导语
电子游戏的发展往往也是各种硬软件技术发展的应用与映射，不同时期电子游戏依赖的存储技术也反映了当时的硬件存储技术。不过短短半个世纪，电子游戏的形式从最开始专门的固定设备和游戏机，变化为方便购买和更换的磁带和光盘，不过这些也为之后的硬件更新和向后兼容带来了挑战。如今，数字技术发展飞快，超越了过往的物理媒体，大多数的游戏都已经通过数字形式在各个平台上发行，玩家只需要从网络上将它们下载下来即可。让我们先暂时地关掉Steam，将手柄放在一边。我们将会回到电子游戏的幼儿时期，从那开始，看一看电子游戏如何随着硬件发展而变化，神奇的游戏数据是怎样存储在这些设备上的。
集成电路
在上世纪70年代，并没有现如今的各种像Unity，虚幻这样的游戏引擎给开发者提供一个方便的游戏制作平台，游戏开发还完全属于电子工业领域，通过复杂的电子元件和逻辑电路组合而成。1972年发行的第一部电子游戏机Odyssdy，只有一两款游戏预装在游戏硬件中。虽然它也有“游戏卡”这样的配置，但“游戏卡”上并没有任何游戏，它只是充当了“选择开关”的跳线装置，通过改变电路来选择不同的游戏。该电路是在二极管-三极管逻辑中使用离散的三极管和二极管实现的。这些游戏本身并不使用像后来的游戏机那样的 ROM 卡带，而是使用由插入控制台的印刷电路板组成的“游戏卡片”。这些卡像一组开关或跳线一样修改内部电路，使奥德赛显示不同的组件，并对输入做出不同的反应。多个游戏使用相同的卡片，用不同的指令给玩家改变游戏的风格。玩家甚至可以用不同的画片覆盖在显示器上，来模拟打乒乓球或者网球。
ROM卡带
ROM游戏卡带出现的直接驱动力便是微处理器的诞生。英特尔在1971年推出了第一个微处理器4004，这是一种特殊的计算机芯片，可以发送简单的指令并提供结果。这使得能够围绕微处理器创建软件程序，而不是将逻辑固定到集成电路中。
ROM，也成为“只读存储器”。由于“插卡跳线”的游戏硬件很难去更新迭代（所有游戏都预编程在了硬件里），而1976年ROM游戏卡带的诞生带来了新的纪元。游戏的代码和数据存储在只读内存ROM中，将卡带插入到游戏机的读取槽中，主处理器便可以从ROM中读取游戏代码。1977年9月发布的雅达利2600推广了基于ROM存储的游戏，同时也促进了微处理器的普及。新的处理器技术也允许游戏支持多达八种颜色和多达三通道的音频效果。
图源《Electronic Games》1982年11月
相比其他介质，将游戏储存在ROM卡带上有不少优势。由于卡带能被映射到系统的标准地址空间，存储在ROM中的软件能像常规内存一样被系统及时读取，不必从较慢的存储器中读取数据，再传输到内存中执行。这能降低软件对内存的需求，剩余更多的可用内存空间。
以1980年发布的VIC20为例，它的RAM只有5KB，ROM有20KB。如果处理器去读写空白的地方是完全没有东西的。所以在我们插入一块新的ROM卡带时，会在内存映射上开辟一块新的区域，来增加系统中的存储总量，游戏卡带作为8KB的ROM加入。我们也可以插入一张8KB的RAM卡带，这样会为系统增加8KB的RAM运行内存。也会有游戏卡带同时拥有ROM和RAM。所以，一旦卡带被拔下来，内存映射空间就又返回了原样，新增加的空间又变成了空的。CPU也无法继续找到这些数据。
即使VIC具有5KB的RAM，但实际能够使用的只有3KB左右，其他部分可能作为显存或其他功能使用。所以，如果从磁带或磁盘加载游戏，最大的容量也只有RAM剩下的容量。由于RAM内存容量十分有限，游戏的画面十分简单，玩法也不复杂，非常原始。但是在有了ROM的游戏卡带后，存量可以达到16KB甚至更高，这样游戏就可以有更多的内容或更好的图形效果。
但是，由于游戏卡带插入后，分配到的内存总量只有16KB，如果想要实现更好的效果呢？我们熟悉的任天堂在当时有一种做法，就是在游戏卡带内增加额外的电路来允许分页，如图所示：
这样，游戏软件可以自己决定使用哪一部分内存，这样，一个游戏的容量可以达到1MB，在当时已经是一个很大的数字了。
游戏容量的限制也限制着游戏的制作与开发，与现代游戏开发不同，那时的游戏开发有着以下的局限性：
• 使用256或512种颜色的调色板而不是现在可以达到的1600万种颜色。
• 使用一些32x32或64x64像素的精灵或纹理贴图，而不是数百个都是2048x2048或更大的(漫射颜色、法线(凹凸)贴图、反射率、阿尔法等纹理)。
• 通过使用8bit，单声道声音剪辑，而不是高品质，16bit立体声和音轨。
雅达利2600带来了一系列革命，其中一个便是“软硬分离”，这也是整个软件行业的一大革命。开发者不需要再为软件设计一套独立、复杂的集成电路，大大地降低了游戏开发的成本和研发难度，主机和游戏的价格也随之降低，在市场有了更多的普及。玩家也不需要购买新的游戏机，通过卡带就可以玩到更多的游戏。一些游戏厂商还可以在游戏卡带里集成运算和存储单元来补充主机的不足，使游戏的各个方面有更好的表现。
游戏卡带与软盘，光盘存储介质比较有两个优点：
• 可以直接寻址，不需要载入操作。
• 可内置各种硬件来扩展性能。除了像上文增加存储容量外，还可以比如加装声音处理芯片，可以获得更复杂的音效。也可以增加图形处理芯片，获得处理3d图形的能力。
PC游戏中的软盘与磁带
1983年，美国的游戏机市场迎来了巨大的下滑，也就是著名的雅达利冲击（Atari Shock），原因其一是第三方劣质游戏的泛滥，还有一个原因便是个人电脑的价格变低，在只能打游戏的游戏机和可以用来编程，文字处理，甚至也可以当作电视游戏机的个人电脑之间，人们更多地选择了电脑这个多功能机器。
20世纪80年代初，随着一系列便宜的家用电脑兴起，游戏也主导了家用电脑的软件库。电脑游戏市场在那一年的崩溃之后取代了游戏机市场; 电脑提供了同样的能力，而且由于它们的简单设计使得游戏能够在开机后完全控制硬件，操作和游戏机一样简单。
想把数据放入电脑有两种形式，第一种便是插入游戏卡带，第二种方法就是简单粗暴地将代码敲进电脑。最开始，一些杂志出版商将游戏以代码的形式打印在纸上随杂志一起分发，玩家可以将杂志上提供的游戏代码一行一行地敲入电脑并运行游玩。但一个程序的代码通常有上百行，如今我们使用IDE进行编程都有可能打错几个符号而导致程序无法运行，更不用说当时没有Debug的功能了，出错在所难免，而且一行一行通过键盘输入是一个既漫长又枯燥的过程。而且，在运行游玩之后，只要电脑关机，之前敲的代码将不复存在，如果还想游玩，就需要重新再敲一遍，非常麻烦。
磁带机
先出现的东西是磁带机，软盘暂时比电脑还要贵（光成本就超过1000美元）。当时许多玩家会买空白的磁带，将长长的程序存进磁带里保存。当然，这样的磁带放进录音机里播放自然是一堆奇怪的声音。许多游戏和软件也直接以磁带的形式发售。磁带机的缺点显而易见，就是太慢了。因为是线性的，所以需要倒带读取，对于一台64k内存的电脑，载入一个游戏就需要15分钟。并且缺少随机访问能力，电脑没有办法去搜索一个特定的文件，同时，也只能载入一个文件，用户必须知道文件于磁带中的位置，然后让电脑去载入。如果需要在游戏运行时读写程序，那几乎就是无法实现的。虽然也有商业的磁带机可以进行随机访问，但对于家庭用游戏机来说不仅贵而且体积庞大。为了使载入过程不那么痛苦，一些游戏厂家也会在游戏载入时播放一些好听的音乐和图案，让等待的过程不那么枯燥。
《超人：Ⅱ》中可进行随机访问的磁带机。
1966年《星际迷航》中的古老磁带机
当时对磁带机的描述（软盘已经普及后）：数据记录器：按顺序在磁带上存储和提取信息的外围设备（可以存储代码在磁带上，但是加载很慢）
到了1985年，美国及德国停止了磁带机的使用，全面开始使用软驱来存储程序。直到90年代初最后一批磁带游戏在欧洲停止销售，以它为介质的游戏生命才终于走到了尽头
在其他领域，磁带机仍在使用中。它们可能看起来有些过时，但是对于长期存储海量数据来说，它们是很难被打败的。IBM 最新的磁带驱动器(Ultrium LTO-7)可以在未压缩的情况下传输约300MB/s (与硬盘驱动器相当) ，并且可以在一盘磁带上存储6TB。
软盘
随着成本的下降，软盘也逐渐进入了人们的视野。
1985年，任天堂的家庭电脑主导了日本家庭视频游戏市场，在一年半的时间里售出了300多万台。由于它的成功，任天堂很难应对新库存的需求。零售商也希望引进更便宜的游戏; 芯片和半导体的成本使得游戏卡带的制造成本很高，对消费者来说这个价格还是有些高。芯片短缺也造成了供应问题。为了满足这些要求，任天堂开始思考可能降低游戏成本的方法。它转向家用电脑市场寻找灵感，任天堂特别着眼于软盘，当时的软盘因为成本下降很快成为个人电脑存储媒体的标准。软盘生产成本低廉，而且可重写，这使得游戏很容易生产出来。因为看到了软盘的潜力，任天堂开始为 Famicom 开发基于软盘的外围设备。
软盘是一种脆弱的介质，并且保质期有限。临时性和脆弱性使得它保存的内容数据变得令人珍惜。圆形的圆盘被夹在塑料外壳之内，圆盘就是一片薄薄的塑料，上面涂满了磁性氧化物质，内壳的上下面为一些白色的织物用来保护软盘。
这是《Electronic Games 1985年一月号》 其中一篇文章的头图，为一个软盘状。
电脑游戏世界杂志在1982一月号的封面上，将《2001太空漫游》中的黑色石块替换成了磁盘状，大家对这个新事物感到十分好奇，事实证明软盘确实在存储介质领域产生了很大的影响。
1984年，《key-power》杂志上的一则广告显示，一张软盘为3美元。
Famicom 磁盘系统曾短暂地作为创造新一波家庭游戏机视频游戏和一种新型视频游戏体验的支持技术，这主要是因为它将便宜的游戏存储空间扩大了两倍，并将游戏玩家的进展存储在他们巨大的新冒险中。这些游戏包括开放世界设计(open world design)和经久不衰的萨尔达传说系列系列(1986年)和银河系(1986年) ，其发布游戏塞尔达传说(Zelda)变得非常流行，其续作被认为是有史以来最伟大的游戏之一。比任天堂的 Satellaview 服务早了近10年，Famicom现在被视为现代在线游戏和分销的最早先驱。
步入光学媒体
到20世纪80年代末，主机游戏一般通过 ROM 卡带发行，而 PC 游戏则通过软盘发行，这种格式在存储容量上有局限性。光学媒体，特别是 CD-ROM，在80年代中期首次被用于音乐发行，1990年代初，CD 驱动器已经变得便宜，除了提供更多的游戏内容，光学媒体还可以将长视频片段加入到游戏中，比如全动态视频，一些动画或预渲染的动画场景，并且允许在游戏中添加更丰富的叙事元素。最初，CD的数据读取时间完全没有办法和直接寻址的游戏卡带相比，但随着CD光驱的不断发展，读取速度也在不断提升。
就存储介质而言，光学介质的生产成本远低于 ROM 卡带，在一周内便可以生产出一批 CD-ROM，而卡带的组装可能需要两到三个月的时间，而且CD-ROM的容量更大。任天堂也曾与索尼合作开发基于 CD 的 SNES，称为 Super NES CD-ROM，但这次合作在公开宣布之前失败了，因此，索尼继续开发1994年发布的仅使用光学媒体的 PlayStation 游戏机。索尼能够利用日本市场为 PlayStation 处理游戏销售的方式，只生产有限数量的新 CD-ROM 游戏。这帮助索尼在20世纪90年代超越了任天堂和世嘉。
1997年发布了一款适合 CD 格式的 PlayStation 游戏，Square 开发的最终幻想VII 希望将该系列从2d 演示过渡到使用3D 模型，尽管该系列以前只在任天堂游戏机上发行，但 Square 认为使用磁带发行是不切实际的，而 PlayStation 的 CD-ROM 为他们提供了所有想要的内容(包括预先渲染的动画)的空间。最终幻想VII 成为一个关键的游戏，因为它扩展了控制台角色扮演游戏的概念，以控制游戏消费者。自 PlayStation 发布以来，除了任天堂64和 Switch，所有的家庭游戏主机都依赖光学媒体进行实体游戏发布。
在1995年的一则广告语说到：一张CD的存储容量几乎等于1500张软盘的容量总和。从软盘一点多MB的存储空间到CD光盘650多MB，甚至比旧电脑的硬盘还要大整整5倍。存储容量在650MB到900MB间，90年代后期，市面上最常见的容量是700MB。但是，和ROM卡带一样，CD-ROM也是只读的，你不能存储自己的数据进去。
在Amiga公司（90年代欧洲主流的游戏平台）旗下的杂志《Amiga CD Format》1993年号中，对CD游戏做出了以下评价和展望：
未来的游戏毫无疑问是属于CD的，CD游戏机是一台神奇的机器，不但提供了更好256色阈的游戏图像，也包含了更好的音乐和声音效果。更大的存储容量意味着游戏可以包含更多的动画，这将使游戏的交互和打击感提升到一个更高的水平。
《Amiga CD Format》1993年号
当时部分游戏的CD价格
一则Doom的广告
更常见的是DVD，这种光盘格式在现在也非常流行。这种光盘用于存储数字数据，是对光盘（CD）的升级，因为它的存储容量可能超过CD的100倍。它还可以提供更好的图形和更高的分辨率，非常适合电影和游戏等媒体存储。信息以微小凹坑的形式嵌入光盘的平面上。然后，激光读取磁盘，并通过坑的协调和排列来识别信息。有多种不同类型的DVD，有些DVD-ROM是只读的，这意味着它们上的数据无法重新写入。游戏因使用DVD存储数据并在其中销售而受到欢迎，因此播放器可以将光盘插入控制台的光盘托盘中，直接播放，或从中下载数据以在将来播放。游戏开发者之所以这么做，是因为它的制造成本很低，而且制作最好的游戏所需的数据量都可以放在光盘中。然而，随着时间的变化和技术的发展，游戏的尺寸越来越大，较新的控制台（如PlayStation 3及以上）已开始使用蓝光光盘，这是一种更先进的DVD版本，允许更大的数据存储和更高的质量。不仅如此，游戏也越来越数字化，甚至不需要光盘，而是直接从互联网上下载，以可以在电脑所配备的更大的硬盘上存储游戏文件。
光学媒体受欢迎的原因很可能是由于其制造成本低，以及不受许多环境威胁的影响，包括电涌或磁干扰。它们也比它的前身磁带更可靠，更具交互性。与磁带相比，光盘也可以保存更多的数据，因为与磁带中使用的微型磁头相比，激光束具有更高的准确性。这意味着可以进一步压缩数据。与DVD相比，音乐更倾向于使用CD，因为不需要花额外的钱将数据放在不必要的大磁盘上。这与视频游戏不同，因为它们需要更多的数据，总的趋势是游戏所需要的动画和音乐越多，占用的GB就越多。现在的一款大型3A游戏的数据量基本都超过了50G，这就是为什么蓝光光盘以及数字下载越来越流行的原因。
总结
简单地说，游戏发展的历史就是数字技术进步的历史。随着每一项新发明的出现，游戏开发商和发行商都充分利用了存储空间和技术的增长来提升游戏的各方面的性能。事实证明，即使是很小的，不到1MB的存储空间，也能创造出有趣好玩的经典游戏。存储空间进一步扩大，图形和画面表现便成为了游戏主要升级的方面。到了如今的以G为单位存储的游戏，已经可以达到和真实世界相差无几的游戏视觉和听觉体验，40年的技术发展不断的带给游戏以新的可能。但发展的脚步并没有减缓，为了达到更真实的画面效果以及各种物理模拟，存储技术依然在发展中，虽然不会像上世纪那样有着指数级的发展速度，摩尔定律也在给计算机以重重的限制，困难和挑战，但我们依然要对未来赋予更多的幻想，去探索游戏的更多种可能。
参考资料
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3.《electronic_games_nov82》http://www.digitpress.com/library/magazines/electronic_games/electronic_games_nov82.pdf
4.《electronic_games_nov83》http://www.digitpress.com/library/magazines/electronic_games/electronic_games_dec83.pdf
5.《electronic_games_nov85》http://www.digitpress.com/library/magazines/electronic_games/electronic_games_mar85.pdf
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7.《Electronic Entertainment summer82》http://www.digitpress.com/library/magazines/elec_ent/elec_ent_springsummer82.pdf
8.《TV Gamer 1983》http://www.digitpress.com/library/magazines/tv_gamer/tv_gamer_summer83.pdf
9.《PC Gamer》https://archive.org/details/UneditedPCGamer_marktrade/PC_Gamer_008u/
10.《Zero》https://archive.org/details/zero-magazine-01/page/n9/mode/2up