# Arquitectura de la NES
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La **Nintendo Entertainment System (NES)** es una **consola de videojuegos de 8 bits** lanzada por Nintendo en 1983 (Japón) y 1985 (EE. UU.). La producción de la NES (Nintendo Entertainment System) finalizó oficialmente en distintos años según la región: * **Japón (Famicom):** la Famicom dejó de producirse en **1995**. * **Estados Unidos / Europa (NES):** la NES se fabricó hasta **1995 en EE. UU.**, aunque en Europa algunas unidades se vendieron hasta **1997**. A nivel técnico: * **CPU:** Ricoh 2A03 (NTSC) / 2A07 (PAL), derivado del MOS 6502, con APU integrada. * **PPU:** Picture Processing Unit, coprocesador de vídeo que genera gráficos de **background y sprites**, usando tiles y paletas, totalmente independiente de la CPU. * **Memoria RAM interna:** 2 KB (WRAM) para la CPU. * **VRAM:** 2 KB de memoria para NameTables, usada por la PPU; el resto del patrón gráfico reside en CHR-ROM/RAM del cartucho. * **APU:** Audio Processing Unit integrada en la CPU, 5 canales de sonido (2×pulse, 1×triangle, 1×noise, 1×DMC). * **Lockout chip (CIC):** evita el uso de cartuchos no autorizados y controla compatibilidad regional.
#### **Especificaciones técnicas:** | CPU | Región | Consola | Freq. | | -------------- | ------ | ------------- | ------------ | | **Ricoh 2A03** | NTSC | NES / Famicom | 1.789773 MHz | | **Ricoh 2A07** | PAL | NES PAL | 1.662607 MHz | La CPU de la NES está basada en el [**MOS Technology 6502**](https://es.wikipedia.org/wiki/MOS_6502) de 8-bit que trabaja a **1.78 MHz** en sistemas NTSC o **1.66 MHz** en sistemas PAL.
2A03 vs 6502
6502
El **MOS 6502** es un **microprocesador de 8 bits** lanzado en 1975, famoso por su **simplicidad, bajo coste y eficiencia**. A nivel técnico breve: * **Arquitectura:** 8 bits de datos, 16 bits de direccionamiento (hasta 64 KB de memoria). * **Registros:** Acumulador (A), dos registros índice (X, Y), stack pointer (S), program counter (PC) y status (P). * **Modo de direccionamiento:** Soporta múltiples modos (inmediato, absoluto, indirecto, relativo…). * **Ciclo de reloj:** Generalmente 1–7 ciclos por instrucción, sin pipeline complejo ni caché. * **Uso histórico:** Base de CPUs en consolas como NES (2A03), Atari 2600, Commodore 64 y Apple I/II.
La CPU de la NES, no es un 6502 puro, es una adaptación para la NES, que incluye ademas **APU** (Audio Processing Unit). | Característica | MOS 6502 | Ricoh 2A03/2A07 | | ---------------------- | -------- | -------------------- | | Modo decimal "BCD" | ✔️ | ❌ | | Instrucciones ilegales | ✔️ | ⚠️ Parcial | | Clock fijo | ✔️ | ❌ (derivado del PPU) | | APU integrada | ❌ | ✔️ | | Uso standalone | ✔️ | ❌ | La CPU de la NES se le ha eliminado el modo **Binary-Coded Decimal** (BCD) incluido originalmente en el 6502.\ \ Algunas características que diferencian de un 6502 * El **flag D (Decimal)** existe * Las instrucciones `SED` y `CLD` **funcionan** * Pero el hardware **BCD** está físicamente eliminado \ El `BCD` permite la codificación de cada dígito decimal de un número como un binario separado de 4 bits. El 6502 usa palabras de 8 bits – lo que significa que cada palabra almacena dos dígitos decimales. Como curiosidad, el número decimal `24` se representa como: * Binario: `00110010 00110100` * BCD: `0010 0100` {% hint style="info" %} En **BCD (Binary-Coded Decimal)** cada dígito decimal se codifica por separado en 4 bits. {% endhint %} la **NES utiliza un cristal de cuarzo** para generar el reloj principal, y **varía según la región** (NTSC o PAL). A nivel técnico, esto afecta **CPU, PPU y APU**, porque todos derivan su reloj de ese cristal.
| Región | Frecuencia | Función | | ------ | ----------------- | ---------------------------------------------------------------- | | NTSC | **21.47727 MHz** | Reloj para PPU y CPU/3.579545 MHz derivado para CPU/APU | | PAL | **26.601712 MHz** | Reloj, derivado a 4.43361875 MHz para PPU y 1.662607 MHz CPU/APU | \ **Derivación de reloj para la CPU** * NTSC: CPU ≈ **1.789773 MHz** * Derivado del cristal maestro / 12 * PAL: CPU ≈ **1.662607 MHz** * Derivado del cristal maestro / 16 Esto significa que **juegos NTSC en PAL se ejecutan más lentos** (\~7 %), y la música suena más grave si no se adapta. **Derivación de reloj para la PPU** * NTSC: PPU ≈ **5.369318 MHz** * PAL: PPU ≈ **5.320342 MHz** PPU = cristal maestro / 4 en NTSC, / 5 en PAL (aproximadamente, depende de la división interna exacta del ASIC 2C02/2C07). * Esto afecta el **frame rate**: * NTSC: 262 scanlines × 341 ciclos ≈ **60.1 Hz** * PAL: 312 scanlines × 341 ciclos ≈ **50.0 Hz** | Sistema | Scanlines | Ciclos/frame | PPU clock | Frame rate | | ------- | --------- | ------------ | ------------ | ---------- | | NTSC | 262 | 89.342 | 5.369318 MHz | \~60.1 Hz | | PAL | 312 | 106.392 | 5.320342 MHz | \~50 Hz | \ Convertir ciclos → frecuencia (Hz)
**Implicaciones** 1. **Compatibilidad de software** * Juegos NTSC corren más lento en PAL si no hay conversión. 2. **Audio** * La frecuencia de la APU cambia con el reloj, afectando música y efectos. 3. **Timing exacto** * Juegos que dependen de ciclo a ciclo (sprites, scroll, glitches) se ven afectados por la frecuencia del cristal. {% hint style="warning" %} Las implicaciones sólo se aplican cuando la consola tiene la modificación de region free para poder jugar a juegos NTSC en consolas PAL o viceversa, en consolas sin modificación, no afecta. ya que no es posible ejecutar un juego NTSC en consola PAL o viceversa.\ \ [Como hacer el mod de region free](/readme-1/region-free-sin-cortar-el-cic.md) {% endhint %} **Bus de direcciones** * **16 bits** → 64 KB direccionables * Espacio mapeado por hardware NES ```asm $0000–$07FF RAM interna (2 KB) $0800–$1FFF Mirrors RAM $2000–$2007 PPU registers $4000–$4017 APU + I/O $4020–$FFFF Cartucho ``` **Pinouts:** ```bash ____ ____ |* \/ | ROUT <01] [40< VCC COUT <02] [39> $4016W.0 /RES >03] [38> $4016W.1 A0 <04] [37> $4016W.2 A1 <05] [36> /$4016R A2 <06] [35> /$4017R A3 <07] [34> R/W A4 <08] [33< /NMI A5 <09] [32< /IRQ A6 <10] CPU [31> PHI2 A7 <11] [30< --- A8 <12] [29< CLK A9 <13] [28] D0 A10 <14] [27] D1 A11 <15] [26] D2 A12 <16] [25] D3 A13 <17] [24] D4 A14 <18] [23] D5 A15 <19] [22] D6 VEE >20] [21] D7 |__________| ``` **Variantes de la CPU (oficiales)** | CPU | REGION | FECHA | | ---------------- | ------ | ----------------- | | RP2A03 (E, G, H) | NTSC | 1983-06 / 2002-11 | | RP2A07 | PAL | 1987-03 / 1990-04 | | RP2A07A | PAL | 1991-06 / 1992-10 | Diagrama
[Ver foto en alta reolucion](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5a/Nintendo-NES-Mk1-Motherboard-Top.jpg) #### **PPU:** La **PPU** (Picture Processing Unit) de la NES es el **chip de vídeo** encargado de **generar la imagen en tiempo real**.
* Funciona **independiente de la CPU**, con su **propio reloj y bus** * Lee **tiles y atributos** desde **CHR-ROM/RAM** y **VRAM** * Compone cada píxel **ciclo a ciclo** mediante registros de desplazamiento * Gestiona **scroll, paletas y sprites (OAM)** * Produce directamente la **señal de vídeo compuesta** La CPU **no dibuja píxeles**:\ solo **configura registros**, y la PPU hace el renderizado **por hardware**, línea a línea, **sin framebuffer**.
| PPU | Región | Clock | Frame rate | Scanlines | | -------------- | ------ | ------------ | ---------- | --------- | | **Ricoh 2C02** | NTSC | 5.369318 MHz | 60Hz | 262 | | **Ricoh 2C07** | PAL | 5.320342 MHz | 50Hz | 312 | Espacio de direcciones PPU (14 bits) La PPU direcciona **16 KB**: ```asm $0000–$3FFF (PPU address space) ``` {% hint style="info" %} La CPU NO accede directamente a VRAM, todo pasa por la **PPU** (2C02 NTSC / 2C07 PAL) {% endhint %} **Registros PPU (lado CPU):** | Dirección | Registro | Descripción | Efectos especiales / notas | | --------- | --------- | ------------------- | ------------------------------------------------------------------------------------- | | `$2000` | PPUCTRL | Control general PPU | Define NMI, base NameTable, incremento de VRAM (1/32) | | `$2001` | PPUMASK | Máscara / render | Activa BG/sprites, brillo, clip de borde | | `$2002` | PPUSTATUS | Estado PPU | VBlank, sprite 0 hit, sprite overflow; **leer limpia VBlank y resetea latch interno** | | `$2003` | OAMADDR | Dirección OAM | Dirección de 0–255 para sprites | | `$2004` | OAMDATA | Datos OAM | Escritura/lectura de 4×64 bytes de sprites | | `$2005` | PPUSCROLL | Scroll | 2 escrituras: X fina, Y fina; latch interno | | `$2006` | PPUADDR | Dirección VRAM | 2 escrituras: alto, bajo; latch interno | | `$2007` | PPUDATA | Datos VRAM | Lectura retardada (excepto paletas); auto-incremento según PPUCTRL | | `$4014` | OAMDMA | DMA OAM | Copia 256 bytes de CPU→OAM; **bloquea CPU 513 ciclos** | {% hint style="info" %} * `$2000–$2007` se repite cada 8 bytes en `$2008–$3FFF`. * Acceso a VRAM solo seguro en VBlank o con render apagado. {% endhint %} En la NES, **VRAM** se refiere **exclusivamente** a la **memoria de NameTables** usada por la PPU. * **Tamaño real**: **2 KB de SRAM** * **Tipo**: RAM estática * **Ubicación**: dentro de la consola\ (o en el cartucho en modo *four-screen*) * **Accesible solo por la PPU** * La CPU **nunca** accede directamente {% hint style="info" %} CHR-ROM/RAM no es VRAM {% endhint %} #### **Memoria WRAM:** Tanto el Ricoh 2A03 y el MOS 6502 contienen un **bus de datos de 8 bits** y un **bus de direcciones de 16 bits**, lo que les permitía acceder hasta a **64KB de memoria**. Entonces, ¿cómo llenó Nintendo ese espacio de memoria? Por un lado, la tarjeta madre contiene un chip que otorga **2 KB de RAM estática** (SRAM)\ Nintendo llama esta área «**Work RAM**» (WRAM) y puede usarse para almacenar: * Variables para manejar el estado del juego y/o para buscar información. * La «pila», la cual temporalmente guarda los valores de registros mientras que el procesador ejecuta subrutinas. * Un «área de búfer» para que el procesador pueda copiar datos grandes entre dos ubicaciones. **Comparación entre WRAM vs VRAM:** | Aspecto | WRAM | VRAM | | ---------- | -------- | -------------------- | | Tamaño | 2 KB | 2 KB (NameTables) | | Acceso CPU | Directo | Indirecto | | Mirroring | Simple | Dependiente cartucho | | Ciclos | 1 ciclo | Varios + latencias | | DMA | Sí (OAM) | No | | Uso | Lógica | Vídeo | **Uso de memoria mapeada** | Dirección | Área | | ------------- | ---------------------------------------------- | | `$0000–$07FF` | WRAM 2 KB | | `$0800–$1FFF` | Mirrors WRAM | | `$2000–$2007` | PPU registers | | `$2008–$3FFF` | Mirrors PPU registers cada 8 bytes | | `$4000–$4017` | APU y I/O | | `$4018–$401F` | Test / funciones especiales (usadas raramente) | | `$4020–$FFFF` | Cartucho (PRG-ROM, mappers) | **Acceso CPU → VRAM (registros PPU)** | Registro | Dir | | --------- | ----- | | PPUCTRL | $2000 | | PPUMASK | $2001 | | PPUSTATUS | $2002 | | OAMADDR | $2003 | | OAMDATA | $2004 | | PPUSCROLL | $2005 | | PPUADDR | $2006 | | PPUDATA | $2007 | #### **APU:** La **APU (Audio Processing Unit)** de la NES es el **chip de sonido integrado en la CPU 2A03/2A07** que genera todo el audio de la consola. A nivel técnico: * Tiene **5 canales de audio**: 2 cuadrados (pulse), 1 triángulo, 1 ruido, 1 DMC (delta modulation). * Cada canal tiene **timers, envelopes y counters** que producen tonos, percusión y samples simples. * La CPU controla la APU a través de **registros mapeados (**`$4000–$4017`**)**. * El **frame counter** sincroniza la actualización de todos los canales, y el DMC puede **robar ciclos a la CPU** durante la reproducción de samples. * La salida final se mezcla mediante un **circuito analógico interno**, produciendo la característica distorsión y volumen no lineal de la NES. **Registros APU / I/O (CPU-mapeados)** | Dirección | Registro | Descripción | Detalles | | ------------- | ------------------------ | ----------------------------------- | --------------------------------------------------------- | | `$4000–$4003` | Pulse 1 | Control, duty, sweep, length, timer | Duty 12.5–75%; sweep complementos 1 o 2; length counter | | `$4004–$4007` | Pulse 2 | Igual que Pulse 1 | Sweep negativo distinto | | `$4008–$400B` | Triangle | Linear counter, length, timer | No envelope, amplitud fija 0–15 | | `$400C–$400F` | Noise | LFSR, period, envelope, length | Modo largo/corto, ruido percusión | | `$4010–$4013` | DMC | Delta modulation PCM | DMA bytes desde $8000–$FFFF, 4 ciclos CPU por byte | | `$4015` | APU status / control | Enable canales, flags IRQ | Lectura limpia IRQ DMC, lectura actual de length counters | | `$4016` | Joypad 1 | Lectura / escritura | Latch strobe, lectura bit a bit | | `$4017` | Joypad 2 / Frame Counter | Lectura / escritura | Frame counter 4/5-step, IRQ inhibit | {% hint style="info" %} * `$4015` resetea length counters al escribir. * `$4017` define timing de la APU, crítico para música. {% endhint %} #### Lockout * Es un **chip de 10 pines** dentro de la NES (2C02 / 2C07 CPU no incluido). * Su nombre oficial: **CIC (Nintendo “Checking Integrated Circuit”)**. * Funciona como **autenticador de cartuchos**: la consola solo arranca si detecta un cartucho con un **CIC compatible**. * Cada región tenía **versiones distintas** (NTSC, PAL, JAP).
\ En construcción --- # Agent Instructions: Querying This Documentation If you need additional information that is not directly available in this page, you can query the documentation dynamically by asking a question. Perform an HTTP GET request on the current page URL with the `ask` query parameter: ``` GET https://blog.azagra.dev/readme-1/arquitectura-de-la-nes.md?ask= ``` The question should be specific, self-contained, and written in natural language. The response will contain a direct answer to the question and relevant excerpts and sources from the documentation. Use this mechanism when the answer is not explicitly present in the current page, you need clarification or additional context, or you want to retrieve related documentation sections.