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Este artículo describe el procesador, la memoria y otros componentes de la consola de videojuegos doméstica Nintendo 64 de 1996 .

Componentes [ editar ]

Ver también: características de programación de Nintendo 64
La placa base de Nintendo 64, que muestra CPU, RCP y RDRAM
  • CPU : NEC VR4300 de 64 bits ( MIPS R4300i ) con caché L1 de 24 KB, que se ejecuta a 93,75 MHz .
  • GPU : Coprocesador de realidad de 64 bits , que funciona a 62,5  MHz y más de 500 millones de operaciones aritméticas por segundo, capaz de realizar operaciones escalares y vectoriales de emisión dual en las circunstancias adecuadas. [2] Es una GPU T&L reprogramable por microcódigo , [3] compuesta por dos procesadores integrados: el Reality Signal Processor (RSP) y el Reality Display Processor (RDP). [4]
    • La interfaz de video (VI) lee datos del búfer de cuadros usando un intervalo de tiempo fijo y los envía al convertidor DA (digital a analógico) (DAC de video) para producir la salida de video.
    • La interfaz de audio (AI) lee datos del búfer de audio utilizando un intervalo de tiempo fijo y los envía al convertidor DA (digital a analógico) (DAC de audio) para producir la salida de sonido.
    • La interfaz paralela (PI) maneja la configuración y las transferencias de datos entre dispositivos paralelos a través del cartucho y los puertos de extensión.
    • La interfaz serial (SI) maneja la comunicación entre dispositivos seriales (controladores de juegos y accesorios) a través del chip PIF (interfaz periférica).
    • La interfaz RDRAM (RI) configura los módulos de memoria dinámica.
    • La interfaz de microprocesador (MI) maneja interrupciones y otros parámetros de hardware.
    • Características del hardware: mapeo de texturas con corrección de perspectiva, [5] suavizado , [4] búfer Z , [6] filtrado bilineal , [7] filtrado trilineal , [5] sombreado Gouraud , mezcla alfa de 8 bits , nivel de detalle gestión, [6] codificación de color, conversión de textura YUV a RGB.
    • Tasa de llenado máxima (por configuración de canalización RDP o modo):
      • 31,25 megapíxeles / segundo (texturizado, corrección de perspectiva, filtrado bilineal, translucidez, almacenamiento en búfer Z, mipmapping, niebla; denotado modo de dos ciclos ).
      • 62,5  MP / s (texturizado, corrección de perspectiva, filtrado bilineal, translucidez, búfer Z; denotado modo de un ciclo ).
      • 125–250  MP / s ( modo de relleno , modo de copia ). [7]
  • Audio: 16 bits, estéreo, calidad de CD . [6]
    • Número de voces ADPCM : 16–24 canales con PCM de cambio de tono , hasta 100 canales PCM teóricamente posibles. [6]
    • Frecuencia de muestreo: 44,1 kHz o 48 kHz, seleccionable.
  • 4 (4.5) MB 250 MHz (500 MHz efectivos) RDRAM (Rambus DRAM ) [8] en un bus compartido de 9 bits con ancho de banda máximo de 562.5  MB / s , actualizable a 8 (9) MB con Expansion Pak . Los diferentes recuentos de memoria se deben a que el noveno bit solo está disponible para el RCP para tareas como suavizado o almacenamiento en búfer en Z.
  • El bus del cartucho ROM ( Nintendo 64 Game Pak ) funciona a 264 MB / s.
  • Resolución : 240p (320 × 240), 288p (384 × 288), 480i (640 × 480), 576i (720 × 576), pantalla ancha mediante formato letterbox o compresión anamórfica .
  • Paleta de colores : 16.777.216 ( profundidad de color de 24 bits ), 2.097.152 colores posibles (color de 21 bits) en pantalla. [6]

Unidad central de procesamiento [ editar ]

Unidad central de procesamiento CPU-NUS VR4300

La unidad central de procesamiento (CPU) de Nintendo 64 es el NEC VR4300, [9] una variante con licencia del MIPS Technologies R4300i de 64 bits , en sí mismo un derivado de costo reducido del MIPS R4200. Construido por NEC en un proceso de 350  nm , el VR4300 es un procesador de ejecución escalar en orden RISC de 5 etapas, caché L1 interna de 24 KB de  asignación directa [10] (16 KB para instrucciones, 8 KB para datos). Aunque una unidad de punto flotante existe como coprocesador lógico, comparte el sumador y el cambiador aritmético de enteros, lo que significa que las instrucciones de punto flotante detendrán la canalización de enteros. [11] LaCPU de1,7 millones de transistores de 120 pinesse fabrica con un tamaño de proceso de 350 nm y tiene un área de troquel de 45 mm 2 . Se disipa cerca de 1.8 vatios (cifra dada para una pieza VR4300 de 100 MHz) y se enfría pasivamente mediante un disipador de calor de aluminio que hace contacto con un disipador de calor de acero en la parte superior.

Con una frecuencia de reloj de 93,75 MHz, la VR4300 del N64 se considera generalmente la CPU de consola más potente de la quinta generación de consolas de videojuegos . [12] Excepto por su bus de sistema de 32 bits más estrecho, el VR4300 conserva las capacidades computacionales del MIPS R4200 de 64 bits, [9] aunque pocos títulos aprovechan las operaciones de precisión de datos de 64 bits . Los títulos de juegos N64 generalmente utilizan operaciones de datos de 32 bits más rápidas y compactas, [13] [ fuente autoeditada ]ya que son suficientes para generar datos de escena 3D para la unidad RSP (Reality Signal Processor) de la consola. Además, el código de 32 bits se ejecuta más rápido y requiere menos espacio de almacenamiento, lo que resultaba muy importante con la tecnología contemporánea. La CPU está limitada por un bus de 562.5 MB / s a ​​la RAM del sistema, y ​​para acceder a la RAM , la CPU debe pasar por el Coprocesador de realidad (RCP) y no puede usar DMA para hacerlo como lo hace el RCP. Este problema se ve agravado por la alta latencia de acceso de la RDRAM .

Los programas que emulan la Nintendo 64 se benefician de la escasez de operaciones de 64 bits en el código ejecutable del juego, especialmente cuando se ejecutan con una arquitectura de máquina de 32 bits como host. La mayoría de estos emuladores realizan la mayoría de los cálculos con precisión de 32 bits y capturan las pocas subrutinas que realmente utilizan instrucciones de 64 bits. [13] [ fuente autoeditada ]

Coprocesador de realidad [ editar ]

"Coprocesador de realidad" RCP-NUS

Las funciones de gráficos y audio de Nintendo 64 son realizadas por el coprocesador SGI de 64 bits , llamado Reality Coprocessor o RCP. El RCP es un chip de 62,5 MHz dividido internamente en dos componentes principales, el Reality Display Processor (RDP) y el Reality Signal Processor (RSP). Cada área se comunica con la otra a través de un bus de datos interno de 128 bits que proporciona 1.0 GB / s de ancho de banda. El RCP fue desarrollado por el departamento de Operaciones de Nintendo de SGI, dirigido por el ingeniero Dr. Wei Yen (quien más tarde fundó ArtX en 1997). [14] El RCP fue fabricado por NEC , utilizando su proceso CMOS 3LM de 350 nm . , que NEC había introducido en 1994. El procesador contiene 2,6  millones de transistores fabricados mediante este proceso. El procesador de 160 pines tiene un tamaño de matriz de 81  mm 2 , lo que le da una densidad de transistores de más de 32.000 por mm 2 . [15] La disipación térmica tiene una potencia de 2,8 vatios.

El RSP es un procesador de vector entero de 128 bits basado en MIPS R4000 . Es capaz de abordar solo su  instrucción de 4  kiB y sus almacenamientos locales de datos de 4 kiB, y carece de la capacidad para tareas del sistema como interrupciones. Es programable a través de microcódigo , lo que permite que las funciones del chip se modifiquen significativamente por cada título de software si es necesario, para permitir diferentes tipos de trabajo, precisión y cargas de trabajo. Nintendo proporcionó varios microcódigos, [16] [17] mientras que algunas empresas, como Rare y Factor 5 , desarrollarían más tarde sus propios microcódigos. El RSP realiza cálculos de transformación, recorte e iluminación , y configuración de triángulos.

En lugar de un procesador de sonido discreto, el RSP realiza con frecuencia funciones de audio, aunque la CPU también puede encargarse de esto. Puede reproducir la mayoría de los tipos de audio (dependiendo de los códecs de software ), incluidos PCM , MP3 , MIDI y música de seguimiento sin comprimir . El RSP es teóricamente capaz de un máximo de 100 canales de PCM a la vez, pero solo en un caso en el que todos los recursos del sistema estén dedicados al audio. Tiene una frecuencia de muestreo máxima de 48 kHz con audio de 16 bits. En la práctica, sin embargo, las limitaciones de almacenamiento causadas por el formato del cartucho ROM limitan el tamaño del audio y, por tanto, la calidad. [18]Algunos títulos de juegos están diseñados para mayor calidad de audio cuando expansiones de almacenamiento están disponibles, al igual que con F-Zero X Kit de expansión . [19] [20]

El Reality Display Processor es un rasterizador de canalización fija y un motor de dibujo de píxeles (incluido el almacenamiento en búfer Z ). [4] El RDP realiza la rasterización en orden y el dibujo o texturizado de píxeles en el framebuffer, con una interfaz de memoria separada tanto para acceder directamente a la memoria como para mover datos hacia y desde la caché de textura de almacenamiento local .

La RAM del sistema está conectada al RCP a través de un bus de 562,5 MB / s. La CPU accede a la RAM a través del mapa de memoria del RCP utilizando la dirección del sistema / bus de datos. El RCP tiene controladores DMA en muchas de sus interfaces y su árbitro de bus interno maneja las prioridades entre ellos. El RCP, al igual que la CPU, se enfría pasivamente mediante un disipador de calor de aluminio que hace contacto con un disipador de calor de acero situado encima.

Memoria [ editar ]

Rambus RDRAM18-NUS, primera variante de 2 chips

El último componente principal del sistema es la memoria de acceso aleatorio o RAM. Siguiendo su herencia de diseño en supercomputación SGI, la Nintendo 64 implementó una arquitectura de memoria unificada (UMA), en lugar de tener bancos de memoria separados para CPU, audio y video, como se ve en sus competidores. La RAM en sí consta de 4.5  megabytes de Rambus RDRAM , fabricada por NEC , de los cuales solo 4 MB son visibles para la CPU; el resto lo utiliza exclusivamente el RCP para tareas como el suavizado y el almacenamiento en búfer en Z. [21] La RAM del sistema se puede ampliar a un total de 9 MB con el Expansion Pak. La RAM tiene un bus de datos de 9 bits a 250 MHz; a medida que RDRAM transfiere datos tanto en el borde ascendente como en el descendente de la señal (una técnica también conocida como DDR ), proporciona al sistema un ancho de banda máximo de 562,5 MB / s, compartido entre la CPU y el RCP.

La tecnología Rambus era bastante nueva en ese momento y ofrecía a Nintendo una forma de proporcionar una gran cantidad de ancho de banda a un costo relativamente bajo. El bus estrecho hace que el diseño de la placa sea más fácil y económico que los buses de datos de mayor ancho necesarios para un ancho de banda alto fuera de los tipos de RAM de frecuencia más lenta (como VRAM o EDO DRAM ); De esta manera, la placa base N64 podría diseñarse con solo 2 capas. Sin embargo, RDRAM, en ese momento, venía con una latencia de acceso muy alta. La combinación de alto ancho de banda y alta latencia significó que los desarrolladores requirieron un esfuerzo significativo para lograr resultados óptimos. [18] Las primeras revisiones de N64 utilizan dos chips de RAM de 18 Mbit; en ca. En 1998, estos fueron reemplazados por un solo chip de 36 Mbit, el mismo que se usó en el Expansion Pak.

Los cartuchos ROM de Nintendo 64 Game Pak eran mucho más rápidos que las unidades de CD-ROM contemporáneas , por lo que los datos se pueden transmitir en tiempo real desde los cartuchos como si fueran RAM adicional, maximizando así la eficiencia de la RAM del sistema. [22] [ aclaración necesaria ] Esta era una práctica común para los desarrolladores de muchos juegos, como Nintendo EAD 's Super Mario 64 [23] o Factor 5 ' s de Indiana Jones y la máquina infernal . [24]

Video [ editar ]

El sistema permite la salida de video en dos formatos: video compuesto [25] y S-Video . Esto se logra a través del conector patentado "MULTI OUT" en la parte posterior del sistema, que fue transferido desde SNES y luego reutilizado en GameCube. Aunque el chip convertidor de digital a analógico utilizado en los primeros modelos tenía la capacidad de producir video RGB , no estaba conectado de forma predeterminada para este propósito, y las revisiones posteriores carecían por completo de las conexiones de clavijas para este propósito.

El sistema venía incluido con un cable compuesto (etiquetado como cable estéreo A / V de Nintendo). Disponibles por separado (e incluidos con el sistema en el Reino Unido) [ cita requerida ] estaban un modulador de RF y un conjunto de interruptores (para la conexión a televisores más antiguos) y un cable S-Video oficial, aunque este último solo se vendía en tiendas minoristas en Japón. En los EE. UU., El cable S-Video oficial solo se podía pedir directamente a Nintendo of America, mientras que en los territorios PAL, no se vendía oficialmente ningún cable S-Video. Además, Nintendo omitió varios componentes de la ruta de la señal de S-Video en las consolas PAL, lo que significa que el uso de un cable NTSC S-Video sin modificar dará como resultado una imagen demasiado brillante, chillona o ninguna imagen.

El sistema admite resoluciones de definición estándar de hasta 480i ( 576i para unidades PAL). Pocos juegos hacen uso de este modo, y la mayoría de los que lo hacen también requieren el uso de la actualización de RAM del Expansion Pak . En cambio, la mayoría de los juegos utilizan los modos de baja definición de 240p (288p para los modelos PAL) del sistema. Una serie de juegos también compatibles con relaciones de pantalla panorámica usando pantalla panorámica anamórfica o letterboxing . Los juegos compatibles con esto incluyen 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 y South Park . [ cita requerida ]

Ver también [ editar ]

  • Características de programación de Nintendo 64

Referencias [ editar ]

  1. ^ Microprocesadores MIPS RISC , tecnologías MIPS
  2. ^ https://ultra64.ca/files/documentation/silicon-graphics/SGI_Nintendo_64_RSP_Programmers_Guide.pdf , página 23
  3. ^ La Nintendo 64 es uno de los mejores dispositivos de juego de todos los tiempos , Kinja
  4. ^ a b c "¿Ultra 64 es tan bueno como las afirmaciones de Silicon Graphics?". Próxima Generación . No. 14. Imagine Media . Febrero de 1996. págs. 6–11.
  5. ^ a b "Nintendo 64". Mensual de juegos electrónicos . No. 86. Ziff Davis . Septiembre de 1996. págs. 56–57.
  6. ^ a b c d e Next Generation , número 24 (diciembre de 1996), página 74
  7. ^ a b Programación RDP , Manual de programación de Nintendo 64 , Nintendo of America
  8. ^ "Especificaciones técnicas de Ultra 64". Próxima Generación . No. 14. Imagine Media . Febrero de 1996. p. 40.
  9. ^ a b "Especificaciones principales de la serie VR4300TM" . NEC . Consultado el 20 de mayo de 2006 .
  10. ^ "MICROPROCESADOR R4300i" (PDF) . mips. Archivado desde el original (PDF) el 30 de octubre de 2007 . Consultado el 5 de marzo de 2009 .
  11. ^ "Manual del usuario. Microprocesador VR4300 ™, VR4305 ™, VR4310 ™ de 64 bits" (PDF) . COMITÉ EJECUTIVO NACIONAL. 2000. págs. 47, 208, 637, 639 . Consultado el 1 de septiembre de 2017 .
  12. ^ "Consolas de juegos" . Archivado desde el original el 27 de marzo de 2010 . Consultado el 11 de enero de 2009 .
  13. ^ a b "N64, Dios de todos los sistemas" . Grupos de Google. 26 de julio de 1997 . Consultado el 20 de mayo de 2006 .
  14. ^ "¡Está vivo!" . IGN. 12 de marzo de 1999 . Consultado el 25 de junio de 2014 .
  15. ^ "Coprocesador de realidad - El poder en Nintendo64" (PDF) . Gráficos de silicio . Consultado el 18 de junio de 2019 .
  16. ^ https://level42.ca/projects/ultra64/Documentation/man/pro-man/pro25/index25.1.html
  17. ^ http://n64devkit.square7.ch/qa/graphics/ucode.htm
  18. ^ a b "Nintendo 64" . Consultado el 11 de enero de 2009 .
  19. ^ "Resumen de la historia de F-Zero" . IGN. Archivado desde el original el 15 de junio de 2009 . Consultado el 22 de marzo de 2008 .
  20. ^ Schneider, Peer (25 de agosto de 2003). "Guías: Guía F-Zero GX (Historia)" . IGN. Archivado desde el original el 15 de junio de 2009 . Consultado el 8 de agosto de 2007 .
  21. ^ Arquitectura de Nintendo 64: un análisis práctico , Rodrigo Copetti.
  22. ^ "Nintendo revela nuevos detalles sobre 64DD en la Conferencia de desarrolladores de N64" . Nintendo of America. 1997. Archivado desde el original el 6 de junio de 1997 . Consultado el 11 de enero de 2015 .
  23. ^ "Resumen de la mesa redonda en Shoshinkai" . Nintendo of America. Archivado desde el original el 22 de diciembre de 1996 . Consultado el 11 de enero de 2015 .
  24. ^ "Traer a Indy a N64 (máquina infernal)" . IGN. 9 de noviembre de 2000 . Consultado el 27 de marzo de 2008 .
  25. ^ "Soporte de Nintendo: Conexión de Nintendo 64 AV a TV" . Nintendo . Consultado el 28 de febrero de 2010 .