русс | укр

Мови програмуванняВідео уроки php mysqlПаскальСіАсемблерJavaMatlabPhpHtmlJavaScriptCSSC#DelphiТурбо Пролог

Компьютерные сетиСистемное программное обеспечениеИнформационные технологииПрограммирование


Linux Unix Алгоритмічні мови Архітектура мікроконтролерів Введення в розробку розподілених інформаційних систем Дискретна математика Інформаційне обслуговування користувачів Інформація та моделювання в управлінні виробництвом Комп'ютерна графіка Лекції


Клони Intel


Дата додавання: 2013-12-23; переглядів: 1472.


З 1982р. по 1993р. фірма AMD купувала ліцензії в Intel та після деякої доробки випускала процесори Am286, Am386 та Am486. До того моменту часу Intel випускала могутніші процесори, однак процесори AMD також знаходили застосування завдяки більш низькій вартості.

В 1995р. був представлений процесор Am 586™ – процесор п'ятого покоління із суперскалярною архітектурою. Технічні характеристики: 1,6 млн. транзисторів; тактова частота ядра - 133МГц, тактова частота шини - 33МГц; кеш першого рівня 16кБ, кеш другого рівня на материнській платі до 512кБ; процесор, шина даних та адресна шина 32-розрядні. Призначався для установки на старі материнські плати (під Am486).

22.2. П'яте та шосте покоління (K5, K6)

Після одержання 1 млрд. доларів компенсації від Intel за рішенням суду про несанкціоноване використання мікрокодів Intel у своїх процесорах фірма AMD поглинула фірму NexGen із групою інженерів на чолі з Атиком Разою та початла власні розробки. З'явилися процесори серії "K" (від слова "Krypton" - назва міфічного матеріалу, що позбавляє сили знаменитого Супермена).

Особливість сімейства K5 та K6 полягала в тому, що вони встановлювалися в ті ж роз’єми, що процесори Intel Socket 7 з відповідною версією BIOS. Тому структурні схеми обчислювальних систем на базі даних процесорів відповідають рис.18.2 та рис.18.3 (системи на базі процесорів Intel). У цілому, процесори сімейства K5 та K6 перевершували процесори Intel при цілочисельних розрахунках, але до 30% уступали в обчисленнях із плаваючою крапкою.

Сімейство K5

В 1996р. анонсовані CPU K 5-PR75…K5-PR133. Оскільки архітектура (x86-to-RISC86) відрізнялася від Intel, уведене поняття P-рейтингу: наприклад, процесор K5-PR120 працював на частоті 90МГц.

Основні технічні характеристики:

· техпроцес - 350нм, 4.3 млн. транзисторів;

· швидкісне RISC-подібне ядро із транслятором (аналог Pentium-Pro);

· вбудований співпроцесор 80 біт;

· суперскалярна архітектура - 4 конвеєри (2 в Intel) по 5 етапів;

· кеш-пам'ять L1 - 16кБ+8кБ (8кБ+8кБ в Intel). L2 - до 1МБ на системній платі;

· динамічне пророкування переходів;

· тактова частота інтерфейсу - до 66МГц, 64-розрядна шина даних.

Сімейство K6

В 1997р. представлений процесор K6. Основні технічні характеристики:

· техпроцесс - 250нм, 8.8 млн. транзисторів;

· тактова частота до 300 МГц;

· кэш L1 - 64кБ (32кБ+32кБ), кэш L2 на материнській платі (до 1МБ);

· процесор 32-розрядний, шина даних 64-розрядна (66МГц);

· може виконувати до 6 інструкцій RISC86 одночасно;

· підтримує технологію MMX.

Процесор AMD K6-2 анонсований фірмою AMD в 1998р. У ядро CPU K6-2 доданий новий модуль 3DNow! с конвеєрною структурою для обробки SIMD-інструкцій для прискорення мультимедійних додатків. Технічні характеристики: техпроцес - 250нм; 9.3 млн. транзисторів; тактова частота 266-550МГц; частота системної шини 100МГц.

Процесори AMD K6-2+ та AMD K6-3 випущені в 1999р. та 2000р. Містять на кристалі повношвидкісний кеш L2 128кБ та 256кБ. Ці CPU вимагають роз’єму Super Socket 7. Містять більше 20 млн. транзисторів за технологією 250нм; тактові частоти 350-500МГц.

22.3. Athlon - сьоме покоління процесорів

Перший процесор, що відрізняється від процесорів Intel не тільки внутрішньою архітектурою, але зовнішнім інтерфейсом. Вимагає відмінний від Pentium роз’єм та ChipSet. Однак архітектура системи в цілому збігається з Pentium III (рис.18.3) та Pentium IV (рис.18.4).

Після виходу в 1999р. AMD Athlon (переможець) фірма Intel перестала бути беззастережним лідером на ринку мікропроцесорів для персональних ЕОМ. Перший Athlon містив у собі 22 млн. транзисторів за технологією 250-180нм із застосуванням мідних з'єднань, мав напругу живлення ядра - 1.6В, тактову частоту 500-1000МГц. Використовувався картридж із роз’ємом Slot A. Athlon швидше Pentium III такої самої тактової частоти.

Ключовими особливостями Athlon є:

· процесорна шина - Alpha EV-6 200МГц (DDR 100МГц х2);

· ексклюзивна кэш L1 128кБ (64кБ+64кБ) з гарвардською архітектурою;

· ексклюзивна кэш L2 512кБ із принстонською архітектурою, що працює на частоті 1/2, 2/5 або 1/3 частоти процесора;

· обидва рівні кеш використовують алгоритм зворотного запису (WB);

· розширений набір інструкцій Enhanced 3DNow!

· 3 конвеєри по 10 етапів для цілочисельних обчислень;

· 3 конвеєри по 17 етапів для обчислень із плаваючою крапкою;

· виконання до 9 інструкцій одночасно;

· 2048 значень таблиці пророкування переходів;

В 2000р. випущений AMD Athlon Thunderbird (альбатрос) у форм-факторі Socket A за технологією 180нм. На чипі інтегровані 256кБ кеш L2, що працює на частоті ядра. Тактова частота 600-1400МГц, процесорна шина - Alpha EV-6 200-266МГц (DDR 100х2-133х2).

До 2004р. пропонувалася Low-End версія AMD Duron з урізаним до 64кБ повношвидкісним кеш L2. Конкурент Celeron, але більше продуктивний при меншій ціні. Містить більше 25 млн. транзисторів за технологією 180-130нм; тактова частота 600-1800МГц, кеш L1 128кБ (64кБ+64кБ); процесорна шина - Alpha EV-6 200МГц-266МГц.

З 2000р. Intel почала випускати процесори Pentium IV, які мали меншу продуктивність, ніж Pentium III. Тому з 2002р. AMD починає виробництво процесорів Athlon XP 1500+ та вище з рейтингом відносно Pentium IV (офіційно - відносно Athlon Thunderbird). Основний спосіб росту продуктивності - підвищення частоти ядра та шини, а також збільшення кеш-пам'яті другого рівня. Крім того, введена підтримка технології SSE.

Перша генерація – ядро Palomino по техпроцесу 180нм, 37 млн. транзисторів. Частота системної шини – 266МГц. Рейтинг – 1500+...2000+.

Друга генерація – ядро Thoroughbred по техпроцесу 130нм, FSB= 266-333МГц. Рейтинг – 1700+…2800+.

Третя генерація – ядро Barton по техпроцесу 130нм, SOI. Кеш L2 512кБ. 54 млн. транзисторів, FBS= 333-400МГц. Рейтинг – 2500+...3200+ (реальна частота 1.8-2.2ГГц). Максимальна потужність 70Вт. Швидше Pentium 166MMX в 20 разів.

В 2004р. лінійка Duron перейменована в Sempron з новою системою рейтингу, прив'язаного до процесора Celeron D.

Контрольні питання

1. Які особливості процесорів Am286-Am586 у порівнянні з аналогічними від Intel?

2. Чому для процесорів AMD серії “K” уведений P-рейтинг?

3. Вкажіть переваги та недоліки рейтингової системи.

4. Поясніть кращу продуктивність процесорів K5 та K6 в офісних додатках, але гіршу в ігрових в порівнянні з Pentium.

5. Чому процесори K7 мають у порівнянні з Pentium IV вище продуктивність в ігрових додатках, але уступають по швидкості стискання аудіо- та відеоданих?

 

Лекція 23. Сучасні процесори фірми AMD

23.1. Athlon64 - восьме покоління процесорів

В 2003р. оголошений процесор Athlon64 3200+. Техпроцес - 130нм, 105 млн. транзисторів, тактова частота 2ГГц, роз’єм Socket 754, типове тепловиділення - 90Вт. Більш пізні моделі перейшли на техпроцес 90нм та на роз’єм Socket 939 (67Вт) та Socket AM2 (35-62Вт) з підтримкою двохканального контролера пам'яті.

Переваги Athlon64 над процесором Athlon:

· підтримується технологія x86-64, сумісна з 32-розрядною архітектурою, але допускающая також виконання 64-бітних додатків: більшість регістрів CPU мають довжину 64 біта;

· поліпшені алгоритми пророкування розгалужень та збільшений обсяг TLB (кеш декодованих інструкцій), що дозволяє підняти продуктивність Athlon64 у порівнянні з Athlon XP на однакових тактових частотах. Продуктивність Athlon64 3000+ відповідає Athlon XP 3200+;

· цілочисельний конвеєр Athlon64 подовжений для досягнення більш високих тактових частот. Так, цілочисельний конвеєр цього процесора має 12 стадій, а конвеєр FPU - 17 стадій проти 10 та 17 відповідно в Athlon XP;

· в Athlon64 з'явилася підтримка набору інструкцій SSE2. Таким чином, цей процесор буде підтримувати всі існуючі розширення до системи команд x86, що дозволить йому швидше працювати з додатками, оптимізованими для процесорів Intel Pentium 4;

· кеш L1 та L2 становлять 128кБ та 512кБ. Організація кеш-пам'яті аналогічна Athlon XP: 16 областей ассоціативності з довжиною рядка 64 байта;

· Athlon64 має вбудований контролер DDR SDRAM, що дозволяє йому прямо звертатися до пам'яті, значно скорочуючи латентність при запиті даних;

· як шина, що з'єднує процесор та північний міст, в Athlon64 використовується шина HyperTransport, що має пропускну здатність до 3.2Гбайт у секунду в кожну сторону. Аналогічна шина використовується фірмами VIA та NVIDIA для з'єднання північного та південного мостів.

Функціональна схема системи на Athlon64 наведена на рис.23.1.

Для робочих станцій розроблений процесор Athlon-FX Opteron, що дозволяє об'єднати кілька процесорів у системі, має кеш другого рівня 1МБ та підтримує двохканальну пам'ять DDR.

23.2. Athlon64 X2 - дев'яте покоління процесорів

У травні 2005р. представлений двохядерний процесор Athlon64 X2 4200+. В 2006р. представлені моделі X2 3600+...X2 5200+. Процесор являє собою два ядра Athlon 64, об'єднаних на одному кристалі. Виконаний за технологією 90-65нм та функціонує на частотах 2-2.4ГГц. У роз’ємі Socket AM2 характеризується тепловиділенням до 65Вт. Має роздільні кеш L1 (128кБ) та L2 (256-1000кБ) для кожного ядра. Рейтинг відповідає Pentium IV останнього покоління. У середньому на 20% швидше одноядерного варіанта.

Рис. 23.1. Функціональна схема системи на Athlon64

 

23.3. Phenom – деcяте покоління процесорів (Stars Core)

Наприкінці 2007р. був представлений процесор Phenom X4 (K10). У порівнянні з архітектурою AMD K8 має наступні особливості:

· реалізація 128-бітних (проти 64-бітних в AMD K8) виконавчих пристроїв із плаваючою крапкою (FP) блоки FADD, FMUL та FSTORE;

· розширення шини L1 -LSU(Load-StoreUnit) до 2x128 біт (читання) та 2x64 біт (запис);

· розширення шини кэша L1-L2 ядра процесора до 128 біт;

· реалізація передвибірки даних в L1-кеш процесора;

· наявність об'єднаного кеш інструкцій/даних третього рівня (L3) ексклюзивної (неінклюзивної) архітектури, підключеного до інтегрованого контролера пам'яті та загального для ядер процесора;

· наявність інтегрованого двохканального контролера пам'яті (2x64-біт, з можливістю «парного» (ganged) або «непарного» (unganged) режимів роботи), що підтримує пам'ять типів DDR2 та DDR3 (у перших моделях процесорів - тільки DDR2);

· удосконалений блок пророкування розгалужень, який відтепер спроможний пророкувати непрямі переходи;

· блок Sideband Stack Optimizer, що входить до складу декодера (аналог блоку Stack Pointer Tracker у термінах архітектури Intel Core);

· істотно вдосконалений (прискорений) механізм виконання SSE-команд.

Контрольні питання

1. Чому процесор Athlon64 називають революційним?

2. Які особливості структури системи на базі CPU Athlon64?

3. Чому процесори K8 мають у порівнянні з Pentium IV вище продуктивність в ігрових додатках, але уступають по швидкості стисканняу аудио- та відеоданих?

4. Які особливості структури системи на Phenom?

 

Рис. 23.2. Структура обчислювальної системи на Phenom

 

Лекція 24. Мультимедіа - Відеосистема

Мультимедійна система - це така інтерактивна система, що створює ефект присутності (віртуальну реальність), діючи на наші органи почуттів: зір, слух, дотик, нюх, смак та ін. Прикладом є комп'ютерні ігри, хоча перегляд відео та прослуховування музики також варто віднести до мультимедіа.

24.1. Технологія та стандарти відеосистеми

Двовимірне зображення

Зображення являє собою сукупність крапок, які мають певні колір та яскравість. Об'єднані в тріади, вони утворюють пікселі (пкс).

Стандарти зображення:

CGA (200*160*4 – ширина, пкс * висота, пкс * яскравість, біт);

EGA – 640*350*4; VGA – 640*480*4;

Super VGA – від 640*480*8 до 1600*1200*32.

Відображення інформації на екрані вимагає до 64МБ пам'яті. Для зменшення цього обсягу пропонуються різні методи стискання. Один з найпоширеніших форматів стискання із втратами є JPEG (Joint Pictures Expert Group - об'єднана група експертів по зображеннях).

Алгоритм стискання зводиться до поділу зображення на фрейми (прямокутні області), застосування дискретного косинусного перетворення (ДКП) до кожного фрейму, відкидання високочастотних складових та стискання отриманого результату за алгоритмом Хафмана (метод словника). У результаті обсяг зображення зменшується на порядок без помітного зниження якості картинки.

Одним з головних компонентів мультимедійної системи є передача відео (зображення, яке рухається). Являє собою потік картинок послідовних фаз руху (кадрів). Відсутність ривків визначається затримкою між фазами: не більше 50мс, якщо кадр перемикається миттєво та порядку 12-20мс, якщо кадр змінюється безупинно. Тобто, потрібно не менш 20-60 кадрів у секунду. З огляду на обсяг кожного кадру, відеопотік становить десятки мегабайт у секунду.

Для зменшення обсягів застосовуються алгоритми стиску із втратами. Найбільш відомий з них є MPEG. Суть алгоритму зводиться до виділення кожного k-го опорного кадру (k=10-30) та стискання його в JPEG формат. Між кадрами формується, запам'ятовується та використовується зміна щодо попереднього кадру. Таким чином, обсяги знижуються в 50-100 разів.

Синтез тривимірного зображення

Процес синтезу тривимірного зображення об'єкта будується в наступній послідовності (3D-конвеєр):

1. Побудова геометричної моделі поверхні об'єкта шляхом завдання тривимірних координат опорних (ключових) точок, а також рівнянь з'єднуючих їхніх ліній.

2. Розбивка поверхні отриманого об'єкта на елементарні плоскі елементи - прямокутники або трикутники.

3. Трансформація (Transformation). На цьому етапі моделюється рух об'єкта: його переміщення, обертання та зміна розмірів (форми). Вона зводиться до стандартного перетворення координат вершин граней (Vertex) та реалізується шляхом виконання безлічі різних операцій матричної (лінійної) алгебри та тригонометричних функцій.

4. Розрахунок освітленості (Lighting) та затінення (Shading) об'єкта методами Гуро (по вершинах) або Фонга (по пікселям).

5. Проектування отриманого тривимірного об'єкта на площину екрана. Використання Z-буфера - одна з головних особливостей тривимірної графіки.

6. Видалення схованих поверхонь (Технологія Hyper Z).

8. Зафарбування елементарних трикутників або текстурування - виконуються шляхом накладення текстур (Texture mapping).

9. Корекція зображення - застосування текстур з різним дозволом (МIP-mapping), корекція перспективи, лінійна та анізотропна фільтрація та інші дії.

10. Моделювання ефектів прозорості та напівпрозорості. Тут на основі інформації про взаємну прозорість об'єктів і середовища виконується корекція кольору пікселів - альфа-змішування (alpha-blending) та затуманювання або димка (fogging).

11. Корекція дефектів картинки на границях об'єктів, - антиаліасінг (anti-aliasing).

12. Остаточне формування кадрового буфера (frame buffer) - за допомогою механізму подвійної буферизації, при якому виділяється пам'ять одночасно для двох суміжних кадрів.

При обчисленнях активно використовуються як центральний процесор, так і прискорювач графічної карти (GPU).

24.2. Відео карта

Спрощена структурна схема відеокарти представлена рис.24.1. До складу карти входять інтерфейси для підключення до системної плати (AGP/PCI-E), дисплею та графічної пам'яті Gmem. У ній зберігається поточний та наступний екран, а також текстури та результати проміжних обчислень 3D-графіки. Крім того, у карті втримуються N вертексних конвеєрів та L піксельних конвеєрів, а також відеопроцесор для корекції зображення. Є блоки антиаліасінга та видалення схованих поверхонь Hyper Z. Базові установки та керування відеопроцесором, конвеєрами та іншими блоками здійснюються за допомогою BIOS.

Типові характеристики відеоакселератора (Radeon X800):

· 160 млн. транзисторів за технологією 130нм, low-k діелектрики;

· тактова частота ядра - 500МГц, відеопам'яті - 1 ГГц (GDDR3);

· 16 конвеєрів обробки пікселів;

· 6 конвеєрів побудови вертексів;

· продуктивність близько 200 мільярдів операцій у секунду (200 Gflops). Швидкість зафарбування (Fillrate) - 8 млрд. пікселів у секунду.

Рис. 24.1. Структура відеокарти

 

Разом з тим, для досягнення повністю реалістичної графіки буде потрібно ще значне збільшення продуктивності. Тому на сучасному етапі відбувається постійний розвиток технологій обробки зображень (технології CrossFire та SLI (Scan Line Interleave)). Крім того, для збільшення продуктивності застосовують багатоядерні графічні процесори.

Контрольні питання

1. Що таке мультимедійна система?

2. Опишіть методи стискання відеозображення.

3. Етапи побудови 3D-картинки. Що тут важливіше - CPU або GPU?

4. Які призначення відеокарти та її структура?

 

Лекція 25. Мультимедиа - Монітори

25.1. Монітори на основі ЕПТ (CRT)

Принцип дії - вторинний світ люмінофора під впливом скануючого електронного променя під керуванням електромагнітного поля.

Монітори мають аналоговий вхід, підтримують технологію Plug&Play, є мультичастотними з роздільною здатністю від 640*480 до 1600*1200 та частотою кадрів 60-120Гц. Популярністю користуються пласкі екрани з невеликими геометричними перекручуваннями. Діагональ - 15...24 дюйма.

Розмір пікселя (зерна) - 0.2...0.24мм.

Переваги: доступність, низька вартість, гарна передача кольору, мала інерційність.

Недоліки: велика глибина, велика вага, велике енергоспоживання та тепловиділення, можлива значна нелінійність растра. Важко зробити широкоформатні монітори. Є небезпечні випромінювання, регламентовані специфікаціями MPR II, TCO 92, TCO 95, TCO 99.

25.2. Рідкокристалічні монітори та проектори (LCD)

Принцип дії - світлофільтр, який електронно керується за рахунок ефекту поляризації світлової хвилі. Джерелом світла є електролюмінесцентна лампа з холодним катодом, або світлодіоди. Далі розташовані фільтр та пасивний шар рідких кристалів (поляризатор). Як поглинач світла (аналізатор) застосовуються активні рідкі кристали, до яких прикладається невисока напруга за допомогою тонкоплівкових транзисторів (TFT).

LCD-монітори користуються великою популярністю. Їхні характеристики постійно поліпшуються.

Загальні переваги: компактні розміри при високій роздільній здатності; можливе створення будь-яких співвідношень ширина-висота; правильна геометрія; відсутність мерехтінь.

Загальні недоліки: висока вартість моделей з великою діагоналлю; невисока глибина чорного кольору; недостатні кути огляду; зайва різкість.

Найбільше часто використовувані технології - TN+film (рис.25.1) та PVA (рис.25.2).

Рис. 25.1. TN+film

Переваги технології TN+film – низька вартість, мала інерційність. Недоліки - передача кольору сильно залежить від кута зору.

 

 

Рис. 25.2. MVA/PVA

 

Переваги технології MVA/PVA – гарна передача кольору та великі кути огляду. Недолік - висока вартість.

У наш час замість люмінесцентних ламп почали застосовувати світлодіодну підсвітку.

25.3. Плазмені дисплеї (Plasma Display Panel)

Принцип дії - у якості пікселів зображення використовується світло іонізованого газу. Основна область застосування - телебачення високої чіткості.

Переваги: можливе створення екранів з великою діагоналлю; гарна якість зображення; відмінні кути огляду; висока глибина чорного кольору; багаті та соковиті відтінки кольору; картинка м'яка та природна.

Недоліки: більші розміри пікселя не дозволяють створити компактні моделі; чутливість до якості джерела сигналу.

Плазмені панелі працюють за принципом флуоресцентних ламп. Кожний піксель випромінює світло, у той час як пікселі ЖК-панелі пропускають із тією або іншою інтенсивністю світло від ламп підсвічування. На перший погляд, різниця невелика, але вона призводить до своїх наслідків.

25.4. Електролюмінесцентні монітори (OELD)

По своїй суті аналогічні LCD моніторам, але їхній принцип дії заснований на пропущенні світла при подачі напруги на p-n-перехід з органічного полімеру (тунельний ефект).

Переваги: висока частота зміни зображення та яскравість світла, мала інерційність та надійність.

Недоліки: більше, ніж в LCD, енергоспоживання; підвищена напруга (>100В); проблеми з передачею кольору.

25.5. Органічні світлодіодні монітори (OLED)

Принцип дії: як пікселі зображення використовуються червоний, синій та зелений світлодіоди на основі органічного полімеру.

Переваги: низька інерційність, відсутність небезпечних випромінювань. Малі вага та товщина - можливий еластичний екран. Високий контраст. Низьке енергоспоживання у порівнянні з LCD.

Недоліки: невисокий ресурс роботи синіх світлодіодів, помітна втрата яскравості (2 рази за 1000 годин), висока вартість екранів нормальної та підвищеної діагоналі.


<== попередня лекція | наступна лекція ==>
Процесор Pentium IV | Режим редактора


Онлайн система числення Калькулятор онлайн звичайний Науковий калькулятор онлайн