Technické specifikace Nintendo 64 - Nintendo 64 technical specifications
Tento článek popisuje procesor, paměť a další součásti domácí herní konzole Nintendo 64 z roku 1996 .
Komponenty
-
CPU : 64bitový NEC VR4300 ( MIPS R4300i ) s 24 kB mezipaměti L1, běžící na frekvenci 93,75 MHz .
- Výkon: 125 MIPS ( milion instrukcí za sekundu ), 93,75 MFLOPS (milion operací s pohyblivou řádovou čárkou za sekundu).
-
GPU : 64bitový realitní koprocesor , běžící na 62,5 MHz a více než půl miliardy aritmetických operací za sekundu, schopný duálních emisí skalárních a vektorových operací za správných okolností. Jedná se o T&L GPU s programováním na mikrokód , složený ze dvou integrovaných procesorů: Reality Signal Processor (RSP) a Reality Display Processor (RDP).
- Video Interface (VI) čte data z vyrovnávací paměti snímků pomocí pevného časového intervalu a odesílá je do převodníku DA (digitální na analogový) (video DAC), aby vytvořil video výstup.
- Audio Interface (AI) čte data ze zvukové vyrovnávací paměti pomocí pevného časového intervalu a odesílá je do převodníku DA (digitální na analogový) (audio DAC), aby vytvořil zvukový výstup.
- Parallel Interface (PI) zpracovává konfiguraci a přenosy dat mezi paralelními zařízeními přes porty kazety a rozšíření.
- Serial Interface (SI) zpracovává komunikaci mezi sériovými zařízeními (herní ovladače a příslušenství) prostřednictvím čipu PIF (periferní rozhraní).
- Rozhraní RDRAM Interface (RI) konfiguruje dynamické paměťové moduly.
- Rozhraní mikroprocesoru (MI) zpracovává přerušení a další hardwarové parametry.
- Hardwarové funkce: mapování textur s korekcí perspektivy, vyhlazování , ukládání do vyrovnávací paměti Z , bilineární filtrování , trilineární filtrování , Gouraudovo stínování , 8bitové míchání alfa , úroveň správy detailů , klíčování barev, konverze textury YUV na RGB.
- Peak fillrate (podle konfigurace potrubí RDP nebo režimu):
- 31,25 megapixelů za sekundu (texturování, korekce perspektivy, bilineární filtrování, průsvitnost, Z-pufrování, mipmapování, mlha; označovaný dvoucyklový režim).
- 62,5 MP/s (texturování, korekce perspektivy, bilineární filtrování, průsvitnost, ukládání do vyrovnávací paměti Z; označováno jako režim jednoho cyklu ).
- 125–250 MP/s ( režim plnění, režim kopírování ).
- Zvuk: 16bitový, stereo, kvalita CD .
- 4 (4,5) MB 250 MHz (500 MHz efektivní) RDRAM (Rambus DRAM ) na sdílené 9bitové sběrnici se špičkovou šířkou pásma 562,5 MB/s , s možností rozšíření na 8 (9) MB . Rozdílné počítání paměti je způsobeno tím, že 9. bit je k dispozici pouze RCP pro úkoly, jako je vyhlazování nebo ukládání do vyrovnávací paměti Z.
- Sběrnice ROM cartridge ( Nintendo 64 Game Pak ) běžící rychlostí 264 MB/s.
- Rozlišení : 240p (320 × 240), 288p (384 × 288), 480i (640 × 480), 576i (720 × 576), širokoúhlý pomocí formátu letterbox nebo anamorfní komprese.
- Barevná paleta : 16777216 ( 24-bitová barevná hloubka ), 2,097,152 možných barev (21-bit barevný) na obrazovce.
Centrální procesorová jednotka
Centrální procesorovou jednotkou (CPU) Nintendo 64 je NEC VR4300, licencovaná varianta 64bitové MIPS Technologies R4300i , sama o sobě nákladově snížený derivát MIPS R4200. Postavený NEC na 350 nm procesu je VR4300 je RISC 5-stupňové skalární za-účelem provedení procesor, vnitřní otevřená 24 KB přímý mapované L1 cache (16 Kb, aby instrukce, 8 KB pro data). Přestože jednotka s plovoucí desetinnou čárkou existuje jako logický koprocesor, sdílí celočíselný aritmetický sčítač a posunovač, což znamená, že instrukce s plovoucí desetinnou čárkou zastaví celočíselné potrubí. 120pinový 1,7 milionu tranzistorových CPU je vyráběno s procesní velikostí 350 nm a má plochu matrice 45 mm 2 . Rozptýlí se téměř 1,8 wattu (údaj je uveden pro základní součást VR4300 o frekvenci 100 MHz) a je pasivně chlazen hliníkovým rozdělovačem tepla, který je v kontaktu s ocelovým chladičem výše.
S taktovací frekvencí 93,75 MHz je N64 VR4300 obecně považován za nejvýkonnější konzolový procesor páté generace herních konzolí . Kromě své užší 32bitové systémové sběrnice si VR4300 zachovává výpočetní schopnosti 64bitového MIPS R4200, i když jen málo titulů využívá 64bitové operace přesnosti dat . Herní tituly N64 obecně využívají rychlejší a kompaktnější 32bitové datové operace, protože ty jsou dostatečné pro generování dat 3D scény pro jednotku RSP (Reality Signal Processor) konzoly. 32bitový kód se navíc spouští rychleji a vyžaduje méně úložného prostoru, což je u současné technologie prémiové. CPU je omezeno sběrnicí 562,5 MB/s na systémovou RAM, a aby se k RAM dostalo, musí projít procesorem Reality Coprocessor (RCP) a nemůže k tomu použít DMA , jak to dokáže RCP. Tento problém je dále umocněn vysokou latencí přístupu RDRAM .
Programy emulující Nintendo 64 těží z nedostatku 64bitových operací ve spustitelném kódu hry, zejména pokud běží jako hostitel s 32bitovou architekturou stroje. Většina těchto emulátorů provádí většinu výpočtů s 32bitovou přesností a zachycuje několik podprogramů, které ve skutečnosti využívají 64bitové instrukce.
Koprocesor reality
Grafické a zvukové povinnosti Nintendo 64 vykonává 64bitový koprocesor SGI s názvem Reality Coprocessor nebo RCP. RCP je 62,5 MHz čip, který je vnitřně rozdělen na dvě hlavní součásti, Reality Display Processor (RDP) a Reality Signal Processor (RSP). Každá oblast s druhou komunikuje prostřednictvím 128bitové interní datové sběrnice, která poskytuje šířku pásma 1,0 GB/s. RCP bylo vyvinuto oddělením Nintendo Operations společnosti SGI, které vedl inženýr Dr. Wei Yen (který později založil ArtX v roce 1997). RCP vyrobila společnost NEC pomocí svého 350 nm 3LM CMOS procesu , který NEC zavedla v roce 1994. Procesor obsahuje 2,6 milionu tranzistorů vyrobených tímto způsobem. 160pinový procesor má velikost matrice 81 mm 2 , což mu dává hustotu tranzistoru přes 32 000 na mm 2 . Tepelný ztrátový výkon je 2,8 W.
RSP je 128bitový celočíselný vektorový procesor založený na MIPS R4000 . Je schopen adresovat pouze své 4 kiB instrukce a 4 kiB datová lokální úložiště a postrádá zařízení pro systémové úkoly, jako jsou přerušení. Je programovatelný pomocí mikrokódu , což umožňuje v případě potřeby výrazně změnit funkce čipu každým softwarovým titulem, což umožňuje různé typy práce, přesnost a pracovní zátěž. Nintendo poskytlo několik mikrokódů, zatímco několik společností, jako jsou Rare a Factor 5 , později vyvinulo vlastní mikrokódy. RSP provádí výpočty transformace, oříznutí a osvětlení a nastavení trojúhelníku.
Namísto diskrétního zvukového procesoru RSP často provádí zvukové funkce, ačkoli CPU může být také pověřen tímto. Může přehrávat většinu typů zvuku (v závislosti na softwarových kodecích ) včetně nekomprimované hudby PCM , MP3 , MIDI a tracker . RSP je teoreticky schopen maximálně 100 kanálů PCM najednou, ale pouze v případě, kdy jsou všechny systémové prostředky věnovány zvuku. Má maximální vzorkovací frekvenci 48 kHz se 16bitovým zvukem. V praxi však omezení úložiště způsobená formátem ROM kazety omezují velikost zvuku a tím i kvalitu. Některé herní tituly jsou určeny pro vyšší kvalitu zvuku, pokud jsou k dispozici skladování expanze, stejně jako u F-Zero X Expansion Kit .
Reality Display Processor je rasterizer s pevným potrubím a modul pro kreslení pixelů (včetně vyrovnávací paměti Z ). Protokol RDP provádí v pořadí rastrování a kreslení nebo texturování pixelů v framebufferu se samostatným frontendem paměti, který přímo přistupuje k paměti a přesouvá data do az mezipaměti textur místního úložiště .
Systémová paměť RAM je k RCP připojena prostřednictvím sběrnice 562,5 MB/s. CPU přistupuje k RAM prostřednictvím mapy paměti RCP pomocí systémové adresy/datové sběrnice. RCP má v mnoha rozhraních řadiče DMA a jeho interní sběrnicový arbitr zpracovává priority mezi nimi. RCP, stejně jako CPU, je pasivně chlazen hliníkovým rozdělovačem tepla, který navazuje kontakt s ocelovým chladičem výše.
Paměť
Poslední hlavní součástí systému je paměť s náhodným přístupem neboli RAM. V návaznosti na své designové dědictví v superpočítačích SGI implementovala Nintendo 64 unifikovanou paměťovou architekturu (UMA), místo aby měla oddělené banky paměti pro CPU, audio a video, jak je vidět na jejích konkurentech. RAM se skládá ze 4,5 MB z Rambus RDRAM , vyrobeného podle NEC , z nichž pouze 4 MB jsou viditelné na CPU; zbytek používá výhradně RCP pro úkoly, jako je vyhlazování a ukládání do vyrovnávací paměti Z. Systémovou paměť RAM lze pomocí Expansion Pak rozšířit na celkem 8 MB. RAM má 9bitovou datovou sběrnici na 250 MHz; protože RDRAM přenáší data na stoupající i sestupné hraně signálu (technika známá také jako DDR ), poskytuje systému špičkovou šířku pásma 562,5 MB/s, sdílenou mezi CPU a RCP.
Technologie Rambus byla v té době zcela nová a nabízela Nintendu způsob, jak zajistit velké množství šířky pásma za relativně nízké náklady. Úzká sběrnice usnadňuje a zlevňuje návrh desek než datové sběrnice s vyšší šířkou požadované pro velkou šířku pásma z pomalejších typů RAM (jako je VRAM nebo EDO DRAM ); tímto způsobem mohla být základní deska N64 navržena pouze se 2 vrstvami. V té době však RDRAM přišel s velmi vysokou latencí přístupu. Kombinace vysoké šířky pásma a vysoké latence znamenala, že vývojáři museli vyvinout značné úsilí k dosažení optimálních výsledků. Počáteční revize N64 používají dva 18 Mbit RAM čipy; v ca. 1998 tyto byly nahrazeny jediným 36 Mbit čipem, stejně jako byl použit na Expansion Pak.
Na Nintendo 64 Game Pak solid state cartridge byly mnohem rychlejší než současných CD-ROM mechaniky, pevnosti, které umožnily vývojářům přenášet data z nich v reálném čase, jako by se jednalo o další RAM, čímž se uvolní systémovou paměť pro zpracování dalších věcí. To byla běžná praxe pro vývojáře mnoho her, jako je Nintendo EAD je Super Mario 64 nebo faktoru 5 's Indiana Jones a pekelný stroj .
Video
Systém umožňuje video výstup ve dvou formátech: kompozitní video a S-Video . Toho je dosaženo prostřednictvím patentovaného konektoru „MULTI OUT“ na zadní straně systému, který byl přenesen ze SNES a později znovu použit na GameCube. Ačkoli čip převaděče digitálního signálu na analogový používaný v dřívějších modelech měl schopnost vytvářet video RGB , ve výchozím nastavení nebyl pro tento účel připojen a pozdější revize pro tento účel zcela postrádaly připojení pinů.
Systém byl dodáván s kompozitním kabelem (od Nintenda označený jako Stereo A/V kabel). K dispozici samostatně (a součástí systému ve Velké Británii) byly RF modulátor a sada přepínačů (pro připojení ke starším televizím) a oficiální kabel S-Video, ačkoli ten se prodával pouze v maloobchodních prodejnách v Japonsku. V USA bylo možné oficiální kabel S-Video objednat pouze přímo od společnosti Nintendo of America, zatímco v oblastech PAL nebyl oficiálně prodán žádný kabel S-Video. Kromě toho Nintendo vynechalo několik komponent ze signálové cesty S-Video v konzolách PAL, což znamená, že použití neupraveného kabelu NTSC S-Video bude mít za následek jasný, křiklavý obraz nebo žádný obraz.
Systém podporuje rozlišení standardního rozlišení až 480i ( 576i pro jednotky PAL). Tento režim využívá jen málo her a většina z nich také vyžaduje upgrade paměti RAM Expansion Pak. Většina her místo toho používá režimy 240p (288p pro modely PAL) s nízkým rozlišením . Řada her také podporuje širokoúhlé poměry zobrazení pomocí anamorfního širokoúhlého obrazu nebo letterboxu . Mezi hry s touto podporou patří 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 a South Park .