COMO FUNCIONAVA O PROCESSADOR DO PLAYSTATION 2
PlayStation 2
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PlayStation 2 | |
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 Esquerda: Modelo original do PlayStation 2 com suporte vertical Direita: Modelo Slim do PlayStation 2 com suporte vertical, cartão de memória de 8 MB e o controlador DualShock 2 | |
| Fabricante | Sony Computer Entertainment |
| Família do produto | PlayStation |
| Tipo | Console de videogame |
| Geração | 6ª geração[nota 1] |
| Lançamento | |
| Preço inicial | US$299 |
| Descontinuado |
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| Unidades vendidas | 157,68 milhões[2] |
| Mídia | DVD (para filmes e jogos), CD (para música e retrocompatibilidade com PlayStation), USB (para acessórios). |
| CPU | Emotion Engine 128-bit a 294 MHz (Slim: 299 MHz)[3] |
| Capacidade de armazenamento | Cartão de 8, 16, 32, 64 e 128 Megabytes |
| Gráficos | Graphics Synthesizer a 147 MHz |
| Controladores | 1 a 6 gamepads, DualShock 2 |
| Conectividade | Modem, USB, Ethernet, FireWire |
| Serviços on-line | DNAS (Dynamic Network Authentication System) |
| Jogo mais vendido | Grand Theft Auto: San Andreas: 17 milhões de unidades (ver lista completa) |
| Retrocompa- tibilidade | PlayStation |
| Antecessor | PlayStation |
| Sucessor | PlayStation 3 |
O PlayStation 2 (PS2) é um console de jogos eletrônicos produzido e comercializado pela Sony Computer Entertainment. Sucessor do primeiro PlayStation, foi inicialmente lançado no Japão em 4 de março de 2000, na América do Norte em 26 de outubro, na Europa em 24 de novembro, na Austrália em 30 de novembro, e posteriormente nas demais regiões. No Brasil, foi lançado em meados de 2002, com seu lançamento oficial ocorrendo apenas em 15 de outubro de 2009.[1] Como um console de sexta geração, competiu com o GameCube da Nintendo, Dreamcast da Sega e o Xbox da Microsoft. É o console de jogos eletrônicos mais vendido de todos os tempos, com mas de 160 milhões de unidades vendidas mundialmente, quase o triplo das vendas combinadas dos consoles concorrentes de sexta geração.
Anunciado em 1999, a Sony iniciou o desenvolvimento do console após o enorme sucesso de seu antecessor. Além de servir como um console de jogos, ele tinha uma unidade de DVD integrada e tinha um preço competitivo em relação aos reprodutores de DVD independentes da época, aumentando sua proposta de valor e contribuindo para sua compra.[4] A retrocompatibilidade total com jogos e acessórios do primeiro PlayStation lhe deu acesso instantâneo a uma vasta biblioteca de lançamento, superando em muito a de seus concorrentes. O hardware do console também se destacava pelo processador personalizado Emotion Engine, desenvolvido em parceria com a Toshiba, que era promovido como mais potente do que a maioria dos computadores pessoais da época.[5]
O PlayStation 2 recebeu ampla aclamação da crítica e acumulou uma biblioteca global de mais de 4.000 títulos de jogos, com mais de 1.5 bilhões de cópias vendidas.[6] Em 2004, a Sony relançou o console com um modelo menor e mais leve, oficialmente conhecido modelo slim. Mesmo após o lançamento de seu sucessor, PlayStation 3 (2006), o PS2 permaneceu em produção e continuou a receber lançamentos de novos jogos por vários anos.[7] A produção foi oficialmente encerrada no início de 2013, dando ao console uma das vidas úteis mais longas da história dos videogames.[8]
História
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O sucessor do PlayStation é anunciado pela Sony em março de 1999 e lançado um ano depois no Japão, em 4 de março de 2000. Na América do Norte, o evento ocorre no dia 26 de outubro do mesmo ano. A notícia causa estrondosa repercussão em todo mundo, a ponto de esvaziar lojas ainda no dia de seu lançamento[9][10] e, devido a atrasos na fabricação, apenas alguns milhões de pessoas obtiveram o console até o final de 2000.[11] Outra opção era comprar o console na internet através de sites de leilões, como o eBay, onde ele era vendido por até mil dólares.[12]
Inicialmente, o PlayStation 2 teve muitas unidades vendidas com base na força da marca PlayStation e da compatibilidade com a versão anterior, com mais de 980 000 unidades comercializadas no Japão em 5 de março de 2000, um dia após o lançamento.[13] Mais tarde, a Sony adiciona novos kits de desenvolvimento para desenvolvedores de jogos e mais unidades de PS2 para os consumidores.
A Sony, ao contrário da Sega durante as vendas do seu Dreamcast, a qual parecia dar maior ênfase ao suporte online apenas aos seus jogos iniciais e, então, coincidindo com o lançamento do Xbox Live, decide criar o periférico PlayStation Network Adapter no final de 2002, enquanto o jogo SOCOM: U.S. Navy SEALs torna-se o primeiro a ter suporte a gameplay online. Por possuir uma saída para a conexão de um HD interno, o Network Adapter possibilitava aos usuários baixar expansões, mapas, arquivos e conteúdos adicionais para certos jogos.
Em setembro de 2004, na mesma época do lançamento de Grand Theft Auto: San Andreas, que viria a ser o jogo mais vendido do console, a Sony revela um novo modelo de PS2, mais fino, chamado PlayStation 2 Slim e, em preparação para o lançamento desses novos modelos, a empresa deixa de fabricar os originais.
A empresa anuncia, mais tarde, que a partir de 1 de abril de 2009, o PS2 custaria 99,99 dólares no varejo.[14] Mais tarde, anuncia também que jogos de sucesso do PS2 seriam relançados em 2012 na série PlayStation 2 Greatest Hits.[15]
O PlayStation 2 é o console de mesa mais vendido da 6ª geração, ultrapassando as vendas do Gamecube e do Xbox e se tornando também o console mais vendido de todos os tempos.[16]
Retrocompatibilidade
O PlayStation 2 é compatível com praticamente todos os jogos do seu antecessor, assim como com seus acessórios (controle, cartão de memória, etc). No entanto, alguns dos acessórios do PlayStation original só são compatíveis com ele próprio.
Especificações técnicas
| Especificações técnicas | |||||||||||||||||||
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| CPU | GPU | ||||||||||||||||||
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| Áudio | Mídia | ||||||||||||||||||
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| Dimensões | |||||||||||||||||||
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Processador I/0[21]
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Funcionalidade online
Ver artigo principal: Funcionalidade online do PlayStation 2
Era possível jogar online no PlayStation 2 com o auxílio de um modem. O jogador precisaria ter uma conexão de banda larga e um adaptador de rede (uma espécie de módulo do PlayStation 2 que adiciona modem e ethernet ao aparelho), que era vendido separadamente no modelo original do aparelho. A versão Slim do console vem com conexão de rede para ligar a um modem externo de PC. Há uma seleta gama de jogos que davam para se jogar online incluindo um aplicativo de videoconferência[22] que utiliza a câmera EyeToy mas a câmera EyeToy não funciona mais devido ao fechamento dos servidores oficiais[23] e os jogos só funcionam em servidor alternativo aplicando patch na imagem do jogo ou pelo Xlink Kai[24] nos jogos que possuem modo LAN.
Todos os jogos de PS2 lançados depois de 2003 são protegidos pela Rede Dinâmica de Autenticação (DNAS). O objetivo deste sistema é combater a pirataria e trapaças. O DNAS impediria cópias ilegais ou cópias modificadas de se conectarem a internet mas pode ser quebrado aplicando patch na imagem do jogo apontando para um servidor alternativo.[25]
Acessórios e periféricos
Acessórios e periféricos produzidos e comercializados para o PS2:
DualShock 2
É o controle oficial do console. A Sony manteve a forma e nome do controle do PS1 e também melhorou suas funções como vibração e intensidade de pressão dos botões.
Multitap
Permite o suporte de quatro controles por porta, além de slots para diversos cartões de memória. Assim, é possível conectar até oito controles usando dois Multitaps. É apoiado por muitos jogos, tais como TimeSplitters 2, Virtua Tennis, os da série Pro Evolution Soccer etc. Utiliza barramento compartilhado com algoritmo escalonador Round Robin com o objetivo de gerenciar os acessos promovidos por cada controle.
Memory Card
O Memory Card é um dos acessórios fundamentais do Playstation 2, o qual permite salvar o progresso nos diferentes jogos. A versão oficial deste dispositivo de armazenamento tem um tamanho de 8 MB, embora tendo sido vendido oficialmente de 16 MB e outras empresas tendo passado a fabricar até 128 MB de capacidade.
LOGITECH Driving Force Pro
É o volante oficial do PS2, criado pela Logitech para uso no jogo Gran Turismo 4. Poucos jogos além deste são compatíveis com ele.
EyeToy
A EyeToy é um acessório inovador e interessante lançado para o PlayStation 2, que consiste numa câmera cuja função é filmar os movimentos do jogador e colocá-los na tela. Fazendo movimentos, o jogador interage com objetos na tela como se estivesse dentro do jogo. Há jogos de atividades diversas no EyeToy como brincadeiras com objetos, musicais e até jogos onde o jogador participa de uma ação de fato.
Adaptador de rede e disco rígido
Adaptador de rede permite jogar jogos online e fazer downloads de atualizações dos jogos, dando ao disco rígido a possibilidade de armazenar essas atualizações. Essa tecnologia, entretanto, é compatível com poucos jogos.
Headset
É um acessório que permite aos jogadores comunicar-se com os seus parceiros em jogos online ou em alguns jogos de dar ordens aos personagens através da voz. O periférico conta com um fone de ouvido e microfone.
- Filmes e música: Devido à mídia dos seus jogos ser de DVD e do seu console ser compatível com CD, a maioria das versões do PS2 podem reproduzir outros discos dessas duas mídias com outros conteúdos além de jogos, o que inclui inúmeros títulos de filmes e álbuns de música.
Microfone
Acessórios para jogos como: Guitar Hero, SingStar, Rock Band, Karaoke Revolution e High School Musical.
Portas USB
A Sony colocou vários recursos avançados no PlayStation 2, que estavam ausentes em outros consoles rivais, um deles foi as portas USB. Há alguns jogos que estavam programados para utilizar a porta USB, como Gran Turismo 4, que foi programado para salvar imagens em uma unidade de USB ou em uma impressora da Epson que permite a impressão de imagens.
Pad DDR
É um tapete de dança com formato de quadrado, com cerca de 1 metro em cada lado, utilizado nos jogos da série Dance Dance Revolution da Konami.
Kit Linux
O Kit Linux consiste de um disco rígido de 40 GB, um adaptador de rede, um cabo VGA, um mouse e um teclado USB do sistema operacional GNU/Linux PlayStation 2. Este kit é projetado para a programação. É possível também introduzir outra distribuição do GNU/Linux chamado Black Rhino.
Modelos
Os modelos originais do PlayStation 2
O design original do PlayStation 2 foi baseado em um protótipo abandonado da Atari, denominado Falcon 030. A Sony, tendo gostado do desenho deste protótipo, comprou os direitos do projeto e usou em seu console.[26]
Os primeiros modelos (SCPH-10000, SCPH-15000 e SCPH-18000) foram vendidos apenas no Japão. Estes modelos incluíam um PCMCIA em vez da porta Dev9 dos modelos posteriores. A PCMCIA-to-adaptador Dev9 foi posteriormente disponibilizada para estes modelos. Os modelos SCPH-10000 e SCPH-15000 não possuíam um reprodutor de filmes DVD incorporada e, em vez disso, tinham um software de reprodução de criptografado que foi copiado para o cartão de memória de um CD-ROM incluído (normalmente, o PS2 só executa softwares de encriptação de seu cartão de memória, mas isso pode ser mudado com o PS2 Independence Exploit).
A terceira versão do PlayStation 2 tinha uma estrutura substancialmente diferente das reedições posteriores, apresentando várias placas interligadas de circuito impresso. A partir da quarta versão, tudo foi unificado em uma placa, exceto o fornecimento de energia. Na quinta versão, foram introduzidas pequenas alterações internas, e a única diferença entre esta e a sexta versão (também denominada como versão 5.1) é a orientação do botão Liga/Desliga como conector da placa do interruptor, que foi revertida na sexta versão para impedir o uso de Modchips piratas. A sétima e a oitava versões incluíam apenas pequenas alterações em relação à sexta versão.
Todas as versões a partir da SCPH-50000 possuem uma alteração na BIOS, da qual desabilita um exploit que permitia rodar aplicativos homebrew através do Memory Card, além de acrescentar receptores infravermelhos para controles remotos de DVD, que antes eram opcionais. Essa edição removeu a norma IEEE 1394, adicionou a capacidade de ler DVD-RW e DVD+RW e acrescentou uma varredura progressiva (Progressive Scan) para produção de filmes em DVD. A décima e a décima primeira versões contaram com poucas modificações.
A cor padrão do PS2 é preto fosco. Consoles com diversas variações de cor, incluindo cinza, amarelo, azul, prata metálico, azul-marinho, preto opaco, roxo, ouro acetinado, prata acetinado, branco, vermelho, azul transparente (Blue Ocean), Pink Limited Edition e Black Piano, foram produzidos em diversas regiões.[27][28][29][30]
Em setembro de 2004, foi lançado o console versão 12, SCPH-70000. Lançada em novembro de 2004, é menor do que a versão antiga e inclui uma porta Ethernet. Em alguns lugares também inclui um modem. O tamanho e peso nesta edição foram reduzidos a 230mm de altura, 152mm de largura e 28mm de profundidade (ou seja, menos 32%).
Devido ao seu perfil estreito, que contém a baia de expansão de 3.5 polegadas, não dá suporte a disco rígido interno, mas devido à presença de portas USB 1.1, pode ser usado um disco rígido externo (apesar de nenhum jogo requerer um disco rígido interno) e utiliza uma fonte externa de energia, de maneira semelhante ao GameCube. Apesar das portas USB estarem disponíveis, a falta de unidade de disco rígido causou um problema, porque as portas USB 1.1 são mais lentas e poucos jogos foram feitos para usá-la. Para algumas pessoas, esta tem sido uma limitação, especialmente para aqueles que preferem jogos como Final Fantasy XI, que exige o uso de periféricos, e evita o uso do pacote oficial do PlayStation 2 Linux.
Houve discussões em relação à numeração deste modelo, uma vez que existem duas subversões do SCPH-70000. Uma delas inclui o antigo EE e GS e a outra contém a nova placa unificada EE + GS. Duas propostas de nomeação foram o nome do modelo antigo (EE e GS separados) V11.5 e o modelo V12 novo.
O modelo V12 foi lançado em preto. A versão prata está disponível no Reino Unido, Austrália, Japão e em toda a Europa.
Existe também o modelo V14 (SCPH-75001 e SCPH-75002), que contém a placa EE + GS e circuitos diferentes em comparação com as revisões anteriores, com algumas placas com direitos autorais datados de 2005, em comparação com 2000 ou 2001 e modelos mais antigos. Ele também tem uma lente diferente e alguns problemas de compatibilidade com alguns jogos.
No final de 2005 constatou-se que algumas fontes de alimentação dos modelos novos eram defeituosas e poderiam superaquecer. As unidades foram trocadas pela Sony, que forneceu um modelo de substituição. O modelo SCPH-70040 foi o que mais sofreu com este problema, apesar da Sony não ter reconhecido tal erro. Em 9 de julho de 2005, a empresa lançou o SCPH-70050, uma versão sem falhas.
PSX
Ver artigo principal: PSX
A Sony fabricou também um aparelho multimídia chamado PSX, que pode ser usado como um gravador de vídeo digital e gravador de DVD, além de jogar jogos de PS2.
O aparelho foi lançado no Japão em 13 de dezembro de 2003 e, apesar de nunca ter sido lançado em qualquer outro lugar, ele pode ser encontrado à venda em algumas das lojas da Sony Style localizadas em vários países. O PSX foi mal recebido em todas as áreas do globo, devido à falta de várias características presentes nas edições originais do PlayStation 2.
Hoje, o sistema é considerado uma raridade e está à venda por cerca de 500 dólares no eBay. O PSX foi também o primeiro produto da Sony que incluiu a interface XrossMediaBar.[31]
O modelo Slim
Outra melhoria do console, o PlayStation 2 Slim (SCPH-90000), foi lançado no Japão em 22 de novembro de 2007, e na América do Norte e Europa no final de 2008, com um redesenho e fonte interna de energia incorporados como parte do console, além de um ventilador silencioso que auxilia a manter temperatura interna, ao contrário das versões anteriores, reduzindo o peso total de 720 gramas. A série de SCPH-90000 a 90010 fabricados depois de março de 2008 incorporam uma revisão da BIOS, que corrige os problemas dos modelos anteriores.
Sony BRAVIA KDL22PX300
Lançada em 2010, o Televisor Sony BRAVIA modelo KDL22PX300 possui 22 polegadas e resolução de 720p, além de incorporar em sua estrutura um console PlayStation 2 e 4 conectores HDMI. A TV inclui ainda o BRAVIA Internet Video Access, o qual permite o acesso a sites como YouTube por streaming.[32]
Vendas
| Região | Unidades vendidas | Primeiras versões disponíveis |
|---|---|---|
| Japão | 21 milhões (a partir de 1 de outubro de 2008)[33] | 4 de março de 2000 |
| América do Norte | 50 milhões (a partir de dezembro de 2008)[34] | 26 de outubro de 2000 |
| Europa | 48 milhões (a partir de 6 de maio de 2008)[35] | 24 de novembro de 2000 |
| Em todo o mundo | 140 milhões (a partir de 22 de março de 2013)[36] |
Em 29 de novembro de 2005, o PlayStation 2 tornou-se o console de videogame mais rapidamente comercializado, por chegar a 100 milhões de unidades vendidas, realizando o feito no prazo de 5 anos e 9 meses de seu lançamento. O PlayStation 2 alcançou esta conquista de maneira mais rápida que seu antecessor, o PlayStation, que levou 9 anos e 6 meses para atingir o feito.
O PS2 já havia vendido 138 milhões em unidades no mundo inteiro a partir de 18 de agosto de 2009, de acordo com a Sony. Na Europa, o PS2 vendeu 48 milhões de unidades a partir de 6 de maio de 2008, segundo dados da Sony Computer Entertainment Europe. Na América do Norte, o PS2 já vendeu 50 milhões de unidades em dezembro de 2008. No Japão, o PS2 vendeu 21 454 325 unidades a partir de 1 de outubro de 2008, de acordo com a Famitsu/Enterbrain.
Uma breve introdução
O PlayStation 2 não foi um dos consoles mais potentes de sua geração, porém conseguiu alcançar um nível de popularidade impensável para outras empresas.
CPU
No coração deste console encontramos um potente conjunto encapsulado chamado Emotion Engine ou ‘EE’ desenvolvido pela Sony e rodando a ~294,91 MHz [1]. Este chipset contém múltiplos componentes, um deles sendo a CPU principal. O restante dos componentes está à disposição da CPU para acelerar algumas tarefas.
O líder
O núcleo principal é uma CPU compatível com MIPS R5900 com vários aperfeiçoamentos. Este é o primeiro chip que começa a executar instruções quando o console é ligado. O processador fornece os seguintes recursos:
- MIPS III ISA: um conjunto de instruções RISC 64 bits. Calma, sou eu ou isso é o mesmo conjunto de instruções encontrado em um console da concorrência? Não exatamente, a Sony aprimorou o conjunto de instruções adicionando algumas instruções do MIPS IV (prefetch e move condicional) junto com sua própria extensão SIMD chamada instruções multimídia.
- 32 registradores extras de 128 bits: outra melhoria. Eles são melhor gerenciados utilizando instruções multimídia e são muito úteis para o processamento de vetores.
- Estes registradores são acessados através de um barramento de 128 bits, enquanto o resto da CPU usa um barramento interno de 64 bits.
- Superescalar de duas vias: até duas instruções podem ser executadas em paralelo.
- Cache L1 com 24 KB: dividido em 16 KB para instruções e 8 KB para dados.
- Ela também implementa uma função de prefetch para guardar instruções e dados antes que eles sejam requisitados. Isso é feito incluindo circuitos adicionais que conseguem identificar quais lugares da memória são mais frequentemente requisitados.
- 16 KB de Scratchpad RAM: também conhecido como ‘Fast RAM’.
- Unidade de gerenciamento de memória: faz a interface entre o acesso à memória e o resto do sistema.
O núcleo é complementado com uma unidade de ponto flutuante dedicada (identificada como ‘COP1’) que acelera operações com números de ponto flutuante de 32 bits (também conhecidos como floats em C). É um bloco peculiar visto que ele não obedece ao padrão IEEE 754, mais evidente com sua falta de infinity (computado como 0 no lugar) [2].
Uma escolha de memória reconhecida
Próximo ao Emotion Engine estão dois blocos de 16 MB de RAM, dando um total de 32 MB de memória principal. O tipo de memória usado é RDRAM (déjà vu!) que é acessado por um barramento de 16 bits.
À primeira vista, isso pode parecer um pouco decepcionante, considerando que o barramento interno do Emotion Engine tem uma largura de até 128 bits. Porém, os chips de RAM foram estrategicamente posicionados seguindo a arquitetura dual-channel, que consiste em conectar ambos os chips usando dois barramentos independentes de 16 bits (um barramento por chip) para melhorar a vazão de dados. A configuração resultante fornece uma vazão teórica de 3,2 GB/sec, portanto pode ter certeza que latência de memória não é um problema neste console!
Em um canto do Emotion Engine há um poderoso Controlador DMA ou ‘DMAC’ que transfere dados entre a memória principal e o Scratchpad (memória de rascunho); ou entre a memória principal e qualquer componente dentro do EE.
Transferências de dados são feitas em lotes de 128 bits, mas aqui fica a parte interessante: a cada oito lotes, o barramento principal é temporariamente desbloqueado. Isso deixa uma pequena janela de tempo para realizar outras transferências DMA em paralelo (até dez) ou deixar a CPU usar o barramento principal. Esse modus operandi é chamado slice mode e é um dos vários modos disponíveis nesta unidade DMA. Tenha em mente que enquanto o slice mode reduz paradas no barramento principal, ele o faz ao custo de desacelerar a transferência geral do DMA.
Prevenindo contratempos passados
Quer queiramos ou não, com a quantidade de tráfego ocorrendo dentro do Emotion Engine, esse design vai eventualmente sofrer as consequências da arquitetura de memória unificada ou ‘UMA’ (Unified Memory Architecture). Isto é: múltiplos componentes independentes tentando acessar a memória principal ao mesmo tempo, causando congestionamento. Bem, para corrigir esses problemas, a Sony aliviou o uso constante de memória com os seguintes métodos:
- Envolvendo seus processadores com bastante cache. Assim, apenas pedindo acesso à memória principal se for absolutamente necessário.
- 99% das menções de cache/scratchpad neste artigo serão por esta razão.
- Adicionando um Write Back Buffer de 128 bits: muito similar ao Write Gather Pipe, mas ao invés de esperar até que fique 25% cheio, ele vai antes verificar o estado do barramento (i.e. congestionado ou livre).
Isso soa muito conveniente em aplicações que podem se beneficiar da cache, mas e em certas tarefas, como a manipulação de Display Lists, que não devem usar a cache de forma alguma? Por sorte, a CPU fornece um modo de acesso alternativo chamado UnCached, que usa apenas o Write Back Buffer. Portanto, ciclos não serão desperdiçados corrigindo a cache (resultados de cache misses).
Além disso, o modo UnCached accelerated também está disponível. Este adiciona um buffer para acelerar a leitura de endereços contínuos na memória.
Outras partes interessantes
Dentro do mesmo encapsulamento do Emotion Engine, há ainda um outro processador chamado Unidade de Processamento de Imagem ou ‘IPU’ (Image Processing Unit), desta vez feito para descompressão de imagens. Como sucessor do MDEC, a IPU pode ser útil quando um jogo precisa decodificar um filme MPEG2 sem travar a CPU principal.
De forma resumida, o jogo envia fluxos de imagens comprimidas para a IPU (com sorte utilizando DMA) os quais são então decodificados em um formato que a GPU pode exibir. O sistema operacional do PS2 também depende da IPU para fornecer reprodução de DVDs.
Finalmente, a IPU também opera em texturas de alta resolução comprimidas, o que economiza uso de CPU e reduz grandes transferências.
Co-CPUs
Já faz dois anos desde que os rivais apresentaram suas mais recentes ofertas ao mercado. Se você leu o artigo anterior e acabou de começar a ler este aqui, eu presumo que você ainda está esperando ‘a coisa’ que faz o PS2 ser tão poderoso quanto parecia na época. Agora, deixe-me introduzir um conjunto de componentes muito importantes que a Sony colocou no Emotion Engine, as Unidades de Processamento Vetorial ou ‘VPU’ (Vector Processing Units).
Arquitetura
Uma Unidade de Processamento Vetorial é um pequeno processador independente projetado para operar vetores, e em particular, vetores com quatro floats. Esses processadores são tão rápidos que eles gastam apenas um ciclo por operação, o que pode ser extremamente conveniente para o processamento de geometria. Apesar disso, eles apresentam um comportamento não padronizado similar à FPU da CPU.
VPUs são feitos dos seguintes componentes:
- Algumas Memórias da Unidade Vetorial ou ‘VU Mem’ (Vector Unit Memory): São usadas como espaço de trabalho para as unidades vetoriais. Elas guardam valores que precisam ser operados e/ou os resultados de operações anteriores.
- Uma Unidade Vetorial (Vector Unit): O núcleo do processador. Contém um pouco de memória (chamada Micromemória) para guardar um programa (chamado Microprograma) que instrui a unidade sobre como operar os dados encontrados na ‘VU Mem’.
- Ela implementa um conjunto de instruções 64 bits e a unidade de execução é dividida em duas subunidades paralelas. A primeira multiplica ou adiciona floats, enquanto a outra divide floats ou opera inteiros. Isso permite operar tanto floats quanto inteiros simultaneamente.
- Uma Interface Vetorial (Vector Interface): automaticamente descomprime dados vetoriais vindos da memória principal em um formato que a Unidade Vetorial consiga entender. Essa unidade também consegue transferir microprogramas para a micromemória.
Funcionalidade
Para começar a funcionar, a Unidade Vetorial precisa de um ‘pontapé inicial’. Para isso, a CPU principal fica encarregada de fornecer o microcódigo.
Há duas VPUs dentro do Emotion Engine, mas elas são organizadas de forma diferente, dando lugar a diferentes usos e otimizações.
A primeira VPU, a VPU0, está posicionada entre a CPU e a outra unidade vetorial (VPU1). Ela possui um papel ‘auxiliar’ para a CPU principal.
A VPU0 possui dois modos de operação:
- Micromode: Esse é o ‘modo tradicional’. A VPU vai executar de forma independente ‘microinstruções’ de um microprograma guardado na micromemória.
- Macromode. A VPU0 se torna o ‘COP2’ da CPU principal e executa ‘macroinstruções’, recebidas da CPU principal por um barramento dedicado de 128 bits.
- Macroinstruções têm a mesma funcionalidade das microinstruções, porém utilizam opcodes diferentes. No entanto, a unidade de execução da VPU não fica mais dividida (o que significa que ela só pode executar uma instrução por vez).
- Apesar desse modo não utilizar completamente todos os componentes da VPU0, ele ainda acelera as operações vetoriais da CPU. Além disso, em termos de simplicidade, um coprocessador é mais fácil de programar que uma unidade independente (algo que os programadores de PC vão achar útil).
O mapa de memória da VPU0 também tem acesso a alguns registradores e flags da outra VPU, presumivelmente para verificar seu estado ou ler rapidamente os resultados de algumas operações feitas pela outra VPU.
Mundos infinitos
Uma abordagem útil que pode ser explorada com essas unidades é a geração procedural. Em outras palavras, ao invés de construir uma cena utilizando geometria definida por código, deixe que as VPUs a gerem utilizando algoritmos. Neste caso, a VPU calcula funções matemáticas para produzir a geometria que é então interpretada pela GPU (i.e. triângulos, linhas, quadriláteros, etc.) e, finalmente, usada para desenhar a cena.
Comparado com o uso de dados explícitos, o conteúdo procedural é ideal para tarefas paralelizadas, libera largura de banda, e é dinâmico (programadores podem definir parâmetros para obter resultados diferentes) [3]. Muitas áreas podem se beneficiar fortemente desta técnica:
- Superfícies complexas (ex: esferas e rodas).
- Renderização de mundos (ex: terrenos, partículas, árvores).
- Curvas de Bézier (uma equação muito popular na computação gráfica utilizada para desenhar curvas), elas são convertidas em caminhos de Bézier (geometria explícita) e suportam diferentes graus de precisão baseado no nível de detalhe necessário.
Por outro lado, o conteúdo procedural pode ter problemas com animações e, se o algoritmo é muito complexo, a VPU pode não gerar a geometria no tempo exigido.
Em resumo, geração procedural não é uma técnica nova, mas graças às VPUs, essa técnica abre portas para maiores otimizações e gráficos mais sofisticados. Contudo, não é uma técnica simples de implementar e a equipe de P&D da Sony publicou vários artigos descrevendo diferentes abordagens para utilizá-la em seu console.
Você define o fluxo de trabalho
Com essas novas adições, programadores agora possuem muita flexibilidade para desenvolver seus motores gráficos. Para ajudar nesta tarefa, a Sony gastou recursos adicionais para elaborar e documentar modelos eficientes de pipeline. Os exemplos a seguir são pipelines gráficas otimizadas para diferentes tipos de cargas de trabalho [4]:
No primeiro exemplo, o design Paralelo, a CPU é combinada com a VPU0 em macromode para produzir geometria em paralelo com a VPU1. O conjunto CPU/VPU0 faz uso total do scratchpad e da cache para evitar usar o barramento principal, que a VPU1 depende para buscar dados da memória principal. No final, ambos os grupos de renderização simultaneamente enviam seus respectivos Display Lists à GPU.
O segundo exemplo, o design Serial, propõe uma abordagem diferente onde o grupo CPU/VPU0 trabalha como um preprocessador para a VPU1. A primeira etapa irá buscar e processar toda a geometria que a VPU1 vai posteriormente transformar em uma Display List.
Esses foram, até agora, exemplos do ponto de vista teórico, porém para explicar uma implementação mais ‘prática’, eu vou referenciar um vídeo publicado por Jon Burton que fala sobre o desenvolvimento de um de seus jogos de PS2 [5].
O antigo diretor da Travellers Tales explicou como seu time obteve um sistema de partículas totalmente encapsulado dentro da VPU1. Em poucas palavras, a VPU1 focou em ler uma base de dados previamente preenchida em sua memória VU, e a base de dados foi usada para calcular as coordenadas de partículas a todo instante sem depender de nenhum outro componente. O resultado da operação poderia ser transformado em Display Lists e enviado imediatamente.
Com essa abordagem, a CPU ficou significativamente descarregada, permitindo-lhe realizar outras tarefas como IA e física.
Há vários outros exemplos por aí, mas resumindo as coisas: cabe agora ao programador encontrar a configuração mais otimizada, e isso é um ponto positivo.
Gráficos
Considerando todo o trabalho feito pelo Emotion Engine, falta alguma coisa? Na verdade, o último passo: a visualização dos gráficos!
Existe um simples porém rápido chip especializado nisso: O Sintetizador Gráfico ou ‘GS’ (Graphics Synthesizer) rodando a ~147,46 MHz. Ele contém 4 MB de DDRAM embutido para realizar todo o processamento internamente. Assim, eliminando a necessidade de acesso à memória principal. A RAM embutida é conectada utilizando diferentes barramentos dependendo do tipo de dado exigido.
O GS possui menos recursos que outros sistemas gráficos analisados anteriormente neste site. No entanto, é muito rápido no que se propõe a fazer.
Arquitetura e design
Essa GPU só faz rasterização e isso inclui… Gerar pixels, mapear texturas, aplicar iluminação e alguns outros efeitos. Isso significa que não há transformações de vértices (estas são feitas pelas VPUs). Além disso, trata-se de um pipeline de função fixa, então não há modificações sofisticadas nem shaders, estamos restritos a um modelo de sombreamento fixo (ex: Gouraud).
Parece bem simples né? Bem, vamos nos aprofundar mais e ver o que acontece em cada estágio.
O Emotion Engine inicia o Sintetizador Gráfico preenchendo sua DRAM com os materiais exigidos (Bitmaps de texturas e Lookup tables de cores, sendo o último também chamado ‘CLUT’), atribuindo valores nos registradores do ‘GS’ para configurá-lo e, finalmente, emitindo os comandos de desenho (Display Lists) que vão instruir o GS a desenhar primitivas (pontos, linhas, triângulos, sprites, etc.) em lugares específicos da tela.
Adicionalmente, o GS irá pré-processar alguns valores que serão necessários para cálculos futuros. Um desses números em especial é o valor do Algoritmo Diferencial Digital, que será usado para interpolações durante o processo de desenho.
Ainda mais pós-processamento
Existe um componente dedicado dentro do GS chamado Controlador CRT Programável ou ‘PCRTC’ (Programmable CRT Controller) que envia o frame buffer na memória para a saída de vídeo, para você poder ver o frame na TV. Mas isso não é tudo: ele também contém um bloco especial chamado Merge Circuit que permite o Alpha Blend de dois frame buffers separados (útil se os jogos querem reusar o frame anterior para formar o novo). O frame resultante pode ser enviado pelo sinal de vídeo e/ou escrito de volta à memória.
Modelos melhores
Com tudo o que foi dito, isso certamente trouxe designs melhores para atualizar personagens já famosos. Dê uma olhada neste ‘Antes & Depois’:
| Wireframe | Superfície | Texturizado |
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| Toque para ativar a interação | ||
732 triângulos.
| Wireframe | Superfície | Texturizado |
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| Toque para ativar a interação | ||
2226 triângulos.
Aqui estão personagens de novas séries de jogos. Estes foram modelados com altos níveis de detalhe desde o início:
| Wireframe | Superfície | Texturizado |
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| Toque para ativar a interação | ||
2744 triângulos.
| Wireframe | Superfície | Texturizado |
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| Toque para ativar a interação | ||
2700 triângulos.
Vale a pena mencionar que jogos como Dragon Quest implementaram um modelo de iluminação personalizado chamado Cel Shading (um termo que eu já mencionei antes), porém, nos meus artigos anteriores eu expliquei que a GPU era a principal responsável por isso. No caso do PS2, os cálculos de cores exigidos são presumivelmente feitos pelo Emotion Engine, dado que o GS não é tão flexível quanto outras GPUs.
Saída de Vídeo
Como dito anteriormente, o PCRTC envia o frame buffer pelo sinal de vídeo. A interface pode transmitir vídeo utilizando uma ampla gama de formatos (para funcionar com TVs de qualquer região geográfica) [6]:
- PAL: envia até 640x512 pixels a 50 Hz, tanto em modo progressivo (576p) quanto em entrelaçado (576i).
- Nenhum jogo encontrado no mercado usa 576p. Embora alguns suportam modo progressivo, eles o fazem em modo 480p.
- NTSC: até 640x448 pixels a 60 Hz, tanto em modo progressivo (480p) quanto em entrelaçado (480i).
- VESA: Até 1280x1024 pixels.
- DTV: até a enorme quantidade de 720x480 pixels em modo progressivo ou 1920x1080 em modo entrelaçado.
- Ajustando as configurações do PCRTC, um jogo também pode forçar a saída de vídeo em 1080p. Porém, este modo não está documentado e, portanto, está sujeito a comportamentos imprevisíveis.
- Isso significa que o PS2 consegue fornecer uma ‘imagem HD’? Tecnicamente… sim, mas não acredito que a maior parte dos estúdios de jogos arriscaram a perda de desempenho por um formato que ainda não era popular.
Há muitos modos para escolher, porém, tudo se resume ao formato adotado durante o início dos anos 2000, o que diminui as opções para PAL e NTSC. Além disso, embora o padrão PAL tenha fornecido uma resolução maior que o NTSC, algumas versões europeias de jogos NTSC recorreram ao letterboxing para mascarar as linhas horizontais não utilizadas e diminuíram a taxa de atualização da imagem do jogo para encaixar no limite de 50 Hz (Eu os chamo de ‘más adaptações’!).
A porta da saída de vídeo (Multi A/V) é muito conveniente. Ela carrega os sinais RGB, Componente, S-Video e Composto. Logo, todos os sinais importantes estão disponíveis sem a necessidade de adaptadores proprietários ou modificações internas.
Áudio
O novo chip de áudio é uma atualização incremental da antiga SPU chamada… SPU2! Melhorias incluem a adição de 2 MB de memória interna e 48 canais disponíveis (duas vezes mais que a quantidade original).
A SPU2 é feita de dois processadores de som em seu interior, referidos como CORE0 e CORE1, e roda a ~36,86 MHz. Cada um processa 24 canais.
Curiosamente, esses ainda são dois processadores independentes e para os configurar, você precisa alterar seus registradores. No entanto, a Sony avisou os desenvolvedores que os dois conjuntos de registradores devem ser configurados com 1/48000 segundo de intervalo. Se você se apressar demais, o comportamento da SPU2 pode se tornar imprevisível!
A SPU2 herda os mesmos efeitos disponíveis na SPU original. A memória fornecida é usada como uma ‘área de trabalho’: você pode guardar dados brutos de formas de ondas e alocar espaço extra para processá-los e aplicar efeitos sobre eles.
Finalmente, o chip pode mixar todos os canais para fornecer saída estéreo. Agora, aqui fica a parte interessante: a SPU2 pode se alimentar da amostra estéreo mixada como uma nova entrada, e isso permite que o EE a acesse (para mixá-la com ainda mais áudio, por exemplo), ou permite continuar com a adição de mais efeitos (como reverberação, eco e atraso).
Saída de áudio
O sinal de áudio é transmitido através de dois meios:
- Áudio Digital: Denominada como a Interface Digital Sony/Philips ou ‘S/PDIF’ (Sony/Philips Digital Interface).
- Áudio Analógico: Atravessa o conversor digital-analógico e termina na porta Multi A/V.
E/S
A E/S do PS2 não é complicada, mas várias revisões deste console mudaram completamente várias interfaces internas e externas.
Para começar, existe um processador dedicado que arbitra a comunicação entre os diferentes componentes, e essa CPU não é nenhuma outra além do núcleo original baseado no MIPS R3000 encontrado no PlayStation 1. Desta vez, ela é chamada IOP e roda a 37,5 MHz usando um barramento de 32 bits [8].
A IOP comunica com o Emotion Engine usando uma interface de E/S especializada chamada System Interface ou ‘SIF’, e ambos usam suas respectivas unidades de DMA para transferir dados entre si. A IOP também contém sua própria memória utilizada como um buffer.
A IOP dá acesso às portas frontais, ao controlador de DVD, à SPU2, à BIOS ROM e ao slot de placas de PC.
Compatibilidade herdada
Ao incluir a CPU original, podemos suspeitar que a compatibilidade de PS1 eventualmente aconteceria de alguma forma. Convenientemente, ocorre que a IOP inclui o resto dos componentes que formam o subsistema da CPU do PS1. No mais, este núcleo pode diminuir sua frequência para rodar na velocidade do PS1. Infelizmente, a SPU2 mudou demais para o PS1 e, devido a isso, o Emotion Engine é ‘reprogramado’ para emular a antiga SPU.
Em revisões posteriores deste console, a IOP foi substituída por um PowerPC 401 ‘Deckard’ e 4 MB de SDRAM (2 MB a mais que antes), mantendo a retrocompatibilidade, porém através de software.
Interfaces disponíveis
Este console manteve as portas frontais anteriores incluídas no PlayStation original, e também apresentou algumas interfaces ‘experimentais’ que pareciam muito promissoras no início.
A adição mais popular: duas portas USB 1.1. Amplamente adotada por acessórios de outras fabricantes, essas portas foram mantidas em todas as revisões futuras do console.
E quanto às ‘experimentais’? Para começar, havia inicialmente uma porta i.Link frontal (também conhecida como IEEE 1394, ou ‘FireWire’ no mundo da Apple). Essa porta foi utilizada para conectar dois PS2s para possibilitar partidas multijogador local, porém foi removida após a terceira revisão (presumivelmente foi trocada pela ‘placa de rede Network Adaptor’, mais detalhes abaixo).
Na parte de trás do console também havia um slot para placas de PC, e você podia comprar uma ‘placa Network Adaptor’ da Sony que fornecia duas portas extras. Uma para conectar um cabo Ethernet, e outra para conectar uma ‘Unidade de Disco Rígido’ (Hard Disk Drive Unit) externa e proprietária, também vendida pela Sony. Ter um disco rígido permitiu que jogos guardassem dados temporários (ou instalá-los permanentemente) para obter tempos de carregamento mais rápidos. No entanto, apenas alguns poucos jogos usaram esse recurso.
Em revisões posteriores, a porta PCMCIA foi substituída por um Compartimento de Expansão (Expansion Bay) onde um disco rígido de 3,5 polegadas poderia ser instalado dentro do console. Você precisava comprar antes um Network adaptor que não apenas fornecia as portas de modem e/ou Ethernet (dependendo do modelo), mas também incluía as conexões necessárias para um disco rígido ATA-66. Revisões ‘Slim’ removeram completamente essa funcionalidade, mas deixaram uma porta Ethernet permanentemente instalada na parte de trás do console. Além disso, a nova revisão adicionou uma nova ‘porta’ frontal, o sensor infravermelho.
O transceptor Ethernet fornecido suporta taxas de transferência de até 100 Mbps (12,5 MB/s). Porém, a taxa observada é notoriamente menor (diminui para até 2 MB/s em alguns casos). A explicação para isso é relativamente simples: para conseguir uma comunicação de rede utilizável, é necessário implementar todas as camadas do padrão ‘Modelo OSI’, e o transceptor é apenas uma peça do quebra-cabeça. O resto é geralmente delegado à IOP (logo, feito em software), mas o desempenho limitado da IOP [13] resulta em gargalos.
Acessórios interativos
A nova versão do controle deles, o DualShock 2, é uma versão ligeiramente melhorada do DualShock.
Durante os dias do PlayStation original, múltiplas revisões do controle original foram lançadas com diferentes funcionalidades (o que também trouxe fragmentação ao mercado). Agora, em benefício aos desenvolvedores, havia um único controle que unificava todas as propriedades anteriores.
Comparado com o DualShock, a nova versão possui uma pequena mudança de design, incluía duas alavancas analógicas e dois motores de vibração para uma entrada e feedback com maior riqueza, respectivamente.
Próximo ao slot de controle está o slot de Memory Card que é compatível com os cartões do PS1 e do PS2. Os novos cartões de memória incorporaram circuitos extras para fins de segurança chamados MagicGate, que permite que os jogos bloqueiem transferências de dados entre diferentes Memory Cards.
Sistema Operacional
Há um chip ROM de 4 MB instalado na placa-mãe que armazena uma grande quantidade de código usado para carregar um menu de shell que os usuários podem interagir, mas ele também fornece chamadas de sistema para simplificar o acesso de E/S [16], nos quais os jogos dependem.
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