پیش‌نویس:R4000

این مقاله در حال ترجمه از ویکی انگلیسی است. لطفا حذف نشود.

 
آر۴۰۰۰ (R4000) یک ریزپردازنده است که توسط شرکت MIPS Computer Systems توسعه یافت و معماری مجموعه‌دستورالعمل MIPS III را پیاده‌سازی می‌کند. این پردازنده به‌طور رسمی در ۱ اکتبر ۱۹۹۱ معرفی شد و یکی از نخستین ریزپردازنده‌های ۶۴ بیتی و نخستین پیاده‌سازی معماری MIPS III به شمار می‌رود. در اوایل دهه ۱۹۹۰، زمانی که انتظار می‌رفت پردازنده‌های مبتنی بر معماری RISC جایگزین پردازنده‌های CISC شوند، R4000 به عنوان پردازنده اصلی پروژه Advanced Computing Environment (ACE) انتخاب شد. اگرچه پروژه ACE به موفقیت کامل نرسید، اما R4000 در بازار ایستگاه‌های کاری و سرورها مورد استفاده گسترده قرار گرفت.

 تاریخچه 
R4000 نخستین پردازنده ۶۴ بیتی خانواده MIPS بود و نقش مهمی در گسترش معماری‌های RISC ایفا کرد. این پردازنده در دوره‌ای معرفی شد که بسیاری از شرکت‌های رایانه‌ای به دنبال جایگزینی معماری‌های پیچیده CISC با طراحی‌های ساده‌تر و کارآمدتر RISC بودند. موفقیت R4000 باعث شد که نسل‌های بعدی پردازنده‌های MIPS بر پایه آن توسعه یابند.

 مدل‌ها 
R4000 در سه پیکربندی اصلی عرضه شد:

 R4000PC : مدل پایه که از حافظه نهان سطح دوم پشتیبانی نمی‌کرد.
 R4000SC : مدلی مجهز به حافظه نهان سطح دوم.
 R4000MC : مدلی مجهز به حافظه نهان سطح دوم و قابلیت پشتیبانی از سامانه‌های چندپردازنده‌ای.

 معماری 
R4000 یک ریزپردازنده سوپرپایپلاین است که از یک خط لوله هشت مرحله‌ای برای اجرای دستورالعمل‌های صحیح استفاده می‌کند. این طراحی امکان افزایش فرکانس کاری و بهبود کارایی را فراهم می‌سازد. مراحل مختلف خط لوله شامل واکشی دستور، ترجمه آدرس، رمزگشایی دستور و اجرای عملیات هستند.

این پردازنده دارای دو مجموعه ثبات ۶۴ بیتی است؛ یکی برای عملیات صحیح و دیگری برای عملیات ممیز شناور. هر مجموعه شامل ۳۲ ثبات بوده و امکان پردازش داده‌های ۶۴ بیتی را فراهم می‌کند.

 واحد محاسبات ممیز شناور 
R4000 دارای یک واحد محاسبات ممیز شناور داخلی با نام R4010 است که از استاندارد IEEE 754 پشتیبانی می‌کند. این واحد قادر است عملیات جمع، ضرب، تقسیم و جذر را روی اعداد ممیز شناور انجام دهد و به صورت موازی با واحد محاسبات صحیح فعالیت کند.

 مدیریت حافظه 
واحد مدیریت حافظه در R4000 از یک Translation Lookaside Buffer یا TLB با ۴۸ ورودی استفاده می‌کند. این پردازنده از آدرس‌دهی مجازی ۶۴ بیتی بهره می‌برد، هرچند تنها ۴۰ بیت از فضای آدرس مجازی را پیاده‌سازی می‌کند. این ویژگی امکان دسترسی به حجم بسیار بزرگی از حافظه را فراهم می‌سازد.

 حافظه نهان 
این پردازنده دارای حافظه نهان دستورالعمل و داده داخلی است. برخی مدل‌ها همچنین از حافظه نهان سطح دوم خارجی با ظرفیت ۱۲۸ کیلوبایت تا ۴ مگابایت پشتیبانی می‌کنند. استفاده از حافظه نهان موجب کاهش زمان دسترسی به داده‌ها و افزایش کارایی سامانه می‌شود.

 گذرگاه سیستم 
R4000 از یک گذرگاه ۶۴ بیتی به نام SysAD استفاده می‌کند. این گذرگاه برای انتقال داده و آدرس از مجموعه سیم‌های مشترک بهره می‌برد که باعث کاهش هزینه طراحی سخت‌افزار می‌شود.

 اهمیت 
R4000 یکی از مهم‌ترین پردازنده‌های دهه ۱۹۹۰ محسوب می‌شود و از نخستین پردازنده‌هایی بود که قابلیت‌های ۶۴ بیتی را به بازار رایانه‌های تجاری وارد کرد. این پردازنده در ایستگاه‌های کاری، سرورها و برخی سامانه‌های پیشرفته مورد استفاده قرار گرفت و تأثیر قابل توجهی بر توسعه نسل‌های بعدی پردازنده‌های RISC داشت.