Technische Daten des Nintendo 64 - Nintendo 64 technical specifications
Dieser Artikel beschreibt den Prozessor, den Speicher und andere Komponenten der Nintendo 64- Heimspielkonsole von 1996 .
Komponenten
-
CPU : 64-Bit NEC VR4300 ( MIPS R4300i ) mit 24 KB L1-Cache, mit 93,75 MHz ausgeführt .
- Leistung: 125 MIPS ( Millionen Anweisungen pro Sekunde ), 93,75 MFLOPS (Millionen Gleitkommaoperationen pro Sekunde).
-
GPU : 64-Bit- Reality-Coprozessor mit 62,5 MHz und über einer halben Milliarde Rechenoperationen pro Sekunde, der unter den richtigen Umständen in der Lage ist, Skalar- und Vektoroperationen doppelt auszugeben. Es handelt sich um eine Microcode- reprogrammierbare T&L- GPU, die aus zwei integrierten Prozessoren besteht: dem Reality Signal Processor (RSP) und dem Reality Display Processor (RDP).
- Video Interface (VI) liest Daten aus dem Bildpuffer in einem festen Zeitintervall und sendet sie an den DA (Digital-Analog)-Wandler (Video-DAC), um die Videoausgabe zu erzeugen.
- Audio Interface (AI) liest Daten aus dem Audiopuffer in einem festen Zeitintervall und sendet sie an den DA (Digital-Analog)-Wandler (Audio-DAC), um die Tonausgabe zu erzeugen.
- Parallel Interface (PI) übernimmt die Konfiguration und den Datentransfer zwischen parallelen Geräten über die Cartridge- und Erweiterungsports.
- Serial Interface (SI) wickelt die Kommunikation zwischen seriellen Geräten (Gamecontroller und Zubehör) über den PIF-Chip (Peripheral Interface) ab.
- RDRAM Interface (RI) konfiguriert die dynamischen Speichermodule.
- Die Mikroprozessorschnittstelle (MI) behandelt Unterbrechungen und andere Hardwareparameter.
- Hardware-Features: Textur-Mapping mit Perspektivkorrektur, Anti-Aliasing , Z-Puffer , bilineares Filtern , trilineares Filtern , Gouraud-Shading , 8-Bit- Alpha-Blending , Level-of-Detail- Management, Color-Keying, YUV- zu-RGB-Texturkonvertierung.
- Peak Füllrate (RDP von Pipeline - Konfiguration oder Modus):
- 31,25 Megapixel /Sekunde (Texturierung, Perspektivenkorrektur, bilineare Filterung, Transluzenz, Z-Puffer, Mipmapping, Nebel; bezeichnet als Zwei-Zyklus- Modus).
- 62,5 MP/s (Texturierung, Perspektivenkorrektur, bilineare Filterung, Transluzenz, Z-Puffer; bezeichnet als One-Cycle- Modus).
- 125-250 MP / s ( fill - Modus kopieren Modus).
- Audio: 16-Bit, Stereo, CD-Qualität .
- 4 (4,5) MB 250 MHz (500 MHz effektiv) RDRAM (Rambus DRAM ) auf einem gemeinsamen 9-Bit-Bus mit 562,5 MB/s Spitzenbandbreite, erweiterbar auf 8 (9) MB mit Expansion Pak . Unterschiedliche Speicherzählungen sind darauf zurückzuführen, dass das 9. Bit dem RCP nur für Aufgaben wie Anti-Aliasing oder Z-Buffering zur Verfügung steht.
- ROM-Cartridge- Bus ( Nintendo 64 Game Pak ) mit 264 MB/s.
- Auflösung : 240p (320×240), 288p (384×288), 480i (640×480), 576i (720×576), Breitbild über Letterboxing oder anamorphotische Komprimierung.
- Farbpalette : 16.777.216 ( 24-Bit- Farbtiefe ), 2.097.152 mögliche Farben (21-Bit-Farbe) auf dem Bildschirm.
Zentraleinheit
Die zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) des Nintendo 64 ist der NEC VR4300, eine lizenzierte Variante des 64-Bit MIPS Technologies R4300i , selbst ein kostenreduziertes Derivat des MIPS R4200. Der von NEC auf einem 350- nm- Prozess gebaute VR4300 ist ein RISC 5- stufiger skalarer In-Reihenfolge-Ausführungsprozessor , interner 24 KB direkt abgebildeter L1-Cache (16 KB für Anweisungen, 8 KB für Daten). Obwohl eine Gleitkommaeinheit als logischer Coprozessor existiert, teilt sie sich den ganzzahligen arithmetischen Addierer und Schieber, was bedeutet, dass Gleitkommabefehle die ganzzahlige Pipeline blockieren. Die 120-Pin- CPU mit 1,7 Millionen Transistoren wird in einer Prozessgröße von 350 nm hergestellt und hat eine Chipfläche von 45 mm 2 . Es dissipiert Nähe von 1,8 Watt (Abbildung für ein 100 MHz VR4300 Teillager angegeben) und wird passiv durch einen gekühlten Aluminiumkühlkörper , den Kontakt mit einem macht Stahlkühlkörper oben.
Mit einer Taktrate von 93,75 MHz gilt der VR4300 des N64 allgemein als die leistungsstärkste Konsolen-CPU der fünften Generation von Videospielkonsolen . Mit Ausnahme seiner engeren 32-Bit - Systembus, behält das VR4300 die Rechenfähigkeiten der 64-Bit - MIPS R4200, obwohl nur wenige Titel Vorteil von 64-Bit - nehmen Datengenauigkeit Operationen. N64-Spieletitel verwenden im Allgemeinen schnellere und kompaktere 32-Bit-Datenoperationen, da diese ausreichen, um 3D-Szenendaten für die RSP-Einheit (Reality Signal Processor) der Konsole zu generieren. Darüber hinaus wird 32-Bit-Code schneller ausgeführt und benötigt weniger Speicherplatz, was bei moderner Technologie sehr hoch war. Die CPU ist durch einen 562,5 MB/s-Bus zum System-RAM eingeschränkt, und um auf den RAM zuzugreifen , muss die CPU den Reality Coprozessor (RCP) durchlaufen und kann dazu nicht DMA verwenden , wie dies der RCP kann. Dieses Problem wird durch die hohe Zugriffslatenz des RDRAM noch verstärkt .
Programme, die den Nintendo 64 emulieren, profitieren von der Knappheit von 64-Bit-Operationen im ausführbaren Code des Spiels, insbesondere wenn sie mit einer 32-Bit-Maschinenarchitektur als Host ausgeführt werden. Die meisten dieser Emulatoren führen die meisten Berechnungen mit 32-Bit-Präzision durch und fangen die wenigen Subroutinen ab, die tatsächlich 64-Bit-Befehle verwenden.
Realitäts-Coprozessor
Die Grafik- und Audioaufgaben des Nintendo 64 werden vom 64-Bit- SGI- Coprozessor ausgeführt, der als Reality Coprozessor oder RCP bezeichnet wird. Der RCP ist ein 62,5 MHz-Chip, der intern in zwei Hauptkomponenten aufgeteilt ist, den Reality Display Processor (RDP) und den Reality Signal Processor (RSP). Jeder Bereich kommuniziert mit dem anderen über einen internen 128-Bit- Datenbus , der eine Bandbreite von 1,0 GB/s bereitstellt. Das RCP wurde von der Nintendo Operations-Abteilung von SGI unter der Leitung des Ingenieurs Dr. Wei Yen (der später ArtX 1997 gründete) entwickelt. Der RCP wurde von NEC unter Verwendung seines 350 nm 3LM CMOS- Prozesses hergestellt , den NEC 1994 eingeführt hatte. Der Prozessor enthält 2,6 Millionen Transistoren, die mit diesem Prozess hergestellt wurden. Der 160-Pin-Prozessor hat eine Chipgröße von 81 mm 2 , was ihm eine Transistordichte von über 32.000 pro mm 2 verleiht . Die Wärmeableitung wird mit 2,8 Watt angegeben.
Der RSP ist ein auf MIPS R4000 basierender 128-Bit-Integer- Vektor-Prozessor . Es ist nur in der Lage, seine lokalen 4- KB- Befehls- und 4- KB-Datenspeicher zu adressieren , und es fehlt die Möglichkeit für Systemaufgaben wie Interrupts. Es ist über Mikrocode programmierbar , sodass die Funktionen des Chips bei Bedarf von jedem Softwaretitel erheblich geändert werden können, um unterschiedliche Arten von Arbeit, Präzision und Arbeitslast zu ermöglichen. Eine Reihe von Mikrocodes wurden von Nintendo bereitgestellt, während einige Unternehmen wie Rare und Factor 5 später ihre eigenen Mikrocodes entwickelten. Der RSP führt Transformations-, Clipping- und Beleuchtungsberechnungen sowie Dreieckseinstellungen durch.
Anstelle eines diskreten Soundprozessors übernimmt der RSP häufig Audiofunktionen, obwohl auch die CPU damit beauftragt werden kann. Es kann die meisten Arten von Audio (abhängig von Software- Codecs ) wiedergeben, einschließlich unkomprimierter PCM- , MP3- , MIDI- und Tracker- Musik. Der RSP ist theoretisch in der Lage, maximal 100 PCM-Kanäle gleichzeitig zu verarbeiten, jedoch nur in einem Fall, in dem alle Systemressourcen für Audio verwendet werden. Es hat eine maximale Abtastrate von 48 kHz bei 16-Bit-Audio. In der Praxis begrenzen jedoch Speicherbeschränkungen, die durch das ROM-Kassettenformat verursacht werden, die Audiogröße und damit die Qualität. Einige Spieletitel sind auf eine höhere Audioqualität ausgelegt, wenn Speichererweiterungen verfügbar sind, wie z. B. beim F-Zero X Expansion Kit .
Der Reality Display Processor ist ein Fixed-Pipeline-Rasterizer und eine Pixel-Drawing-Engine (einschließlich Z-Puffer ). Der RDP führt eine Rasterung in der richtigen Reihenfolge und Zeichnen oder Texturieren von Pixeln im Framebuffer durch, wobei ein separates Speicher-Frontend sowohl direkt auf den Speicher zugreift als auch Daten zum und vom lokalen Speicher- Textur-Cache verschiebt.
Der System-RAM ist über einen 562,5 MB/s-Bus mit dem RCP verbunden. Die CPU greift über die Speicherabbildung des RCP unter Verwendung des Systemadressen-/Datenbusses auf den RAM zu. Der RCP hat DMA-Controller in vielen seiner Schnittstellen, und sein interner Bus-Arbiter handhabt die Prioritäten zwischen ihnen. Der RCP wird wie die CPU passiv durch einen Aluminium-Heatspreader gekühlt, der mit einem darüber liegenden Stahlkühlkörper in Kontakt steht.
Speicher
Die letzte Hauptkomponente im System ist der Direktzugriffsspeicher oder RAM. Nach seinem Design-Erbe im SGI-Supercomputing implementierte der Nintendo 64 eine Unified Memory Architecture (UMA), anstatt separate Speicherbänke für CPU, Audio und Video zu verwenden, wie es bei seinen Konkurrenten der Fall war. Der RAM selbst besteht aus 4,5 Megabytes von Rambus RDRAM , hergestellt von NEC , von denen nur 4 MB an die CPU sichtbar sind; der Rest wird ausschließlich vom RCP für Aufgaben wie Anti-Aliasing und Z-Buffering verwendet. Der System-RAM ist mit dem Expansion Pak auf insgesamt 8 MB erweiterbar. Der RAM hat einen 9-Bit-Datenbus mit 250 MHz; Da RDRAM Daten sowohl an der ansteigenden als auch an der abfallenden Flanke des Signals überträgt (eine Technik, die auch als DDR bekannt ist ), stellt es dem System eine Spitzenbandbreite von 562,5 MB/s zur Verfügung, die zwischen CPU und RCP geteilt wird.
Die Rambus-Technologie war zu dieser Zeit noch recht neu und bot Nintendo die Möglichkeit, eine große Bandbreite zu relativ geringen Kosten bereitzustellen. Der schmale Bus macht das Board-Design einfacher und billiger als die Datenbusse mit größerer Breite, die für eine hohe Bandbreite von langsamer getakteten RAM-Typen (wie VRAM oder EDO DRAM ) erforderlich sind ; So konnte das N64 Mainboard mit nur 2 Layern ausgelegt werden. Allerdings hatte RDRAM zu dieser Zeit eine sehr hohe Zugriffslatenz. Die Kombination aus hoher Bandbreite und hoher Latenz erforderte von den Entwicklern erhebliche Anstrengungen, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Frühe N64-Revisionen verwenden zwei 18-Mbit-RAM-Chips; im ca. 1998 wurden diese durch einen einzigen 36-Mbit-Chip ersetzt, der auch auf dem Expansion Pak verwendet wurde.
Die Solid-State- ROM-Kassetten des Nintendo 64 Game Pak waren viel schneller als moderne CD-ROM- Laufwerke, eine Stärke, die es Entwicklern ermöglichte, Daten in Echtzeit von ihnen zu streamen, als wären sie zusätzlicher RAM, wodurch der Systemspeicher für andere Dinge freigegeben wurde. Dies war eine gängige Praxis für Entwickler von vielen Spielen, wie Nintendo EAD ‚s Super Mario 64 oder Factor 5 ‘ s Indiana Jones und der Turm von Babel .
Video
Das System ermöglicht die Videoausgabe in zwei Formaten: Composite-Video und S-Video . Dies wird durch den proprietären "MULTI OUT"-Anschluss auf der Rückseite des Systems erreicht, der vom SNES übernommen und später auf dem GameCube wiederverwendet wurde. Obwohl der in früheren Modellen verwendete Digital-Analog-Wandler- Chip die Fähigkeit hatte, RGB- Videos zu erzeugen , war er zu diesem Zweck standardmäßig nicht angeschlossen, und späteren Versionen fehlten die Pin-Anschlüsse für diesen Zweck vollständig.
Das System wurde mit einem Composite-Kabel (von Nintendo als Stereo A/V-Kabel bezeichnet) geliefert . Separat erhältlich (und in Großbritannien im Lieferumfang des Systems enthalten) waren ein HF- Modulator- und Schaltersatz (zum Anschluss an ältere Fernseher) sowie ein offizielles S-Video-Kabel, das jedoch nur im Einzelhandel in Japan verkauft wurde. In den USA konnte das offizielle S-Video-Kabel nur direkt bei Nintendo of America bestellt werden, während in PAL-Gebieten offiziell kein S-Video-Kabel überhaupt verkauft wurde. Darüber hinaus hat Nintendo mehrere Komponenten aus dem S-Video-Signalpfad in PAL-Konsolen weggelassen, was bedeutet, dass die Verwendung eines nicht modifizierten NTSC-S-Video-Kabels zu einem überhellen, grellen Bild oder gar keinem Bild führt.
Das System unterstützt Standardauflösungen von bis zu 480i ( 576i für PAL-Einheiten). Nur wenige Spiele verwenden diesen Modus, und die meisten von ihnen erfordern auch die Verwendung des Expansion Pak RAM-Upgrades. Die meisten Spiele verwenden stattdessen die Low-Definition- 240p-Modi (288p für PAL-Modelle) des Systems . Eine Reihe von Spielen unterstützt auch Breitbild-Anzeigeverhältnisse, die entweder anamorphotisches Breitbild oder Letterboxing verwenden . Spiele mit Unterstützung dafür sind 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 und South Park .