A Arquitetura do Processador do PS2

Arquitetura RISC vs CISC.

O processador do Playstation 2 é o Emotion Engine desenvolvido pela Sony em parceria com a Toshiba, é um processador do tipo RISC (Reduced Instructions Set Architeture), de 32 bits. A arquitetura RISC existe em contraste com outra arquitetura conhecida como CISC (Complex Instruction Set Computer). A arquitetura RISC possui um conjunto de instruções reduzidos, esse tipo de processador trabalha om cálculos simples e repetitivos tornando a entrega dos cálculos mais rápida e eficiente, enquanto a arquitetura CISC é utilizada em processadores que utilizam sistemas que trabalham com cálculos mais complexos. Ambos os tipos possuem seus pontos positivos e negativos, nem sempre a arquitetura RISC é a mais adequada para implementação em um determinado sistema. No caso do playstation 2 e diversos outros video-games por serem aparelhos voltados para jogos em 3D, o dispositivo trabalha com instruções extremamente repetitivas e um fluxo de dados muito grande, tornando assim a utilização desse tipo de processador uma escolha mais adequada. Processadores com arquitetura CISC são ideias para sistemas e dispositivos que possuem cálculos muito diversificados e na maioria das situações trabalham com um volume de dados pequeno, como por exemplo, um computador com sistema operacional Windows ou Linux que são utilizados para diversas tarefas distintas.

Para exemplificar melhor, podemos analisar a seguinte situação, em um computador rodando o programa Word da Microsoft, nós temos um arquivo do Word aberto, ou seja, um dado e diversas ferramentas para a edição, formatação, correção em tempo real do texto e isso exige o cálculo de muitas instruções diferentes em tempo real, porém os dados são praticamente estaticos, os dados nesse caso seriam o documento ou os poucos documentos do Word abertos em um computador. No Playstation 2, a situação é inversa, temos um conjunto muito grande de dados sendo transferidos, texturas, sons, efeitos e um número de cálculos reduzidos e repetitivos, por exemplo a fisica de um carro nas dezenas de curvas em uma fase do jogo, o salto de um personagem, ou caixas caindo em um cenário.

Caracteristicas do Emotion Engine

Processador Emotion Engine RISC de 294.912 MHz

Arquitetura RISC com arquitetura baseada em registradores MIP’s III que permite um bom desempenho a um baixo custo de produção do processador, esse é um dos motivos pelo baixo clock do processador é o preço de produção, porém por se tratar de um processador voltado a uma função especifica, ele entrega um desempenho adequado ao video-game.

Processador de 128 bits.

O núcleo do Emotion Engine comporta:

16 KB de cache para informações. (Informações que podem ser usadas posteriormente pelo processador, assim melhorando o desempenhgo, já que essas informações se encontram em uma memória cache, que é muito mais rápida que a memória principal do sistema).

8 KB de cache para dados . (Memória responsável por armazenar dados do jogo, tem um tamanho menor pois os dados em um jogo são atualizados com muita frequencia, não necessitando assim armazenar um determinado dado que logo será descartado).

16 KB de cache para scratchpad memory. (Essa memória registradora tem uma velocidade extremamente alta, aqui são armazenados os cálculos que o processador está realizando em tempo real, está um nivel acima da memória cache).

Largura de banda de memória 3.2 GB por segundo.

A largura de banda da memória é responsável por entregar os dados contidos na memória para o processador assim que o mesmo solicita, quanto mais banda, mais dados podem ser entregues.

Co-processador FPU.

6.2 Gigaflops por segundo. (Quantidade de calculos em ponto flutuante que o processador pode realizar em um segundo, o ponto flutuante é a representação de um número real e o seu calculo pelo processador, a notação cientifica para ponto flutuante é “Valor x Base ^ Expoente”).

Controle de DMA (DMAC)

O Playstation 2 possui 10 canais DMA que é responsável por mover os dados da memória para os dispositivos, é essencial para um melhor desempenho do processador Emotion Engine, maximizando o seu desempenho.

VU0

Essa unidade é utilizada para operações matemáticas. Conectada diretamente a CPU executando microinstruções, 4KB de memória para dados e 4KB de Micro memória para instruções, seu uso é mais comum para cálculos de fisica e animação.

VU1

Essa unidade ao contrário da VU0 não é ligada diretamente ao processador, suas principais caracteristicas são; 16KB de VU memória para dados e 16KB de micro memória para instruções. É utilizada para cálculos de geometria. Como cálculos de geometria ocupam mais espaço, por isso essa unidade possui o dobro de memória da VU0.

Image Processing Unit (IPU).

É responsável pela descompressão de imagens e por decodificar videos do tipo Mpeg2

Unidades FMAC’s para adição e multiplicação.

Float Point Multiply Adder Calculator, calcula um MAC x (vezes) 32 Bits, é responsável por calcular a quantidade de poligonos requeridos pelo jogo. Os poligonos é que são responsáveis pela imagem em 3D do jogo, aplicando a textura em cima do mesmo, ou seja, nós teremos uma imagem 3D completa, por exemplo uma casa, uma árvore, um carro. Quanto mais poligonos um game possuir, mais realista será sua aparência. O playstation 2 é capaz de gerar 66 milhões de poligonos na tela, porém aplicando texturas, efeitos como fog, anti-aliasing a quantidade de polignos processadas pelo video-game pode cair consideravelmente, dependendo do processo de programação e otimização do jogo.

FDIV para divisão e raiz quadrada.

GIF (Graphics Interface Unit)

Unidade que tem acesso as informações de lista de imagem contidas no processador principal do Playstation 2, essas listas são acessadas e enviadas para a placa gráfica GS - Graphics Synthesizer para que ela possa processar as imagens dos jogos, assim restringindo acesso do processador principal pelo barramento de 128 bits e economizando recursos.

INTC

Responsável pela detecção de rotação dos jogos em 3D.

União de funções.

Uma das caracteristicas