R3000

R3000は、 MIPS Computer Systems社が開発した32ビットRISCマイクロプロセッサチップセットで、 MIPS I命令セットアーキテクチャ（ISA）を実装しています。1988年6月に発表されたR3000は、MIPSマイクロプロセッサのフラッグシップモデルであるR2000の後継として、MIPSの2番目の実装製品となりました。動作周波数は20MHz、25MHz、33.33MHzの3種類がありました。 

MIPS 1の命令セットは、同時代の80x86や680x0アーキテクチャの命令セットに比べて規模が小さく、よく使われる演算のみをエンコードし、アドレッシングモードも少数しかサポートしていません。固定長の命令と3種類の命令フォーマットのみという特徴と相まって、命令のデコードと処理が簡素化されています。5段階の命令パイプラインを採用することで、当時としては異例の1サイクルあたり1命令に近い実行速度を実現しました。

このアーキテクチャは分岐遅延スロットを利用しています。MIPS Computer Systems から入手可能な R3000 用のコンパイラは、通常、遅延スロットを 70 ～ 90 パーセントの時間使用することができました。^{[ 1 ]}一部の軍事用途では、その数値は 75 ～ 80 パーセントでした。^{[ 2 ]}

この MIPS 世代は最大 4 つのコプロセッサをサポートします。R3000 マイクロプロセッサは、CPU コアに加えて、変換ルックアサイドバッファとメモリ管理ユニットを含む制御プロセッサ (CP) を備えています。^{[ 3 ]} CP はコプロセッサとして機能します。CP に加えて、R3000 は外部の R3010 数値コプロセッサ^{[ 4 ]}と他の 2 つの外部コプロセッサもサポートできます。

R3000 CPUにはレベル1キャッシュは搭載されていません。代わりに、オンチップキャッシュコントローラが、 それぞれ最大256KBの外部データキャッシュと命令キャッシュを操作します。両方のキャッシュに同じクロックサイクルでアクセスできます。

R3000は、TLBの大型化や外部キャッシュへのバスの高速化などのマイナーな改良を加えたR2000のさらなる発展版でした。R3000ダイには115,000個のトランジスタが搭載され、面積は約75,000平方ミル（48 mm ²）でした。^{[ 5 ]} MIPSはファブレス半導体企業であったため、R3000はIntegrated Device Technology（IDT）、LSI Logic、NEC Corporation、Performance SemiconductorなどのMIPSパートナーによって製造されました。1.2 μmの相補型金属酸化膜半導体（CMOS）プロセス^{[ 3 ]}で製造され、2層のアルミニウム相互接続が採用されました。  

RISC方式は大きな成功を収め、多くの企業がワークステーションやサーバーにすぐに採用した。^{[ 6 ]} R3000を採用した企業には以下が含まれる。

• アーデントコンピュータ
• Atari CoJag（アーケードシステム向けに改造されたAtari Jaguar ）。
• デジタル・イクイップメント・コーポレーション（DEC）は、同社のDECstationワークステーションおよびマルチプロセッサDECsystemサーバーを開発した。
• エバンス＆サザーランド社のVision（ESV）シリーズワークステーション。
• LSI Logicは、CW4003 RISCプロセッサコアとDCAM-101システムオンチップを開発した。^{[ 7 ]}
• MIPSコンピュータシステムズは、MIPS RISC/OSを搭載したUnixワークステーションおよびサーバーを製造している。
• NECは、RISCベースのワークステーションEWS4800とサーバーUP4800を製造している。
• プライムコンピュータ
• ピラミッドテクノロジー
• セイコーエプソン
• Silicon Graphics社は、同社のプロフェッショナル向けIRIS、パーソナル向けIRIS、Indigoワークステーション、およびマルチプロセッサ搭載のPower Seriesビジュアライゼーションシステム向けに製品を提供している。
• ソニーは、PlayStationおよびPlayStation 2（SCPH-10000～SCPH-700XX -  I/O CPUとして使用する場合は36.864 MHz、 PlayStationゲームとの互換性のために33.8688 MHzで動作する）ビデオゲーム機、NEWSワークステーション、およびR3000Aで動作するBemani System 573 AnalogアーケードユニットにR3000Aを採用しています。
• Tandem Computers社は、同社のNonStop Cyclone/RおよびCLX/Rフォールトトレラントサーバー向けに製品を提供しています。
• Whitechapel Workstations社製のHitech-20ワークステーション。
• ニューホライズンズ探査機^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}

Derivatives of the R3000 for non-embedded applications include:

• R3000A - A further development by MIPS introduced in 1989. It operated at clock frequencies up to 40 MHz.
• PR3400 - Developed by Performance Semiconductor, introduced in May 1991, also at up to 40 MHz. It integrated the Performance Semiconductor PR3000A and PR3010A onto a single die.

The MIPS R3000 could be used for real-time computing; indeed, an editor of Computer Design journal characterized the R3000 as "about the cleanest of the RISC processors to implement a real-time operating system".^[2] It was possible for embedded implementations of the R3000 to customize the processor in certain ways, such as adding debugging facilities or adding traps on unimplemented features and opcodes.^[11] The R3000 was used as an embedded systems microprocessor by a number of companies:

• Heurikon Corporation, with their HKMIPS/3500 board^[12]
• Integrated Device Technology, with their IDT7RS301 and IDT7RS302^[12]
• LSI Logic, with their LR33000 for embedded control applications, with a 50Mz processor, 8K instruction cache and 1K data cache,^[11] including an LR33000 Pocket Rocket Evaluation Board;^[12] also with their larger LR3000, with memory management included^[6]
• MIPS Computer Systems itself, with their R3200-6 CPU board^[12]
• Lockheed Sanders, with their STAR MVP R3000/R3010 board that contains a 25 MHz processor, 128K instruction and data caches, and a 4-word write buffer^[13]
• Texas Instruments, with their TI DP32^[12]

これらの組み込みシステムの多くは防衛/航空電子機器アプリケーションで使用されており、そのため1990年代初頭にはR3000用のAdaプログラミング言語クロスコンパイラ実装が多数存在していた。^{[ 12 ]} 1980年代後半に米国政府が立ち上げた、次世代の米空軍、海軍、陸軍航空機の共通規格を確立することを目的とした統合航空電子機器ワーキンググループ（JIAWG）は、リアルタイム組み込みシステムアプリケーション用の2つの32ビット命令セットアーキテクチャの1つとしてR3000を選定した（もう1つはIntel i960）。^{[ 2 ]}防衛産業での使用においては、R3000は16ビットMIL-STD-1750Aアーキテクチャの後継となることが多かった。^{[ 14 ]}

技術の進歩によりR3000は高性能システムには不向きになった後も、低コスト設計では引き続き使用されました。組み込みアプリケーション向けのR3000の派生製品には以下のようなものがあります。

• CW4003、DCAM-101 - デジタルカメラ用途向けに設計されたCW4003コアは、高速な整数演算のための「乗算加算ボルトオン」（MABO）ユニットと、コプロセッサ2インターフェースを介してアクセス可能なピクセル処理アクセラレータ（PPA）ユニットを備えていました。DCAM-101は、CW4003コアと、カメラセンサー、ディスプレイ、ストレージ、その他の周辺機器とインターフェースするモジュールを組み合わせたもので、JPEG圧縮/解凍ユニットも内蔵しています。^{[ 7 ]}
• PR31500、PR31700 -フィリップス・セミコンダクターズ製のマイクロプロセッサで、フィリップスの携帯型PC「Velo」シリーズに使用されています。75MHz動作 のPR31700は350nmプロセスで製造され 、208ピンLQFPパッケージで提供され、3.3Vで動作し 、消費電力はわずか350mWでした 。
• RISController - IDT社製の組み込みマイクロプロセッサフ​​ァミリー。R3041、R3051、R3052、R3071、R3081などのモデルがあった。全モデルにL1キャッシュが内蔵されていた。上位モデルには、より大容量のキャッシュとオプションでMMUおよびFPUが搭載されていた。競合製品としては、Intel i960およびAMD 29000シリーズが挙げられる。
• TX3900 - 東芝製のマイクロコントローラ。
• Mongoose-Vは、宇宙船で使用するために耐放射線性を強化し、性能を向上させた10～15MHzのCPUであり、現在でもNASAのニューホライズンズ探査機 などの用途で使用されている。

• 「MIPS Technologies R3000」