A NEC V60 egy CISC mikroprocesszor amelyet a NEC gyártott 1986-tól. Több továbbfejlesztett változata jelent meg ugyanazzal az utasításkészlettel (ISA), a V70 1987-ben, a V80 és az AFPP 1989-ben. Ezeket követte a V800 termékcsalád, amit jelenleg a Renesas Electronics gyárt.
A V60 család tartalmaz egy lebegőpontos egységet (FPU), egy memóriakezelő egységet (MMU), valamint valós idejű operációs rendszer (RTOS) támogatást mind Unix-alapú felhasználó- és alkalmazásorientált rendszerekhez, mind ITRON alapú hardvervezérlés- és irányítást célzó beágyazott rendszerekhez. Használhatók az FRM,ld. FRM elnevezésű többprocesszoros lockstep hibatűrő mechanizmusban. A fejlesztőeszközök közé tartozik az Ada tanúsítvánnyal rendelkező MV-4000 rendszer és egy áramkörön belüli emulátor (ICE).
A V60/V70/V80 alkalmazásai széles területet fedtek le, a vonalkapcsolt telefonközpontoktól a miniszámítógépeken, repülés- és űrtechnológiai irányítórendszereken, dokumentumszerkesztőkön, ipari számítógépeken át a különböző játéktermi játékokig.
Bevezetés
A NEC V60 egy CISC processzor, amelyet a NEC gyártott 1986-tól kezdve. Ez volt Japánban az első, kereskedelmi forgalomban kapható 32 bites általános célú mikroprocesszor.
Az adott korszaknak megfelelő viszonylag hagyományos kialakításon alapuló V60 radikálisan különbözött a NEC korábbi, 16 bites V-sorozatú processzoraitól, a V20–V50-től, amelyek az Intel 8086-os modelljén alapultak, miközben a V60 képes emulálni a V20 / V30 processzorokat.
A NEC dokumentációja szerint erre az architekturális változásra a magas szintű programozási nyelvek megnövekedett igényei és azok sokfélesége miatt volt szükség. Ezek a trendek olyan processzorokat igényelnek, amelyek egyrészt megnövelt teljesítményt nyújtanak – ezt a busz szélességének megduplázásával, 32 bitre történő növelésével érték el –, és nagyobb rugalmassággal rendelkeznek, amit az általános célú regiszterek nagy száma támogat. Ezek a RISC processzorok gyakori jellemzői voltak. Abban az időben úgy tűnt, hogy a CISC-ről a RISC-re való átmenet nagy előnyt jelent a feltörekvő piacok számára.
Mára a RISC processzorok általánosan elterjedtek, és a CISC típusú kialakítások, mint az évtizedeken keresztül piacvezető Intel x86 és Intel 80486, mikroarchitektúráikban egyre inkább RISC jellemzőket kezdtek mutatni. Pat Gelsinger, az Intel volt vezérigazgatójának véleménye szerint az örökölt / meglévő szoftverek bináris visszafelé kompatibilitása fontosabb, mint az ISA megváltoztatása.
Áttekintés
Utasításkészlet A V60 (más néven μPD70616) megtartotta a CISC architektúrát. A kézikönyve leírása szerint az architektúra rendelkezik „a felső kategóriás nagyszámítógépek és szuperszámítógépek jellemzőivel”, teljesen ortogonális utasításkészlettel, amely nem azonos hosszúságú utasításokat, memóriából-memóriába történő műveleteket, melyek között megtalálhatók stringkezelő utasítások is, és komplex operanduscímzési sémákat tartalmaz.
Család A V60 belsőleg 32 bites processzorként működik, míg a külvilág felé 16 bites adatsínt és 24 bites címsínt biztosít. A V60 emellett 32 db 32 bites általános célú regiszterrel rendelkezik. Alapvető architektúráját több változatban alkalmazták. Az 1987-ben kibocsátott V70 (μPD70632) 32 bites külső síneket biztosít. Az 1989-ben bemutatott V80 (μPD70832) a sorozat csúcspontja: rendelkezik lapkára integrált gyorsítótárakkal, elágazásjósló logikát tartalmaz és kevésbé támaszkodik a mikrokódra a komplex műveletekben.
Szoftver A V60-V80 sorozathoz kifejlesztett operációs rendszerek általában a valós idejű működésre irányulnak. Több operációs rendszert portoltak a sorozathoz, többek között a Unix és az ITRON valós idejű változatait.
Mivel a V60/V70-et különböző Japán játéktermi játékokban is felhasználták, utasításkészlet-architektúrájukat beépítették a MAME CPU-szimulátorba, tehát az képes futtatni a V60/V70-re írt programokat. Ennek legfrissebb nyílt forrású programkódja elérhető a GitHub repositoryból.
FRM Mind a három processzor rendelkezik az FRM (Functional Redundancy Monitoring) szinkron többszörös moduláris lockstep mechanizmussal, ami lehetővé teszi hibatűrő számítógépes rendszerek kialakítását. Használatához több azonos modellű processzorra van szükség, melyek közül az egyik ilyenkor „mester módban” működik, míg a többi eszköz „ellenőr (checker) módban” figyel a mester eszközre. Ha két vagy több eszköz egyidejűleg különböző eredményeket ad ki a „hibakimeneti” érintkezőin, akkor külső áramkörök segítségével többségi szavazási döntés hozható. Ezenkívül egy külső lábon keresztül kiválasztható az eltérő eredményt adó ill. rontott utasítások helyreállítási módszere, ami lehet „visszalépés ismétléssel” (roll-back by retry), vagy „folytatás kivétellel” (roll-forward by exception).
Csatlakozás neve bemenet / kimenet funkció BMODE (FRM) bemenet normál sín (mester) üzemmód vagy FRM (checker) működési üzemmód kiválasztása () kimenet a sín lezárását kérő mester kimenet, befagyasztja a busz működését, ellenőr (checker) kimenet, amely jelzi, hogy eltérés jelentkezett BFREZ bemenet ha beállított, a busz működésének befagyasztása RT/ bemenet folytatási mód kiválasztása: „visszalépés ismétléssel” vagy „folytatás kivétellel”
A hiba kezelésére a processzorok megismételhetik az utasítást. Ebben az üzemmódban a processzorok újrapróbálják a sikertelen busz-ciklust, és folytatják a normál végrehajtást. Ennek az üzemmódnak az erőssége az, hogy az új mester nem feltétlenül ugyanaz, mint a régi mester, azaz újrakonfigurálás történhet. A másik alternatíva a busz-fagyasztási megszakítás, amely egy megszakítást okoz és a vezérlést átadja a rendszerszoftvernek további elemzésre.
A V60 A munka a V60 processzoron 1982-ben kezdődött körülbelül 250 mérnökkel, vezetésével, és a processzor 1986 februárjában mutatkozott be. Hat fokozatú futószalaggal, beépített memóriakezelő egységgel és lebegőpontos aritmetikával rendelkezett. Két rétegű alumínium CMOS technológiájú folyamattal gyártották -os tervezési előírások szerint, amellyel tranzisztort alakítottak ki egy lapkán. Üzemi feszültsége és kezdetben 68 tűs PGA tokozással készült. Az első verzió -en futott és elérte a -es sebességet. A minta árát az induláskor -ben () határozták meg. A teljes körű sorozatgyártást 1986 augusztusában kezdték meg.
A SEGA ezt a processzort alkalmazta legtöbb játéktermi gépében az 1990-es években; Mind a Sega System 32, mind a Sega Model 1 architektúrák V60-as processzort használtak főprocesszorként. (Az utóbbiba az alacsonyabb költségű μPD70615 változatot építették be, amely nem valósítja meg a V20/V30 emulációt és az FRM-et.) A V60 szolgált fő CPU-ként az SSV játéktermi architektúrában is, amelyet közösen fejlesztett a Seta, a Sammy és a Visco. A Sega eredetileg egy -es V60-as processzorral kívánta megvalósítani a Sega Saturn konzolt, de miután arról értesültek, hogy a konkurens PlayStation egy -es MIPS R3000A processzort használ, inkább a két SH-2 processzoros kialakítást választotta a sorozatban gyártott modellhez.
1988-ban a NEC kibocsátott egy PS98-145-HMW nevű készletet a Unix-rajongók számára. A készlet tartalmazott egy V60 processzoros kártyát, amelyet a PC-9800 számítógép sorozat bizonyos modelljeihez lehetett csatlakoztatni, valamint egy portolt UNIX System V disztribúciót, a PC-UX/V Rel 2.0 (V60) változatot, 15 db 8 inches floppylemezen. A készlet javasolt kiskereskedelmi ára volt. A NEC csoport cégei maguk is intenzíven felhasználták a V60 processzort. Elektronikus telefonközpontjuk, amely az elsődleges célpontok egyike volt, V60-ast használt. 1991-ben kiterjesztették dokumentumszerkesztő termékvonalukat a Bungou Mini (japánul 文豪ミニ) 5SX, 7SX és 7SD sorozattal, amelyek szintén a V60-ast használták a gyors vektoros betűtípus-feldolgozáshoz, míg a főrendszer processzora egy -es NEC V33 volt. Ezen kívül a V60 mikrokódolt változatait alkalmazták a NEC MS-4100 miniszámítógép-sorozatában, amely a leggyorsabb volt abban az időben Japánban.
A V70
A V70 (μPD70632) a V60 továbbfejlesztése, azáltal, hogy a külső síneket 32 bit szélességűre növelték, a belső sínekkel megegyező méretre. Szintén -es csíkszélességű technológiával gyártották, két fémrétegű folyamattal. × méretű lapkája tranzisztort tartalmaz, és 132 tűs kerámia PGA tokozással készült. MMU-ja támogatja az igény szerinti lapozást. Lebegőpontos egysége az IEEE 754 szabvánnyal kompatibilis. A -es változat csúcsteljesítménye elérte a -et, és megjelenésekor, 1987 augusztusában az ára () volt. A kezdeti gyártási kapacitás havi egység volt. Egy későbbi jelentés szerint CMOS technológiával gyártották × méretű lapkán. A V70 két ciklusos nem futószalagos (T1-T2) külső sínrendszerrel rendelkezik, miközben a V60 3 vagy 4 ciklussal (T1-T3/T4) működik. A belső egységei futószalagosak.
A V70-et a SEGA a System Multi 32 rendszerében, a Jaleco pedig a Mega System 32 rendszerében használta fel (lásd a képet az utóbbi rendszer nyomtatott áramköri lapjára szerelt V70-ről).
A Japán Űrügynökség (JAXA) a V70 egy változatát az ITRON RX616 operációs rendszerrel együtt beágyazta a H-IIA hordozórakéták fedélzeti vezérlő számítógépébe (Guidance Control Computer), az Akacuki műholdakba és a Nemzetközi Űrállomás Kibo moduljába. A H-IIA hordozórakétákat belföldön, Japánban telepítették, bár ezekkel külföldi műholdakat is felbocsátottak. A JAXA „LSI (MPU/ASIC)” fejlesztési tervében ez a V70-es változat a „32bit MPU (H32/V70)” jelölést kapta, amelynek fejlesztése, valószínűleg a tesztelési (QT) fázist is beleértve, az 1980-as évek közepétől az 1990-es évek elejéig tartott.
Ezt a változatot 2013-ig használták, mikor felváltotta a HR5000 jelű, 64 bites, -es órajelű, a MIPS64-5Kf architektúrán alapuló mikroprocesszor, amelynek a fejlesztése 2011 körül fejeződött be és a HIREC gyártotta.
A V70 „űrkörnyezeti adatgyűjtése” a Kibo ISS kihelyezett létesítményben történt.
Tétel cikkszám SEE (Single Event Effect, sugárzás hatására bekövetkező egyszeri esemény)monitorozott elem eredmény V70-MPU NASDA38510/92101xz egyszeri hibaesemény (Single Event Upset, SEU)egyszeri kiülés (Single Event Latch Up, SEL) nem lépett fel(–2010/9/30)
A V80 A V80 (μPD70832) 1989 tavaszán jelent meg. A csipre integrált gyorsítótárak és az elágazás-előrejelző (branch predictor) beépítésével a Computer Business Review a csipet a NEC 486-osának nyilvánította. A V80 teljesítménye kétszerese–négyszerese a V70-nek, alkalmazástól függően. Például, a V70-nel összehasonlítva, a V80 egy 32 bites hardveres szorzóegységgel rendelkezik, ami 23-ról 9-re csökkentette az egész számú szorzás gépi utasítás végrehajtásához szükséges ciklusok számát. (A részletesebb különbségeket lásd a lenti hardverarchitektúra szakaszban.) A V80 CMOS folyamattal készült, lapkafelülete × , tranzisztorszáma . Tokozása 280 tűs PGA, 25 és -es órajelen működik, állítólagos csúcsteljesítménye és , a két órajelnek megfelelően. A V80 külön lapkára integrált gyorsítótárakkal rendelkezik mind az utasítások, mind az adatok számára. Rendelkezik egy 64 bejegyzéses elágazás-előrejelzővel (branch predictor), amelynek 5%-os teljesítménynövekedést tulajdonítanak. A V80 árai indulásakor a -es modell esetén 1200 dollárnak, a -es modellnél pedig 960 dollárnak feleltek meg. Állítólag egy -es modell megjelenését tervezték 1990-re, de az nem valósult meg.
A V80-at a μPD72691 lebegőpontos társprocesszorral (co-FPP) és μPD71101 egyszerű periféria csipekkel a RX-UX832 valós idejű UNIX operációs rendszert futtató ipari számítógépekben és X11-R4 alapú ablakkezelő rendszerhez alkalmazták.
AFPP (co-FPP)