R3000

R3000은 MIPS 컴퓨터 시스템즈가 개발한 32비트 RISC 마이크로프로세서 칩셋으로, MIPS I 명령어 집합 (ISA)을 구현했다. 1988년 6월에 출시되었으며, R2000의 뒤를 잇는 MIPS의 두 번째 구현이자 주력 MIPS 마이크로프로세서였다. 20, 25, 33.33 MHz로 동작했다.

R3000

설계 기업 및 설계자	MIPS 컴퓨터 시스템즈
비트	32비트
발표	1988
구조	RISC

설명

MIPS 1 명령어 집합은 동시대 80x86 및 680x0 아키텍처에 비해 작았으며, 주로 사용되는 명령어만 인코딩하고 주소 지정 방식을 거의 지원하지 않았다. 고정된 명령어 길이와 세 가지 명령어 형식만 사용함으로써 명령어 디코딩 및 처리가 단순화되었다. 5단계 명령어 파이프라인을 사용하여 사이클당 하나의 명령어에 가까운 속도로 실행할 수 있었는데, 이는 당시로서는 이례적인 일이었다.

이 아키텍처는 분기 지연 슬롯을 사용한다. MIPS 컴퓨터 시스템즈에서 제공하는 R3000용 컴파일러는 일반적으로 지연 슬롯을 70~90% 채울 수 있었다.^[1] 일부 군사 응용 분야에서는 75~80%가 점유되었다.^[2]

이 MIPS 세대는 최대 4개의 코프로세서를 지원한다. R3000 마이크로프로세서에는 CPU 코어 외에도 변환 색인 버퍼와 메모리 관리 장치를 포함하는 제어 프로세서(CP)가 포함되어 있다.^[3] CP는 코프로세서로 작동한다. CP 외에도 R3000은 외부 R3010 수치 코프로세서와 두 개의 다른 외부 코프로세서를 지원할 수 있다.^[4]

R3000 CPU는 레벨 1 CPU 캐시를 포함하지 않는다. 대신 온칩 캐시 컨트롤러는 각각 최대 256KB의 외부 데이터 및 명령어 캐시를 작동시킨다. 동일한 클럭 사이클 동안 두 캐시에 모두 액세스할 수 있다.

R3000은 R2000의 추가 개발품으로, 더 큰 TLB와 외부 캐시로 가는 더 빠른 버스를 포함한 사소한 개선 사항이 있었다. R3000 다이에는 115,000개의 트랜지스터가 포함되어 있었고 크기는 약 75,000평방 천분의 일인치 (48mm²)였다.^[5] MIPS는 팹리스 반도체 회사였기 때문에 R3000은 인터그레이티드 디바이스 테크놀로지 (IDT), LSI 코퍼레이션, NEC, 퍼포먼스 세미컨덕트 등 MIPS 파트너사에 의해 제조되었다. 2단계 알루미늄 인터커넥트가 있는 1.2μm 상보성 금속 산화물 반도체 (CMOS) 공정으로 제조되었다.^[3]

워크스테이션 및 서버에서의 사용

MIPS R3000A 다이샷

RISC 접근 방식은 큰 성공을 거두었으며 많은 회사들이 워크스테이션과 서버에 빠르게 사용했다.^[6] R3000을 사용한 회사들은 다음과 같다:

• 아덴트 컴퓨터
• 아타리 COJAG (아케이드 시스템용으로 수정된 아타리 재규어).
• 디지털 이큅먼트 코퍼레이션 (DEC)의 DECstation 워크스테이션 및 멀티프로세서 DECsystem 서버.
• 에반스 & 서덜랜드의 비전(ESV) 시리즈 워크스테이션.
• LSI 코퍼레이션의 CW4003 RISC 프로세서 코어 및 DCAM-101 시스템 온 칩.^[7]
• MIPS 컴퓨터 시스템즈의 MIPS RISC/os 유닉스 워크스테이션 및 서버.
• NEC의 RISC EWS4800 워크스테이션 및 UP4800 서버.
• 프라임 컴퓨터
• 피라미드 테크놀로지
• 세이코 엡손
• 실리콘 그래픽스의 프로페셔널 IRIS, 퍼스널 IRIS 및 인디고 워크스테이션, 그리고 멀티프로세서 파워 시리즈 시각화 시스템.
• 소니그룹의 플레이스테이션 및 플레이스테이션 2 (SCPH-10000 ~ SCPH-700XX - I/O CPU로 36.864 MHz, 플레이스테이션 게임 호환용으로 33.8688 MHz), NEWS 워크스테이션, 그리고 R3000A로 구동되는 비마니 시스템 573 아날로그 아케이드 유닛.
• 탠덤 컴퓨터즈의 NonStop Cyclone/R 및 CLX/R 내결함성 서버.
• 화이트채플 워크스테이션즈의 하이테크-20 워크스테이션.
• 뉴 허라이즌스 탐사선^[8][9][10]

비임베디드 애플리케이션용 R3000 파생 제품은 다음과 같다.

• R3000A - MIPS가 1989년에 출시한 추가 개발품이다. 최대 40 MHz의 클럭 주파수로 작동했다.
• PR3400 - 퍼포먼스 세미컨덕터가 개발하여 1991년 5월에 출시되었으며, 역시 최대 40 MHz로 작동했다. 퍼포먼스 세미컨덕터 PR3000A와 PR3010A를 단일 다이에 통합했다.

실시간 시스템에서의 사용

MIPS R3000은 실시간 컴퓨팅에 사용될 수 있었으며, 실제로 컴퓨터 디자인 저널의 한 편집자는 R3000을 "실시간 운영 체제를 구현하기에 가장 깨끗한 RISC 프로세서"라고 평가했다.^[2] R3000의 임베디드 구현은 디버깅 시설 추가 또는 미구현 기능 및 오피코드에 대한 트랩 추가와 같은 특정 방식으로 프로세서를 사용자 지정할 수 있었다.^[11] R3000은 여러 회사에서 임베디드 시스템 마이크로프로세서로 사용되었다.

• 휴리콘 코퍼레이션의 HKMIPS/3500 보드^[12]
• 인터그레이티드 디바이스 테크놀로지의 IDT7RS301 및 IDT7RS302^[12]
• LSI 코퍼레이션의 임베디드 제어 애플리케이션용 LR33000, 50MHz 프로세서, 8K 명령어 캐시 및 1K 데이터 캐시 포함,^[11] LR33000 포켓 로켓 평가 보드 포함;^[12] 메모리 관리가 포함된 더 큰 LR3000도 제공^[6]
• MIPS 컴퓨터 시스템즈 자체의 R3200-6 CPU 보드^[12]
• 록히드 샌더스의 STAR MVP R3000/R3010 보드는 25MHz 프로세서, 128K 명령어 및 데이터 캐시, 4단어 쓰기 버퍼를 포함한다^[13]
• 텍사스 인스트루먼트의 TI DP32^[12]

이러한 임베디드 시스템 중 상당수가 국방/항공 전자 응용 분야에 사용되었으며, 1990년대 초까지 R3000용 에이다 프로그래밍 언어 크로스 컴파일러 구현이 많이 있었다.^[12] 1980년대 후반 미국 공군, 해군, 육군 항공기의 차세대 공통 표준을 확립하기 위한 미국 정부 이니셔티브인 합동 통합 항공 전자 작업 그룹(JIAWG)은 R3000을 실시간 임베디드 시스템 응용 분야를 위한 두 가지 32비트 명령어 집합 아키텍처 중 하나로 선택했다 (다른 하나는 인텔 i960이었다).^[2] 국방 산업에서 R3000은 종종 16비트 MIL-STD-1750A 아키텍처의 후속으로 사용되었다.^[14]

다른 저가형 디자인에서의 사용

기술 발전으로 인해 R3000이 고성능 시스템에 더 이상 사용되지 않게 된 후에도, 저가형 디자인에서 계속 사용되었다. 임베디드 애플리케이션용 R3000 파생 제품은 다음과 같다.

IDT R3051

IDT R3081

• CW4003, DCAM-101 - 디지털 카메라 애플리케이션을 목표로 한 CW4003 코어는 정수 연산 가속을 위한 "멀티플라이어-어디션 볼트온"(MABO) 장치와 코프로세서 2 인터페이스를 통해 접근할 수 있는 픽셀 처리 가속기(PPA) 장치를 특징으로 했다. DCAM-101은 CW4003 코어를 카메라 센서, 디스플레이, 저장 장치 및 기타 주변 장치와 인터페이싱하는 모듈과 결합했으며, JPEG 압축/해제 장치도 통합했다.^[7]
• PR31500, PR31700 - 필립스 세미컨덕터의 마이크로프로세서로 필립스 벨로 휴대용 PC 제품군에 사용되었다. 75 MHz PR31700은 350 nm 공정으로 제조되었으며, 208핀 LQFP로 제공되었고, 3.3 V에서 작동하며 350 mW만 소비했다.
• RISController - IDT의 임베디드 마이크로프로세서 제품군. 모델에는 R3041, R3051, R3052, R3071 및 R3081이 포함되었다. 모든 모델에는 통합 L1 캐시가 포함되었다. 고급 모델에는 더 큰 캐시와 선택적 MMU 및 FPU가 포함되었다. 이들은 인텔 i960 및 AMD 29000과 경쟁했다.
• TX3900 - 도시바의 마이크로컨트롤러.
• 몽구스-V - 우주선용으로 방사선 경화 및 확장된 10–15 MHz CPU로, 미국 항공 우주국의 뉴 허라이즌스 우주 탐사선과 같은 응용 분야에서 오늘날에도 여전히 사용되고 있다.