Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

NEC VR5000.

R5000 является 64-битным, немного младшему (Mipsel) суперскалярная , в заказ дизайн исполнение 2-выпуск микропроцессора , который реализует MIPS IV набор команд архитектуры (ISA) , разработанный Quantum Effect Design (КЭД) в 1996 году проект был финансируется MIPS Technologies, Inc (MTI), также лицензиаром. Затем MTI передала лицензию на разработку Integrated Device Technology (IDT), NEC , NKK и Toshiba . R5000 пришел на смену QED R4600 и R4700.как их флагманский встроенный микропроцессор высокого класса. IDT продавала свою версию R5000 как 79RV5000, NEC как VR5000, NKK как NR5000 и Toshiba как TX5000. R5000 был продан PMC-Sierra, когда компания приобрела QED. Производные R5000 все еще производятся [ когда? ] для встраиваемых систем.

Пользователи [ править ]

Пользователями R5000 на рабочих станциях и серверах были Silicon Graphics, Inc. (SGI) и Siemens-Nixdorf . SGI использовала R5000 в своих бюджетных рабочих станциях O2 и Indy . R5000 также использовался во встроенных системах, таких как сетевые маршрутизаторы и принтеры высокого класса. R5000 нашел свое применение в индустрии аркадных игр, материнские платы с питанием от R5000 использовались Atari [1] и Midway. [2] Первоначально Cobalt Qube и Cobalt RaQиспользовали производную модель RM5230 и RM5231. Qube 2700 использовал микропроцессор RM5230, тогда как Qube 2 использовал RM5231. Первоначальные системы RaQ были оснащены процессорами RM5230 или RM5231, но в более поздних моделях использовались чипы AMD K6-2, а затем, в конечном итоге, процессоры Intel Pentium III для окончательных моделей.

История [ править ]

Первоначальная дорожная карта предусматривала использование 200 МГц в начале 1996 года, 250 МГц в конце 1996 года, а в 1997 году его сменил R5000A. R5000 был представлен в январе 1996 года и не смог достичь 200 МГц, достигнув максимума в 180 МГц. Если позиционироваться как микропроцессор для рабочих станций начального уровня, то в конкуренцию входили IBM и Motorola PowerPC 604 , HP PA-7300LC и Intel Pentium Pro .

Описание [ править ]

Штамп NEC VR5000.

R5000 - это двухсторонняя суперскалярная система, которая выполняет инструкции по порядку . R5000 может одновременно выдавать целые числа и инструкции с плавающей запятой. У него был один простой конвейер для целочисленных инструкций и другой для операций с плавающей запятой, чтобы сэкономить транзисторы и площадь кристалла для снижения стоимости. R5000 не выполнял динамическое прогнозирование ветвлений по причинам стоимости. Вместо этого он использует статический подход, используя подсказки, закодированные компилятором в инструкциях вероятности ветвления, впервые представленных в архитектуре MIPS II, для определения вероятности перехода.

R5000 имел большие кеши L1 , что было отличительной чертой QED, разработчики которого предпочитали простые конструкции с большими кешами. R5000 имел два кэша L1, один для инструкций, а другой для данных. Оба имеют емкость 32 КБ. Кеши являются двусторонними ассоциативными по множеству , имеют размер строки 32 байта и виртуально индексируются с физическими тегами . Инструкции были предварительно закодированы, когда они поступают в кэш инструкций, путем добавления четырех бита к каждой инструкции. Эти четыре бита определяют, могут ли быть выданы вместе и каким исполнительным блоком они выполняются. Это помогло решить проблему суперскалярных инструкций, убрав часть проверки зависимостей и конфликтов с критического пути.

Целочисленный блок выполняет большинство инструкций с задержкой в ​​один цикл и пропускной способностью, за исключением умножения и деления. 32-битные умножения имеют задержку в пять циклов и пропускную способность в четыре цикла. 64-битные умножения имеют четыре дополнительных цикла задержки и половину пропускной способности. У делений есть задержка в 36 циклов и пропускная способность для 32-битных целых чисел, а для 64-битных целых чисел они увеличены до 68 циклов.

Блок с плавающей запятой (FPU) представлял собой быструю конструкцию с одинарной точностью (32 бита) для снижения затрат и в интересах SGI, чьи рабочие станции с трехмерной графикой среднего уровня в основном полагались на математику с одинарной точностью для приложений трехмерной графики. Он был полностью конвейерным, что делало его значительно лучше, чем у R4700.. R5000 реализует инструкцию умножения-сложения MIPS IV ISA. Сложение с одинарной точностью, умножение и умножение-складывание имеют задержку в четыре цикла и пропускную способность в один цикл. Деления с одинарной точностью имеют задержку в 21 цикл и пропускную способность 19 циклов, в то время как квадратные корни имеют задержку в 26 циклов и пропускную способность в 38 циклов. Деление и извлечение квадратного корня не конвейеризовались. Команды, которые работают с числами двойной точности, имеют значительно более высокую задержку и меньшую пропускную способность, за исключением добавления, которое имеет идентичную задержку и пропускную способность с добавлением одинарной точности. Умножение и умножение-сложение имеют задержку в пять циклов и пропускную способность в два цикла. Divide имеет задержку 36 циклов и пропускную способность 34 цикла. Квадратный корень имеет задержку 68 циклов и пропускную способность 66 циклов.

R5000 имеет встроенный контроллер кэш-памяти второго уровня, поддерживающий емкость 512 КБ, 1 МБ и 2 МБ. Кэш L2 использует шину SysAD совместно с внешним интерфейсом. Кэш был построен с использованием настраиваемых синхронных SRAM (SSRAM). Микропроцессор использует шину SysAD, которая также используется несколькими другими микропроцессорами MIPS. Шина мультиплексирована (адрес и данные используют один и тот же набор проводов) и может работать на тактовых частотах до 100 МГц. Первоначальный R5000 не поддерживал многопроцессорность , но в пакете зарезервировано восемь контактов для будущего добавления этой функции.

QED была компанией без фабрики и не создавала собственных разработок. R5000 был изготовлен IDT, NEC и NKK. Все три компании изготовили R5000 с использованием дополнительного процесса металл – оксид – полупроводник (CMOS) толщиной 0,35 мкм , но с разными технологическими особенностями. IDT изготовила R5000 в процессе с двумя уровнями поликремния и тремя уровнями соединения из алюминия . Два уровня поликремния позволили IDT использовать четырехтранзисторную ячейку SRAM, что привело к количеству транзисторов 3,6 миллиона и кристаллу размером 8,7 мм на 9,7 мм (84,39 мм 2).). NEC и NKK изготовили R5000 в процессе с одним слоем поликремния и тремя уровнями соединения из алюминия. Без дополнительного уровня поликремния обеим компаниям пришлось использовать шеститранзисторную ячейку SRAM, что привело к количеству транзисторов 5,0 миллиона и большему кристаллу с площадью около 87 мм 2 . Размер штампа в диапазоне от 80 до 90 мм 2 был заявлен MTI. 0,8 миллиона транзисторов в обеих версиях предназначались для логики, а остальные содержались в кэшах. Он был упакован в решетку из пластиковых шариков с 272 шариками (BGA) или решетку с пластиковыми штырями с 272 контактами (PGA). Он не был совместим по выводам ни с одним предыдущим микропроцессором MIPS.

Производные [ править ]

В конце 1990-х Quantum Effect Design приобрела лицензию на производство и продажу микропроцессоров MIPS у MTI и стала поставщиком микропроцессоров, изменив свое название на Quantum Effect Devices, чтобы отразить свою новую бизнес-модель. Первыми продуктами компании были члены семейства RM52xx, которое изначально состояло из двух моделей: RM5230 и RM5260. Об этом было объявлено 24 марта 1997 года. RM5230 изначально был доступен на частотах 100 и 133 МГц, а RM5260 - на 133 и 150 МГц. 29 сентября 1997 года были представлены новые RM5230 на 150 и 175 МГц, а также RM5260 на 175 и 200 МГц.

И RM5230, и RM5260 являются производными от R5000 и различаются размером своих первичных кэшей (16 КБ каждый вместо 32 КБ), шириной своих системных интерфейсов (RM5230 имеет 32-битную шину SysAD 67 МГц и RM5260, 64-битная шина SysAD 75 МГц), а также добавление команд умножения-сложения и умножения с тремя операндами для приложений цифровой обработки сигналов . Эти микропроцессоры были изготовлены Тайваньской производственной компанией полупроводников (TSMC) по технологии 0,35 мкм с тремя уровнями межсоединений. Они были упакованы компанией Amkor Technology в свои корпуса Power-Quad 4, RM5230 в 128-контактной версии и RM5260 в 208-контактной версии.

Позже к семейству RM52xx присоединился RM5270, о котором было объявлено на конференции по встроенным системам 29 сентября 1997 года. RM5270, предназначенный для высокопроизводительных встраиваемых приложений, был доступен на частотах 150 и 200 МГц. Улучшения заключались в добавлении встроенного контроллера вторичной кэш-памяти, поддерживающего до 2 МБ кэш-памяти. Шина SysAD имеет ширину 64 бита и может работать на частоте 100 МГц. Он был упакован в 304-контактный Super-BGA (SBGA), который был совместим по выводам с RM7000 и предлагался в качестве пути перехода на RM7000.

QED RM52x1 штамп.

20 июля 1998 года было объявлено о семействе RM52x1. Семейство состояло из RM5231, RM5261 и RM5271. Эти микропроцессоры были производными от соответствующих устройств семейства RM52x0, изготовленных по технологии 0,25 мкм с четырьмя слоями металла. RM5231 изначально был доступен на частотах 150, 200 и 250 МГц; тогда как RM5261 и RM5271 были доступны на частотах 250 и 266 МГц. 6 июля 1999 г. был выпущен 300 МГц RM5271 по цене 140 долларов США в количестве 10 000 штук. RM52x1 был улучшен по сравнению с предыдущим семейством с более крупными первичными кэшами 32 КБ и более быстрой шиной SysAD, которая поддерживала тактовые частоты до 125 МГц.

После того, как компания QED была приобретена PMC-Sierra , семейства RM52xx и RM52x1 были продолжены как продукты PMC-Sierra. 4 апреля 2001 года компания PMC-Sierra представила две производные модели RM52x1, RM5231A и RM5261A. Эти микропроцессоры были изготовлены TSMC по технологии 0,18 мкм и отличаются от предыдущих устройств более высокими тактовыми частотами и более низким энергопотреблением. RM5231A был доступен с тактовой частотой от 250 до 350 МГц, а RM5261A - от 250 до 400 МГц.

R5900, используемый в Sony PlayStation 2, представляет собой модифицированную версию процессора R5000, получившего название Emotion Engine, с настраиваемым расположением кэша инструкций / данных и запатентованными Sony 107 векторными расширениями SIMD Multimedia Extensions (MMI). Его собственный FPU не соответствует стандарту IEEE 754, в отличие от FPU, используемых R5000. Он также имеет второе ядро ​​MIPS, которое действовало как контроллер синхронизации для специализированных векторных сопроцессоров, важных для трехмерной математики, которая в то время в основном вычислялась на ЦП.

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Система 16 - Оборудование Atari Сиэтл (Atari)» . www.system16.com . Проверено 30 ноября 2015 года .
  2. ^ «Система 16 - оборудование Midway Seattle (Midway)» . www.system16.com . Проверено 30 ноября 2015 года .
  • Computergram (8 января 1996 г.). «Совместимость с MIPS с R5000, преемником 4600/4700». Обзор компьютерного бизнеса .
  • Гвеннап, Линли (22 января 1996 г.). «R5000 улучшает FP для среднего уровня MIPS». Отчет микропроцессора , 10 (1).
  • Халфхилл, Том Р. (апрель 1996 г.). «R5000 снижает 3-D стоимость». Байт .
  • Халфхилл, Том Р. (май 1996 г.). «Mips R5000: быстрое и доступное трехмерное изображение». Байт , 161–162.
  • MIPS Technologies, Inc. Техническая справка по микропроцессору MIPS R5000 .
  • PMC-Sierra, Inc. (4 апреля 2001 г.). «PMC-Sierra поставляет микропроцессоры третьего поколения R5200A MIPS». Пресс-релиз.
  • Устройства на квантовых эффектах (24 марта 1997 г.). «QED представляет семейство микропроцессоров RM52xx». Пресс-релиз.
  • Устройства на квантовых эффектах (29 сентября 1997 г.). «QED представляет суперскалярный 64-разрядный микропроцессор RM5270». Пресс-релиз.
  • Устройства на квантовых эффектах (20 июля 1998 г.). «QED представляет семейство микропроцессоров RM52x1». Пресс-релиз.
  • Устройства на квантовых эффектах (6 июля 1999 г.). «QED RM5271 доступен сразу на частоте 300 МГц». Пресс-релиз.