Texas Instruments TMS34020

Отличный выбор! TMS34020 — это знаковый процессор, определивший развитие графических подсистем в 1990-х годах. Вот подробное описание.

TMS34020 — Описание

TMS34020 — это 32-битный графический микропроцессор (Graphics System Processor, GSP), разработанный Texas Instruments. Он не был графическим ускорителем в современном понимании (не имел фиксированных функций вроде рисования линий или заливки треугольников). Вместо этого это был программируемый RISC-процессор, оптимизированный для операций с растровой графикой, битблиттинга (BLIT) и управления видеобуфером.

Его ключевая философия: предоставить графическому разработчику мощный программируемый инструмент, на котором можно реализовать любые алгоритмы вывода изображения (от 2D-спрайтов до ранних 3D-полигонов), минуя ограничения центрального CPU. Он стал "сердцем" многих высокопроизводительных графических плат для ПК (особенно SVGA-акселераторов) и аркадных автоматов.

Архитектурные "фишки":

• Два АЛУ: Позволяло выполнять две операции за такт (например, сложение адреса и модификацию счетчика).
• Внутренняя 128-битная шина данных: Обеспечивала очень быструю пересылку данных внутри кристалла.
• Специализированные инструкции: Для работы с битовыми полями (PIXBLT, PIXT), быстрого заполнения памяти (FILL), циклических операций.
• Встроенный контроллер DRAM/VRAM: Прямое подключение до 4 МБ видеопамяти.
• Программируемый видеоинтерфейс: Гибкая генерация сигналов синхронизации для разных разрешений и частот развертки.

Технические характеристики

| Параметр | Характеристика | | :--- | :--- | | Архитектура | 32-битный RISC-процессор, оптимизированный для графики | | Тактовая частота | 40 МГц, 50 МГц, 60 МГц (в зависимости от модификации) | | Техпроцесс | 1.0 мкм CHMOS | | Производительность | До 15 MIPS (миллионов инструкций в секунду). Ключевой показатель — скорость битблиттинга (более 100 млн пикселей/с). | | Адресное пространство | 4 ГБ (32-битная шина адреса) | | Встроенная память | 64 байта двухпортовой RAM (регистровый файл), 2 КБ инструктивного кэша (512 строк по 64 бита). | | Внешняя память | Прямое управление DRAM или VRAM (однопортовой или двухпортовой). Поддержка до 4 МБ. | | Интерфейс хоста | 16-битный (мультиплексированный адрес/данные). Подключался к ISA, VLB, PCI через интерфейсную микросхему (часто TMS34094). | | Инструкции | Более 100 инструкций, включая специализированные графические (PIXBLT, DRAW, FILL, PIXT). | | Параллелизм | Два АЛУ, конвейерная обработка. | | Корпус | 132-контактный PQFP (пластиковый квадрантный плоский корпус), 128-контактный PQFP. | | Напряжение питания | +5В |

Парт-номера (Part Numbers)

Основные коммерческие и промышленные варианты:

• TMS34020FML-40 – 40 МГц, коммерческий температурный диапазон (0°C to +70°C), корпус 132-pin PQFP.
• TMS34020FML-50 – 50 МГц, коммерческий диапазон.
• TMS34020FML-60 – 60 МГц, коммерческий диапазон.
• TMS34020GBL-40 – 40 МГц, промышленный температурный диапазон (-40°C to +85°C), корпус 132-pin PQFP.
• TMS34020GDPA – Версия в корпусе 128-pin PQFP.
• TMS34020GFML – Обозначение для 50/60 МГц версий в 132-pin PQFP.

Важно: Существовали также TMS34020CGB и TMS34020CGB-50 — это более ранние версии в керамическом корпусе (PGA).

Совместимые и сопутствующие модели

1. Прямые предшественники и аналоги:

• TMS34010 – Предшественник, 16/32-битный, менее производительный, 16-битное АЛУ. Широко использовался в первых SVGA-картах (например, ATI Graphics Ultra) и аркадах (Midway T-Unit, Mortal Kombat 1-2).
• TMS34082 – Сопроцессор с плавающей точкой (FPU), разработанный специально для работы в паре с TMS34020. Обеспечивал огромный прирост в 3D-расчетах. Ключевой компонент для сложных графических систем.

2. Семейство TMS34020 (последующие модели):

• TMS34020A (TMS34020A-40/50) – Улучшенная версия с оптимизированным конвейером и увеличенным кэшем.
• TMS34020M2 – Еще более совершенная версия с тактовой частотой до 80 МГц, поддержкой синхронной DRAM (SDRAM) и улучшенным набором инструкций.

3. Графические контроллеры и интерфейсные микросхемы (использовались в связке):

• TMS34094 – Универсальный интерфейсный преобразователь (Host Interface/Graphics Address Generator). Критически важная микросхема, которая связывала TMS34020 с шиной хоста (ISA/VLB/PCI) и генерировала адреса для выборки данных.
• TMS34061 – Видео-контроллер (VSC) для TMS34010.
• TMS3416x/7x – Семейство программируемых видеоконтроллеров (PGC/VAC) для более поздних систем.

4. Известные графические ускорители на базе TMS34020:

• Diamond FireGL 3000 (профессиональная 2D/3D карта).
• Matrox MGA-1064SG (знаменитая карта серии Millennium).
• ATI Graphics Pro Turbo (и другие карты серии Mach).
• Number Nine Imagine 128 (серия 128-bit).
• Hercules Graphite (и другие карты серии Terminator).
• Аркадные системы: Atari Games "Atlantis" (например, для игры San Francisco Rush: Extreme Racing).

5. Прямой конкурент:

• Intel i860 – Другой популярный в свое время RISC-процессор, использовавшийся в некоторых графических акселераторах (например, Intel's own i860 XP) и рабочих станциях. Был более универсальным, но также требовал глубокого программирования.

Историческое значение

TMS34020 стал мостом между эрой простых VGA-контроллеров и эрой специализированных графических акселерателей с фиксированным функционалом (которые позже эволюционировали в современные GPU). Он дал разработчикам беспрецедентную гибкость, что привело к появлению первых аппаратных графических интерфейсов (GUI), сложных 2D-игр и зачатков 3D-графики на ПК. Однако необходимость программировать его на низком уровне в итоге привела к доминированию более простых в использовании, но менее гибких решений в массовом рынке.