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[组图]N64主机硬件规格

[原创翻译]:N64硬件规格


资料来自:http://www5a.biglobe.ne.jp/~ninten/n64-spec.shtml

(译注1)因为比较少接触日文IT内容,所以翻译可能会有不当,错误之处请指正。文中尽量给出专有名词的原文英文,供参照。


 
N64部件图(*1)

<h3>高性能与低成本兼顾</h3>

主处理单元由CPU、媒体处理器的RCP以及2个16M的Rumbus DRAM共4个部件构成。因为主板是两面2层,相当简化,因此压低了材料费用。同期的PS有11个处理单元、SS有20个处理单元,4层主板。
N64从一开始硬件就是赢利的。

<HR>

<h3>CPU</h3>

R4300i(NEC生产VR4300改良型)
122MIPS SPECInt92-60 SPECfp92-45
主频 最小10MHz/最大67MHz
传输频率 93.75MHz 系统频率 62.5MHz
指令高速缓存 16KB 数据高速缓存 8KB
外部总线带宽32bit(数据、地址多路复用总线(*))

PS的CPU为R3000(34MHz)30MIPS SS的CPU为SH2(28.7MHz)25MIPS
与PS和SS相比速度快很多。
因为采用多路复用总线达到64bit,所以引脚数量(*)为121根,也比32bit的SH2的144根要少。
也可以使用32bit模式(*)。
第一台搭载浮点运算单元的游戏机。能够有效率地进行波纹与烟等效果的物理计算。


(*)数据、地址多路复用总线
地址总线与数据总线共用,是可以减少信号线的数量,使简化整体系统的控制成本的设计。但是不能同时调用数据与地址。

(*)引脚
IC芯片上的金属端子,用来插入主板的接口。

(*)实际上使用32bit模式的情况很多。

<HR>

<h3>RCP(Reality Co-Processor)</h3>

 

RCP构成(*1)

 

RCP成品芯片照片(*1)


N64的心脏部分。进行画面与声音的处理。能够解析微指令,生成原始的微指令,进行完整的调节处理。外壳是160pin的QFP(塑料),电耗2.8W、相当于260万晶体管,芯片面积81mm^2。
分成被称为SP与DP的两块区域。SP负责几何运算,DP负责渲染。
内藏Rambus Interface与记忆体控制器(Memory Contorller)。

(*1)转载自竹田玄洋「电视游戏机「N64」内的系统LSI」(子情笸ㄐ叛Щ嵴I98年11月号)。

<HR>

<h3>SP(Signal Processor) </h3>
32bitCPU核心(MIPS4命令的纯量单元),搭载了能够同时8列进行16位固定小数点的积和运算器(最大500MIPS),可以进行多边形顶点、光源、Z值等等的计算。而且更可以进行副像素定位(Sub Pixar Positioning),以计算出更高精度的顶点座标以及生成色彩填补数据。
N64游戏中的多边形不会闪烁,角色等运动平滑,这些都为副像素处理机能所赐。

*积和运算单元以同时进行8组固定小数点(ax+b)运算为一单循环。能够以2个循环处理使用了4×4行列的座标变换。能看见远处的小物体时,使用透视投影等方法会用到4×4的行列运算。

*副像素定位(Sub Pixar Positioning)
像素无法描绘在线上的时候,只有转移到离那条线最近的的像素上。这样就会引起定位错误,画面会发生抖动和闪烁。吸引离线最近的副像素,用比在内存中表示的像素更细小的副像素分割开,以此方法填补后变换成显示用的像素。

<HR>

<h3>DP(Display Processor) </h3>
这是通常被称做实现渲染处理的部分。

-三线过滤(trilinear)、MIP映射(MIPMAP) 插值计算(interpolition) 纹理帖图(texture)
-透视修正(Perspective Correction)
-环境映射帖图(Environment Mapping)(计算出材质座标的行列变换以描绘周围景色反射在镜面上的映像,例如金属马力欧)

具有这些强大的纹理处理能力。

-<u><b>Flat/Gouraud/Phong(虚拟多边形分割形态)shading</b></u> (译注2)
-Z缓冲(Z-BUFFER)
-LOD过滤(LOD是Level-of detail的缩写。这是将物体划分清晰度的设定,视点越近的物体越高、越远的越低。根据各清晰度使用相应的建模数据(清晰度低的建模多边形数量就少),能够提升描绘速度。
-采用独立方式的抗边缘锯齿(Edge Anti-Aliasing)。

更重要的是,搭载了最大8bit阶段的颜色混合机能。这与PS和SS的半透明机能有了等级上的差异。
PS和SS的半透明机能只能将背景物体与半透明物体进行2D合成。而N64可以通过丰富而精细的透明度表现三维物体。实际情况在Mario64等游戏当中便可以看到,这些游戏中出现了很多火、烟、水、雾、云等具有透明度细微差异的物体。

*MIPMAP
MIP映射。它可以在内存中保存不同分辨率和尺寸的纹理图形,当3D对象移动时允许纹理光滑变化。

纹理映射的时候,为了填充多边形深部,必须要将纹理帖图扩大或缩小。但是,如果这样扩大或缩小,多边形的尺寸会引起画面的混乱。MIPMAPPING能够准备相差整数倍尺寸的纹理帖图,用作填充画面上多边形深部的合适纹理,补充像素。比单纯扩大或缩小画面数据能得到更高品质的画面。据我所知,使用这个机能的软件有Pilot Wing 64。Mario64并没有使用。

*Z-BUFFER
消除多边形遮盖面的方法。这是能够保存构成多边形的像素中一定bit数的方式。尽管计算量大,但能够保证正确的显示。
PS等游戏机消除遮盖面的方法被称作Z SORT。就是将显示的多边形每以阶段的Z值逐一记录,从最里面的多边形开始在帧缓存中描绘,计算量小但无法显示多边形面交汇之类的画面,而且会引起座标错误以及多边形丢的现象。N64因为可以自身更替微代码,所以也可以不使用Z-BUFFER,转而使用Z SORT。PILOT WING 64是将18bit中的3bit当作指数部分(不是整数)的特殊产品。

<HR>

<h3>存储</h3>
容量为4MB。可以扩展。是第一台采用UMA(*)方式的游戏机。主内存、图形内存、音效内存都全部用一块主记忆体处理。

(*)UMA
Unified Memory Architecture.

内存并非不好,这具有扩展之后所有的内存同时增加容量等优点。然而,为了集中所有的处理,不能采用至今速度较慢的RAM。
N64用超高速的存储系统Rambus实现这一设计。

<HR>

<h3><U>Rambus</U></h3>
Rambus公司开发的超高速存储系统。拥有取代センスアンプ(*)的单独Cache System、可以传输包裹式数据,虽然只有9bit幅(*)但拥有超高速传送能力。
检测时钟的两端,在1个时钟周期中可以进行2次访问。N64采用的最大传输能力500MB/sec(时钟频率250Mz)。
Rambus的缺点在于随机访问能力,不过32Byte单位的随机访问的传输能力也达到200MB以上。
增加存储容量的同时,高速缓存也一并增加。

(*)センスアンプ
DRAM的数据以微小的电荷表示,所以通常无法访问。センスアンプ是将那种电荷增幅使之能够被访问的装置。SRAM没有这个需要所以比DRAM要快。

(*)bit幅少是为了减少信号线的数量,可以简化主板设计,降低成本。

<HR>

<h3>卡带槽</h3>

卡带槽是RCP与16bit的专用总线相连(最大20MB/sec)。
N64使用的Mask ROM具有5.3MB/sec的传输能力。是用减少芯片数的ASIC类似方法所制造的产品。

<HR><BR><HR><BR>

参考文献

竹田玄洋ビデオゲ`ムC「N64」におけるシステムLSI」(子情笸ㄐ叛Щ嵴I98年11月号所В
「NINTENDO64を作った竹田玄洋氏にくリアリティエンジンを子供たちの手に!」(月刊アスキ`96年7月号)
ドクタ`K「NudeなHard」(セガサタ`ンマガジン)
月刊アスキ`94年7月号


(译注2)
Flat/Gouraud/Phong shading 原文没有给注释,在此填加,内容来自博客中国。
Flat Shading:一种基本的绘制技术,用它绘制的每个三角形内部都使用同种颜色。
Gouraud Shading:用三角形顶点的颜色来进行插值(Interpolation)得到三角形内部每个点颜色。
Phong Shading(补色渲染):这是目前最好、最复杂的着色方法,效果也要优于Gouraud Shading。它的优势在于对“镜面反光”的处理,通过对模型上每一个点都赋予投射光线的总强度值,因此能实现极高的表面亮度,以达到“镜面反光”的效果。

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