Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

В этой статье описывается процессор, память и другие компоненты домашней игровой приставки Nintendo 64 1996 года .

Компоненты [ править ]

См. Также: Характеристики программирования Nintendo 64
Материнская плата Nintendo 64 с отображением ЦП, RCP и RDRAM.
  • ЦП : 64-разрядный NEC VR4300 ( MIPS R4300i ) с кеш-памятью L1 24 КБ, работающий на частоте 93,75 МГц .
  • Графический процессор : 64-битный сопроцессор реальности , работающий на частоте 62,5  МГц и более полумиллиарда арифметических операций в секунду, способный выполнять двойные скалярные и векторные операции при правильных обстоятельствах. [2] Это микрокода -reprogrammable T & L GPU, [3] , состоящий из двух интегрированных процессоров: реальность сигнальный процессор (RSP) и реальность Дисплей Процессор (RDP). [4]
    • Видеоинтерфейс (VI) считывает данные из буфера кадров, используя фиксированный интервал времени, и отправляет их в DA (цифро-аналоговый) преобразователь (видео ЦАП) для создания видеовыхода.
    • Аудиоинтерфейс (AI) считывает данные из аудиобуфера с использованием фиксированного интервала времени и отправляет их в DA (цифро-аналоговый) преобразователь (аудио ЦАП) для вывода звука.
    • Параллельный интерфейс (PI) управляет конфигурацией и передачей данных между параллельными устройствами через картридж и порты расширения.
    • Последовательный интерфейс (SI) обеспечивает связь между последовательными устройствами (игровыми контроллерами и аксессуарами) через микросхему PIF (периферийный интерфейс).
    • Интерфейс RDRAM (RI) настраивает модули динамической памяти.
    • Интерфейс микропроцессора (MI) обрабатывает прерывания и другие параметры оборудования.
    • Аппаратные особенности: наложение текстуры с коррекцией перспективы, [5] сглаживание , [4] Z-буферизация , [6] билинейная фильтрация , [7] трилинейная фильтрация , [5] затенение по Гуро , 8-битное альфа-смешивание , уровень детализации управление, [6] цвет манипуляция, YUV в RGB текстуры преобразования.
    • Пиковая скорость заполнения (в зависимости от конфигурации конвейера RDP или режима):
      • 31,25 мегапикселей в секунду (текстурирование, коррекция перспективы, билинейная фильтрация, полупрозрачность, Z-буферизация, mipmapping, туман; обозначен двухцикловый режим).
      • 62,5  МП / с (текстурирование, коррекция перспективы, билинейная фильтрация, полупрозрачность, Z-буферизация; обозначается одноцикловый режим).
      • 125–250  МП / с ( режим заливки, режим копирования ). [7]
  • Аудио: 16-битное, стерео, качество CD . [6]
    • Количество голосов ADPCM : 16–24 каналов с PCM со сдвигом высоты тона , теоретически возможно до 100 каналов PCM. [6]
    • Частота дискретизации: 44,1 кГц или 48 кГц, по выбору.
  • 4 (4,5) МБ 250 МГц (эффективная 500 МГц) RDRAM (Rambus DRAM ) [8] на общей 9-битной шине с пиковой пропускной способностью 562,5  МБ / с , с возможностью увеличения до 8 (9) МБ с помощью Expansion Pak . Различный подсчет памяти связан с тем, что 9-й бит доступен RCP только для таких задач, как сглаживание или Z-буферизация.
  • ПЗУ картриджа ( Nintendo 64 Game Pak ) шина работает со скоростью 264 МБ / с.
  • Разрешение : 240p (320x240), 288p (384x288), 480i (640x480), 576i (720x576), широкоформатный режим с использованием почтового ящика или анаморфного сжатия.
  • Цветовая палитра : 16 777 216 ( глубина цвета 24 бита ), 2097 152 возможных цвета (цвет 21 бит) на экране. [6]

Центральный процессор [ править ]

Центральный процессор CPU-NUS VR4300

Центральный процессор (ЦП) Nintendo 64 - это NEC VR4300 [9], лицензионный вариант 64-битной MIPS Technologies R4300i , которая сама по себе является производной от MIPS R4200 по сниженным ценам. VR4300, построенный NEC по 350-  нм техпроцессу , представляет собой 5-ступенчатый скалярный процессор RISC для последовательного выполнения , внутренний кэш L1 размером 24  КБ с прямым отображением [10] (16 КБ для инструкций, 8 КБ для данных). Хотя модуль с плавающей запятой существует как логический сопроцессор, он разделяет целочисленный арифметический сумматор и устройство сдвига, что означает, что инструкции с плавающей запятой остановят целочисленный конвейер. [11] 120-контактныйЦП на1,7 миллиона транзисторов изготавливается с размером процесса 350 нм и имеет площадь кристалла 45 мм 2 . Он рассеивает около 1,8 Вт (значение дано для стандартной детали VR4300 с частотой 100 МГц) и пассивно охлаждается алюминиевым радиатором, который контактирует со стальным радиатором выше.

VR4300 N64 с тактовой частотой 93,75 МГц обычно считается самым мощным консольным процессором пятого поколения игровых консолей . [12] За исключением своей более узкой 32-битной системной шины, VR4300 сохраняет вычислительные возможности 64-битной MIPS R4200, [9] хотя некоторые названия используют преимущества операций 64-битной точности данных . В играх N64 обычно используются более быстрые и компактные 32-битные операции с данными, [13] [ опубликованный самостоятельно источник ]поскольку их достаточно для создания данных 3D-сцены для блока RSP (Reality Signal Processor) консоли. Кроме того, 32-битный код выполняется быстрее и требует меньше места для хранения, что стало ценным преимуществом современных технологий. ЦП ограничен шиной со скоростью 562,5 МБ / с для системного ОЗУ, и для доступа к ОЗУ ЦП должен пройти через сопроцессор реальности (RCP) и не может использовать DMA для этого, как это может делать RCP. Эта проблема еще больше усугубляется высокой задержкой доступа к RDRAM .

Программы, эмулирующие Nintendo 64, выигрывают от недостатка 64-битных операций в исполняемом коде игры, особенно при работе с 32-битной машинной архитектурой в качестве хоста. Большинство этих эмуляторов выполняют большую часть вычислений с 32-битной точностью и улавливают несколько подпрограмм, которые фактически используют 64-битные инструкции. [13] [ самостоятельно опубликованный источник ]

Сопроцессор реальности [ править ]

РЦП-НУС «Сопроцессор реальности»

Графические и звуковые функции Nintendo 64 выполняет 64-битный сопроцессор SGI , названный Reality Coprocessor, или RCP. RCP - это микросхема с частотой 62,5 МГц, внутренне разделенная на два основных компонента: процессор отображения реальности (RDP) и процессор сигналов реальности (RSP). Каждая область связывается с другой посредством 128-битной внутренней шины данных , обеспечивающей пропускную способность 1,0 ГБ / с. RCP был разработан операционным отделом SGI Nintendo во главе с инженером доктором Вэй Йеном (который позже основал ArtX в 1997 году). [14] РКП был изготовлен NEC , используя его 350 нм 3LM CMOS процесс, который NEC представила в 1994 году. Процессор содержит 2,6  миллиона транзисторов, изготовленных с использованием этого процесса. 160-контактный процессор имеет размер кристалла 81  мм 2 , что дает ему плотность транзисторов более 32 000 на мм 2 . [15] Расчетное тепловыделение составляет 2,8 Вт.

RSP - это 128-битный векторный процессор целых чисел на базе MIPS R4000 . Он может обращаться только к своим локальным хранилищам данных 4  КиБ и 4  КиБ, и ему не хватает средств для системных задач, таких как прерывания. Он программируется с помощью микрокода , что позволяет при необходимости значительно изменять функции чипа в зависимости от названия программного обеспечения, чтобы обеспечить различные типы работы, точность и рабочие нагрузки. Ряд микрокодов был предоставлен Nintendo [16] [17], в то время как некоторые компании, такие как Rare и Factor 5 , позже разработали свои собственные микрокоды. RSP выполняет расчеты преобразования, отсечения и освещения , а также настройку треугольника.

Вместо дискретного звукового процессора RSP часто выполняет звуковые функции, хотя и с этим можно поручать ЦП. Он может воспроизводить большинство типов аудио (в зависимости от программных кодеков ), включая несжатый PCM , MP3 , MIDI и музыку с трекера . RSP теоретически может одновременно поддерживать до 100 каналов PCM, но только в том случае, если все системные ресурсы предназначены для звука. Максимальная частота дискретизации составляет 48 кГц с 16-битным звуком. На практике, однако, ограничения хранения, вызванные форматом картриджа ПЗУ , ограничивают размер звука и, следовательно, качество. [18]Некоторые игры предназначены для более высокого качества звука, когда доступны расширения памяти, например, F-Zero X Expansion Kit . [19] [20]

Процессор отображения реальности - это растеризатор с фиксированным конвейером и механизм рисования пикселей (включая Z-буферизацию ). [4] Протокол RDP выполняет растеризацию по порядку, отрисовку или текстурирование пикселей в буфере кадра, с отдельным внешним интерфейсом памяти, как напрямую обращаясь к памяти, так и перемещая данные в локальный кэш текстур и из него .

Системная оперативная память подключена к RCP по шине со скоростью 562,5 МБ / с. ЦП обращается к ОЗУ через карту памяти RCP, используя системную шину адреса / данных. RCP имеет контроллеры DMA во многих своих интерфейсах, а его внутренний арбитр шины обрабатывает приоритеты между ними. RCP, как и ЦП, пассивно охлаждается алюминиевым радиатором, который контактирует со стальным радиатором наверху.

Память [ править ]

Rambus RDRAM18-NUS, ранний вариант с двумя микросхемами

Последним основным компонентом системы является оперативная память или ОЗУ. Следуя традициям разработки суперкомпьютеров SGI, Nintendo 64 реализовала унифицированную архитектуру памяти (UMA) вместо отдельных банков памяти для ЦП, аудио и видео, как это было у конкурентов. Сам по себе состоит из ОЗУ 4,5  мегабайта в Rambus RDRAM , изготовленном NEC , из которых только 4 МБ видны на CPU; остальное используется исключительно RCP для таких задач, как сглаживание и Z-буферизация. [21] Системная оперативная память расширяется до 9 МБ с помощью Expansion Pak.. ОЗУ имеет 9-битную шину данных с частотой 250 МГц; поскольку RDRAM передает данные как на нарастающем, так и на спадающем фронте сигнала (метод, также известный как DDR ), он предоставляет системе пиковую пропускную способность 562,5 МБ / с, совместно используемую ЦП и RCP.

В то время технология Rambus была довольно новой и предлагала Nintendo возможность обеспечить большую пропускную способность по относительно низкой цене. Узкая шина делает конструкцию платы проще и дешевле, чем шины данных большей ширины, необходимые для высокой пропускной способности из типов ОЗУ с более медленной тактовой частотой (таких как VRAM или EDO DRAM ); Таким образом, материнская плата N64 могла быть спроектирована всего с 2 слоями. Однако в то время RDRAM имела очень высокую задержку доступа. Сочетание высокой пропускной способности и высокой задержки означало, что от разработчиков требовались значительные усилия для достижения оптимальных результатов. [18] В ранних версиях N64 используются две микросхемы ОЗУ по 18 Мбит; ок. В 1998 году они были заменены одним чипом на 36 Мбит, который использовался в Expansion Pak.

В Nintendo 64 игры Pak картриджи ROM были намного быстрее , чем современные CD-ROM дисков, данные могут передаваться в режиме реального времени с патронами , как будто они являются дополнительными RAM, тем самым максимизируя эффективность оперативной памяти системы. [22] [ требуется уточнение ] Это была обычная практика для разработчиков многих игр, таких как Nintendo EAD «s Super Mario 64 [23] или Фактор 5 » сек Индиана Джонс и Адская машина . [24]

Видео [ править ]

Система позволяет выводить видео в двух форматах: композитное видео [25] и S-Video . Это достигается с помощью патентованного разъема «MULTI OUT» на задней панели системы, который был перенесен из SNES и позже повторно использован на GameCube. Хотя микросхема цифро-аналогового преобразователя , используемая в ранних моделях, имела возможность создавать RGB- видео, она не была подключена по умолчанию для этой цели, а в более поздних версиях полностью отсутствовали контакты для этой цели.

К системе прилагался композитный кабель (обозначенный Nintendo Stereo A / V cable). Отдельно (и включенный в систему в Великобритании) [ необходима ссылка ] были RF- модулятор и набор переключателей (для подключения к более старым телевизорам) и официальный кабель S-Video, хотя последний продавался только в розничных магазинах в Японии. В США официальный кабель S-Video можно было заказать только напрямую в Nintendo of America, в то время как на территориях PAL вообще официально не продавался кабель S-Video. Кроме того, Nintendo исключила несколько компонентов из тракта сигнала S-Video в консолях PAL, а это означает, что использование немодифицированного кабеля S-Video NTSC приведет к слишком яркому, яркому изображению или вообще к отсутствию изображения.

Система поддерживает разрешение стандартной четкости до 480i ( 576i для устройств PAL). Немногие игры используют этот режим, и большинство из них также требуют использования обновления RAM Expansion Pak . В большинстве игр вместо этого используются режимы системы с низким разрешением 240p (288p для моделей PAL). Ряд игр также поддерживает широкоэкранные соотношения сторон экрана с использованием анаморфотного широкоэкранного изображения или почтового ящика . Игры с поддержкой этого включают Banjo-Tooie , Donkey Kong 64 , GoldenEye 007 , 007: The World Is Not Enough , Jet Force Gemini ,Perfect Dark , Starshot: Space Circus Fever , Turok 2: Seeds of Evil , Turok 3: Shadow of Oblivion , Mission Impossible , Hybrid Heaven и South Park . [ необходима цитата ]

См. Также [ править ]

  • Характеристики программирования Nintendo 64

Ссылки [ править ]

  1. ^ Микропроцессоры MIPS RISC , Технологии MIPS
  2. ^ https://ultra64.ca/files/documentation/silicon-graphics/SGI_Nintendo_64_RSP_Programmers_Guide.pdf , стр. 23
  3. ^ Нинтендо 64 является одним из самых больших игровых устройств всех времен , Kinja
  4. ^ a b c «Ультра 64 так же хороша, как утверждает Silicon Graphics?». Следующее поколение . № 14. Imagine Media . Февраль 1996. С. 6–11.
  5. ^ а б «Нинтендо 64». Ежемесячный журнал электронных игр . № 86. Зифф Дэвис . Сентябрь 1996. С. 56–57.
  6. ^ a b c d e Next Generation , выпуск 24 (декабрь 1996 г.), стр. 74
  7. ^ a b Программирование RDP , Руководство по программированию Nintendo 64 , Nintendo of America
  8. ^ "Технические характеристики Ultra 64". Следующее поколение . № 14. Imagine Media . Февраль 1996. с. 40.
  9. ^ a b «Основные характеристики серии VR4300TM» . NEC . Проверено 20 мая 2006 года .
  10. ^ "МИКРОПРОЦЕССОР R4300i" (PDF) . мипс. Архивировано из оригинального (PDF) 30 октября 2007 года . Проверено 5 марта 2009 года .
  11. ^ «Руководство пользователя. VR4300 ™, VR4305 ™, VR4310 ™ 64-битный микропроцессор» (PDF) . NEC. 2000. С. 47, 208, 637, 639 . Проверено 1 сентября 2017 года .
  12. ^ «Игровые приставки» . Архивировано из оригинального 27 марта 2010 года . Проверено 11 января 2009 года .
  13. ^ a b «N64, Бог всех систем» . Группы Google. 26 июля 1997 . Проверено 20 мая 2006 года .
  14. ^ "Это живо!" . IGN. 12 марта 1999 . Проверено 25 июня 2014 года .
  15. ^ «Реальный сопроцессор - сила Nintendo64» (PDF) . Силиконовая графика . Проверено 18 июня 2019 года .
  16. ^ https://level42.ca/projects/ultra64/Documentation/man/pro-man/pro25/index25.1.html
  17. ^ http://n64devkit.square7.ch/qa/graphics/ucode.htm
  18. ^ а б «Нинтендо 64» . Проверено 11 января 2009 года .
  19. ^ "Краткая история F-Zero" . IGN. Архивировано из оригинала на 15 июня 2009 года . Проверено 22 марта 2008 года .
  20. ↑ Шнайдер, Пер (25 августа 2003 г.). «Руководства: Руководство F-Zero GX (История)» . IGN. Архивировано из оригинала на 15 июня 2009 года . Проверено 8 августа 2007 года .
  21. ^ Nintendo 64 Архитектура - это практический анализ , Родриго Copetti.
  22. ^ «Nintendo раскрывает новые подробности о 64DD на конференции разработчиков N64» . Нинтендо Америки. 1997. Архивировано из оригинала 6 июня 1997 года . Проверено 11 января 2015 года .
  23. ^ "Резюме панельной дискуссии в Шошинкай" . Нинтендо Америки. Архивировано из оригинального 22 декабря 1996 года . Проверено 11 января 2015 года .
  24. ^ "Приведение Инди в N64 (Адская машина)" . IGN. 9 ноября 2000 . Проверено 27 марта 2008 года .
  25. ^ «Поддержка Nintendo: подключение Nintendo 64 AV к телевизору» . Nintendo . Проверено 28 февраля 2010 года .