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Microprocesadores Pentium II, DVD

Resumen: Microprocesadores. Nuevas Tecnologías. Pentium II. Características. Técnica de la instrucción simple, datos múltiples (SIMD). Nuevas instrucciones. Arquitectura Dual Independent Bus (Bus dual independiente). Ejecución dinámica. Análisis del flujo de datos. La llamada crisis del año 2000. Dimensión real del problema. DVD, Digital Video Disc. Primera aproximación. DVD-ROM. DVD-RAM. MPEG-2, el nuevo stándard de video. Códigos regionales, la primera polémica. Video digital. Codificación de video y audio.
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Autor: Gustavo Markel

COMPUTACIÓN

Microprocesadores

Pentium II

El Año 2000

DVD (Digital Video Disc)

Video Digital

 

Microprocesadores

 

Como ya sabemos, el microprocesador es el corazón de la PC, con millones detransistores, funcionando con el sistema binario.

Cada 18 meses los microprocesadores doblan su velocidad. En tal sentidodentro de 25 años una computadora será más poderosa que todas las que esténinstaladas actualmente en el Silicon Valley californiano. La performance deestos pequeños y grandes artefactos ha mejorado 25.000 veces en sus 25 años devida y he aquí algunas prospectivas :

  • Los microprocesadores del futuro brindarán aún mas recursos a la memoria cache para acercar la actual brecha de velocidad que existe entre ambos.
  • Los modernos microprocesadores superescalables desempeñan desde tres a seis instrucciones por ciclo de reloj. Por tal motivo, a 250 MHz, un microprocesador superescalable de cuatro direcciones puede ejecutar un billón de instrucciones por segundo. Un procesador del siglo XXI podría lanzar docenas de instrucciones en cada paso.
  • Algunos sostienen que la tecnología óptica reemplazará inevitablemente a la tecnología electrónica. Las computadoras podrían ser, por ejemplo, construidas completamente de materiales biológicos.
  • Pipeling, organizaciones superescalares y cachés continuarán protagonizando los avances de la tecnología, estando presente también el multiprocesamiento paralelo.
  • Probablemente, los microprocesadores existan en varias formas, desde llaves de luz páginas de papel. En el espectro de aplicaciones, estas extraordinarias unidades soportarán desde reconocimiento de voz hasta realidad virtual.
  • En el futuro cercano, los procesadores y memorias convergirán en un chip, tal como en su momento el microprocesador unió componentes separados en un solo chip. Esto permitirá achicar la distancia entre el procesado y la memoria y sacar ventajas del procesamiento en paralelo, amortizar los costos y usar a pleno la cantidad de transistores de un chip.
  • El microprocesador del siglo XXI será una computadora completa. Podría denominársela IRAM, para expresar Intelligent Random Access Memory : la mayoría de los transistores en este chip dependerán de la memoria. Mientras que los microprocesadores actuales están asentados sobre cientos de cables para conectar a los chips de memoria externa, los IRAMs no necesitarán más que una red y un cable de electricidad. Todas las unidades de entrada y salida estarán vinculadas a ellos vía red. Si precisan más memoria, tendrán mas poder de procesamiento y viceversa. Mantendrán la capacidad de memoria y velocidad de procesamiento en equilibrio.
  • Los microprocesadores IRAMs son la arquitectura ideal para el procesamiento en paralelo. Debido a que requerirían tan pocas conexiones externas, estos chips podrían ser extraordinariamente pequeños. Podríamos estar ante microprocesadores más pequeños que el antiguo 4004 de Intel. Si el procesamiento en paralelo prospera, este mar de transistores podría ser, además frecuentado por múltiples procesadores en un solo chip, creándose el "micromultiprocesador".
  • La performance de los microprocesadores se duplicará cada 18 meses cerca del giro del milenio. Una comparación no descabellada para el primer cuarto del siglo venidero señala que una computadora del 2020 será tan poderosa como todas las que están instaladas en este momento en Silicon Valley.
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NUEVAS TECNOLOGIAS

 

Con décadas de innovaciones potenciales por delante, los diseñosmicroelectronicos convencionales dominarán el siglo próximo. Esta tendenciaimpulsa a los laboratorios a explorar una variedad de nuevas tecnologías quepodrían ser útiles en el diseño de nuevas computadoras y unidades deprocesamiento. En algunos casos estos avances contribuirán a obtener chips másdiminutos, niveles inalcanzables a través de las técnicas convencionaleslitográficas. Entre las tecnologías que se investigan en el presente, de caraal siglo XXI, se encuentran las siguientes :

  • Cuántica de puntos y otras unidades de electrones simples la cuántica de puntos son "acuerdos moleculares "que habilitan a los investigadores a circunscribir los electrones individuales y monitorear sus movimientos. Estas unidades pueden, en teoría ser usadas como registro binarios en los cuales la presencia o ausencia de un solo electrón se utiliza para representar los ceros y unos de los bits. En una variante de este esquema, el rayo láser iluminado sobre los átomos podría producir el intercambio entre sus estados electrónicos mínimos de energía y los de excitación con el fin de activar el valor de bit. Una complicación de fabrica los transistores y cables extremadamente pequeños está dada cuando los efectos mecánicos comienzan a interrumpir su función. Los componentes lógicos mantienen sus valores I y O menos confiables porque la ubicación de los electrones Individuales se vuelve difícil de especificar. Pero aun esta propiedad puede ser mejorada : los investigadores del MIT (Instituto Tecnológico de Massachusetts) estudian en este momento, las posibilidades de desarrollar técnicas de computación cuántica, que ayudarían a los sistemas informáticos a cumplir comportamientos no convencionales.
  • Computación molecular: en lugar de fabricar componentes de silicio, se investiga el desarrollo de almacenamiento utilizando moléculas biológicas. Por ejemplo, se analiza el potencial computacional de moléculas relacionadas con "bacteriorhodopsin", un pigmento que altera su configuración cuando reacciona a la luz. Una ventaja de este sistema molecular es que puede ser aplicado a una computadora óptica, en la que los flujos de fotones tomarían el lugar de los electrones. Otra posibilidad es que muchas de estas moléculas podrían ser sintetizadas por microorganismos, más que fabricados en plantas industriales. De acuerdo con algunas estimaciones, los biomoléculas activadas fotónicamente pueden vincularse en un sistema de memoria tridimensional que tendría una capacidad 300 veces mayor que los actuales CD-ROMs
  • Puertas lógicas reversibles: como la densidad de los componentes de los chips crece, la disipación del calor generado por los sistemas de microprocesamiento se volverá más dificultosa. Investigadores de Xerox e IBM están testeando las posibilidades de retornar a los capacitores a sus estados originales al final de los cálculos. Debido a que las puertas de acceso lógico podrían recapturar algo de la energía expulsada, generarían menos pérdidas de calor.
  • Aún no está claro de que manera se las ingeniará la industria informática para crear transistores más delgados y más rápidos en los años venideros. Por ejemplo, en la técnica fotolitográfica, la luz es empleada para transferir patrones de circuitos de una máscara o plantilla de cuarzo a un chip de silicio. Ahora la tecnología modela diseños de chips de alrededor de 0,35 micrones de ancho, pero achicar esta medida parece imposible mientras se utilice la luz; las ondas luminosas son muy anchas. Muchas compañías han invertido en la búsqueda de maneras de sustituir los más pequeños haces de luz por rayos X. De cualquier manera, los rayos X aún no han resultado como método para masificar la producción de los chips de última generación.

 

 

 

Pentium II

 

El procesador Pentium con tecnología MMX™, ahora disponible con 166 MHz y200 MHz.

Con tecnología MMX de Intel, las PCs obtienen un nuevo nivel defuncionamiento en multimedia y otras nuevas capacidades que sobre pasan loexperimentado anteriormente.

  • sonido intenso
  • colores brillantes
  • rendimiento 3D realístico
  • animación y video fluido

Para beneficios de funcionamiento completo, se debe combinar un procesadorPentium con una PC basada en tecnología MMX con programas especialmente diseñadospara tecnología MMX.

 

Características

 

Con el procesador Pentium II, se obtienen todos los últimos avances de lafamilia de microprocesadores de Intel: la potencia del procesador Pentium Pro másla riqueza en capacidad de la tecnología mejorada de medios MMX. El procesadorPentium II, entregando el más alto desempeño de Intel, tiene abundantecapacidad de desempeño para medios, comunicaciones e Internet a nivelempresarial.

Operando a 233 MHz y 266 MHz para desktops y servidores y a 300 MHz paraestaciones de trabajo, el procesador utiliza la tecnología de alto desempeñoDual Independent Bus (Bus Dual Independiente) para entregar un amplio ancho debanda adecuado para su elevado poder de procesamiento. El diseño del cartuchoSingle Edge Contact (S.E.C) [Contacto de un Solo Canto] incluye 512KB de cachededicada de nivel dos (L2). El procesador Pentium II también incluye 32KB decache L1 (16K para datos, 16K para instrucciones), el doble de la del procesadorPentium Pro.

 

Características Técnicas:

 

  • Arquitectura Dual Independent Bus (Bus Dual Independiente): al igual que el procesador Pentium Pro, el procesador Pentium II también usa la arquitectura D.I.B. Ésta tecnología de alto desempeño combina ambos, un bus cache L2 dedicado de alta velocidad más un bus del sistema con anticipación que hace posible múltiples transacciones simultáneas.
  • La tecnología MMX de Intel: la nueva tecnología mejorada de medios de Intel permite al procesador Pentium II ofrecer un alto rendimiento para aplicaciones de medios y comunicaciones.
  • Ejecución dinámica: el procesador Pentium II usa esta combinación única de técnicas de procesamiento, utilizadas por primera vez en el procesador Pentium Pro, para acelerar el desempeño del software.
  • Cartucho Single Edge Contact (S.E.C) [Contacto de un Solo Canto]: el nuevo e innovador diseño de empaquetamiento de Intel para éste y los procesadores futuros, el cartucho S.E.C. permite que todas las tecnologías de alto desempeño de los procesadores Pentium II sean entregadas en los sistemas dominantes de hoy en día.

 

Todas estas características serán luego explicadas con mayor profundidad.

 

El Procesador Pentium II Trabajando:

 

Diseñado para desktops, estaciones de trabajo y servidores de alto desempeño,la familia de procesadores Pentium II es completamente compatible con lasgeneraciones precedentes de procesadores de Arquitectura Intel.

Las empresas pequeñas tanto como las grandes pueden beneficiarse delprocesador Pentium II. Éste entrega el mejor desempeño disponible para lasaplicaciones que se ejecutan en sistemas operacionales avanzados tales comoWindows 95, Windows NT y UNIX.

Sobre su poder intrínseco como procesador Pentium Pro, el procesador PentiumII aprovecha el software diseñado para la tecnología MMX de Intel paradesbordar la pantalla plena, video de movimiento total, colores más vivos, gráficasmás rápidas y otras mejoras en los medios. Con el tiempo, muchas aplicacionespara empresas se beneficiarán del desempeño de la tecnología MMX. Éstasincluyen:

  • suites para oficina
  • lectura óptica de documentos
  • manejo de imágenes
  • video conferencia
  • edición y ejecución de video

 

 

La tecnología MMX mejora la compresión/descompresión de video, manipulaciónde imágenes, criptografía y el procesamiento I/O - todas estas se usan hoy endía en una variedad de características de las suites de oficina y mediosavanzados, comunicaciones e Internet.

 

Técnica de la Instrucción Simple, Datos Múltiples (SIMD)

 

Las aplicaciones de multimedia y comunicaciones de hoy en día con frecuenciausan ciclos repetitivos que, aunque ocupan 10 por ciento o menos del códigototal de la aplicación, pueden ser responsables hasta por el 90 por ciento deltiempo de ejecución. Un proceso denominado Instrucción Simple Múltiples Datos(SIMD, por sus siglas en inglés) hace posible que una instrucción realice lamisma función sobre múltiples datos, en forma semejante a como un sargento deentrenamiento ordena a la totalidad de un pelotón "media vuelta", enlugar de hacerlo soldado a soldado. SIMD permite al chip reducir los ciclosintensos en computación comunes al video, gráfica y animación.

Nuevas Instrucciones

 

Los ingenieros de Intel también agregaron 57 poderosas instrucciones nuevas,diseñadas específicamente para manipular y procesar datos de video, audio y gráficasmás eficientemente. Estas instrucciones están orientadas a las sucesionessupremamente paralelas y repetitivas que con frecuencia se encuentran en lasoperaciones de multimedia.

Aunque la tecnología MMX del procesador Pentium II es compatiblebinariamente con la usada en el procesador Pentium con tecnología MMX, tambiénestá sinérgicamente combinada con la avanzada tecnología central delprocesador Pentium II. Las poderosas instrucciones de la tecnología MMXaprovechan completamente las eficientes técnicas de procesamiento de la EjecuciónDinámica, entregando las mejores capacidades para medios y comunicaciones.

 

Arquitectura Dual Independent Bus (Bus Dual Independiente)

 

Para satisfacer las demandas de las aplicaciones y anticipar las necesidadesde las generaciones futuras de procesadores, Intel ha desarrollado laarquitectura Dual Independent Bus (Bus Dual Independiente) para resolver laslimitaciones en el ancho de banda de la arquitectura de la plataforma actual dela PC.

La arquitectura Dual Independent Bus (Bus Dual Independiente) fueimplementada por primera vez en el procesador Pentium Pro y tendrádisponibilidad más amplia con el procesador Pentium II. Intel creó laarquitectura del bus dual independiente para ayudar al ancho de banda del busdel procesador. Al tener dos buses independientes el procesador Pentium II estáhabilitado para acceder datos desde cualesquiera de sus buses simultáneamente yen paralelo, en lugar de hacerlo en forma sencilla y secuencial como ocurre enun sistema de bus simple.

 

Cómo Trabaja

 

  • Dos buses conforman la arquitectura Dual Independent Bus (Bus Dual Independiente): el "bus del caché L2" y el "bus del sistema" entre el procesador y la memoria principal.
  • El procesador Pentium II puede utilizar simultáneamente los dos buses.
  • La arquitectura Dual Independent Bus (Bus Dual Independiente) permite al caché L2 del procesador Pentium II de 266MHz, por ejemplo, operar al doble de velocidad del caché L2 de los procesadores Pentium. Al aumentar la frecuencia de los procesadores Pentium II futuros, también lo hará la velocidad del caché L2.
  • El bus del sistema de procesamiento por canalización permite transacciones múltiples simultáneas (en lugar de transacciones únicas secuenciales), acelerando el flujo de la información dentro del sistema y elevando el desempeño total.

Conjuntamente estas mejoras en la arquitectura Dual Independent Bus (Bus DualIndependiente) brindan hasta tres veces el desempeño del ancho de banda sobreun procesador de arquitectura de bus sencillo. Además, la arquitectura DualIndependent Bus (Bus Dual Independiente) soporta la evolución del bus dememoria del sistema actual de 66 MHz a velocidades más elevadas en el futuro.Esta tecnología de bus de alto ancho de banda está diseñada para trabajarconcertadamente con el poder de procesamiento de alto desempeño del procesadorPentium II.

Ejecución Dinámica

 

¿Qué es Ejecución Dinámica?

Utilizada por primera vez en el procesador Pentium Pro, la Ejecución Dinámicaes una innovadora combinación de tres técnicas de procesamiento diseñada paraayudar al procesador a manipular los datos más eficientemente. Éstas son lapredicción de ramificaciones múltiples, el análisis del flujo de datos y laejecución especulativa. La ejecución dinámica hace que el procesador sea máseficiente manipulando datos en lugar de sólo procesar una lista deinstrucciones.

La forma cómo los programas de software están escritos puede afectar eldesempeño de un procesador. Por ejemplo, el desempeño del software seráafectado adversamente si con frecuencia se requiere suspender lo que se estáhaciendo y "saltar" o "ramificarse" a otra parte en elprograma. Retardos también pueden ocurrir cuando el procesador no puedeprocesar una nueva instrucción hasta completar la instrucción. La ejecucióndinámica permite al procesador alterar y predecir el orden de lasinstrucciones.

 

La Ejecución Dinámica Consiste de:

Predicción de Ramificaciones Múltiples

Predice el flujo del programa a través de varias ramificaciones:mediante un algoritmo de predicción de ramificaciones múltiples, el procesadorpuede anticipar los saltos en el flujo de las instrucciones. Éste predice dóndepueden encontrarse las siguientes instrucciones en la memoria con una increíbleprecisión del 90% o mayor. Esto es posible porque mientras el procesador estábuscando y trayendo instrucciones, también busca las instrucciones que están másadelante en el programa. Esta técnica acelera el flujo de trabajo enviado alprocesador.

 

Análisis del Flujo de Datos

Analiza y ordena las instrucciones a ejecutar en una sucesión óptima,independiente del orden original en el programa: mediante el análisis delflujo de datos, el procesador observa las instrucciones de softwaredecodificadas y decide si están listas para ser procesadas o si dependen deotras instrucciones. Entonces el procesador determina la sucesión óptima parael procesamiento y ejecuta las instrucciones en la forma más eficiente.

 

Ejecución Especulativa

Aumenta la velocidad de ejecución observando adelante del contador delprograma y ejecutando las instrucciones que posiblemente van a necesitarse.Cuando el procesador ejecuta las instrucciones (hasta cinco a la vez), lo hacemediante la "ejecución especulativa". Esto aprovecha la capacidad deprocesamiento superescalar del procesador Pentium II tanto como es posible paraaumentar el desempeño del software. Como las instrucciones del software que seprocesan con base en predicción de ramificaciones, los resultados se guardancomo "resultados especulativos". Una vez que su estado final puededeterminarse, las instrucciones se regresan a su orden propio y formalmente seles asigna un estado de máquina.

 

 

Cartucho Single Edge Contact (S.E.C) (Contacto de un SoloCanto)

¿Qué es el cartucho de empaquetamiento S.E.C.?

El cartucho Single Edge Contact (S.E.C) [Contacto de un Solo Canto] es eldiseño innovador de empaquetamiento de Intel que permite la entrega de nivelesde desempeño aún más altos a los sistemas predominantes.

Utilizando esta tecnología, el núcleo y el caché L2 están totalmenteencerrados en un cartucho de plástico y metal. Estos subcomponentes estánmontados superficialmente a un substrato en el interior del cartucho parapermitir la operación a alta frecuencia. La tecnología del cartucho S.E.C.permite el uso de los BSRAMs de alto desempeño y gran disponibilidad para elcaché L2 dedicado, haciendo posible el procesamiento de alto desempeño a losprecios predominantes. Esta tecnología de cartucho también permite alprocesador Pentium II usar la misma arquitectura Dual Independent Bus (Bus DualIndependiente) utilizada en el procesador Pentium Pro.

El procesador Pentium II se conecta a una tarjeta madre mediante un conectorsimple de borde en lugar de hacerlo mediante las patillas múltiples utilizadasen los empaquetamientos PGA existentes. Similarmente, el conector de la ranura 1reemplaza al zócalo PGA utilizado en los sistemas anteriores. Las versionesfuturas del procesador Pentium II también serán compatibles con el conector dela ranura 1.

 

Aplicaciones del cartucho S.E.C. de Intel

Intel se está moviendo hacia el diseño del cartucho S.E.C. como la soluciónpara los procesadores de alto rendimiento de la siguiente década. El primercartucho S.E.C. está diseñado para desktops, estaciones de trabajo yservidores de procesamiento sencillo y dual. Posteriormente, Intel optimizarálos diseños del cartucho para estaciones de trabajo y servidores de desempeñoaún mayor y diseñará soluciones similares, altamente integradas para lossistemas de computación móvil.

 

 

 

 

La llamada crisis del año 2000

 

Se trata del hecho de que en algunas computadoras, en particular en las de

modelos viejos, las fechas son almacenadas en tres campos de dos dígitos cada uno, lo cual impide distinguir entre las fechas del siglo XX y las del siglo XXI. Por si esto fuera poco, algunos programadores utilizaron en aquella época el 99 como un valor especial suponiendo que para 1999 ya existirían otras aplicaciones.

Los especialistas en informática consideran hoy en día que se trata del problema más grande al que se ha enfrentado la industria de la computación en sus 50 años de existencia. Por desgracia, muy pocas organizaciones están preparadas para encontrar una solución oportuna.

 

La dimensión real del problema

 

Cada cuatro años suele haber un pequeño ajuste en el calendario gregorianoutilizado hoy en día desde su implantación en 1582. Dicho ajuste es el que hallevado a la existencia de un día adicional en febrero de cada cuatro años, osea, al llamado año bisiesto. Muchos programadores de computadoras no tomaronen cuenta este hecho al definir sus fórmulas para el cálculo de fechas. Noobstante, el ajuste de un día cada cuatro años no representa el mayor reto delos sistemas complejos: la llegada del año 2000 y los problemas que implica vanmucho más allá.

Considere, por ejemplo, un sistema gubernamental de pagos que maneje cifrasde 5 años hacia atrás. En el año 2001, al visualizar los pagos anteriores,los operadores esperarán obtener en su pantalla una lista de arriba hacia abajocon indicaciones acerca de los años 01, 00, 99, 98, 97, etc. Sin embargo, laslistas clasificadas en forma descendente por fechas les mostrarán los datoscorrespondientes a los años 99, 98, 97... 01 y 00 en vez de lo originalmentedeseado. El significado de los datos será totalmente alterado.

Entre las necesidades existentes debido a la llegada del año 2000 cabemencionar los siguientes:

  • El rediseño de formas y de reportes en los cuales el campo de fecha no aparece completo o de manera adecuada.
  • La reindexación de aquellas bases de datos que utilizan la fecha como índice.
  • La reprogramación de sistemas de los que no existe el código fuente.
  • La elaboración de procedimientos especiales para el manejo de listas basadas en fechas, o para la recuperación de información existente en cintas de respaldo en las cuales el 99 aparece como separador o como indicador de terminación de una lista.
  • El rediseño de los sistemas de código de barras dado que hasta ahora ninguno de los dispositivos existentes para tal fin utiliza 4 dígitos para el manejo del año.
  • La reingeniería de casi todas las computadoras portátiles dado que no están preparadas para el cambio de fecha del 31 de diciembre de 1999 al 01 de enero de 2000 (porque el BIOS no soporta el año 2000).

 

Desgraciadamente, el problema causado por la crisis del 2000 abarca muchos másaspectos no necesariamente técnicos:

Por ejemplo, para calcular la edad de una persona nacida en 1960, la fórmula utilizada hasta ahora es 97-60=37, pero en el año 2000 dicha fórmula sería 00-60=?. En este caso la lógica implícita para calcular los años transcurridos puede fallar. El resultado puede ser un número negativo, o bien, un entero extremadamente grande. En ambos casos, el resultado puede dar lugar a la cancelación de tarjetas de crédito, a errores en el cálculo de pensiones, al pago indebido de intereses, a la obtención de saldos telefónicos erróneos, etc.

 

Han de ser verificados el 100% de los sistemas actuales

 

Las pruebas de cómputo en los mainframes y las bases de datos muy grandesimplican

simular el año 2000, pero son muy pocas las organizaciones con la capacidadde cómputo requerida para duplicar todos los sistemas, los archivos, losrespaldos, etc. Además, la prueba de todos los sistemas obliga probablemente atrabajar los fines de semana.

 

Ha de ser debidamente presupuestada la estrategia a seguir

 

La manera más efectiva de evitar esta crisis consiste en cambiar el 100% delsoftware por versiones listas para operar con fechas del año 2000. Esteprocedimiento sería de un costo excesivamente alto, en especial para programascuyo código fuente ya es inaccesible.

En este contexto cabe señalar que el costo de corrección de una líneade código en COBOL fue estimado por Gartner Group entre $1.10 y $1.50 dólares,lo cual implica que el costo total de la solución a la crisis del 2000, tansolo en los Estados Unidos, es superior a $1500 millones de dólares.

En términos de desarrollo de aplicaciones, existirán problemas sólo si loscampos tipo fecha no son debidamente utilizados. Estos problemas son ajenos a laherramienta de desarrollo pero dependen de cada programador. Por ejemplo,Microsoft Visual Basic está preparado para calcular correctamente fechas del próximosiglo, pero si no se utilizan las funciones internas de cálculo de fechas, osea, se convierten las fechas en números seriales, o se utilizan campos enteroscomo fechas, las aplicaciones pueden ser incompatibles a la larga.

Existen otros problemas de menor importancia, como por ejemplo el hecho deque MS-DOS no ha de aceptar la fecha 00 y de que ha de obligar a la capturacompleta del "2000", o bien de que ciertos programas tales comoMicrosoft Windows 3.1, despliegan incorrectamente las fechas de los archivos delaño 2000 mostrándolos con caracteres no numéricos (basura). Este problema sesolucionaría con el simple hecho de que ya todos los usuarios se actualicen alos nuevos sistemas operativos.

 

 

 

 

DVD (Digital Video Disc)

 

No es fácil encontrar, en el campo de la electrónica de consumo, un estándar capaz de poner de acuerdo a los principales fabricantes de CD-ROM, vídeos VHS, laserdiscs y equipos musicales. La tecnología DVD ha obrado el milagro, situándose en una posición de privilegio para convertirse en el estándar de almacenamiento digital del próximo milenio.

 

Introducción

Migrar de un sistema a otro, en cualquiera de los eslabones de la complejacadena que da lugar al hardware de un ordenador, es uno de los procesos máscomplicados a los que un avance tecnológico debe enfrentarse.

En el caso de los compatibles PC, con cientos de millones de máquinasfuncionando bajo miles de configuraciones distintas, en manos de millones deusuarios con distintos niveles económicos, es todavía más complejo.

A modo de ejemplo, tenemos el sistema de almacenamiento que todos conocemoscon el nombre de CD-ROM y que, paradójicamente, si todas las previsiones secumplen, será sustituido por las nuevas unidades DVD-ROM, que aquí vamos atratar de analizar. Han sido necesarios más de 10 años, cinco desde que seprodujo la espectacular bajada de precios de los lectores, para que el CD-ROM sehaya convertido en un elemento imprescindible en todos los ordenadores. Ahoraque casi todo el mundo se ha habituado a utilizar este derivado de los clásicosCD musicales, un nuevo formato amenaza con enterrarlo definitivamente. Elproceso, por supuesto, será muy lento; tendrán que pasar unos cuantos añospara que alcance el nivel de popularidad de los CD, pero pocos dudan que acabaráconvirtiéndose en el estándar digital del siglo XXI.

Al contrario que otros sistemas similares, como es el caso de los discosremovibles, donde cada fabricante utiliza su propio estándar -con la dificultadque esto implica a la hora de implantarse en todos los ordenadores-, la tecnologíaDVD no sólo unifica aquellos criterios relacionados con el almacenamiento dedatos informáticos, sino que va mucho más allá, abarcando todos los camposdonde se utilice la imagen y el sonido.

Todavía es muy pronto para predecir el impacto que las siglas mágicas DVDprovocarán en nuestras vidas. Pero, si las previsiones de sus creadores secumplen, dentro de dos o tres años no existirán los televisores, altavoces, vídeos,laserdiscs, cadenas musicales, consolas, tarjetas gráficas, o lectores deCD-ROM, tal como hoy los conocemos.

Una primera aproximación

La especificación DVD -según algunos fabricantes, Digital Vídeo Disc, segúnotros, Digital Versatile Disc-, no es más que un nuevo intento por unificartodos los estándares óptico-digitales de almacenamiento, es decir, cualquiersistema de grabación que almacene imágenes o sonido. DVD abarca todos loscampos actualmente existentes, por lo que, si llega a implantarse, un mismodisco DVD podrá utilizarse para almacenar películas, música, datos informáticos,e incluso los juegos de consolas.

La gran ventaja del DVD, en relación a los sistemas actuales, es su mayorvelocidad de lectura -hasta 4 veces más que los reproductores CDtradicionales-, y su gran capacidad de almacenamiento, que varía entre los 4.7y los 17 Gigas, es decir, el tamaño aproximado de 25 CD-ROM. Todo ello, en undisco DVD que, externamente, es exactamente igual que un CD tradicional. Estaelevada capacidad permite, no sólo almacenar gran cantidad de información,aplicable a todo tipo de enciclopedias, programas o bases de datos, sino tambiénreproducir 133 minutos de vídeo con calidad de estudio, sonido Dolby SurroundAC-3 5.1, y 8 pistas multilenguaje para reproducir el sonido en 8 idiomas, consubtítulos en 32 idiomas. Estos minutos pueden convertirse en varias horas, sise disminuye la calidad de la imagen hasta los límites actuales. Las másimportantes compañías electrónicas, los más influyentes fabricantes dehardware y software, y las más sobresalientes compañías cinematográficas ymusicales están apoyando fuertemente el proyecto.

No obstante, pese a todas estas características tan espectaculares, la granbaza de la tecnología DVD está todavía por desvelar: gracias a lacompatibilidad con los sistemas actuales, los lectores DVD-ROM son capaces deleer los CD-ROM y CD musicales que actualmente existen, por lo que el cambio desistema será mucho más llevadero, ya que podremos seguir utilizando loscientos de millones de discos digitales existentes en el mercado.

Distintas ramificaciones

 

Tal como hemos visto, las siglas DVD se implantarán en los más disparesmedios de almacenamiento. Para satisfacer todas las necesidades y bolsillos, estáprevisto que se comercialicen tres reproductores DVD independientes: DVD-Audio,DVD-Vídeo, y DVD-ROM. En realidad, son el equivalente a las cadenas musicales,los vídeos VHS o laserdisc, y el CD-ROM. Los lectores DVD-Audio serán los másbaratos, ya que sólo podrán reproducir discos sonoros DVD. Los DVD-Vídeo seconectarán al televisor, y se utilizarán para visionar películas, con imagende alta calidad. Incluso es posible que la propia película venga acompañada dela banda sonora completa, todo en un mismo disco. Más de 50 películas han sidoanunciadas para este mes, y se han planeado más de 500 para final de año, conuna estimación de unos 8000 títulos en el año 2000.

Los lectores más apetecibles son los conocidos como DVD-ROM, ya que soncapaces de reproducir CD-ROM, CD musicales, discos DVD-ROM, discos de audio DVDy, bajo ciertas condiciones que veremos a continuación, las mencionadas películasDVD. En definitiva, los tres aparatos señalados quedan condensados en uno sólo.

Las primeras unidades DVD-ROM, fabricadas por Pioneer y Hitachi, ya puedenencontrarse en Japón. Para finales de año, aparecerán las unidades grabables,que cerrarán el ciclo reproducción-grabación que todo estándar óptico-digitaldebe completar.

 

La especificacion DVD-ROM

 

Pese a que los lectores DVD-Vídeo y DVD-Audio son, a priori, muyinteresantes, vamos a centrarnos en los lectores DVD-ROM, más acordes con latemática de nuestra revista. Pero, antes de discutir sus posibilidades, vamos aconocer todas sus características principales.

Los lectores DVD-ROM más básicos nos permiten leer discos DVD-ROM-obviamente-, así como CD musicales y CD-ROM, a una velocidad 8X, es decir,1200 Ks/sg, y un tiempo de acceso situado entre los 150 y 200 milisegundos. Estacompatibilidad es posible, no sólo porque soporta el estándar ISO 9660utilizado por los CD-ROM, sino también porque los discos, externamente, soniguales a los CD convencionales. Al contrario que los CD-ROM, existen discos DVDde distinto tamaño. Todos están formados por dos capas de sustratos de 0.6 mm,que se unen para formar un sólo disco.

En primer lugar, tenemos los discos que podemos considerar estándar (120mm), de una cara, una capa, y una capacidad de 4.7 Gigas, o 133 minutos de vídeode alta calidad, reproducido a una velocidad de 3.5 Megas. Puesto que un CD-ROMsólo puede almacenar 650 Megas, este espacio es el equivalente a 6 CD-ROM.Estos serán los discos utilizados para almacenar películas.

Llegados este punto, hay que decir que los Gigas ofrecidos por losfabricantes de unidades DVD, no se corresponden exactamente con Gigas informáticos,ya que los primeros utilizan múltiplos de 1000, mientras que en informática,el cambio de unidad se realiza multiplicando o dividiendo por 1024. Así, los4.7 Gigas de esta primera clase de discos se corresponden con 4.38 Gigas informáticos,mientras que 17 Gigas equivalen a 15.9 Gigas reales. A pesar de ello,mantendremos durante todo el artículo la primera nomenclatura, ya que es lautilizada por los diferentes fabricantes.

Continuaremos con el segundo tipo de disco DVD. Hasta ahora, hemos hablado delos discos de una cara, y una capa. Si se almacena información en la segundacara, entonces tenemos un disco de dos caras y una capa, con 9.4 Gigas decapacidad. También es posible añadir una segunda capa a cualquiera de las doscaras. Esta doble capa utiliza un método distinto al de los CD tradicionales,ya que se implementa mediante resinas y distintos materialesreceptivos/reflectantes. Si la capa es de 120 mm, y dispone de una sola cara, lacantidad almacenada es de 8.5 Gigas, o 17 Gigas si dispone de dos caras. En elcaso, también posible, de que la capa disponga de un grosor de 80 mm, lacapacidad se sitúa entre los 2.6 y 5.3 Gigas de capacidad -simple o doblecara-. Puede parecer un galimatías, pero sólo se trata de distintos discos condistintas capacidades

Para leer la información, el lector DVD-ROM utiliza un láser rojo con unalongitud de onda situada entre los 630 y los 650 nanómetros, frente a los 780nanómetros de los CD convencionales. Otras diferencias, con respecto a laarquitectura de los CD-ROM, está en el tamaño de las pistas y los pits -marcasque guardan la información-, ya que son más pequeños, por lo que hay muchos másy, consecuentemente, se almacena más información.

Con estos primeros datos, podemos sacar las primeras conclusiones. En primerlugar sobresalen, por encima de todo, sus grandes ventajas: la compatibilidad CDy CD-ROM, su velocidad, y la gran capacidad de almacenamiento, que varía entrelos 1.4 y los 17 Gigas. Todas las aplicaciones que, por definición, necesitenuna gran cantidad de espacio, se verán beneficiadas: bases de datos, programascon secuencias de vídeo, recopilaciones, enciclopedias, etc. Estas últimaspodrán mejorar su contenido, al añadir muchos más vídeos, animaciones ysonidos. Igualmente, se podrán comercializar las versiones dobladas de unprograma en todos los idiomas, y en un sólo disco. A pesar de todo, comocualquier tecnología nueva, no está exenta de problemas. El primero de elloses la incompatibilidad con ciertos estándares. En algunos casos, como puede serel laserdisc, es inevitable, ya que se trata de discos de diferentes tamaños.Pero, a estas alturas, todavía no está muy claro si las unidades DVD seráncompatibles Photo CD y CD-I. Los DVD-ROM tampoco pueden leer CD-R, es decir,CD-ROM grabados con una grabadora de CD-ROM. De forma recíproca, una grabadoraCD-R no puede crear discos DVD.

La compatibilidad CD-R es un tema tan importante que es posible que quedesolucionado en muy poco tiempo, incluso antes de que los lectores DVD-ROM veanla luz en el mercado europeo.

Un CD-ROM grabado no es reconocido por un lector DVD-ROM, debido a queutiliza un láser con una longitud de onda que es incapaz de detectar las marcasrealizadas en un CD-R. Esta limitación tecnológica provocaría que millones deCD-R grabados con valiosa información quedasen inutilizados, por lo que ya sehan propuesto distintas medidas para superarlo. En primer lugar, los fabricantesde CD-ROM grabables están trabajando en un nuevo formato de disco llamado CD-R2, que permitirá a las grabadoras actuales crear CD-R que pueden ser leídos enlas unidades DVD-ROM. Para reconocer los discos ya grabados en el formato CD-R1, se barajan distintas soluciones. Samsung ha anunciado que sus lectores DVDdispondrán de unas lentes holográficas que reconocerán los CD-R. Losreproductores de Sony irán equipados con dos lasers, uno para leer DVD-ROM, yotro para los CD y CD-R. Philips también asegura su compatibilidad con losdiscos grabados... En definitiva, parece ser que este tema quedará solucionadoa lo largo del año.

Otra de las dificultades tiene que ver con la reproducción de películas enel ordenador. El estándar utilizado por el sistema DVD-Vídeo es el formatoMPEG-2, a una velocidad de 24 fps (cuadros por segundo). El problema es que nisiquiera los ordenadores más potentes son capaces de soportar semejante flujode datos por segundo.

En la actualidad, los ordenadores equipados con la tarjeta apropiada(adquirida en el último año) pueden reproducir vídeo MPEG-1, que dispone deuna calidad inferior al mencionado formato MPEG-2. Para solucionar esto, existendistintos enfoques, tal como se explica en uno de los recuadros adjuntos.

Todo se reduce a comercializar tarjetas gráficas compatibles MPEG-2, oincluir los chips necesarios en los propios lectores de DVD-ROM.

Como podemos observar, los posibles obstáculos van a poder ser solucionadosen muy poco tiempo, por lo que las posibilidades que se nos avecinan no puedenser más prometedoras, posibilidades que se verán reflejadas en las actualesunidades que están a punto de ser comercializadas.

El software, presente y futuro

Gracias a su compatibilidad con los sistemas actuales, los lectores deDVD-ROM nacen con decenas de miles de títulos a sus espaldas, tanto en elapartado musical, como en el informático. Además, aprovechando que soporta elformato MPEG-1, también pueden utilizarse para ver las cientos de películasexistentes en formato Vídeo-CD.

Lo más interesante de todo, se centra en comprobar sus posibilidades comosistema de almacenamiento independiente, es decir, utilizando discos DVD-ROM. Demomento, los títulos comercializados no son excesivos, aunque se espera que unagran cantidad de DVD-ROM se publiquen a lo largo del año. En un principio, lostítulos más abundantes serán las películas y las recopilaciones deprogramas. En el primer caso, ya se han puesto a la venta varios títulos (enEE.UU. y Japón), como "Blade Runner", "Eraser","Batman Forever" o "Entrevista con el Vampiro". Paraprimeros de marzo, han sido anunciados más de 100 títulos, que superarán los500 a finales de año. En el caso de las aplicaciones en DVD-ROM, el proceso esalgo más lento, pero casi la mitad de los distribuidores de software hananunciado que publicarán programas en formato DVD-ROM. Algunos títulos yapresentados son «Silent Steel», de Tsunami Media, y «PhoneDisc PowerFingerUSA I», de Digital Directory. Este último es nada menos que la guía telefónicade Estados Unidos, en donde se guardan más de 100 millones de números de teléfonos,a los que se puede acceder por nombre, dirección, e incluso distancias. Porejemplo, es posible localizar las tiendas de informática que se encuentran enun radio de 5 Km de un determinado lugar. El programa original ocupaba 6 CD-ROM,que ahora pueden agruparse en un sólo DVD-ROM con 3.7 Gigas, y sobra espaciopara ampliar la base de datos de telefónica.

 

 

DVD-R y DVD-RAM

Los discos DVD-ROM no se pueden grabar, pero a finales de año esto va acambiar, con la entrada en escena de las grabadoras DVD, en dos versionesdiferentes. Las grabadoras DVD-R serán el equivalente a las grabadoras CD-Ractuales, es decir, mecanismos "write once" que permiten escribir enun disco DVD en blanco una sola vez. Los discos dispondrán de una capacidadcercana a los 3 Gigas, aunque se acercarán a los 4.7, para equipararse alformato DVD-Vídeo. Así, las grabadoras DVD-RAM. son discos DVD que puedenborrarse y escribirse múltiples veces. Su capacidad es de 2,6 Gigas.

MPEG-2: EL NUEVO ESTÁNDAR DE VÍDEO

 

La tecnología DVD utiliza el formato MPEG-2 para reproducir vídeo digital.La primera consecuencia lógica de esta decisión, es que será necesariodisponer de una tarjeta gráfica compatible MPEG-2 para visionar películasalmacenadas en formato DVD, en un ordenador. El problema es que ningúnordenador actual, ni siquiera los Pentium Pro más potentes, son capaces dereproducir vídeo MPEG-2, y las tarjetas MPEG-2 son demasiado caras o estánpoco extendidas en el mercado.

Las placas gráficas actuales reproducen vídeo MPEG-1, ya sea mediantehardware o software, pero no pueden ir más allá. Antes de conocer lassoluciones que los distintos fabricantes tienen pensado aportar, vamos adescubrir las características principales que encierra el sistema MPEG-2.

Es un hecho conocido por todos, que el almacenamiento digital de imágenes enmovimiento necesita una gran cantidad de espacio. Por ejemplo, una sola películade hora y media de duración con unas mínimas garantías de calidad, bajo unaresolución de 640x480 y color de 16 bits, puede utilizar varios CD-ROM. La únicasolución viable, si se quiere reducir este espacio a uno o dos CD, es comprimirel vídeo. Así nacieron los conocidos formatos de compresión AVI y QuickTime.No obstante, la compresión de vídeo trae consigo dos desventajas: la calidadde la imagen es mucho menor, y además se necesita un hardware relativamenteelevado para descomprimir las imágenes en tiempo real, mientras se reproducen.

El estándar MPEG es otro más de estos sistemas de compresión, solo quemucho más avanzado. La calidad de imagen se acerca a la del vídeo nocomprimido, pero se necesita un hardware muy potente -es decir, una tarjeta de vídeomuy rápida, y un procesador muy veloz-, para poder reproducirlo. Con latecnología actual, es posible reproducir vídeo MPEG-1 mediante software, en unPentium con una tarjeta medianamente rápida. Sin embargo, el nuevo protocoloMPEG-2, utilizado por los reproductores DVD-Vídeo, es mucho más exigente.

El formato MPEG-2 está basado en el protocolo ISO/IEC 13818. La especificaciónDVD toma sólo algunas de sus reglas, para reproducir vídeo de alta calidad,según el estándar NTCS (720x640), a 24 fps (cuadros por segundo).

En realidad, éste es el estándar DVD de máxima calidad, ya que la propiaespecificación es compatible AVI, QuickTime, MPEG-1 y Vídeo CD, en donde laresolución es más o menos la mitad, es decir, vendría a ser: 352x240.

Por lo tanto, para reproducir una película DVD en un ordenador, seránecesario disponer, no sólo de un decodificador MPEG-2 para las imágenes, sinotambién un decodificador Dolby para el sonido.

Las soluciones previstas para solucionar esto, son muy variadas. Algunosfabricantes adaptarán sus tarjetas gráficas al formato MPEG-2. Precisamente,los nuevos procesadores MMX pueden jugar un papel esencial en este apartado, yaque la aceleración multimedia que aportan es ideal para este tipo de procesos.Otra solución consiste en comercializar placas independientes, que incorporenlos chips necesarios para reproducir vídeo DVD. Finalmente, la propuesta más lógicaapuesta por incluir los mencionados chips en los propios reproductores DVD-ROM,como ya han confirmado algunas empresas. Esto encarecerá un poco el precio dela unidad, pero asegurará la total compatibilidad con los miles de títuloscinematográficos que comenzarán a comercializarse en el segundo cuatrimestrede 1997.

CÓDIGOS REGIONALES: LA PRIMERA POLÉMICA

Una de las primeras discusiones que se han entablado, relacionadas con lasunidades DVD, es la más que previsible implantación de códigos regionales queimpedirán que ciertos discos DVD puedan leerse en lectores DVD adquiridos enzonas regionales distintas a la zona de venta del disco.

Afortunadamente, no serán utilizados en los discos DVD-ROM, ya que sóloafectan a las películas DVD.

El código regional no es más que un byte de información, que llevaránimplantados algunos discos DVD. Cada reproductor DVD tendrá su propio códigoregional, por lo que, si encuentra un byte que no se corresponde con el suyo, noleerá el disco. Esta medida de protección ha sido impuesta por las compañíascinematográficas, ya que las películas no se estrenan simultáneamente en todoel mundo. Puesto que es una protección opcional, sólo los estrenos llevaráneste código. En un principio, parece ser que las zonas geográficas serán lassiguientes, aunque pueden variar:

1: Norteamérica (Estados Unidos y Canadá).

2: Japón.

3: Europa, Australia y Nueva Zelanda.

4: Sudamérica y México.

5: Asia (excepto China y Japón) y Africa.

6: China.

Como no podía ser de otra forma, hecha la ley, hecha la trampa, y no hafaltado tiempo para extenderse el rumor de que algunas compañías asiáticas yadisponen de chips que anulan la protección. Incluso se habla de la posiblecomercialización de reproductores capaces de leer DVD con cualquier códigoregional.

 

 

VIDEO DIGITAL

 

 

INTRODUCCION.

 

La información de video es provista en una serie de imágenesó "cuadros" y el efecto del movimiento es llevado a cabo a través decambios pequeños y continuos en los cuadros. Debido a que la velocidad de estasimágenes es de 30 cuadros por segundo,los cambios continuos entre cuadros daránla sensación al ojo humano de movimiento natural. Las imágenes de video estáncompuestas de información en el dominio del espacio y el tiempo. La informaciónen el dominio del espacio es provista en cada cuadro, y la información en eldominio del tiempo es provista por imágenes que cambian en el tiempo (porejemplo, las diferencias entre cuadros). Puesto que los cambios entre cuadroscolindantes son diminutos, los objetos aparentan moverse suavemente. En lossistemas de video digital, cada cuadro es muestreado en unidades de pixeles óelementos de imagen. El valor de luminancia de cada pixel es cuantificado conocho bits por pixel para el caso de imágenes blanco y negro. En el caso de imágenesde

color, cada pixel mantiene la información de color asociada;por lo tanto, los tres elementos de la información de luminancia designadoscomo rojo, verde y azul, son cuantificados a ocho bits. La información de videocompuesta de esta manera posee una cantidad tremenda de información; por loque, para transmisión o almacenamiento, se requierede la compresión (ocodificación) de la imagen. La técnica de compresión de video consiste detres pasos fundamentalmente, primero el preprocesamiento de las diferentesfuentes de video de entrada (señales de TV, señales de televisión de altadefinición HDTV, señales de videograbadoras VHS, BETA, S-VHS, etc.), paso enel cual se realiza el filtrado de las señal de entrada para remover componentesno útiles y el ruido que pudiera haber en esta. El segundo paso es la conversiónde la señal a un formato intermedio común (CIF), y por último el paso de lacompresión. Las imágenes comprimidas son transmitidas a través de la líneade transmisión digitaly se hacen llegar al receptor donde son reconvertidas ael formato común CIF y son desplegadas después de haber pasado por la etapa depost-procesamiento. Mediante la compresión de la imagen se elimina informaciónredundante, principalmente la información redundante en el dominio de espacio ydel tiempo. En general, las redundancias en eldominio del espacio son debidas alas pequeñas diferencias entre pixeles contiguos de un cuadrodado, y aquellasdadas en el dominio del tiempo son debidas a los pequeños cambios dados encuadroscontiguos causados por el movimiento de un objeto. El método paraeliminar las redundancias en el dominio del espacio es llamado codificaciónintracuadros, la cual puede ser dividida en codificación por predicción,codificación de la transformada y codificación de la subbanda. En el otroextremo, las redundancias en el dominio del tiempo pueden ser eliminadasmediante el método de codificación de intercuadros, que también incluye los métodosde compensación/estimación del movimiento, el cual compensa el movimiento através de la estimación del mismo.

 

 

El Estándar MPEG (Grupo de Expertos en Imágenes enmovimiento).

 

Codificación de video.

El estándar MPEG especifica la representación codificada devideo para medios de almacenam iento digital y especifica el proceso dedecodificación. La representación soporta la velocidad normal de reproducciónasí como también la función especial de acceso aleatorio, reproducción rápida,reproducción hacia atrás normal, procedimientos de pausa y congelamiento deimagen. Este estándar internacional es compatible con los formatos de televisiónde 525 y 625 líneas y provee la facilidad de utilización con monitores decomputadoras personales y estaciones de trabajo. Este estándar internacional esaplicable primeramente a los medios de almacenamiento digital que soporten unavelocidad de transmisión de más de 1.5 Mbps tales como el Compact Disc, cintasdigitales de audio y discos duros magnéticos. El almacenamiento digital puedeser conectado directamente al decodificador o a través de vías de comunicacióncomo lo son los bus, LANs o enlaces de telecomunicaciones. Este estándarinternacional esta destinado a formatos de video no interlazado de 288 líneasde 352 pixeles aproximadamente y con velocidades de imagen de alrededor de 24 a30 Hz.

 

Codificación de audio.

 

Este estándar especifica la representación codificada deaudio de alta calidad para medios de almacenamiento y el método para ladecodificación de señales de audio de alta calidad. Es compatible con losformatos corrientes (Compact disc y cinta digital de audio) para elalmacenamiento y reproducción de audio. Esta representación soportavelocidades normales de reproducción. Este estándar esta hecho paraaplicaciones a medios de almacenamiento digitales a una velocidad total de 1.5mbps para las cadenas de audio y video, como el CD, DAT y discos duros magnéticos.El medio de almacenamiento digital puede ser conectado directamente aldecodificador, ó vía otro medio tal como líneas de comunicación y la capa desistemas MPEG. Este estándar fue creado para velocidades de muestreo de 32 khz,44.1 khz, 48 khz y 16 bit PCM entrada/salida al codificador/decodificador.





Trabajo realizado por:
Gustavo Markel
markel@einstein.com.ar

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