说了这么多，让我告诉你们，这款游戏机的图形子系统是真正的工程杰作。 在CPU如此有限的情况下，我们可以想象，SNES绝不可能与采用"32位"摩托罗拉68000的竞争对手相提并论。 然而，任天堂和理光的工程师们设法找到了巧妙的技巧，利用CRT显示器的行为方式，从而在不需要昂贵的先进组件的情况下扩展了这款游戏机的功能
无论如何，在我们深入探讨之前，我强烈建议您先阅读NES的文章，因为它介绍了一些有用的概念，我们将在这里重新讨论这些概念。
设计
与同时代的其他游戏机一样，超级任天堂使用2D图块（8 x 8像素）绘制图形。 NES 最初是通过捆绑标志性的"图像处理单元"（PPU）来实现这一功能的，该单元与CRT屏幕同步传输图像。 超级任天堂紧随其后，但它现在采用了更复杂的技术，以获得更丰富的效果。
芯片组
超级任天堂内置两块不同的PPU芯片，构成图形子系统，合并后称为超级PPU或"S-PPU"。
这两个PPU芯片
这两个PPU被设计用于实现不同的功能：
- PPU 1: 渲染图形(图块) 并在它们上应用变换(旋转和缩放)。
- PPU 2: 在渲染图形上提供像 窗口、马赛克 和 淡出 的效果。
从编程角度看，这种分离是多余的，因为两个芯片实际上被视为一体。
显示模式
系统以~60 Hz（NTSC）[9]输出256x224像素的标准分辨率。 欧洲PAL制式则以约~50 Hz的频率输出256×240像素（以符合 PAL 制式规格）。 尽管如此，大多数游戏并不使用额外的像素，而是显示"letterbox"（黑线）。
现在，棘手的问题来了，传统电视的宽高比是 4:3。 但如果你算一下，会发现超级任天堂的输出分辨率长宽比为8:7。 因此，将图像传输到电视上后，它看起来会被水平拉伸，就好像是一个292x224像素的画面（NTSC制式） 。 换一种说法，可以说超级任天堂上的像素长宽比是8:7，而不是 "完美的正方形"。
分辨率为256x224像素的渲染帧。 这就是游戏机发送到电视上的图像。
从电视机上看到的拉伸画面（分辨率明显为292x224像素）
任天堂选择偏离标准屏幕比例的根本原因在于成本。 通过分析可见，S-PPU芯片虽然功能丰富，但其渲染速度却跟不上CRT显像管的电子束扫描速率。 为此，任天堂并未选择增加电路板元器件，而是通过缩短可视画面长度，将节省出的时间用于水平消隐周期。
值得注意的是，像时空之轮（Chrono Trigger）等少数游戏专门对此进行了优化——开发者刻意将画面元素设计为压缩状态，经电视机拉伸后即显示正常比例。 但这只是一个特例，因为大多数游戏都没有采取额外的措施来考虑这一因素。
硬件组织
S-PPU的内存架构.
由于成本和性能原因，图形数据分布在三个内存区域：
- 64 KB VRAM (视频 RAM)：存储图块和用于构建背景图层的映射 (表格)。
- 512 B CGRAM (彩色图形RAM)：存放512个彩色调色板条目，每个条目的大小为 一个word (16位)。
- 544 B OAM (Object Attribute Memory)：包含128个将被用作登记精灵 及其属性的查找表。
构造画面（frame）
现在让我们看看如何在游戏机上渲染画面，然后在电视上显示。 我们将以超级马里奥世界为例进行演示。
图块
一些在 VRAM 中找到的16x16 图块.
与前代产品一样，S-PPU使用图块来构建复杂的图形。 不过，与最初的PPU相比，S-PPU有了重大改进：
- 游戏卡带不再与PPU连接，因此图块必须先复制到VRAM（就像世嘉的Mega Drive一样）。 这时，DMA单元就派上用场了。
- 图块不再局限于传统的尺寸（8x8像素），从现在起，它们的大小也可以达到16x16像素。
- 图块存储在内存中时，将根据每个像素需要使用的颜色数量进行压缩。 大小单位是bpp（位每像素）。 最小值为2bpp（每个像素只占用内存中的两位，且只有4种颜色可用），最大值为8bpp，最多可编码256种颜色（代价是占用一整个字节）。
背景
背景图层 1 (BG1)。
背景图层2 (BG2)。
背景图层3 (BG3)。
渲染背景图层 1 (BG1)。
渲染背景图层 2 (BG2)。
渲染背景图层 3 (BG3)。
渲染背景图层的组合。
超级任天堂可以生成多达四个不同的背景层。 通过使用8x8或16x16图块，区块由32x32像素（2x2 图块）构成。 尽管如此，每个背景图层的大小最多可达到1024x1024像素(32x32的图块)。 VRAM 中配置这些图层的区域称为 图块映射区（Tilemap） 并且这一部分的结构是表格(内存中的连续数值)。
Tilemap 中的每个条目都包含下列属性：
- 垂直 & 水平翻转值。
- 优先级（
0或1）。 - 从CRAM调用的调色板引用.
- 图块引用。
一如既往，这些平面是可滚动的，但可用功能的数量（颜色、层数、独立滚动区域和选区大小）将取决于S-PPU上激活的背景模式，这就引出了下一部分...
模式
S-PPU提供了许多背景操作，但这些操作不能任意选择。 相反，有八种背景模式可供选择，每种模式提供不同的功能：
- 模式0: 4个图层，每层可用4种颜色。
- 由于只有这种模式允许最多的图层，所以调色板的颜色特别平淡。
- 模式1: 2个图层，每层可用16种颜色，再加上1个只支持4种颜色的图层。
- 那个支持颜色少的图层可以分成前景和背景。
- 这是最常用的模式。
- 模式2: 2个图层，每层可用16种颜色。
- 该模式具有额外的效果： 图层的每一列都可以独立滚动（类似于Game Boy的效果，但垂直滚动）。
- 模式3: 1个可用128种颜色的背景层，与1个可用16种颜色的背景层。
- 颜色可以使用设置 RGB 值指定，而不是使用 CGRAM 引用。
- 模式4: 模式2和3的组合(列滚动+RGB颜色映射)。
- 第一层可用128色，第二层仅能使用4色。
- 模式5: 1个可用16色的图层，与1个仅能使用4色的图层。
- 所选区域的分辨率为512x224像素，将被水平压缩以适应屏幕（输出帧仍为256x224像素！）。 这样做的代价是将16x8像素的图块渲染为8x8的图块，将16x16像素的图块渲染为8x16的图块。
- 此外，还可以通过激活隔行扫描来扩展垂直分辨率（达到512x448 像素，现在与输出尺寸成正比）。 作为交换，同样的压扁效果也会影响到图块，但现在也是垂直的。 这对于屏幕需要显示额外信息量的情况（如多人游戏/分屏）非常有用。
- 模式6：模式2和5的组合（高分辨率+纵列滚动），但只允许使用一个32色图层。
如您所见，程序员现在可以选择所选区域的颜色、层数、效果或分辨率的优先级。
精灵
渲染的Sprite图层。
内存中一个名为对象属性内存（OAM）的区域存储了一个表，其中最多可引用128个具有这些属性的精灵：
- 大小： PPU最多可将16个小图块以4x4图块象限的形式组合起来，形成一个精灵。
- 图块引用： 该值指向用于绘制精灵的图块。
- 屏幕位置。 只有位于可见区域内的精灵才会被渲染。
- 优先级： 由于多个图层相互重叠，因此将显示优先级最高的图形，这也取决于正在使用的背景模式。
- 调色板插槽，允许从CGRAM中选择9个插槽。
- X/Y 翻转。
S-PPU每扫描线最多可绘制32个精灵，如果溢出，S-PPU只会丢弃优先级最低的精灵。
结果
嗒哒——！
S-PPU在绘制每条扫描线时，首先处理每一层的相应部分，然后将它们混合在一起。
NES游戏的主要限制之一是只能在垂直消隐（V-Blank）期间更新图形。 显像管的光束从起点返回的那一刻提供了一个合理的时间帧，可以在不破坏图像的情况下重新调整一些图块。
现在，得益于SNES的新功能，这一限制有了不同的意义。
因为新的DMA/HDMA单元现在可以让程序员在不等待垂直扫描（V-Scan）的情况下执行内存传输，游戏现在可以更新图块、颜色和寄存器，而无需等待整个画面绘制完成。 事实上，我们可以做得更多： 由于游戏现在可以在帧中改变S-PPU设置，这就意味着可以在同一帧的不同阶段激活不同的背景模式，为新颖的游戏设计打开了大门！
那个特点
说实话，我还没有提到这个控制台最重要的特性...
已渲染的背景层
已分配的背景图
屏幕上显示的已渲染的一帧
扫描线的第一部分使用另一种模式来模拟距离，模式7则从第二部分开始（这要归功于HDMA）。
介绍一下模式7，这是另一种背景模式，但这次的工作方式完全不同。 虽然它只能渲染一个8bpp的背景层，但却能在该平面上应用以下仿射变换：
- 平移
- 缩放
- 旋转
- 反射
- 剪切
S-PPU由旋转矩阵控制，以改变该模式的参数。 这里就不多讲线性代数了，但根据所需的效果，CPU必须执行一些三角函数（正弦和余弦），以相应地填充该表的条目。 对于65C816来说，即使使用定点精度，这也是非常昂贵的。 因此，理光在5A22中增加了乘法和除法寄存器，以卸载一些周期。
顺便提一下，请注意变换列表中没有提到透视，而这正是您在示例游戏（F-Zero）中所看到的。 这是通过在每次调用HDMA时改变旋转矩阵来实现的，在此过程中产生了伪三维效果。 这应该能让你对S-PPU的实用性有所了解！
最后，由于需要进行大量计算，内存映射发生了变化，以优化两个PPU的流水线，第一个PPU处理图块映射（图块被引用处），而另一个PPU则获取图块集（图块被存储处）。
帧数下降的原因
还有一个话题，你有没有想过游戏卡顿的原因？ 当调用垂直消隐中断允许图形更新时，有时游戏仍在执行一些繁重的代码，并跳过了垂直消隐窗口，直到下一次调用垂直消隐时图形才能更新，由于帧没有更新，这就表现为帧速率下降。
这种情况也可能反过来发生，垂直消隐期间的大量处理将使PPU无法输出视频信号（因为总线被阻塞）。 因此，在扫描过程中会出现黑线，不过由于帧每秒更新50或60次，这种情况几乎不会引起注意。
方便的视频输出
如果游戏机不能通过双方都能理解的媒介将图像传送到电视上，那么上述所有进步都将是徒劳的。 随着超级任天堂的推出，该公司首次推出了一种名为"多路输出"的通用但专有的连接方式，它可以同时传输多种类型的信号，包括复合信号、S-Video和RGB。
任天堂随游戏机附赠了一条"多路输出转复合接口"电缆，因为这在当时几乎是电视机的通用规格。 但在欧洲，SCART端口也非常流行，因为许多机顶盒和录像机都依赖它。 SCART端口的一大优点是可以传输多种类型的信号，这使得AV设备可以使用最理想的信号类型，而不会遇到兼容性问题。 据我所知，当时只有法国消费者获得了官方提供的SCART电缆，该电缆利用了超级任天堂的RGB针脚。
尽管如此，任天堂还是修改了其PAL制式游戏机的引脚布局，以符合SCART协议，并将 "复合同步" 引脚换成了12V引脚（告诉电视机设置4:3宽高比）。 因此，尽管多路输出是"通用"的，但由此产生的RGB电缆（如果有的话）却是因地区而异的。
我认为，多路输出的真正优势是在当代开始显现的，因为它允许用户在修改游戏机内部结构的情况下，向最先进的电视机输出RGB信号。 不过，与复合视频和S-Video不同，RGB需要额外的"同步"信号。 为此，可以将电缆连接起来，从复合端口或S-Video捕捉同步信号；或者使用称为 "复合同 "的专用同步线，以获得最佳效果。 但如上段所述，只有NTSC制式游戏机才使用后者。