3Grafické karty s podporou 3D čiže grafické akcelerátory

 

Patria k najburlivejšie sa vyvýjajúcim typom komponentov súčasných počítačov. AGP (Accelerated Graphics Port) sú neodmysliteľnou súčasťou dnešných PC.

 

Ako rastú možnosti počítačov a grafických čípov, pribúda mmnožstvo nových aplikácii s podporou 3D, ktoré pracujú s veľmi náročnou grafikou vyžadujúcou spracovanie obrovských objemov údajov. V počiatkoch rozvoja 3D grafiky to vyzeralo takto: V počítači ste mali klasickú grafickú kartu. Ak ste potrebovali pracovať s 3D aplikáciami potrebovali ste špecializovanú kartu, ktorá obsahovala 3D akcelerátor. Ten preberal špecializované úlohy pri spracovaní grafických objektov. Nárokyy na výkonnosť rástli a obmedzením výkonnostných možností sa stali prenosy medzi grafickou kartou a 3D akcelerátorom prostretedníctvom zbernice PCI. Východiskom z tejto situácie sa stala integrácie grafickej karty a 3D akcelerátora do jednej karty. Moderná grafická karta teda nerealizuje len prevod digitálnej informácie na obrazovú ale sa podieľa na výpočte zobrazovaných údajov (výpočte zobrazovanej scény a na nej rozmiestnených objektov, ale aj o prepočet pohybu jednotlivých objektov vrátane s tým súvisiacich úprav).

 

Ďalšim dôvodom pre zvýšenie výkonu grafických čipov je monitor s väčšou obrazovkou (náhrada 14" , 15" monitorov 17" a väčšími a stým súvisiace zvýšenie rozlíšenia z 640x480 bodov).

 

Vývojári sa pokúšajú prísť s riešením, ktoré by zaručilo dostatočný výkonostný potenciál na dlhšie obdobie a pritom nepriviedli inovujúcu firmu na pokraj finančnej katastrófy, nakoľko vývoj grafických čípov je veľmi nákladná záležitosť.

 

1.     Prvým riešením je GPU, teda Graphics Processor Unit.

 

2.     Druhé riešenie predstavuje dosiahnutie zvýšenia výkonu grafickej karty použitím viacerých grafických čipov.

 

PCR 6/97, 2/98 o kartach.

 

Podpora štandardu AGP4x

So zavedením uP Pentium II sa ujala novaá špecializovaná zbernica na pripojenie grafickej karty. V porovnaní s PCI (Perpheral Component Interconect) ponúkala dvojnásobnú prenosovú kapacitu, pričom celá šírka prenášaného pásma bola k dispozícii iba pre komunikáciu grafickej karty s mikroprocesorom a operačnou pamäťou. (Fyzická konštrukcia AGP a jeho podstata sa od PCI veľmi nelíšia. Rozhranie AGP disponuje nízkou dobou prerušenia, na rozdiel od PCI pracuje paralelne a po vyslaní požiadavky nečaká pred ďalšou operáciou na odpoveď.) Základný režim AGP1x onedlho vystriedal režim AGP2x, ktorý priniesol zdvojnásobnenie prenosovej kapacity - na prenos údajov sa nevyužili len zvyčajné nábežné hrany impulzov, ale aj zostupné. Ďalšim zlepšením bola zbernica AGP4x s novými čipovými súpravami, ktoré podporujú zvýšenie prenosovej kapacity nie zýšením pracovnej frekvencie zbernice ale presunom dvojice informácie v priebehu každej nábežnej a zostupnej hrany. K jednoduchosti riadenia zbernice pri komunikácii grafická karta, mikroprocesor a operačná pamäť prispievaaj podpora DIME (Direct Memory Execution), ktorá unožňuje grafickému čípu pracovať s operačnou pamäťou priamo, bez zaťažovania mikroprocesora. Výhodou zbernice AGP je aj kompatibilita s klasickým režimom. Ak vložite do základnej dosky podporujúcej AGP4x kartu s kalsickou zbernicou AGP, základná doska sa prispôsobí a funguje v režime AGP1x.

 

Pamäť

 

Výkonná grafická karta by mala mať aspoň 16MB (do kancelárskeho počítača) optimálne 64MB. V súčasných operačných pamätiach sa používajú pamäte typu SDRAM (Synchronous Dynamic Random Acces Memory -) (grafické karty pracujú na vyššich frekvenciach ???? 183 namiesto 133 MHz) Pri najvýkonenjšich grafických čipoch sa požaduje plynulé zásobovanie vysokými objemami dát s čím súvisí používanie špecialnych pamätí DDRAM, ktoré môžu jednak pracovať pri vyššich frekvenciach ako je frekvencia, s ktorou pracuje operačná pamäť  a tiež umožňujú čítanie a zápis nielen nábežnou, ale aj so zostupnou hranou hodinového impulzu. (DDRAM pracujúca na frekvencii 166 MHz je výkonnostne porovnateľná s klasickou SDRAM na 333MHz)

 

Prenosová kapacita zberníc

Zbernica

Pracovná frekvencia

Prenosová frakvencia

PCI

33 MHz

132 MB/s

AGP

66 MHz

264 MB/s

AGP2x

66 MHz

528 MB/s

AGP4x

66 MHz

1G B/s

 

Od čípu ku grafickému procesoru

Moderný grafický číp v mnohých ukazovateľoch nezaostáva za mikroprocesorom. Nástup novej (4 generácie) generácie je grafický procesor GPU (Graphics Processor Unit)

 

GPU GeForce256 FX vykonáva všetky grafické inštrukcie a tak nielen šetrí strojový čas mikroprocesora počítača, ale najmä zrýchľuje dostupnosť údajov. Tie už totiž nemusia pri spracovanív miktoprocesore putovať prostrdníctvom zbernice do operačnej pamäte a odtiaľ do grafickej karty. V praxi to teda vyzerá tak, že v momente, keď s av programe vyskytne inštrukcia na spracovanie obrazu, tú vykoná nie CPU, ale GPU.

 

GPU je skutočným procesorom, o čom svedčí jeho architektúra, disponujúca štyrmi výkonnými jednotkami (jednotka transformácii, osvetlenia, nastavenia a renderovania). Renderovanie ?????? je realizované v štvorici renderovacich jednotiek, pročom táto operácia sa vykonáva v 32- bitovej farebnej hĺbke. O zložitosti tohto čípu hovorí 23 milionov tranzistorov, ktoré sú integrované do obvodu. Spomenuté črty sa podieľajú na výkonnosti čípu, ktorá predstavuje 480 megapixelov za sekundu , v 32 - bitovej farebnej hĺbke.

 

Takýto výkonný čip potrebuje nielen dostatočne širokú zbernicu (v tomto prípade 256 bitov), ale aj podporu rýchlej pamäte (namiesto osvedčených SDRAM použili pamäte DDRAM (s kapacitou do 64 MB), ktoré umožňujú zápis a čítanie údajov nielen s nábežnou, ale aj so zostupnou hranou hodinového impulzu - čo umožňuje spracovanie dvojnásobného objemu dát v priebehu jedného hodinového cyklu). Prevodník RAMDAC pracuje na frekvencii 350 MHz.

----------------------------------------------------------------------------------------------------

USB 2.0

Univesal Serial Bus začal v roku 1995 dohodou  firiem Intel, Compaq, IBM, Microsoft, NEC, Digital Equipment a Northern Telecon na vývoji tohto štandardu. Cieľom bolo vytvoriť jednoduché, univerzálne, ľahko používateľné,lacné a hlavne rýchle sériové rozhranie. V roku 1999 sa začal vývoj novej špecifikácie rozhrania USB s označením 2.0. Jeho hlavnou prednosťou je ďalšie prenosovej rýchlosti a spätná kompatibilita s USB 1.1.

 

Architektúra USB

Architektúru  USB možno rozdeliť do 3 častí:

1.     Host hardvér a softvér je časť uložená v počítači. Má za úlohu sprostredkovať kontakt medzi softvérom a USB perifériami tak, aby sa vstupno - výstupný systém javil ako jeden celok a aby sa softvér nemusel zaoberať konkrétnymi záležitosťami týkajúcimi sa pripojenia jednotlivých periférii.

2.     Druhou úrovňou sú tzv. huby alebo rozbočovače. Počítače, ktoré dusponujú rozhraním USB, majú obyčajne dva, pripadne viac USB konektorov. K počítaču možno však pripojiť až 127 zariadení USB. Aby to bolo realizovateľné treba zväčšiť počet prípojných miest pomocou hubov. Hub je buď samostatné zariadenie, alebo je súčasťou niektorého iného zariadenia, ako je napríklad klávesnica, tlačiareň, monitor a pod. Pripája sa na port USB a nesie spravidla 4 až 7 USB konektorov, do ktorých možno pripojiť koncové zariadenia alebo ďalšie USB huby, a to až do piatich podúrovní. Okrem rozšírenia počtu prípojných miest je úlohou hubu je aj riadiť komunikáciu pripojených zariadení - identifikovať zariadenie, prideliť mu identifikátor, pomocou ktorého následne ho oslovuje riadič USB, indikovať pripojenie a odpojenie zariadenia a distribuovať napájanie pre tie zariadenia, ktoré sú napájané z rozhrania (do 500 mA).

3.     Na huby sú pripojené jednotlivé zariadenia USB. Tie musia preukazovať určitú inteligenciu v tom, že sa vedia identifikovať a opísať svoju konfiguráciu, aby im bolo možné priradiť správne ovládačea používať ich v aktuálnej konfigurácii. (To umožňuje pripájanie a odpájanie zariadení priamo počas behu operačného systému - hot plug and hot unplug.)

 

Typy prebosu môžme rozdeliť do štyroch skupin:

1.     synchronny prenos s s presne definovanou latenciou a a konštantou prenosovou šírkou,

2.     prenos Interupt, ktorý je v podstate asynchrónny, teda nepravidelný a časovo citlivý,

3.     prenos Bulk, je tiež asynchrónny, využíva sa pri tlačiarňach, skeneroch a pod.,

4.     prenos control je prerušovaný prenos (Burst Transmission), pričom komunikáciu riadi host.

 

Prenosová rýchlosť

Klasické USB disponuje dvoma rýchlosťami prenosu. Pomalšou rýchlosťou (low - pomalý prenos) pre zariadenia, ktoré nepotrebujú vysoké prenosové rýchlosti, ako sú napríklad klávesnice alebo myši. V tomto móde sa sa prenáša maximálne 1,5Mb za sekundu. Pre rýchlejšie zariadenia je plná rýchlosť 12Mb za sekundu (v režime ktorý sa nazýva full alebo úplný). V USB 2.0 je aj ďalšia prenosová rýchlosť 480Mb za sekundu, čo je až 4000 krát viac oproti klasickému sériovému portu.

 

USB kontra FireWire

Vysoká prenosová rýchlosť rozhrania USB 2.0 konkuruje rozhraniu IEEE 1394 - FireWire ("žeravý drôt" známe aj ako iLink), ktoré má prenosovú rýchlosť 400Mb za sekundu. Pretože USB je lacnejšim riešením, má podporu kompatibility so zariadeniami USB 1.1, už pracujúcimi. Rozdiel medzi USB a FireWireje v topológii: kým USB má hviezdicovú topológiu, FireWore má topológiu peer to peer, ktorá je výhodná pre spotrebnú elektroniku (digitálne kamery DVD a pod.).

 

============================================== už v Pentiu

slot A (AMD Athlon) vhodné pre uP s veľkou pamäťou cache a pre servery je fyzicky rovnaké ako Slot1(PentiumII a PentiumIII), má však iné zapojenie vývodov, podobá sa na rozširujúci slot a mikroprocesor má tvar karty

socket A (AMD Duron)

socket 370 pätica Intelu (Celeron, resp PCPGA) je určená pre lacnejšie systémy, má ju aj Pentium3

Socket 7 - pätica pôvodne navrhnutá intel pre Pentium MMX

 

system on a chip - koncepcia uP integrujúca prakticky všetky dôležité komponenty potrebné pre konštrukciu počítača vrátane grafického adaptéra = v zámorí uspešný koncept.

 

=========Najrýchlejší tranzistor 7-2001

Okolo roku 2007 v sériovej výrobe nové superrýchle tranzistory z hremíka, v ktorých hrúbka hradla nepresahuje 20nm

 

=============20 rokov PC (august1981)

Potreba štandardizácie - Každá firma po nastupe mikroprocesor využívala unikátne hardvérové riešenie a softver. Dôsledkom bola nekompatibilita v hardvérovej softvérovej a údajovej (Pri prenose údajov z jedného typu počítača na iný bolo treba vytvárať špeciálne programy na konverziu dát.) oblasti. Situáciu zchránila IBM, ako v tom období najsilnejšia počítačová spoločnosť vytvorením otvoreného štandardu (IBM dala svoj návrh k dispozícii aj ďalšim výrobcom.), ktorý položil základy úspechu architektúry PC. 12: 8. 1981 predstavila počítač, ktorý bol zložený z komponentov dodaných inými firmami (mikroprocesor od Intelu, operačný systém MSDOS od začínajúcej firmy Microsoft, diskovú jednotku od spoločnosti Tandom a niektoré ďalšie komponenty základnej dosky vyrobené v spoločnosti SCI System). Tento historický model IBM 5150PC obsahoval mikroprocesor Intel 8080, taktovaný na frekvencii 4,77MHz, základná verzia disponovala pamäťou RAM s kapacitou 16KB (v závislosti od modelu mohol mať až 256 KB). Počítač mohol byť rozšírený o jednu alebodve disketové mechaniky (160KB).

 

V roku 1983 predstavila IBM inovovvanú architektúru PCXT (Extended Technology) s mikroprocesorm 8088, pracujúvi na frekvencii 4,77MHz, štandaednou pamäťou 128KB, pevným diskom s kapacitou 10MB a 5,25" disketovou jednotkou (podporujúcou diskety 360KB). Poslednou aktivitou IBM v oblasti otvorených štandardov bolo uvedeniee systému PC AT (Advanced Technology).

 

Čoraz viacej firiem vstúpilo do počítačového odvetvia. V okamihu keď trhový podiel IBM poklesol k hranici 50% uviedla IBM na trh nový štandard, pod názvom Micro channel, ktorý pod dojmom znižujúceho sa trhového podielu už nebol volne k dispozícii ďalšim výrobcom, ale bol IBM licencovaný. Tento krok sa nestretol s pochopením výrobcov a tí sa rozhodli pokračovať v zdokonaľovaní otvoeného štandardu na vlastnú päsť. IBM po období presadzovania vlastného štandardu sa vrátila do tábora PC, avšak trhový podiel vyšší ako 20% sa jej nepodarilo už prekročiť.

 

Diskusie o lepšom zázemí RISC alebo CISC v mikroprocesoroch

Dnešbé mikroprocesory pre osobné počítače sú podľa tejto šablóny ťažko zaraditeľné, pretože na jednej strane podporoujú inštrukcie x86, teda CISC, na druhej strane sú však vnútornou štruktúrou viac podobné pôvodným mikroprocesorom RISC.

Najvýznamnejši modely:

1988 - Intel 80386 - prbý 32 bitový mikroprocesor pre PC

1989 - Intel 80486

1993 - Intel Pentium

1997 - Intel Pentium MMX, K6-2 od AMD

1999 - Intel Pentium III, K6-III od AMD

 

Zbernice

"Dopravná infraštruktúra" pomocou ktorej sa prepravujúúdaje medzi jednotlivými komponentami počítača. PC vlastne vďačí za svoj úspech otvoreným štandardom zberníc, do ktorých mohli výrobcovia vyrábať rozširujúce karty pre riadiace jednotky diskov, portov, grafiský adaptér, zvuovú kartu, modem a pod.

ISA - pôvodne 8 bit verzia, neskôr nahradená 16 - bitovou, dodnes zachovaná

EISA - "otvorený štandard" nahradzujúci licencovanú MCA

PCI - v roku 1992 32 bitová a o 4 roky neskôr 64-bitový variant, štandard

AGP v zlepšeniach AGP2x a AGP4x

 

Disky

Na počiatku rozhranie MFM pre kapacity 10-20MB s formátom 5,25"

1987 Western Digital s rozhraním IDE (pre kapacity nad 40MB)

EIDE

Dnes formát 3,5" a pre notebooky 2,5!

CD ROM, DVD

 

Grafika

 

Štandardy charakterizujúce rozlíšenie a farebnú hĺbku, ale aj obnovovacie frekvencie a prepojenie monitora s grafickou kartou.

1981-  IBM najskôr CGA (Color grafic Adapter),

potom štandard Hercules od IBM

od roku 1987 od IBM po dnes najbežnejší štandard VGA (Video Graphic Adapter), pochádzajúcie od IBM,

 neskôr asociácia VESA štandard SVGA (Supe VGA)

1991 (opäť od IBM) štandard XGA

 

 

 

 

uP pre desktopy, notebooky a servery

===========

Zbernice

Systémová- zvýšenie prac frekvencie v roku 2000 na 66 , 100 na 133MHz

FSB (Front Side Bus) = systémová zbernica, ktorá je základným komunikačným kanálom základnej dosky. Prostredníctvom nej komunikuje mikroprocesor s čípovou súpravou a ďalšími komponentami. Takt zbernice 400 MHz, hoci "fyzicky" je taktovaná nižšie.

ISA - legenda postupne vytráca - zbernica umožňujúca pripojenie kariet

AGP(Accelerated Graphic Port) poprechode cez režim AGP2x na režim AGP4x - zbernica určená na vysokorýchlostné spojenie grafickej karty so systémom.

ACR (Accelerated Communication Riser) - najnovšia zbernica umožňujúca pripojenie rozširujúcich kariet s audioadaptérmi, sieťovými adaptérmi a modemami. Zbernica je spätne kompatibilná s AMR (Audio Modem Riser - rozhranie umožňujúce pripojenie modemu alebo zvukovej karty)

 

 

 

 

CACHE

Veľmi rýchly špeciálny pamäťový podsytém, zložený z pamätí RAM. V blokovej schéme je umiestnený medzi procesorom a operačnou pamäťou. Paamäte cache využívajú tri režimy:

1.     Priamy zápis (Write-Through) je najstarší a najpomalší spôsob, typický pre mikroprocesory 486.

2.     Pri oneskorenom zápise (Write-Back) sú dáta zapísané len do cache a až po odstánení dát z cache sú zapísané do operačnej pamäte.

3.     Reťazový zápis (Pipelined Burst) je najnovší a najrýchlejší spôsob, ktorý sa v súčasnosti používa. Tento spôsob pracuje na princípe raťazovo vyslaných operácii. Prístupová doba sa pohybuje medzi 9 až 15 ns.

 

V AMD Athlon/800 je pracovná frekvencia 800MHz

Sekundárna cache L2 (512 KB) pracuje na 1/2 FREKVENCII JADRA MIKROPROCESORA (400MHz) =>dedictvo predošlých verzii - veľmi rýchla vyrovnávacia pamäť, ktorá slúži na prechodné uloženie údajov. Do nej sa ukladajú údaje, ktoré bude systém pravdepodobne potrebovať pri ďalšich výpočtoch.

Pamäť cache prvej úrovne L1 (128KB)  pracuje na frekvencii jadra.

Systemova zbernica 100MHz

 

 

´´´´´´´´´´´´´´´´´´´´´´´´´´´´´´´´´´´´´´´´´´´´

Moorov zakon

 

Podľa spoluzakladeľa spoločnosti Intel Gordona Moora sa počet tranzistorov v počítačovom čípe zdvojnásobňuje každých 18 mesiacov. Zdá sa, že tento zákon poruší nová technológia bright-peak, ktorá pri výrobe masky umožňuje základné elementy zmenšiť na 20nm (namiesto doterajšich 90nm) a tak zabezpečiť niekoľkonásobné zvýšenie počtu tranzistorov na čípe.

 

Výkon PC = frekvencia * IPC (Instruction Per Clock Cycle). IPC - počet operácii, ktoré môže za jeden takt hodinového cyklu zrealizovať (parameter je daný počtom výkonových jednotiek mikroprocesora). Vzorec je skôr teoretickým maximom daného procesora ako reálne dosiahnuteľnou hodnotou lebo nie všetky jednotky sú využívané rovnomerne - závisí od typu aplikáície.

 

Pracovná frekvencia mikroprocesora fCPU= fFSB*násobiteľ je odvodená od frekvencie systémovej zbernice fFSB . Frekvencia FSB/AGP od 1/1 do 2/3. Frekvencia FSB/PCI od 1/2 až 1/4.

Mílniky OS Windows

·       1992 Windows 3.1 grafická nadstavba OS DOS. Priniesol technológiu OLE (Object Linking and Embedding - v podstate prepojenie aplikácii). Vyžadoval procesor 80286, 2MB RAM a 8MB priestoru na pevnom disku

·        1995 Windows 95 ako samostatný OS a nie len grafické rozšírenie MS DOS. Vyžadoval procesor 80386DX, 4MB RAM a 35 MB na pevnom disku.

·       1998 Windows 98 =ň- OS podporijúci USB, DVD, FireWire. Požadoval procesor 80486DX/66MHz, 16MB RAM a 195 MB diskového priestroru.

·       2000 Windows 2000. Minimálnymi požiadavkami Pentium 133MHz, 32MB RAM a 650 MB diskového priestoru

·       2001 Windows XP (eXPerience - skúsenosť, zážitok) požadujúci procesor bežiaci na frekvencii 300MHz, 128 MB RAM, 1,5GB na pevnom disku.

===========================

10 rokov Pentia

22.3. 1993 Intel uviedla na trh mikroprocesor s označením Pentium.

Intel bol totiž 1 spoločnosťou, ktorá dala svetu polovodičovú súčiastku pod týmto názvom. V roku 1968 prevzal objednávku od japonskej spoločnosti Busicom, ktorá sa zaoberala výrobou kalbulačiek. Intel mal podľa dohody vyvinúť súpravu čípov, ktoré by Busicomu umožnili skonštruovať jednoduchšiu kalkulačku na báze programom modifikovateľného integrovaného obvodu. Keď bol čip hotový Busicom oň stratila záujem a tak sa v Inteli rozhodli dať novinku k dispozícii ostatným výrobcom. Tak sa v roku 1971 novinka pod označením i4004 stala prvým mikroprocesorom. Obvod bol vyrábaný technológiou 10um a obsahoval 2300 tranzistorov.

 

Postupne sa dostávali an trh aj mikroprocesory ďalšich výrobcov. K strategickému úspechu mikroprocesorov pomohlo spojenie IBM a Microsoftu, ktoré použilo mikroprocesory Intel s architektúrou x86 za základ štandardu PC.

 

Prečo práve Pentium

Mikroprocesor, ktorý dostal označenie Pentium sa pôvodne mal volať i80586, na základe dovtedy používanej konvencie označovania procesorov Intel. Pred uvedením nového mikroprocesora viedla spoločnosť Intel so spoločnosťou AMD súdny spor, ktorého predmetom bola otázka ochrany označenia mikroprocesora. AMD totiž uviedla na trh mikroprocesory am486, ktorých označenie sa od mikroprocesorov rovnakej rodiny líšilo len mierne. Verdikt súdu znamenal víťazstvo AMD. Intel na odlíšenie svojich mikroprocesorov od výrobkov ďalšich výrobcov ( ktoré malo v konečnom dôdsledku vplyv na cenu výrobkov osadených týmto procesorom) pomenoval novinku piatej generácie mikroprocesorov ako Pentium.

 

Pentium z roku 1993 bol vyrobený technológiou 0,8 um, obsahoval 3,1 milióna tranzistorov a na trh sa dostal v dvoch verziach, líšiacich sa pracovnou frekvenciou - 66MHz a 25MHz. Mikroprocesor sa líšil od 486 rozšírením dátovej zbernice z 32 na 64 bit a dostal nové púzdro, ktoré sa však v histórii rodiny niekoľko krát menilo. (Slot - vhodný pre mikroprocesory s veľkou pamäťou cache a pre servery, v ktorom má mikroprocesor má tvar karty a podobá sa na rozširujúci slot; Socket - pätica určená pre lacnejšie systémy; system on a chip - koncepcia uP integrujúca prakticky všetky dôležité komponenty potrebné pre konštrukciu počítača vrátane grafického adaptéra do spoločného púzdra.)

 

Mikroprocesor Pentium prešiel v rokoch 1993 - 2003 postupne 57 inovačnými verziami (10x Pentium, 4x Pentium MMX, 7x Pentium II, 16x Pentium III, 20x Pentium 4 - nesie v názve arabskú číslicu) pre desktopy, servery i mobilné počítače.

 

V roku 2003 sa očakáva masívny nástup technológie HyperThreading a ďalšie zvyšovanie frekvencie systémovej zbernice (500 - 800 MHz). Potenciál aktuálnej architektúry pravdepodobne umožní používanie ešte vyššej pracovnej frekvencie (3,4 až 4 GHz).

 

Pentium 4 z PC 3/2001/str17

Pentium 4 (nesie v názve arabskú číslicu). Pentium 4 predstavuje v porovnaní s predošlými mikroprocesormi (napr. Pentium III, založenými na mikroarchitektúre P6) zásadnú zmenu. Nová architektúra Intelu  nesie označenie NetBurst s kľúčovými črtami:

·       400 MHz zbernica. Pentium 4 komunikuje s okolím prostrdníctvom 64- bitovej zbernice. Na rozdiel od Pentia III, ktoré využíva 133 Mhz zbernicu sa v Pentiu 4 nezvyšuje frekvencia, na ktorej pracuje systémová zbernica, ale mení sa režim jej činnosti. Podobne ako v AGP sa používa viacnásobný prenos údajov v jednom hodinovom cykle. Zbernica síce pracuje na rovnakej frekvencii (100 - 133 MHz) ako u staršich mikroprocesorov, ale prenáša údaje 4x za cyklus.

·       Hyper pipelined. Pre porovnanie klasický mikroprocesor pracoval tak, že najprv bola inštrukcia z pamäte zavedená do mikroprocesora, následne ten ju počas niekoľkých hodinových cyklov vykonal. Po jej spracovaní bola zase z pamäte zavedená ďalšia inštrukcia - teda prevažnú časť strojového času mikroprocesora zostávala nevyťažená. Koncepcia pipeline umožňuje "rozfázovanie" spracovania jednotlivých inštrukcii tak, že do mikroprocesora sa zavádzajú ďalšie inštrukcie ešte pred dokončením spracovania už zavedených inštrukcii. Postupne teda prebieha dekódovanie, premenovanie registrov, zavedenie do výkonných jednotiek a zápis výsledkov. Počet "fáz" , v ktorých spracovanie inštrukcii prebieha, sa označuje ako počet stupňov pipeline. Napr. Pentia mali 6 stupňovú pipeline a Hyper Pipeline Pentia 4 disponuje 20 stupňovou pipeline. V súvislosti s takouto "dlhou" pipeline treba zabezpečiť, aby riziko nesprávneho predpovedania výsledku podmienených skokov či vetvenia programu, ktoré sa nerealizujú, neznamenali pokles výkonu mikroprocesora. Minimalizáciu výskytov takýchto prípadov zabezpečuje Advanced Branch Prediction.

·       Advanced Transfer Cache. V Pentiu 4 je implementovaná 256 - bitová zbernica prepájajúca L2 cache s dátovou časťou L1. Kým primárna cache L1 v Pentiu III disponovala 16 KB pre údaje a 16 KB pre inštrukcie v Pentiu 4 má L1 pre údaje 8KB a inštrukčná časť bola nahradená novou jednotkou Execution Trace Cache, ktorá vďaka zmenej mikrooperačnej štruktúre má porovnateľnú veľkosť cache až 96KB. Koncepcia Execution Trace Cache s integrovanou jednotkou registra predpovede skokov s kapacitou č4096 záznamov prispieva k zníženiu rizika, ktoré predstavuje extrémne dlhá pipeline. Realizovanie pipeline na úrovni dekódera inštrukcii umožňuje v priebehu jedného hodinového cyklu vygenerovať šesť mikroinštrukcii.

·       Hardware Data Prefetch. Táto jednotka analyzuje tok medzi údajovou L1 a L2 pamäťmi a v prípade vybraných inštrukcii automaticky začne naplňovať údajovú L1 potrebnými údajmi, čo má vplyv najmä na výkon mikroprocesora pri práci s rozsiahlymi údajovými poľami.

·       Rapid Execution Engine. Pentium 4 disonuje 7 výkonnými jednotkami, pričom štvorica z nich je zdvojená (2xALU, 2xAGU). Na rozdiel od ostatných výkonných jednotiek, ktoré pracujú na rovnakej frekvencii ako zvyšok mikroprocesora dvojica ALU, ktoré sú určené na spracovanie jednoduchých inštrukcii a dvojica AGU využívajú zrýchlenné dvojfázové ovládanie hodinového cyklu.

·       Inštrukcie. Pentium 4 prináša rozšírenie súboru inštrukcii, ktoré sa používajú pri spracovaní multimediálnych aplikácii a inštrikcii rozširujúcich možnosti spracovania čísel s plávajúcou desatinou čiarkou. Nový súbor inštrukcii (SSE2) obsahuje spolu 144 nových inštrukcii, ktoré podporujú prácu s údajmi v komprimovanej podobe, pričom sa využíva 128 - bitový formát údajov.

 

 

Pamäte DDRAM vesus RDRAM 7-2001

Pamäte RAM (Random Access Memory) sa v súčasných počítačových systémoch používajú v úlohe operačnej pamäte. Tieto pamäte sú schopné uchovať informáciu iba v prípade pripojenia k zdoju napájania.V súčasnosti sa možnos tretnúť s troma typmi pamätí : SRAM, DDRAM, RDRAM.

 

Na začiatku vývoja počítačov sa najčastejši epoužívali polovodičové pamäte typu DRAM (Dynamic RAM), prebážne vyrobené technológiou CMOS. Na uchovanie informácie v ňom slúžil obvod zložený s tranzistora a kondenzátora, doplnený o logiku adresovania jednotlivých buniek pamäte a logiku "Refresh", zabezpečujúcu obnovovanie náboja uskaldneného v kondenzátore. Tento model bol pre konštruktérov zaujímavý predovšetkým najmä pre pomer ceny a kapacity. Negatívnou vlastnosťou týchto pamätí je závislosť na "obnovovaní" obsahu. Cieľom vývojárov bolo zlepšenie mechanizmu a obvodov obnovovania obsahu, hlavne krátenie času počas ktorého je pamäť z dôvodu obnovovania obsahu nedostupná a samozrejme saha bolo neustále zvyšovať kapacitu pamäťových čippov a zvyšovať pracovnú frekvenciu.

 

Postupným zdokonaľovaním pamätí DRAM sa vývojári dopracovali k pamätiam SDRAM (Static DRAM), teda pamätiam, ktoré sú hybridom medzi pamäťami SRAM a DRAM. Aj tieto podobne ako DRAM používajú na uchovávanie informácie kondenzátory v obvode pamäťovej bunky, s ohľadom na zlepšenú konštrukciu bunky však sú schopné udržať informáciu oveľa dlhší čas, než to bolo pri kalsických čipoch DRAM. Toto riešenie znamenalo zníženie "nedostupnosti" (latencie pamäti)  z dôvodu obnovovania jej obsahu, avšak z princípu tento problém nemohlo eliminovať úplne.

 

DDR (resp. [plne presne DDR-SDRAM)- evolučný krok. Tito pamäte sú schopné zapisovať a čítať údaju dva razy za hodinový cyklus (s nábežnou a zostupnou hranou impulzu) čo výrazne zvyšuje údajovú priepustnosť pamäte. Z konštrukčného hľadiska pritom v pamäťovej bunke i obslužnej logike pamäte DDRAM v porovnaní s pamäťou SDRAM nie sú výrazné zmeny. Pri požiadavke na zdvojnásobnenie objemu údajového prenosu z tejto skutočnosti vyplýva zvýšenie rizika latencie. Preto boli do DDR-SDRAM implementované doplnkové mechanizmy zabezpečujúce synchronizáciu prenosov (okrem systémových taktov sa využíva aj špecialny vodiaci signíl DQS na doplnkovú synchronizáciu časovania a zvýšenie spoľahlivosti.)

 

RDRAM - revolučný skok - nejde len o zlepšenie jestvujúcej architektúry ale o úplne novú architektúru - RDRAM využiva sériový prenos údajov (zbernica má iba 16 bitov) a nie paralelný (64 bitová architektúra) ako doterajšie pamäťové architektúry. Pri RDRAM totiž je aktívny vždy len jeden číp na pamäťovom module, aktívne prenášajúci údaje. Ostatné čípy sú v jednom z ďalšich troch režimov, definovaných štandardom - Power Down (vypnuté), Nap (spiace, bdiace), Standby (v pohotovosti). Sériový prenos umožňuje jednoduchšie zvyšovanie prenosovej rýchlosti. Sériový prenos prináša však problém nazývaný oneskorenie (na získanie ôsmich bitov treba osem impulzov).

RENDERING

 

Vizualizace, tj. tvorba reálného obrazu na základě počítačového modelu, charakteristik scény a okolí. Model bývá charakterizován sítí nebo drátovou konstrukcí, je mu přiřazen tzv. materiál definující jeho povrch a vztah k

dopadajícímu světlu. Scénu charakterizuje umístění světel a kamery, okolí pak např. barva či obraz v pozadí, mlha apod. Program, který RENDERING provádí, na základě matematických algoritmů konstruuje bitmapový

obrázek, který co nejpřesněji simuluje možnou fotografii kamery v reálné, počítačem takto napodobené scéně.