導語
電子遊戲的發展往往也是各種硬軟件技術發展的應用與映射，不同時期電子遊戲依賴的存儲技術也反映了當時的硬件存儲技術。不過短短半個世紀，電子遊戲的形式從最開始專門的固定設備和遊戲機，變化為方便購買和更換的磁帶和光盤，不過這些也為之後的硬件更新和向後兼容帶來了挑戰。如今，數字技術發展飛快，超越了過往的物理媒體，大多數的遊戲都已經通過數字形式在各個平臺上發行，玩家只需要從網絡上將它們下載下來即可。讓我們先暫時地關掉Steam，將手柄放在一邊。我們將會回到電子遊戲的幼兒時期，從那開始，看一看電子遊戲如何隨著硬件發展而變化，神奇的遊戲數據是怎樣存儲在這些設備上的。
集成電路
在上世紀70年代，並沒有現如今的各種像Unity，虛幻這樣的遊戲引擎給開發者提供一個方便的遊戲製作平臺，遊戲開發還完全屬於電子工業領域，通過複雜的電子元件和邏輯電路組合而成。1972年發行的第一部電子遊戲機Odyssdy，只有一兩款遊戲預裝在遊戲硬件中。雖然它也有“遊戲卡”這樣的配置，但“遊戲卡”上並沒有任何遊戲，它只是充當了“選擇開關”的跳線裝置，通過改變電路來選擇不同的遊戲。該電路是在二極管-三極管邏輯中使用離散的三極管和二極管實現的。這些遊戲本身並不使用像後來的遊戲機那樣的 ROM 卡帶，而是使用由插入控制檯的印刷電路板組成的“遊戲卡片”。這些卡像一組開關或跳線一樣修改內部電路，使奧德賽顯示不同的組件，並對輸入做出不同的反應。多個遊戲使用相同的卡片，用不同的指令給玩家改變遊戲的風格。玩家甚至可以用不同的畫片覆蓋在顯示器上，來模擬打乒乓球或者網球。
ROM卡帶
ROM遊戲卡帶出現的直接驅動力便是微處理器的誕生。英特爾在1971年推出了第一個微處理器4004，這是一種特殊的計算機芯片，可以發送簡單的指令並提供結果。這使得能夠圍繞微處理器創建軟件程序，而不是將邏輯固定到集成電路中。
ROM，也成為“只讀存儲器”。由於“插卡跳線”的遊戲硬件很難去更新迭代（所有遊戲都預編程在了硬件裡），而1976年ROM遊戲卡帶的誕生帶來了新的紀元。遊戲的代碼和數據存儲在只讀內存ROM中，將卡帶插入到遊戲機的讀取槽中，主處理器便可以從ROM中讀取遊戲代碼。1977年9月發佈的雅達利2600推廣了基於ROM存儲的遊戲，同時也促進了微處理器的普及。新的處理器技術也允許遊戲支持多達八種顏色和多達三通道的音頻效果。
圖源《Electronic Games》1982年11月
相比其他介質，將遊戲儲存在ROM卡帶上有不少優勢。由於卡帶能被映射到系統的標準地址空間，存儲在ROM中的軟件能像常規內存一樣被系統及時讀取，不必從較慢的存儲器中讀取數據，再傳輸到內存中執行。這能降低軟件對內存的需求，剩餘更多的可用內存空間。
以1980年發佈的VIC20為例，它的RAM只有5KB，ROM有20KB。如果處理器去讀寫空白的地方是完全沒有東西的。所以在我們插入一塊新的ROM卡帶時，會在內存映射上開闢一塊新的區域，來增加系統中的存儲總量，遊戲卡帶作為8KB的ROM加入。我們也可以插入一張8KB的RAM卡帶，這樣會為系統增加8KB的RAM運行內存。也會有遊戲卡帶同時擁有ROM和RAM。所以，一旦卡帶被拔下來，內存映射空間就又返回了原樣，新增加的空間又變成了空的。CPU也無法繼續找到這些數據。
即使VIC具有5KB的RAM，但實際能夠使用的只有3KB左右，其他部分可能作為顯存或其他功能使用。所以，如果從磁帶或磁盤加載遊戲，最大的容量也只有RAM剩下的容量。由於RAM內存容量十分有限，遊戲的畫面十分簡單，玩法也不復雜，非常原始。但是在有了ROM的遊戲卡帶後，存量可以達到16KB甚至更高，這樣遊戲就可以有更多的內容或更好的圖形效果。
但是，由於遊戲卡帶插入後，分配到的內存總量只有16KB，如果想要實現更好的效果呢？我們熟悉的任天堂在當時有一種做法，就是在遊戲卡帶內增加額外的電路來允許分頁，如圖所示：
這樣，遊戲軟件可以自己決定使用哪一部分內存，這樣，一個遊戲的容量可以達到1MB，在當時已經是一個很大的數字了。
遊戲容量的限制也限制著遊戲的製作與開發，與現代遊戲開發不同，那時的遊戲開發有著以下的侷限性：
• 使用256或512種顏色的調色板而不是現在可以達到的1600萬種顏色。
• 使用一些32x32或64x64像素的精靈或紋理貼圖，而不是數百個都是2048x2048或更大的(漫射顏色、法線(凹凸)貼圖、反射率、阿爾法等紋理)。
• 通過使用8bit，單聲道聲音剪輯，而不是高品質，16bit立體聲和音軌。
雅達利2600帶來了一系列革命，其中一個便是“軟硬分離”，這也是整個軟件行業的一大革命。開發者不需要再為軟件設計一套獨立、複雜的集成電路，大大地降低了遊戲開發的成本和研發難度，主機和遊戲的價格也隨之降低，在市場有了更多的普及。玩家也不需要購買新的遊戲機，通過卡帶就可以玩到更多的遊戲。一些遊戲廠商還可以在遊戲卡帶裡集成運算和存儲單元來補充主機的不足，使遊戲的各個方面有更好的表現。
遊戲卡帶與軟盤，光盤存儲介質比較有兩個優點：
• 可以直接尋址，不需要載入操作。
• 可內置各種硬件來擴展性能。除了像上文增加存儲容量外，還可以比如加裝聲音處理芯片，可以獲得更復雜的音效。也可以增加圖形處理芯片，獲得處理3d圖形的能力。
PC遊戲中的軟盤與磁帶
1983年，美國的遊戲機市場迎來了巨大的下滑，也就是著名的雅達利衝擊（Atari Shock），原因其一是第三方劣質遊戲的泛濫，還有一個原因便是個人電腦的價格變低，在只能打遊戲的遊戲機和可以用來編程，文字處理，甚至也可以當作電視遊戲機的個人電腦之間，人們更多地選擇了電腦這個多功能機器。
20世紀80年代初，隨著一系列便宜的家用電腦興起，遊戲也主導了家用電腦的軟件庫。電腦遊戲市場在那一年的崩潰之後取代了遊戲機市場; 電腦提供了同樣的能力，而且由於它們的簡單設計使得遊戲能夠在開機後完全控制硬件，操作和遊戲機一樣簡單。
想把數據放入電腦有兩種形式，第一種便是插入遊戲卡帶，第二種方法就是簡單粗暴地將代碼敲進電腦。最開始，一些雜誌出版商將遊戲以代碼的形式打印在紙上隨雜誌一起分發，玩家可以將雜誌上提供的遊戲代碼一行一行地敲入電腦並運行遊玩。但一個程序的代碼通常有上百行，如今我們使用IDE進行編程都有可能打錯幾個符號而導致程序無法運行，更不用說當時沒有Debug的功能了，出錯在所難免，而且一行一行通過鍵盤輸入是一個既漫長又枯燥的過程。而且，在運行遊玩之後，只要電腦關機，之前敲的代碼將不復存在，如果還想遊玩，就需要重新再敲一遍，非常麻煩。
磁帶機
先出現的東西是磁帶機，軟盤暫時比電腦還要貴（光成本就超過1000美元）。當時許多玩家會買空白的磁帶，將長長的程序存進磁帶裡保存。當然，這樣的磁帶放進錄音機裡播放自然是一堆奇怪的聲音。許多遊戲和軟件也直接以磁帶的形式發售。磁帶機的缺點顯而易見，就是太慢了。因為是線性的，所以需要倒帶讀取，對於一臺64k內存的電腦，載入一個遊戲就需要15分鐘。並且缺少隨機訪問能力，電腦沒有辦法去搜索一個特定的文件，同時，也只能載入一個文件，用戶必須知道文件於磁帶中的位置，然後讓電腦去載入。如果需要在遊戲運行時讀寫程序，那幾乎就是無法實現的。雖然也有商業的磁帶機可以進行隨機訪問，但對於家庭用遊戲機來說不僅貴而且體積龐大。為了使載入過程不那麼痛苦，一些遊戲廠家也會在遊戲載入時播放一些好聽的音樂和圖案，讓等待的過程不那麼枯燥。
《超人：Ⅱ》中可進行隨機訪問的磁帶機。
1966年《星際迷航》中的古老磁帶機
當時對磁帶機的描述（軟盤已經普及後）：數據記錄器：按順序在磁帶上存儲和提取信息的外圍設備（可以存儲代碼在磁帶上，但是加載很慢）
到了1985年，美國及德國停止了磁帶機的使用，全面開始使用軟驅來存儲程序。直到90年代初最後一批磁帶遊戲在歐洲停止銷售，以它為介質的遊戲生命才終於走到了盡頭
在其他領域，磁帶機仍在使用中。它們可能看起來有些過時，但是對於長期存儲海量數據來說，它們是很難被打敗的。IBM 最新的磁帶驅動器(Ultrium LTO-7)可以在未壓縮的情況下傳輸約300MB/s (與硬盤驅動器相當) ，並且可以在一盤磁帶上存儲6TB。
軟盤
隨著成本的下降，軟盤也逐漸進入了人們的視野。
1985年，任天堂的家庭電腦主導了日本家庭視頻遊戲市場，在一年半的時間裡售出了300多萬臺。由於它的成功，任天堂很難應對新庫存的需求。零售商也希望引進更便宜的遊戲; 芯片和半導體的成本使得遊戲卡帶的製造成本很高，對消費者來說這個價格還是有些高。芯片短缺也造成了供應問題。為了滿足這些要求，任天堂開始思考可能降低遊戲成本的方法。它轉向家用電腦市場尋找靈感，任天堂特別著眼於軟盤，當時的軟盤因為成本下降很快成為個人電腦存儲媒體的標準。軟盤生產成本低廉，而且可重寫，這使得遊戲很容易生產出來。因為看到了軟盤的潛力，任天堂開始為 Famicom 開發基於軟盤的外圍設備。
軟盤是一種脆弱的介質，並且保質期有限。臨時性和脆弱性使得它保存的內容數據變得令人珍惜。圓形的圓盤被夾在塑料外殼之內，圓盤就是一片薄薄的塑料，上面塗滿了磁性氧化物質，內殼的上下面為一些白色的織物用來保護軟盤。
這是《Electronic Games 1985年一月號》 其中一篇文章的頭圖，為一個軟盤狀。
電腦遊戲世界雜誌在1982一月號的封面上，將《2001太空漫遊》中的黑色石塊替換成了磁盤狀，大家對這個新事物感到十分好奇，事實證明軟盤確實在存儲介質領域產生了很大的影響。
1984年，《key-power》雜誌上的一則廣告顯示，一張軟盤為3美元。
Famicom 磁盤系統曾短暫地作為創造新一波家庭遊戲機視頻遊戲和一種新型視頻遊戲體驗的支持技術，這主要是因為它將便宜的遊戲存儲空間擴大了兩倍，並將遊戲玩家的進展存儲在他們巨大的新冒險中。這些遊戲包括開放世界設計(open world design)和經久不衰的薩爾達傳說系列系列(1986年)和銀河系(1986年) ，其發佈遊戲薩爾達傳說(Zelda)變得非常流行，其續作被認為是有史以來最偉大的遊戲之一。比任天堂的 Satellaview 服務早了近10年，Famicom現在被視為現代在線遊戲和分銷的最早先驅。
步入光學媒體
到20世紀80年代末，主機遊戲一般通過 ROM 卡帶發行，而 PC 遊戲則通過軟盤發行，這種格式在存儲容量上有侷限性。光學媒體，特別是 CD-ROM，在80年代中期首次被用於音樂發行，1990年代初，CD 驅動器已經變得便宜，除了提供更多的遊戲內容，光學媒體還可以將長視頻片段加入到遊戲中，比如全動態視頻，一些動畫或預渲染的動畫場景，並且允許在遊戲中添加更豐富的敘事元素。最初，CD的數據讀取時間完全沒有辦法和直接尋址的遊戲卡帶相比，但隨著CD光驅的不斷發展，讀取速度也在不斷提升。
就存儲介質而言，光學介質的生產成本遠低於 ROM 卡帶，在一週內便可以生產出一批 CD-ROM，而卡帶的組裝可能需要兩到三個月的時間，而且CD-ROM的容量更大。任天堂也曾與索尼合作開發基於 CD 的 SNES，稱為 Super NES CD-ROM，但這次合作在公開宣佈之前失敗了，因此，索尼繼續開發1994年發佈的僅使用光學媒體的 PlayStation 遊戲機。索尼能夠利用日本市場為 PlayStation 處理遊戲銷售的方式，只生產有限數量的新 CD-ROM 遊戲。這幫助索尼在20世紀90年代超越了任天堂和世嘉。
1997年發佈了一款適合 CD 格式的 PlayStation 遊戲，Square 開發的最終幻想VII 希望將該系列從2d 演示過渡到使用3D 模型，儘管該系列以前只在任天堂遊戲機上發行，但 Square 認為使用磁帶發行是不切實際的，而 PlayStation 的 CD-ROM 為他們提供了所有想要的內容(包括預先渲染的動畫)的空間。最終幻想VII 成為一個關鍵的遊戲，因為它擴展了控制檯角色扮演遊戲的概念，以控制遊戲消費者。自 PlayStation 發佈以來，除了任天堂64和 Switch，所有的家庭遊戲主機都依賴光學媒體進行實體遊戲發佈。
在1995年的一則廣告語說到：一張CD的存儲容量幾乎等於1500張軟盤的容量總和。從軟盤一點多MB的存儲空間到CD光盤650多MB，甚至比舊電腦的硬盤還要大整整5倍。存儲容量在650MB到900MB間，90年代後期，市面上最常見的容量是700MB。但是，和ROM卡帶一樣，CD-ROM也是隻讀的，你不能存儲自己的數據進去。
在Amiga公司（90年代歐洲主流的遊戲平臺）旗下的雜誌《Amiga CD Format》1993年號中，對CD遊戲做出了以下評價和展望：
未來的遊戲毫無疑問是屬於CD的，CD遊戲機是一臺神奇的機器，不但提供了更好256色閾的遊戲圖像，也包含了更好的音樂和聲音效果。更大的存儲容量意味著遊戲可以包含更多的動畫，這將使遊戲的交互和打擊感提升到一個更高的水平。
《Amiga CD Format》1993年號
當時部分遊戲的CD價格
一則Doom的廣告
更常見的是DVD，這種光盤格式在現在也非常流行。這種光盤用於存儲數字數據，是對光盤（CD）的升級，因為它的存儲容量可能超過CD的100倍。它還可以提供更好的圖形和更高的分辨率，非常適合電影和遊戲等媒體存儲。信息以微小凹坑的形式嵌入光盤的平面上。然後，激光讀取磁盤，並通過坑的協調和排列來識別信息。有多種不同類型的DVD，有些DVD-ROM是隻讀的，這意味著它們上的數據無法重新寫入。遊戲因使用DVD存儲數據並在其中銷售而受到歡迎，因此播放器可以將光盤插入控制檯的光盤托盤中，直接播放，或從中下載數據以在將來播放。遊戲開發者之所以這麼做，是因為它的製造成本很低，而且製作最好的遊戲所需的數據量都可以放在光盤中。然而，隨著時間的變化和技術的發展，遊戲的尺寸越來越大，較新的控制檯（如PlayStation 3及以上）已開始使用藍光光盤，這是一種更先進的DVD版本，允許更大的數據存儲和更高的質量。不僅如此，遊戲也越來越數字化，甚至不需要光盤，而是直接從互聯網上下載，以可以在電腦所配備的更大的硬盤上存儲遊戲文件。
光學媒體受歡迎的原因很可能是由於其製造成本低，以及不受許多環境威脅的影響，包括電湧或磁干擾。它們也比它的前身磁帶更可靠，更具交互性。與磁帶相比，光盤也可以保存更多的數據，因為與磁帶中使用的微型磁頭相比，激光束具有更高的準確性。這意味著可以進一步壓縮數據。與DVD相比，音樂更傾向於使用CD，因為不需要花額外的錢將數據放在不必要的大磁盤上。這與視頻遊戲不同，因為它們需要更多的數據，總的趨勢是遊戲所需要的動畫和音樂越多，佔用的GB就越多。現在的一款大型3A遊戲的數據量基本都超過了50G，這就是為什麼藍光光盤以及數字下載越來越流行的原因。
總結
簡單地說，遊戲發展的歷史就是數字技術進步的歷史。隨著每一項新發明的出現，遊戲開發商和發行商都充分利用了存儲空間和技術的增長來提升遊戲的各方面的性能。事實證明，即使是很小的，不到1MB的存儲空間，也能創造出有趣好玩的經典遊戲。存儲空間進一步擴大，圖形和畫面表現便成為了遊戲主要升級的方面。到了如今的以G為單位存儲的遊戲，已經可以達到和真實世界相差無幾的遊戲視覺和聽覺體驗，40年的技術發展不斷的帶給遊戲以新的可能。但發展的腳步並沒有減緩，為了達到更真實的畫面效果以及各種物理模擬，存儲技術依然在發展中，雖然不會像上世紀那樣有著指數級的發展速度，摩爾定律也在給計算機以重重的限制，困難和挑戰，但我們依然要對未來賦予更多的幻想，去探索遊戲的更多種可能。
參考資料
1.《Amiga CD Format》1993https://archive.org/details/Amiga_CD_Format_1993_Future_Publishing_GB_supplement_issue_051
2.《Computer Gaming World》issue 127 1995--02https://archive.org/details/Computer_Gaming_World_Issue_127/page/n17/mode/2up
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
6.《Atari I/O 84》http://www.digitpress.com/library/magazines/io/io_spring_84.pdf
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