文档介绍：新一代Centeral Process Unit的多媒体处理
回顾通用X86中央处理器的多媒体处理功能发展历史,介绍现在发展情况并展望发展未来
新一代Centeral Process Unit的多媒体处理
要点:在日常的多媒体应用中,我们最主要的工具就是计算机,通过计算机的硬件和软件的支持,我们可以实现各种各样的多媒体应用。现在已经有很多厂商开始研发和生产专门的媒体处理芯片,比如Phlips公司开发的Trimedia,这种专用芯片具有成本低、实时性好、处理能力强、升级容易等特点,但它们的应用范围还是远不及PC的。PC将在比较长的一段时间里作为多媒体处理的主要角色,而CPU作为计算机的核心,它的发展也直接关系到多媒体技术进一步发展。在今后的几个月,Intel和AMD作为两家最大的通用CPU生产厂商陆续推出了他们的下一代产品,CPU的多媒体处理能力将作为本文探讨的重点。
CPU多媒体处理的历史
追根溯源的话最早的CPU产生于1971年,当时还处在发展阶段的INTEL公司推出了世界上第一台微处理器4004。这不但是第一个用于计算器的4位微处理器,也是第一款个人有能力买得起的电脑处理器!4004含有2300个晶体管,功能相当有限,我们可以认为它并不具有多媒体处理的能力。又过了十几年,随着个人电脑在世界范围内的流行,功能更强大的CPU也被生产出来,它们的多媒体处理能力也越来越强,但其本身并没有进行专门的对多媒体处理的优化改进。
直到Pentium MMX的出现。也许是INTEL认为Pentium 系列还是有很大的潜力可挖,1996年底推出了Pentium 系列的改进版本,厂家代号P55C,也就是我们平常所说的Pentium MMX(多能奔腾)。MMX技术是INTEL新发明的一项多媒体增强指令集技术,它的英文全称可以翻译"多媒体扩展指令集" ,它是Intel公司在1996年为增强Pentium CPU在音像、图形和通信应用方面而采取的新技术,为CPU增加了57条专门指令。除了指令集中增加MMX指令外,还将CPU芯片内的L1缓存由原来的16KB增加到32KB(16K指命+16K数据)MMX CPU比普通CPU在运行含有MMX指令的程序时,处理多媒体的能力上提高了60%左右。MMX技术不但是一个创新,而且还开创了CPU开发的新纪元,目前的KNI,3D NOW!也是从MMX发展演变过来的。我们可以说MMX是第一个专门为多媒体处理而对CPU增加的改进。
Pentium III(Katmai) 作为20世纪X86产品的最后一作,它在多媒体处理方面做了重大的改进:为MMX 添加了70条新指令,以增强三维和浮点应用,并让原来支持MMX的软件和WEB开发程序运行得更快,这个技术被命名为MMX2,它可兼容以前的所有MMX程序,此规格是英特尔公司在1998年1月宣布的。新指令包括浮点数据类型的SIMD,CPU会并行处理指令,因而在软件重复做某项工作时可以发挥很大的优势。与MMX相比较的,MMX新增57条指令所提供的SIMD仅对整数类型有效。我们知道三维应用与浮点的关系很密切,强化了浮点运算即是加快了三维处理。以下几种多媒体处理都能从中受益。首先是三维几何学,进行变换3D坐标(特别是同时变换几个)工作时,SIMD会在一秒中做出更多的操作,所以利用SIMD浮点指令将得到更高的性能,它能进一步对场景做渲染、实时影子效果、倒映之类的工作。对于最终用户来说,这意味着物体更生动,表面更光滑。在图中可以看出各种新增的变换指令,其中光线的控制是3D环境的关键,一种类似于浮点矩阵操作决定从物体表面反射光线的颜色和数量。游戏开发商们为了减低CPU的计算量常常去掉那些额外或复杂的光线,但一个场景的复杂光线能比普通着色起到更好的视觉效果。MMX2中的SIMD浮点指令就能对之进行平行编码,可以大大减轻处理器的负担,以获取更高水准的"现实"。其次是三维物体,MMX2不仅对3D场景有作用,而且能对游戏中活动的物体和人物加以改善。Katmai提供的额外计算能力能够支持现有技术,如:在复杂目标和移动物体上的碰撞侦察和对象物理化。它也可以使用未来的技术,如:前置运动和后置运动(它们能改善应用程序中的刚性和固态物体,让之接近真实)。最终用户将感受到交互性和真实性都有巨大的变化
。再次是图像处理(特别是一些不常用的操作)亦受益于Katmai的平行编码和数据结构,图像变形的操作使用浮点计算比整数运算减少了一些CPU时钟周期。它可增加图像尺寸和图像混合操作,这对商业和个人绘图软件,高分辨率数字相机,高端图形工作站都有极大的帮助。第四,视频加速。视频编辑软件比成像计算的要求更苛刻,高配置的机器是必不可少的。因为它需要大量的实时运算,不论是个人视频创造软件,还是专业视频生产软件,都