30 Jahre Nintendo 64: Als Nintendos Konsolen noch High-End-Hardware waren
Inhalt
Vor 30 Jahren kam in Japan am 23. Juni 1996 die Nintendo 64 auf den Markt, und für den Hersteller war die Konsole ein Generationenwechsel: Setzte der Vorgänger noch auf einen 16-Bit-Prozessor und 2D-Grafik, klotzte der N64 mit einem 64-Bit-Prozessor und 3D-Grafik. Auch heute noch erfreut sich die Konsole sowohl im Original als auch als Nachbau großer Beliebtheit, und das nicht nur aus Nostalgiegründen, sondern auch aufgrund guter Spiele. Grund genug für einen genaueren Blick auf den N64.
Trotz leistungsfähiger Hardware ist der N64 aus heutiger Sicht erstaunlich günstig: Der Einführungspreis lag in Deutschland bei 399 Mark, was kaufkraftbereinigt heute 334 Euro entspräche (berechnet anhand der Tabelle zur Entwicklung der Kaufkraft der Bundesbank, PDF(öffnet im neuen Fenster)). Bereits nach zwei Monaten senkte Nintendo den Preis aber auf 299 Mark, umgerechnet 250 Euro. Grund war der starke Preisdruck durch Sonys Playstation.
Die Homebrew- und Emulatorszene hat die Konsole eingehend dokumentiert(öffnet im neuen Fenster). Wie für die Zeit üblich, nutzt der N64 eine dedizierte CPU und einen dedizierten Prozessor für Grafik und Sound, den Reality Co-Processor (RCP). Hier taucht noch Nintendos Projektname auf, angekündigt wurde die Konsole Anfang 1993 als Reality(öffnet im neuen Fenster). Beide Chips entwickelte Silicon Graphics Inc. (SGI), eigentlich bekannt für leistungsfähige RISC-Workstations. Die Fertigung erfolgte in Japan bei NEC mit einem 350-nm-Prozess.
Der doppelte MIPS
Beide Prozessoren enthalten MIPS-Kerne, die R4300i-CPU unterstützt den MIPS-III-Befehlssatz (Instruction Set Architecture, ISA) und damit die namensgebenden 64-Bit-Befehle. Es handelt sich dabei um einen angepassten Prozessor aus NECs VR4300-Reihe (Datenblatt, PDF(öffnet im neuen Fenster)).
Im RCP hingegen arbeitet ein reduzierter 32-Bit-Kern, den wir uns noch genauer ansehen. Die Kerne von CPU und RCP takteten mit 93,75 MHz und 62,5 MHz deutlich höher als bei den ein bis eineinhalb Jahre zuvor erschienenen Konkurrenten Sega Saturn und Playstation. Während auf der CPU die Spiellogik läuft, ist der RCP für die Verarbeitung der 3D-Daten sowie das Erzeugen von Bild- und Soundausgabe zuständig.
Nintendo hat schon lange ein Herz für Embedded-CPUs
Trotz dieser Zweiteilung entschied sich Nintendo dafür, lediglich ein Speichersystem zu nutzen. Diese Entscheidung hat den Vorteil, dass die Aufteilung in Programm- und Daten- sowie Grafikspeicher nicht fest ist.
Entwickler können frei entscheiden, wie viel des gemeinsam genutzten RAMs – heute wird das als Unified Memory bezeichnet – wofür genutzt werden sollte. Der 4,5 MByte große RAM – auf die seltsame Größe kommen wir noch zurück – ist dabei an den RCP angebunden. Das ergibt Sinn, da insbesondere das Videosystem große Datenmengen bewegt und sensibler auf Latenzen reagiert als die CPU. Letztere ist über einen 32-Bit-Bus angebunden, der sowohl für Daten als auch für Adressen genutzt wird. Dabei handelt es sich um eine Maßnahme zur Kostensenkung, einen 64-Bit-Bus nutzt der R4300i lediglich intern.
Praktisch handelt es sich beim R4300i um eine abgespeckte Version des R4200(öffnet im neuen Fenster) für eingebettete Systeme – eine Parallele zu Nintendos Switch. Der Vollausbau des Chips wäre allerdings für eine Konsole zu teuer gewesen. Das größere und teurere Keramik-Chip-Package mit mehr Kontakten hätte zudem das Mainboard größer und komplizierter gemacht, ohne echten Mehrwert zu bieten. Der Befehls-Cache ist mit 16 kByte so groß wie beim Pentium MMX, der Daten-Cache fasst lediglich die Hälfte.
Auch eine Gleitkommaeinheit mit Unterstützung für 32- und 64-Bit-Werte (Full und Double Precision) ist integriert. Hier empfiehlt sich allerdings eine sparsame Nutzung, da Gleitkommaarithmetik zwischen 3 und 58 zusätzliche Takte benötigt.
Übersetz dir deine Adresse doch selbst!
Ein wenig kurios wirkt die Implementierung des virtuellen Speichers im R4300i. Eine echte Memory Management Unit (MMU) gibt es nicht, stattdessen wird ein Translation Lookaside Buffer (TLB) für die Übersetzung einer virtuellen in eine physische Adresse genutzt. Fehlt ein passender Eintrag, wird ein Interrupt ausgelöst, die entsprechende Behandlungsroutine nimmt die Übersetzung anhand der Seitentabelle vor und trägt sie in den TLB ein.
Das spart Hardware, ist aber langsamer als eine echte Hardware-MMU, welche die Seitentabelle selbst durchlaufen würde. Da allerdings Multitasking mit getrennten virtuellen Adressräumen beim N64 kein ernsthaftes Szenario war und maximal das rudimentäre Betriebssystem vor Programmierfehlern geschützt werden musste, dürfte diese Einschränkung kaum ins Gewicht gefallen sein.
Während die CPU ziemlich normal ist, ist der RCP ein wirklich ungewöhnlicher Chip.
- Anzeige Hier geht es zur Nintendo Switch 2 bei Media Markt Wenn Sie auf diesen Link klicken und darüber einkaufen, erhält Golem eine kleine Provision. Dies ändert nichts am Preis der Artikel.