R3000

El R3000 es un microprocesador RISC de 32 bits desarrollado por MIPS Computer Systems que implementaba la arquitectura del conjunto de instrucciones (ISA) MIPS I. Presentado en junio de 1988, fue la segunda implementación de MIPS, sucediendo al R2000 como el microprocesador MIPS insignia. Operaba a 20, 25 y 33,33 MHz. 

El conjunto de instrucciones del MIPS 1 es pequeño en comparación con los de las arquitecturas contemporáneas 80x86 y 680x0 , ya que codifica solo las operaciones más comunes y admite pocos modos de direccionamiento . Junto con su longitud de instrucción fija y solo tres tipos diferentes de formatos de instrucción, esto simplificó la decodificación y el procesamiento de las instrucciones. Empleaba una arquitectura de segmentación de instrucciones de 5 etapas , lo que permitía una ejecución a una velocidad cercana a una instrucción por ciclo, algo inusual para su época.

La arquitectura utiliza una ranura de retardo de bifurcación . Los compiladores para el R3000 disponibles de MIPS Computer Systems solían llenar la ranura de retardo entre un 70 y un 90 por ciento del tiempo. ^{[ 1 ]} En algunas aplicaciones militares, la cifra era de entre un 75 y un 80 por ciento de ocupación. ^{[ 2 ]}

Esta generación MIPS admite hasta cuatro coprocesadores. Además del núcleo de la CPU, el microprocesador R3000 incluye un procesador de control (CP), que contiene un búfer de traducción anticipada y una unidad de gestión de memoria . ^{[ 3 ]} El CP funciona como un coprocesador . Además del CP, el R3000 también puede admitir un coprocesador numérico externo R3010, ^{[ 4 ]} junto con otros dos coprocesadores externos.

La CPU R3000 no incluye caché de nivel 1. En su lugar, su controlador de caché integrado gestiona cachés externas de datos e instrucciones de hasta 256  KB cada una. Puede acceder a ambas cachés durante el mismo ciclo de reloj.

El R3000 fue un desarrollo posterior del R2000 con mejoras menores que incluían una TLB más grande y un bus más rápido a las cachés externas. El chip R3000 contenía 115 000 transistores y medía aproximadamente 75 000 milésimas de pulgada cuadradas (48 ^mm²  ) . ^{[ 5 ]} MIPS era una empresa de semiconductores sin fábrica , por lo que el R3000 fue fabricado por socios de MIPS incluidos Integrated Device Technology (IDT), LSI Logic , NEC Corporation , Performance Semiconductor y otros. Fue fabricado en un proceso de semiconductor complementario de óxido metálico (CMOS) de 1,2 μm ^{[ 3 ]} con dos niveles de interconexión de aluminio . 

El enfoque RISC tuvo mucho éxito y fue rápidamente adoptado por muchas empresas en sus estaciones de trabajo y servidores . ^{[ 6 ]} Entre los usuarios del R3000 se encontraban:

• Computadora Ardent
• Atari CoJag (Una versión modificada de Atari Jaguar para sistemas arcade).
• Digital Equipment Corporation (DEC) por sus estaciones de trabajo DECstation y servidores multiprocesador DECsystem .
• Evans & Sutherland para sus estaciones de trabajo de la serie Vision (ESV).
• LSI Logic para su núcleo de procesador RISC CW4003 y el sistema en chip DCAM-101. ^{[ 7 ]}
• Sistemas informáticos MIPS para sus estaciones de trabajo y servidores Unix MIPS RISC/OS .
• NEC para sus estaciones de trabajo RISC EWS4800 y servidores UP4800 .
• Computadora Prime
• Tecnología de pirámides
• Seiko Epson
• Silicon Graphics para sus estaciones de trabajo Professional IRIS, Personal IRIS e Indigo , y los sistemas de visualización multiprocesador Power Series.
• Sony para sus consolas de videojuegos PlayStation y PlayStation 2 (SCPH-10000 a SCPH-700XX, con una frecuencia de reloj de 36,864  MHz para su uso como CPU de E/S y de 33,8688 MHz para compatibilidad con juegos de PlayStation) y estaciones de trabajo NEWS , así como la unidad arcade analógica Bemani System 573 , que funciona con el R3000A. 
• Tandem Computers para sus servidores tolerantes a fallos NonStop Cyclone/R y CLX/R.
• Whitechapel Workstations para su estación de trabajo Hitech-20.
• Sonda New Horizons ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}

Entre las variantes del R3000 para aplicaciones no integradas se incluyen:

• R3000A: Un desarrollo posterior de MIPS introducido en 1989. Funcionaba a frecuencias de reloj de hasta 40  MHz.
• PR3400 - Desarrollado por Performance Semiconductor, presentado en mayo de 1991, también con una frecuencia de hasta 40  MHz. Integraba los procesadores Performance Semiconductor PR3000A y PR3010A en un solo chip.

El MIPS R3000 podía utilizarse para computación en tiempo real ; de hecho, un editor de la revista Computer Design caracterizó al R3000 como "uno de los procesadores RISC más limpios para implementar un sistema operativo en tiempo real". ^{[ 2 ]} Era posible que las implementaciones embebidas del R3000 personalizaran el procesador de ciertas maneras, como agregando funciones de depuración o agregando trampas en funciones y códigos de operación no implementados. ^{[ 11 ]} El R3000 fue utilizado como microprocesador de sistemas embebidos por varias empresas:

• Heurikon Corporation , con su placa HKMIPS/3500 ^{[ 12 ]}
• Integrated Device Technology , con sus IDT7RS301 e IDT7RS302 ^{[ 12 ]}
• LSI Logic , con su LR33000 para aplicaciones de control embebido, con un procesador de 50 MHz, caché de instrucciones de 8 KB y caché de datos de 1 KB, ^{[ 11 ]} incluyendo una placa de evaluación Pocket Rocket LR33000; ^{[ 12 ]} también con su LR3000 más grande, con gestión de memoria incluida ^{[ 6 ]}
• MIPS Computer Systems, con su placa de CPU R3200-6 ^{[ 12 ]}
• Lockheed Sanders , con su placa STAR MVP R3000/R3010 que contiene un procesador de 25 MHz, cachés de instrucciones y datos de 128K y un búfer de escritura de 4 palabras ^{[ 13 ]}
• Texas Instruments , con su TI DP32 ^{[ 12 ]}

Varios de estos sistemas embebidos se utilizaron en aplicaciones de defensa/aviónica, y como tal, a principios de la década de 1990, había varias implementaciones de compiladores cruzados del lenguaje de programación Ada disponibles para el R3000. ^{[ 12 ]} El Joint Integrated Avionics Working Group (JIAWG), una iniciativa del gobierno de los Estados Unidos de finales de la década de 1980 destinada a establecer estándares comunes para la próxima generación de aeronaves de la Fuerza Aérea, la Armada y el Ejército de los EE. UU., seleccionó el R3000 como una de las dos arquitecturas de conjunto de instrucciones de 32 bits para aplicaciones de sistemas embebidos en tiempo real (la otra era el Intel i960 ). ^{[ 2 ]} En usos de la industria de defensa, el R3000 fue a menudo un sucesor de la arquitectura MIL-STD-1750A de 16 bits . ^{[ 14 ]}

Incluso después de que los avances tecnológicos dejaran obsoleto el R3000 para sistemas de alto rendimiento, se siguió utilizando en diseños de menor coste. Entre las variantes del R3000 para aplicaciones integradas se incluyen:

• CW4003, DCAM-101 - Diseñado para aplicaciones de cámaras digitales, el núcleo CW4003 incluía una unidad MABO (multiplicador-aditivo) para aritmética de enteros acelerada y una unidad PPA (acelerador de procesamiento de píxeles) accesible a través de la interfaz del coprocesador 2. El DCAM-101 combinaba el núcleo CW4003 con módulos que se conectaban a un sensor de cámara, pantalla, almacenamiento y otros periféricos, e incorporaba también una unidad de compresión/descompresión JPEG. ^{[ 7 ]}
• PR31500, PR31700: microprocesadores de Philips Semiconductors utilizados en la gama de ordenadores portátiles Philips Velo  . El PR31700 de 75 MHz se fabricó con un  proceso de 350 nm, se suministró en un encapsulado LQFP de 208 pines, funcionaba a 3,3  V y disipaba solo 350  mW.
• RISController: una familia de microprocesadores integrados de IDT. Los modelos incluían el R3041, R3051, R3052, R3071 y R3081. Todos los modelos incluían cachés L1 integradas. Los modelos de gama alta incluían cachés más grandes y unidades de gestión de memoria (MMU) y unidades de punto flotante (FPU) opcionales. Competían con el Intel i960 y el AMD 29000 .
• TX3900 - Un microcontrolador de Toshiba.
• Mongoose-V : una CPU de 10 a 15 MHz, reforzada y resistente a la radiación, diseñada  para su uso en naves espaciales, que aún se utiliza hoy en día en aplicaciones como la sonda espacial New Horizons de la NASA .

• "Tecnologías MIPS R3000"