Ta konsola ma dwa procesory ogólnego przeznaczenia.
Przodownik
Po pierwsze, mamy Motorolę 68000 działającą z częstotliwością ~7,6 MHz, popularny procesor, który byl już obecny w wielu komputerach z tamtych czasów, takich jak Amiga, oryginalny Macintosh, Atari ST... Co ciekawe, każdy z tych komputerów zastąpił swojego 'poprzednika 6502' i podczas gdy Master System (prekursor Mega Drive) nie zawiera procesora 6502, robił to NES (i w pewnym sensie celem Segi było przekonanie konsumentów Nintendo). Podsumowując, widać pewną korelację między ewolucją komputerów a technologią konsoli do gier.
Chip Motorola 68000 w Mega Drive, ten został wtórnie wytworzony przez Hitachi.
Wracając do tematu, 68k pełni rolę 'głównego' procesora i będzie przetwarzał logikę gry, obsługiwał WE/WY i obliczenia graficzne. Posiada następujące możliwości :
- ISA 68000: Nowy zestaw instrukcji z wieloma funkcjami, w tym zestawem kodów operacji mnożenia i dzielenia. Niektóre instrukcje mają długość 8 bitów (nazywane 'bajtem'), inne mają długość 16-bitową (nazywane 'słowem'), a pozostałe są 32-bitowe (nazywane 'długim-słowem').
- Osiem 32-bitowych rejestrów ogólnego przeznaczenia: To duży krok, biorąc pod uwagę, że 6502 i Z80 mają rejestry tylko 8-bitowe.
- ALU 16-bitowe: Oznacza to, że potrzebuje dodatkowych cykli do obliczenia operacji arytmetycznych na liczbach 32-bitowych, ale radzi sobie z liczbami 16-bitowymi/8-bitowymi.
- Zewnętrzna magistrala danych 16-bitowa: Jak widać, chociaż ten procesor ma pewne 'możliwości 32-bitowe', nie został zaprojektowany jako kompletna maszyna 32-bitowa. Szerokość tej magistrali oznacza lepszą wydajność podczas przenoszenia danych 16-bitowych.
- Co ciekawe, Motorola zadebiutowała z kompletnym 32-bitowym procesorem, 68020, cztery lata przed premierą tej konsoli. Ale wyobrażam sobie, że koszty wzrosłyby, gdyby Sega wybrała ten drugi układ.
- Magistrala adresowa 24-bitowa: Oznacza to, że można uzyskać dostęp do maksymalnie 16 MB pamięci. Adresy pamięci są nadal kodowane 32-bitowymi wartościami wewnątrz procesora (górny bajt jest po prostu odrzucany). To powiedziawszy, magistrala jest fizycznie podłączona do :
- 64 KB RAM ogólnego przeznaczenia.
- ROM na kartridżu (do 4 MB).
- Dwóch kontrolerów.
- Rejestrów, portów i DMA procesora VDP.
- Rejestrów płyty głównej (identyfikują konsolę).
- Portów rozszerzeń (używanych do 'przyszłych' akcesoriów).
- RAM drugiego procesora, pośredniczony przez arbitra magistrali.
Jeśli zastanawiasz się, dlaczego używa się 24-bitowych adresów w procesorze, który może obsłużyć 32-bitowe słowa, jest to ponieważ niewielka ilość sprzętu z tamtej epoki wymagała zarządzania 4 GB pamięci. Biorąc pod uwagę fakt, że wdrożenie niewykorzystanych linii jest kosztowne pod względem wydajności i pieniędzy, Motorola osiągnęła rozsądny kompromis (24 linie adresowe), który przygotowałby również programistów na pojawienie się w pełni 32-bitowego procesora (68020).
Specjalny zestaw instrukcji
Przed rewolucją RISC w latach 80. istniał ruch mający na celu skonsolidowanie sposobu projektowania zestawów instrukcji. Zasadniczo procesory konsumenckie z lat 70. (takie jak 6502 czy 8080) dostarczają instrukcje, które już wcześniej zdefiniowały sposób dostępu do pamięci (nazywa się to 'trybem adresowania'). W modelu 68000 Motorola oddzieliła funkcję instrukcji (kod operacji) od trybu adresowania, czyniąc ten ostatni jedynie kolejnym parametrem (operandem). Robiąc to, programiści mogli teraz używać tych samych kodów operacji z najbardziej optymalnym trybem adresowania (w oparciu o ich potrzeby).
Zasada ta nazywana jest ortogonalnością zestawu instrukcji i miała ogromny wpływ na nową generację procesorów pod koniec lat 70., ale szybko została rozproszona, gdy władzę przejęły projekty RISC, skutecznie przenosząc ciężar na procesor kompilatory. W każdym razie seria Motorola 68k cieszyła się dużą popularnością w latach 80. i dopiero na początku lat 90. firmy zaczęły przestawiać się na innego dostawcę.
Towarzysz
W tej konsoli jest zainstalowany inny procesor, Zilog Z80 działający z częstotliwością ~3,5 MHz. Jest to ten sam procesor wcześniej analizowany w artykule o Master System.
Z80 jest głównie używany do sterowania dźwiękiem. A zatem jego 16-bitowa magistrala adresu składa się z następujących :
- 8 KB RAM.
- Dwa chipy dźwiękowe.
- RAM 68000 (ponownie, obsługiwany przez arbitra magistrali).
Na koniec należy zauważyć, że oba procesory działają równolegle.
Dostępna pamięć
Główny procesor zawiera 64 KB dedykowanego RAM do przechowywania danych ogólnego przeznaczenia, a Z80 zawiera 8 KB RAM do operacji związanych z dźwiękiem.
Interkomunikacja
Sega wybrała dwa niezależne procesory, które nie znają się nawzajem, więc jak gry mogą zarządzać obydwoma jednocześnie? Cóż, główny program jest wykonywany w 68000, a ten procesor może następnie zapisywać w RAM Z80. Tak więc 68000 może wysłać program do pamięci RAM Z80 i poinstruować Z80, aby go załadował (przez wysłanie sygnału resetowania do Z80) . Gdy Z80 jest już pod kontrolą, może być używany do zarządzania podsystemem dźwiękowym i przenoszenia pamięci za pomocą opisanej wcześniej metody, a wszystko to podczas gdy 68000 zajmuje się innymi operacjami.
Architektura pamięci Mega Drive/Genesis.
Ponieważ jeden procesor będzie musiał wkroczyć w magistralę procesora drugiego i oba nie mogą używać jej w tym samym czasie, istnieje dodatkowy składnik o nazwie arbiter magistrali, który należy aktywować, aby zatrzymać dowolny procesor, dzięki czemu pamięć może być zapisywana bez zagrożeń.
Ważne jest, aby podkreślić, że ten projekt może działać słabiej, jeśli nie jest odpowiednio zarządzany, więc gry będą musiały szczególnie uważać na arbitra magistrali i uważać, aby nie zatrzymywać procesora dłużej niż to konieczne.