Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с сопроцессора реальности )
Перейти к навигации Перейти к поиску

В этой статье описывается процессор, память и другие компоненты домашней игровой консоли 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 кадра, 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 временного интервала 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 возможности: 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; обозначен одноцикловый режим).
      • 125–250  МП / с ( режим заполнения, режим копирования ). [7]
  • Аудио: 16 бит, 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 . Различия в подсчете памяти связаны 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 (320 × 240), 288p (384 × 288), 480i (640 × 480), 576i (720 × 576), 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 24  КБ кэш L1 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-контактный 1,7-миллионный транзисторный ЦП изготовлен с размером процесса 350 нм и имеет площадь кристалла 45 мм 2. Он рассеивает около 1,8 Вт (цифра приведена для стандартной детали VR4300 с частотой 100 МГц) и пассивно охлаждается.помощью алюминиевого теплоотводакоторый вступаетконтакт с стальным радиатором выше.

Обладая тактовой частотой 93,75 МГц, VR4300 N64 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] [ самостоятельно опубликованный 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 562,5 МБ / с для системной ОЗУ, и для доступа к ОЗУ ЦП должен пройти через сопроцессор реальности (RCP) и не может использовать DMA для этого, как RCP. Эта проблема еще более 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 взаимодействует с другой посредством 128-битной внутренней шины данных , обеспечивающей пропускную способность 1,0 ГБ / с. RSP - это 128-битный векторный процессор целых чисел на базе MIPS R4000 . Он программируется с помощью микрокода , что позволяет при необходимости значительно изменять функции микросхемы в зависимости от названия программного обеспечения, чтобы обеспечить различные типы работы, точность и рабочие нагрузки. Ряд микрокодов был предоставлен Nintendo, [14] [15]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. Процессор отображения реальности - это в первую очередь растеризатор пикселей Nintendo 64 , а также обрабатывает вычисление Z-буфера консоли . [4]

RCP был разработан операционным отделом SGI Nintendo во главе с инженером доктором Вэй Йеном (который позже основал ArtX в 1997 году). [16] RCP был произведен NEC с использованием 350-нм 3LM CMOS- процесса , 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 . [17] Расчетное тепловыделение составляет 2,8 Вт.

Вместо дискретного звукового процессора RSP часто выполняет звуковые функции, хотя центральному процессору также можно поручить это. Он может воспроизводить большинство типов аудио (в зависимости от программных кодеков ), включая несжатый PCM , MP3 , MIDI и музыку с трекера . RSP теоретически может поддерживать максимум 100 каналов PCM одновременно, но только в том случае, если все системные ресурсы предназначены для звука. Максимальная частота дискретизации составляет 48 кГц при 16-битном звуке. 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]

RDP выполняет растеризацию , генерируя из геометрии пиксели, которые необходимо заполнить перед выводом на дисплей.

Системная оперативная память подключена к RCP через шину 562,5 МБ / с. CPU обращается к RAM 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 двухчиповый вариант

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 может быть расширена 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 полосу пропускания 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 у RDRAM была очень высокая задержка доступа. Сочетание высокой пропускной способности и высокой задержки означало, что от разработчиков требовались значительные усилия для достижения оптимальных результатов. [18] Ранние версии N64 используют две микросхемы ОЗУ 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 , использовавшаяся в ранних моделях, имела возможность воспроизводить RGB- видео, она не была подключена по умолчанию для этой цели, а в более поздних версиях полностью отсутствовали разъемы 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 чрезмерно 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 анаморфного широкоформатного 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) . mips. Архивировано из оригинального (PDF) 30 октября 2007 года . Проверено 5 марта 2009 года .
  11. ^ «Руководство пользователя. VR4300 ™, VR4305 ™, VR4310 ™ 64-разрядный 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. ^ https://level42.ca/projects/ultra64/Documentation/man/pro-man/pro25/index25.1.html
  15. ^ http://n64devkit.square7.ch/qa/graphics/ucode.htm
  16. ^ "Это живо!" . IGN. 12 марта 1999 . Проверено 25 июня 2014 года .
  17. ^ «Реальный сопроцессор - сила Nintendo64» (PDF) . Силиконовая графика . Проверено 18 июня 2019 года .
  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 к 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 .