera de 1983, el diseñador del SID, Bob Yannes , dejó Commodore y más tarde se dedicó a producir sintetizadores digitales en su nueva empresa, Ensoniq .

Historia

El SID fue ideado por el ingeniero Bob Yannes , quien más tarde cofundó la empresa de sintetizadores y samplers digitales Ensoniq . Yannes dirigió un equipo compuesto por él mismo, dos técnicos y un operador CAD , quienes diseñaron y completaron el chip en cinco meses durante la segunda mitad de 1981. Yannes se inspiró en trabajos previos de la industria de los sintetizadores y no le impresionó el estado actual de los chips de sonido para computadoras. En cambio, buscaba un chip de instrumento de alta calidad, razón por la cual el SID cuenta con características como el generador de envolvente . ^[³^]^[⁴^]^:²³⁵

Pensaba que los chips de sonido que había en el mercado, incluidos los de los ordenadores Atari , eran primitivos y obviamente habían sido diseñados por gente que no sabía nada de música. ^{[ 4 ]}^{: 235}

— Robert Yannes, Al límite: El espectacular ascenso y caída del comodoro

Durante el diseño del chip, se hizo hincapié en el control de frecuencia de alta precisión. El SID se diseñó originalmente para tener 32 voces independientes, compartiendo un esquema común de búsqueda de tabla de ondas que se multiplexaría en el tiempo . ^{[ 4 ]}^{: 235} Sin embargo, estas características no pudieron terminarse a tiempo, por lo que, en su lugar, el trabajo de máscara para un solo oscilador se replicó tres veces en la superficie del chip, creando tres voces, cada una con su propio oscilador. Otra característica que no se incorporó al diseño final fue una tabla de búsqueda de frecuencia para las notas musicales más comunes, una característica que se descartó debido a limitaciones de espacio. ^{[ 4 ]}^{: 236} La compatibilidad con un pin de entrada de audio fue una característica que Yannes añadió sin que se le pidiera, lo que en teoría habría permitido utilizar el chip como un procesador de efectos simple . Las máscaras se produjeron con tecnología de 7 micrómetros para obtener un alto rendimiento; el estado del arte en ese momento eran las tecnologías de 6 micrómetros. ^{[ 4 ]}^{: 236}

El chip, al igual que el primer producto que lo utilizó (el Commodore 64), se terminó a tiempo para la Feria de Electrónica de Consumo (CES) el primer fin de semana de enero de 1982. Aunque Yannes no quedó del todo satisfecho con el resultado, su colega Charles Winterble comentó: «Esto ya es diez veces mejor que cualquier otro producto similar y veinte veces mejor de lo necesario». ^{[ 4 ]}^{: 237}

Las especificaciones del chip no se utilizaron como plano definitivo. Más bien, se fueron redactando a medida que avanzaba el desarrollo, y no todas las características previstas se incluyeron en el producto final. Yannes afirma que tenía una lista de características, de las cuales tres cuartas partes se incorporaron al diseño final. La posterior revisión del 8580 se modificó para ajustarse mejor a las especificaciones de las características existentes. Los cambios más notables entre el 6581 y el 8580 son el comportamiento del filtro y el resultado de seleccionar varios tipos de forma de onda en una sola voz.

Diseño

El SID es un circuito integrado de señal mixta que incorpora circuitos digitales y analógicos. Todos los puertos de control son digitales, mientras que los puertos de salida son analógicos. El sistema se programa mediante un bus de direcciones de 5 bits que selecciona un registro del procesador , y posteriormente se lee o escribe dicho registro a través de un bus de datos de 8 bits .

El SID cuenta con tres voces, cada una con una envolvente ADSR para el control de volumen y cuatro tipos de forma de onda básicos seleccionables: triangular, diente de sierra, pulso (con ciclo de trabajo variable ) y ruido pseudoaleatorio . Se pueden generar diversas formas de onda complejas seleccionando varios tipos de forma de onda (distintos del ruido) simultáneamente. Las voces también pueden modularse en anillo o sincronizarse entre sí.

Cada voz puede dirigirse a un filtro analógico con frecuencia de corte y resonancia controladas digitalmente , construido con la ayuda de condensadores externos conectados al chip. El filtro cuenta con modos de paso bajo , paso banda y paso alto , que pueden seleccionarse individualmente o combinarse. Un puerto de entrada de audio externo permite que el audio externo pase a través del filtro. ^{[ 5 ]}

Desde el lanzamiento del SID, los programadores han descubierto diversas maneras de manipularlo con precisión a velocidades muy altas mediante software para que realice funciones para las que no fue diseñado, como producir voces adicionales y reproducir muestras digitales . Estas técnicas conllevan un aumento considerable en el uso de CPU y memoria, y algunas son incompatibles con el modelo 8580, por lo que no se utilizan con frecuencia.

Características

Tres osciladores de audio independientes programables por separado (rango de 0,0625 a 4095,9375 Hz en un reloj de 1 MHz).
Cuatro formas de onda distintas por oscilador de audio ( triangular , diente de sierra , pulso , ruido ). ^{[ 5 ]} Cualquier combinación de triangular, diente de sierra y pulso puede seleccionarse al mismo tiempo para producir formas de onda adicionales.
Un filtro multimodo con salidas de paso bajo , paso alto y paso banda, con una atenuación de 6 dB/octava (paso banda) o 12 dB / octava (paso bajo/paso alto) . Los diferentes modos de filtro se pueden combinar para producir timbres adicionales, por ejemplo, un filtro de rechazo de muesca .
Tres controles de envolvente de volumen de ataque/decaimiento/sostenimiento/liberación ( ADSR ), uno para cada oscilador de audio.
Tres moduladores de anillo ^{[ 5 ]}
Sincronización de osciladores para cada oscilador de audio
Dos convertidores analógico-digitales de 8 bits (utilizados normalmente para mandos de juegos , pero posteriormente también para ratones ).
Entrada de audio externa (para mezclar sonido con fuentes de señal externas)
Generador de números aleatorios /modulación (mediante la lectura del estado del tercer oscilador o del tercer generador de envolvente)

Revisiones

Durante su periodo de producción, el chip SID tuvo dos modelos: el 6581 y el 8580.

El primer modelo del chip SID, el 6581, se fabricó e incluyó en las máquinas Commodore 64 entre 1982 y alrededor de 1986. Este modelo sufrió varias revisiones. La revisión R1 fue un prototipo que solo se vio en máquinas CES y prototipos de desarrollo que nunca llegaron al mercado. ^{[ 6 ]} Después de R1 vinieron las revisiones R2, R3, R4 AR y R4. No se hicieron alteraciones sustanciales entre estas revisiones, solo cambios menores en la protección/amortiguación de los pines de entrada, ajuste del grado del silicio y cambios en el encapsulado. ^{[ 7 ]}

El modelo 8580 actualizado, denominado revisión R5, se introdujo en las nuevas máquinas Commodore 64 a partir de 1986 aproximadamente. Si bien es técnicamente compatible con el 6581, el 8580 tiene características de sonido diferentes debido a importantes modificaciones en su diseño y fabricación. ^{[ 8 ]}

Los modelos 6581 y 8580 difieren entre sí en varios aspectos. El 6581 original se fabricó utilizando el proceso NMOS antiguo, que requería 12 V CC para su funcionamiento. El 8580 se fabricó utilizando el proceso HMOS-II, que requiere menos energía (9 V CC) y, por lo tanto, hace que el circuito integrado funcione a menor temperatura. El 8580 es, por consiguiente, mucho más duradero que el 6581. El filtro del 6581 tiene un rango de corte no lineal, varía enormemente entre chips y a menudo distorsiona, mientras que el filtro del 8580 tiene un rango de corte lineal, es más consistente entre chips, prácticamente no distorsiona y puede alcanzar resonancias más altas. Las formas de onda combinadas del 8580 también son más fuertes y claras que las del 6581. Una mejor separación entre los circuitos analógicos y digitales hizo que la salida del 8580 fuera menos ruidosa y distorsionada en general.

Algunos chips 8580 están marcados con "CSG" (Commodore Semiconductor Group) y el logotipo de Commodore , mientras que otros están marcados con "MOS". Muchos también se etiquetan como "6582" a pesar de ser exactamente el mismo chip que el 8580. Las marcas de los chips variaban según la fábrica, e incluso según la línea de producción dentro de una misma fábrica, durante la mayor parte del proceso de fabricación.

Reemplazo de marcas y falsificación

Dado que los circuitos integrados SID 6581 y 8580 ya no se fabrican, se han vuelto muy codiciados. A finales de 2007, comenzaron a aparecer en eBay varios chips defectuosos como si fueran "nuevos". ^{[ 9 ]} Algunos de estos SID marcados tienen un filtro defectuoso, otros también tienen canales/generadores de ruido defectuosos, y algunos están completamente inservibles.

También se han suministrado chips SID falsificados a compradores desprevenidos por fabricantes sin escrúpulos en China; los chips suministrados están grabados con láser con marcas completamente falsas, y el chip dentro del paquete no es un SID en absoluto.

Usos

audio del juego

La mayoría de los juegos producidos para la Commodore 64 utilizaban el chip SID, con sonidos que iban desde simples clics y pitidos hasta complejas extravagancias musicales o incluso pistas de audio digital completas. Debido a la maestría técnica necesaria para implementar música en el chip y a sus características versátiles en comparación con otros chips de sonido de la época, los compositores para la Commodore 64 describieron el SID como un instrumento musical en sí mismo. ^{[ 10 ]} Sin embargo, la mayoría del software no utilizaba todas las capacidades del SID, ya que las especificaciones publicadas incorrectas hacían que los programadores solo utilizaran la funcionalidad bien documentada. Algunos programas iniciales, por el contrario, se basaban en las especificaciones, lo que resultaba en efectos de sonido inaudibles. ^{[ 3 ]}

Entre los compositores más conocidos de música para juegos con este chip se encuentran Rob Hubbard , conocido por títulos como Commando , Monty on the Run , International Karate , Sanxion , Skate or Die!, y Martin Galway , conocido por Wizball , Arkanoid y Times of Lore . Otros compositores destacados son David Whittaker ( Lazy Jones , Speedball , Glider Rider , Amaurote ), Jeroen Tel ( Cybernoid , Turbo OutRun , Robocop 3 y Myth ), Ben Daglish ( The Last Ninja , Jack the Nipper , Firelord , Gauntlet ), David Dunn ( Finders Keepers y Flight Path 737 ) y Chris Hülsbeck ( R-Type , Turrican y The Great Giana Sisters ).

Grabaciones

El hecho de que muchos aficionados prefieran el sonido real del chip a los emuladores de software ha dado lugar a varios proyectos de grabación destinados a preservar el sonido auténtico del chip SID para el hardware moderno.

El proyecto sid.oth4 ^{[ 11 ]} tiene más de 380 archivos MP3 de alta calidad disponibles grabados en hardware HardSID, y el proyecto SOASC= ^{[ 12 ]} tiene la colección completa High Voltage SID Collection (HVSC) versión 49 (más de 35 000 pistas) grabadas de Commodore 64 reales en archivos MP3 de alta calidad . Ambos proyectos enfatizan la importancia de preservar el sonido auténtico del chip SID. En 2016, se lanzó Unepic Stoned High SID Collection (USHSC) ^{[ 13 ]} . Es un canal de YouTube con más de 50 000 melodías SID subidas como videos individuales. USHSC se basa tanto en SOASC= como en HVSC, pero también sube grabaciones de música SID reciente publicada en el sitio Commodore Scene Database (CSDb). El canal presenta listas de reproducción que contienen aproximadamente 5000 melodías cada una.

Reimplementaciones y derivados

Emulación

En 1989, para el ordenador Amiga, se lanzó la demo "The 100 Most Remembered C64 Tunes" y, posteriormente, la aplicación PlaySID, desarrollada por Per Håkan Sundell y Ron Birk. Este fue uno de los primeros intentos de emular el chip SID exclusivamente mediante software, e introdujo el formato de archivo para representar canciones creadas en el C64 con dicho chip. Esto dio lugar a la creación de aplicaciones similares para otras plataformas, así como a la formación de una comunidad de personas fascinadas por la música SID, lo que culminó en la colección The High Voltage SID Collection , que contiene más de 57 000 melodías SID.

Un archivo SID contiene el código del programa 6510 y los datos asociados necesarios para reproducir la música en el SID. Los archivos SID tienen el tipo de medio MIMEaudio/prs.sid .

El formato de archivo SID ha tenido varias versiones. El estándar anterior es PSID (versión actual V4). El estándar más reciente, RSID, está pensado para música que requiere una emulación más completa del hardware de Commodore 64. ^{[ 14 ]}

El formato de archivo SID no es un formato nativo utilizado en el Commodore 64 o 128, ^{[ 14 ]} sino un formato creado específicamente para reproductores de música asistidos por emuladores como PlaySID , Sidplay y JSidplay2 . ^{[ 15 ]} Sin embargo, existen cargadores como RealSIDPlay y convertidores como PSID64 ^{[ 16 ]} que permiten reproducir una parte sustancial de los archivos SID en ordenadores Commodore originales.

SIDPlayer, desarrollado por Christian Bauer y lanzado en 1996 para el sistema operativo BeOS , fue el primer emulador SID en replicar la sección de filtro del chip SID utilizando un filtro de respuesta de impulso infinito de segundo orden como aproximación. ^{[ 17 ]}
En junio de 1998, se lanzó reSID , un motor emulador SID basado en ciclos . Este emulador, completamente desarrollado en software y disponible con código fuente en C++ , está licenciado bajo la GPL por su autor, Dag Lem . En 2008, Antti Lankila mejoró significativamente la simulación de filtros y distorsión en reSID. ^[¹⁸^] Estas mejoras también se incluyeron en la versión 2.1 de VICE .
En 2007 se lanzó el proyecto JSidplay2, un reproductor SID basado completamente en Java desarrollado por Ken Händel. ^{[ 15 ]}

Hardware que utiliza el chip SID

En 1989, Innovation Computer desarrolló la Innovation Sound Standard SSI-2001 , una tarjeta de sonido compatible con IBM PC con un chip SID y un puerto para juegos . MicroProse prometió soporte de software para la tarjeta, y los programas de Commodore BASIC que usaban SID requerían poca conversión para ejecutarse en GW-BASIC . ^[¹⁹^]^[²⁰^]
En 1997, se lanzó un instrumento musical electrónico que utilizaba el chip SID como motor de síntesis. Se llama SidStation , está construido alrededor del chip SID modelo 6581 (a diferencia del más reciente 8580) y es producido por la empresa sueca Elektron . Dado que el chip SID había sido descontinuado años atrás, Elektron supuestamente compró casi todo el stock restante. En 2004, Elektron lanzó el secuenciador basado en patrones Monomachine con teclado opcional. El Monomachine contiene varios motores de síntesis, incluido un oscilador 6581 emulado que utiliza un DSP .
En 1999, se lanzó HardSID , otra tarjeta de sonido para PC. ^{[ 21 ]} La tarjeta utiliza de uno a cuatro chips SID y permite que una PC utilice las capacidades de sonido del chip directamente, en lugar de mediante emulación a través de tarjetas de sonido genéricas (por ejemplo, SoundBlaster ). ^{[ 22 ]}
El Catweasel de la empresa alemana Individual Computers , un controlador de disquete multiformato PCI + Zorro y adaptador de joystick digital para PC , Mac y Amiga , incluye una opción SID de hardware, es decir, una opción para insertar uno o dos chips SID reales en un zócalo para su uso al reproducir archivos..MUS
El MIDIbox SID es un sintetizador controlado por MIDI que puede contener hasta ocho chips SID. Es un proyecto gratuito de código abierto que utiliza un microcontrolador PIC . El control del sintetizador se realiza mediante software o a través de un panel de control con perillas, LED , pantalla LCD , etc., que opcionalmente puede montarse en la carcasa de un Commodore 64 sin teclado.
El Prophet64 es un cartucho para el Commodore 64. Incluye cuatro aplicaciones musicales independientes, que imitan desde secuenciadores modernos hasta la serie Roland TB-303 / 909 . Con un periférico User Port opcional, el Prophet64 se puede sincronizar con otros equipos mediante el estándar DIN Sync (SYNC 24). El sitio web ahora indica que "el Prophet64 ha sido reemplazado por el MSSIAH". ^{[ 23 ]}
El MSSIAH es un cartucho para el Commodore 64 que reemplaza al Prophet64.
El artista y hacker Paul Slocum desarrolló el cartucho Cynthcart, que permite convertir tu C64 en un sintetizador analógico. Su sucesor, Cynthcart 2, añadió puertos MIDI de entrada, salida y paso.
La interfaz SID de puerto paralelo permite a aquellos con presupuestos muy ajustados conectar el chip SID a un PC.
En 2003 se lanzó una interfaz SID (y un software para reproducir melodías de Commodore 64) para el ordenador Sam Coupé basado en el Z80, compatible tanto con el 6581 como con el 8580.
En mayo de 2009, el chip SID se conectó a los ordenadores de la gama BBC Micro y BBC Master a través del bus de 1 MHz, lo que permitió portar y reproducir en el BBC Micro la música compuesta para el chip SID del Commodore 64.
En octubre de 2009, el proyecto de thrashbarg conectó un chip SID a un ATmega8 para reproducir archivos MIDI en un chip SID MOS 6581.
En marzo de 2010, STG publicó el SIDBlaster/USB, una implementación de hardware abierto y de código abierto del SID que se conecta a un puerto USB (y se alimenta mediante él) , utilizando un chip FTDI para la interfaz USB y un PIC para la interfaz del SID.
En agosto de 2010, SuperSoniqs publicó Playsoniq, un cartucho para ordenadores MSX que, además de otras características, incluía un SID real, listo para usar en cualquier máquina MSX.
En mayo de 2015, Gianluca Ghettini desarrolló SidBerry, una placa de hardware abierto y de código abierto para conectar un chip SID MOS 6581 a una Raspberry Pi y reproducir archivos de música SID estándar.
En 2016, Thibaut Varene publicó exSID, un dispositivo de audio USB capaz de controlar chips SID 6581 y 8580 reales y reproducir de forma nativa la mayoría de las melodías SID.
En 2024, LouD publicó USBSID-Pico 1.0, o USBSID para abreviar. Una placa basada en Raspberry Pi Pico para controlar dos chips 6581 u 8580 reales y/o reemplazos de hardware SID a través de USB, WebUSB, MIDI y ASID. La placa es compatible con varios tipos de software en Windows, macOS, Linux, Android y AmigaOS. En 2025, LouD publicó la versión 1.3 de la placa, que añadió compatibilidad con la configuración mixta de SID y la conmutación de audio mono/estéreo por hardware. ^{[ 24 ]}

Reimplementaciones de hardware

En 2008 se lanzó el proyecto HyperSID. HyperSID es un VSTi que funciona como un controlador MIDI para la unidad de hardware HyperSID (un sintetizador basado en el chip SID) y fue desarrollado por la empresa HyperSynth.
El SwinSID es una emulación de hardware del SID que utiliza un procesador Atmel AVR, e incluye además un reproductor SID real basado en el procesador Atmel AVR.
El proyecto V-SID 1.0 (nombre en clave SID 6581D, donde la 'D' significa digital), de David Amoros, nació en 2005. Este proyecto es una emulación de hardware del chip SID, según la entrevista y las hojas de datos de Bob Yannes. El motor V-SID 1.0 se implementó en una FPGA EP1C12 Cyclone de ALTERA, sobre una placa de desarrollo ALTIUM, y emula todas las características del SID original, excepto el filtro, que es una versión digital (filtro IIR controlado por una CPU).
El proyecto PhoenixSID 65X81 (2006) tenía como objetivo recrear fielmente el sonido SID utilizando hardware moderno. El funcionamiento de un chip SID se recreó en una FPGA , basándose en entrevistas con el creador del SID, hojas de datos originales y comparaciones con chips SID reales. Se distinguió de intentos similares por el uso de circuitos analógicos reales en lugar de la emulación del legendario filtro SID. Sin embargo, el proyecto se interrumpió debido al fallecimiento de George Pantazopoulos, su líder, el 23 de abril de 2007, a los 29 años.
El C64 Direct-to-TV emula gran parte del hardware SID, aunque omite algunas funciones, como (sobre todo) los filtros. Reduce todo el C64 a un pequeño circuito que cabe en un joystick, sacrificando cierta compatibilidad.
El SIDcog es un emulador de software SID que se ejecuta en el Parallax Propeller . Los tres canales se pueden emular en uno de los ocho COG del Propeller.
El ARMSID es un reemplazo "plug & play" de los MOS 6581 y MOS 8580 con soporte para entradas analógicas.
El FPGASID es una réplica SID basada en FPGA que ofrece una reproducción de alta calidad del dispositivo original, incluyendo todas las funciones como los filtros de audio y los registros de control. Este dispositivo es una solución estéreo completa y puede reemplazar dos chips SID en un solo zócalo. Su hardware base es una FPGA Altera MAX10.

Véase también

Referencias

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Lecturas adicionales

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Cass, Stephen (15 de julio de 2019). "Salón de la Fama de los Chips: Tecnología MOS 6581" . IEEE Spectrum . Archivado del original el 20 de julio de 2019.

Enlaces externos

Página de información detallada de SID archivada el 21/05/2013 en Wayback Machine .
Hoja de datos del SID 6581
Información de programación SID
Imágenes del chip MOS 8580 SID

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