Все хорошее когда-нибудь кончается. Обидно - но истинно. Сколько писали про то, что шина PCI наконец-то устранила "узкое место" РС - обмен с видеокартами - но не тут-то было! Прогресс, как известно, не стоит на месте. Появление разных там 3D ускорителей привело к тому, что ребром встал вопрос: что делать? Либо увеличивать количество дорогой памяти непосредственно на видеокарте, либо хранить часть информации в дешевой системной памяти, но при этом каким-нибудь образом организовать к ней быстрый доступ.
Как это практически всегда бывает в компьютерной индустрии, вопрос решен не был. Казалось бы, вот вам простейшее решение: переходите на 66-мегагерцовую 64-разрядную шину PCI с огромной пропускной способностью, так нет же. Intel на базе того же стандарта PCI R2.1 разрабатывает новую шину - AGP (R1.0, затем 2.0), которая отличается от своего "родителя" в следующем:
В результате пропускная способность шины была оценена в 500 МВ/сек, и предназначалась она для того, чтобы видеокарты хранили текстуры в системной памяти, соответственно имели меньше памяти на плате, и, соответственно, дешевели.
Парадокс в том, что видеокарты все-таки предпочитают иметь БОЛЬШЕ памяти, и ПОЧТИ НИКТО не хранит текстуры в системной памяти, поскольку текстур такого объема пока (подчеркиваю - пока) практически нет. При этом в силу удешевления памяти вообще, карты особенно и не дорожают. Однако практически все считают, что будущее - за AGP, а бурное развитие мультимедиа-приложений (в особенности - игр) может скоро привести к тому, что текстуры перестанут влезать и в системную память. Поэтому имеет смысл, особо не вдаваясь в технические подробности, рассказать, как же это все работает.
Итак, начнем с начала, то есть с AGP 1.0. Шина имеет два основных режима работы: Execute и DMA. В режиме DMA основной памятью является память карты. Текстуры хранятся в системной памяти, но перед использованием (тот самый execute) копируются в локальную память карты. Таким образом, AGP действует в качестве "тыловой структуры", обеспечивающей своевременную "доставку патронов" (текстур) на передний край (в локальную память). Обмен ведется большими последовательными пакетами.
В режиме Execute локальная и системная память для видеокарты логически равноправны. Текстуры не копируются в локальную память, а выбираются непосредственно из системной. Таким образом, приходится выбирать из памяти относительно малые случайно расположенные куски. Поскольку системная память выделяется динамически, блоками по 4К, в этом режиме для обеспечения приемлемого быстродействия необходимо предусмотреть механизм, отображающий последовательные адреса на реальные адреса 4-х килобайтных блоков в системной памяти. Эта нелегкая задача выполняется с использованием специальной таблицы (Graphic Address Re-mapping Table или GART), расположенной в памяти.
При этом адреса, не попадающие в диапазон GART (GART range), не изменяются и непосредственно отображаются на системную память или область памяти устройства (device specific range). На рисунке в качестве такой области показан локальный фрейм-буфер карты (Local Frame Buffer или LFB). Точный вид и функционирование GART не определены и зависят от управляющей логики карты.
Шина AGP полностью поддерживает операции шины PCI, поэтому AGP-траффик может представлять из себя смесь чередующихся AGP и PCI операций чтения/записи. Операции шины AGP являются раздельными (split). Это означает, что запрос на проведение операции отделен от собственно пересылки данных.
Такой подход позволяет AGP-устройству генерировать очередь запросов, не дожидаясь завершения текущей операции, что также повышает быстродействие шины.
В 1998 году спецификация шины AGP получила дальнейшее развитие - вышел Revision 2.0. В результате использования новых низковольтных электрических спецификаций появилась возможность осуществлять 4 транзакции (пересылки блока данных) за один 66-мегагерцовый такт (AGP 4x), что означает пропускную способность шины в 1GB/сек! Единственное, чего не хватает для полного счастья, так это чтобы устройство могло динамически переключаться между режимами 1х, 2х и 4х, но с другой стороны, это никому и не нужно.
Однако потребности и запросы в области обработки видеосигналов все возрастают, и Intel готовит новую спецификацию - AGP Pro (в настоящее время доступен Revision 0.9) - направленную на удовлетворение потребностей высокопроизводительных графических станций. Новый стандарт не видоизменяет шину AGP. Основное направление - увеличение энергоснабжения графических карт. С этой целью в разъем AGP Pro добавлены новые линии питания.
Предполагается, что будет существовать два типа карт AGP Pro - High Power и Low Power. Карты High Power могут потреблять от 50 до 110W. Естественно, такие карты нуждаются в хорошем охлаждении. С этой целью спецификация требует наличия двух свободных слотов PCI с component side (стороны, на которой размещены основные чипы) карты.
При этом данные слоты могут использоваться картой как дополнительные крепления, для подвода дополнительного питания и даже для обмена по шине PCI! При этом на использование этих слотов накладываются лишь незначительные ограничения.
При использовании слотов для подвода дополнительного питания:
При использовании слота для обмена по шине:
Поддержка 64-разрядного или 66 MHz режимов не требуется.
Карты Low Power могут потреблять 25-50W, поэтому для обеспечения охлаждения спецификация требует наличия одного свободного слота PCI.
При этом все retail-карты AGP Pro должны иметь специальную накладку шириной соответственно в 3 или 2 слота, при этом карта приобретает вид достаточно устрашающий.
При этом в разъем AGP Pro можно устанавливать и карты AGP.
В общем, как представлю себе графическую станцию с двумя процессорами Xeon и видеокартой AGP Pro High Power… Можно здорово сэкономить на отоплении… Закрадывается крамольная мысль, что в спецификацию PC 200? будет заложено жидкостное охлаждение. Опять-таки поживем - увидим.
Интерфейсы ПК
Фирма Intel, заметив, что дальнейшее повышение общей производительности персонального компьютера «упирается» в видеоподсистему, в свое время предложила выделить для передачи потока видеоданных отдельную интерфейсную шину AGP (Accelerated Graphics Port - ускоренный графический порт). Этот стандарт быстро вытеснил существовавшие ранее интерфейсы, использовавшиеся видеокартами: ISA, VLB и PCI.
Главным преимуществом шины AGP стала высокая пропускная способность. Если шина ISA позволяла передавать до 5,5 Мбайт/с, VLB - до 130 Мбайт/с, a PCI - до 133 Мбайт/с, то шина AGP теоретически имеет пиковую пропускную способность до 1066 Мбайт/с (в режиме передачи четырех 32-разрядных слов).
Компания Intel разрабатывала интерфейс AGP для решения двух основных проблем, связанных с особенностями обработки ЗD-графики на персональном компьютере. Во-первых, ЗD-графика требует выделять как можно больше памяти для хранения данных текстур и Z-буфера. Чем больше текстурных карт доступно для ЗD-приложений, тем лучше выглядит картинка на экране монитора. Обычно для Z-буфера используют ту же память, что и для текстур. Разработчики видеоконтроллеров и раньше имели возможность использовать обычную оперативную память для хранения информации о текстурах и Z-буфере, но серьезным ограничением здесь выступала пропускная способность шины PCI. Ширина полосы пропускания PCI оказалась мала для обработки графики в режиме реального времени. Эту проблему компания Intel решила путем внедрения стандарта шины AGP. Во-вторых, интерфейс AGP обеспечивает прямое соединение между графической подсистемой и оперативной памятью. Таким образом, выполняются требования вывода ЗD-графики в режиме реального времени и, кроме того, более эффективно используется память буфера кадра (frame buffer), тем самым увеличивается скорость обработки 2 D - г р а ф и ки.
В действительности шина AGP соединяет графическую подсистему с блоком управления системной памятью, разделяя доступ с центральным процессором компьютера. Через AGP возможно подключение единственного типа устройств - графических плат. При этом видеоконтроллеры, встроенные в материнскую плату и использующие интерфейс AGP, не подлежат модернизации.
Для контроллера AGP конкретный физический адрес, по которому информация хранится в оперативной памяти, не имеет значения. Это является ключевым решением новой технологии, обеспечивая доступ к графическим данным как к единому блоку, независимо от физической «разбросанности» информации по блокам памяти. Кроме того, AGP работает с частотой системной шины до 133 МГц.
Спецификация AGP фактически базируется на стандарте PCI версии 2.1, но отличается от него следующими основными особенностями:
шина способна передавать два (AGP 2х), четыре (AGP 4х) или восемь (AGP 8х) блоков данных за один цикл;
устранена мультиплексированность линий адреса и данных;
конвейеризация операций чтения/записи позволяет устранить влияние задержек в модулях памяти на скорость выполнения операций.
Шина AGP работает в двух основных режимах: DIME (Direct Memory Execute) и DMA (Direct Memory Access). В режиме DMA основной памятью считается память на карте. Текстуры могут храниться в системной памяти, но перед использованием копируются в локальную память видеокарты. Таким образом, интерфейс AGP действует в качестве «подносчика патронов» (текстур) к «огневой позиции» (в локальную память). Обмен ведется большими последовательными пакетами данных. В режиме Execute локальная и системная память для видеокарты логически равноправны. Текстуры не копируются в локальную память, а выбираются непосредственно из системной. Таким образом, приходится передавать сравнительно небольшие случайно расположенные куски. Поскольку системная память требуется и другим устройствам, она выделяется динамически, блоками по 4 Кбайт. Поэтому для обеспечения приемлемого быстродействия предусмотрен специальный механизм, отображающий последовательные адреса на реальные адреса блоков в системной памяти. Эта задача выполняется с использованием специальной таблицы (Graphic Address Re-mapping Table или GART), расположенной в памяти. Адреса, не попавшие в диапазон GART (GART range), не изменяются и непосредственно отображаются на системную память или область памяти устройства (device specific range). Точная спецификация на правила функционирования GART не определена, и конкретное решение зависит от управляющей электроники видеокарты.
Операции шины AGP являются раздельными (split). Это означает, что запрос на проведение операции отделен от собственно пересылки данных. Такой подход позволяет AGP-устройству генерировать очередь запросов, не дожидаясь завершения текущей операции, что также повышает быстродействие шины.
Версия AGP 2.0 благодаря использованию низковольтных электрических спецификаций предусматривает осуществление четырех транзакций (пересылок блока данных) за один такт (режим AGP 4х - четырехкратного умножения). В 2003 г. в массовое производство пошли видеокарты с интерфейсом AGP версии 3.0 (часто обозначаются как AGP 8х). Двукратное увеличение пропускной способности достигнуто за счет повышения тактовой частоты шины до 66 МГц и применения нового уровня сигналов 0,8В (в AGP 2.0 использовался уровень 1,5В). Тем самым при сохранении основных параметров интерфейса удалось повысить пропускную способность шины примерно до 2132 Мбайт/с. Хотя разъем сохранился прежним, механически совместимым с AGP 2.0, его электрические характеристики изменились благодаря снижению напряжения на сигнальных линиях. В настоящее время на современных платформах шина AGP заменяется последовательной шиной PCI Express.
Появление шины РСI не сняло всех проблем по качественному выводу визуальной информации для 3-х мерных изображений, "живого" видео. Здесь уже требовались скорости в сотни Мбайт/сек, а нагрузка на PCIсо стороны разных устройств: жестких дисков, сетевых карт и других высокоскоростных устройств привели к тому, что пропускной способности локальной шиныPCIдля удовлетворения всех этих требований начало явно недоставать.
В 1996г. фирма Intel разработала новую шину AGP (Accelerated Graphics Port – порт ускоренной графики), предназначенную только для связи ОЗУ и процессора с видеокартой монитора. Эта шина обеспечивает пропускную способность в сотни Мбайт/сек. Она непосредственно связывает видеокарту с ОЗУ минуя шину РСI (рис. 2)
Характеристики шины AGP
Год создания: 1996
Разрядность шины данных: 32;
Частота шины: 66 МГц;
Раздельные линии адреса и данных (в отличие от PCI);
Конвейеризация операций обращения к памяти;
Максимальная пропускная способность: 532 МБ/с;
Спецификации AGP 2x, AGP4x,AGP8x– возможность пересылать несколько блоков данных за один такт шины. Максимальная пропускная способностьAGP8x: 2 ГБ/с;
Важной особенностью шины AGPявляется конвейеризация операций обращения к памяти. В обычных неконвейерных шинах (например, в шине PCI) при выполнении запроса чтения/записи ячеек оперативной памяти шина простаивает, ожидая завершения этой операции. Конвейерный доступ AGP позволяет в это время передавать следующие запросы, а потом получить ответы на эти запросы в виде непрерывного потока данных.
Шина AGP может объединять в один пакет до 256 запросов чтения/записи ячеек оперативной памяти и получить ответы на них, объединенные в пакет длиной до 256 32-разрядных слов данных.
AGPпредназначалась для того, чтобы графические карты могли хранить необходимые им данные (текстуры) не только в своей дорогой локальной памяти, установленной на борту, но и в дешевой системной памяти компьютера. При этом они (карты) могли иметь меньший объем этой самой локальной памяти и, соответственно, дешевле стоить.
Ускоренный графический порт (AGP) -- это расширение шины PCI, чье назначение -- обработка больших массивов данных 3D графики. Intel разрабатывала AGP для решения двух проблем перед внедрением 3D графики на PCI. Во-первых, 3D графике требуется как можно больше памяти информации текстурных карт (texture maps) и z-буфера (z-buffer), который содержит информацию, относящуюся к представлению глубины изображения.
Разработчики PC имели ранее возможность использовать системную память для хранения информации о текстурах и z-буфера, но ограничением в этом подходе была передача такой информации через шину PCI. Производительность графической подсистемы и системной памяти ограничиваются физическими характеристиками шины PCI. Кроме того, ширина полосы пропускания PCI, или ее емкость, не достаточна для обработки графики в режиме реального времени. Чтобы решить эти проблемы, Intel разработала AGP.
Если определить кратко, что такое AGP, то это - прямое соединение между графической подсистемой и системной памятью. Это решение позволяет обеспечить значительно лучшие показатели передачи данных, чем при передаче через шину PCI, и явно разрабатывалось, чтобы удовлетворить требованиям вывода 3D графики в режиме реального времени.
Через AGP можно подключить только один тип устройств - это графическая плата. Графические системы, встроенные в материнскую плату и использующие AGP, не могут быть улучшены.
Скорость, с которой мы получаем информацию на наши экраны, и количество информации, которое выходит из видеоадаптера и передается на экран - все зависит от трех факторов:
Разрешение вашего монитора
Количество цветов
Частота, с которой происходит обновление экрана
Современная видеокарта – это, по сути, второй самостоятельный компьютер внутри персонального компьютера. Причем, когда пользователь играет в 3-D игру, процессор видеокарты фактически выполняет большую часть работы, а центральный процессор отступает на второй план. Более мощный графический процессор создает более реалистическое изображение.
Для увеличения производительности графической подсистемы настолько, насколько это возможно, приходится снижать до минимума все препятствия на этом пути. Графический контроллер производит обработку графических функций, требующих интенсивных вычислений, в результате разгружается центральный процессор системы. Отсюда следует, что графический контроллер должен оперировать своей собственной, можно даже сказать частной, местной памятью. Тип памяти, в которой хранятся графические данные, называется буфер кадра (frame buffer). В системах, ориентированных на обработку 3D-приложений, требуется еще и наличие специальной памяти, называемой z-буфер (z-buffer), в котором хранится информация о глубине изображаемой сцены. Также, в некоторых системах может иметься собственная память текстур (texture memory), т.е. память для хранения элементов, из которых формируются поверхности объекта. Наличие текстурных карт ключевым образом влияет на реалистичность изображения трехмерных сцен.
В принципе, для работы современных офисных приложений и просмотра видеофильмов вполне хватает 8Мбайт видеопамяти для разрешения 800х600 или 16 Мбайт для разрешения 1024х768. Вся остальная память, свыше этого, которая имеется сегодня в современных видеоадаптерах, тратится на сторонние нужды, в частности, для поддержки экранной графики операционной системы Windows (особенно в WindowsVista).
Использование 64, 128, 256 и 512 МБайт видеопамяти связано, в первую очередь, с интересами «игроманов». Следует сказать, что стремительное увеличение объема видеопамяти в настоящее время не связано с таким же прогрессом повышения разрешения изображения на экране. Практически уже достигнут потолок для традиционных систем отображения видеоинформации. Основная же причина все большего наращивания оперативной памяти видеоадаптера состоит в том, что на плате видеоадаптера теперь находится видеопроцессор, который может самостоятельно, по управляющим командам центрального процессора, строить объемные изображения (они же -3D), а это требует необычайно много ресурсов для хранения промежуточных результатов вычислений и образцов текстур, которыми заливаются условные плоскости моделируемых фигур.
Однако, даже для офисных приложений, сегодня, если в операционной системе Windowsиспользуется интерфейсDirectX9 или 10, объем памяти видеокарты долэен быть не менее 128 МБайт.
Первоначально, видеокарты строились по следующим принципам. Все, что записывается центральным процессором в видеопамять, по строго определенным алгоритмам преобразуется в аналоговый видеосигнал, который подается на монитор. Таким образом, центральному процессору необходимо самому рассчитать параметры всех точек, которые должны быть в данный момент отражены на экране, и загрузить все данные в видеопамять. Любое изменение на экране, даже если это след мыши, это результат работы центрального процессора. Соответственно, чем больше используемое разрешение и количество цветов, тем больше процессор затрачивает времени на расчет всех точек формируемого растра.
Так как персональный компьютер с течением времени стал неразрывно связан с графическим интерфейсом Windows, и различными трехмерными играми, то разработчики «железа» предприняли ряд шагов по совершенствованию стандартной видеокарты, чтобы избавить центральный процессор от лишней работы по прорисовке элементарных изображений. Подобные устройства получили название графических ускорителей, или иначе графических акселераторов (они же видео- или графические процессоры).
Первая версия (спецификация AGP 1.0) AGP 1x используется редко, поскольку не обеспечивает необходимой скорости работы с памятью в режиме DME, сразу же при проектировании была добавлена возможность посылать 2 блока данных за один такт, это AGP 2x . В 1998 году вышла вторая версия (спецификация AGP 2.0) - AGP 4x , которая могла пересылать уже 4 блока за один такт и обладала пропускной способностью около 1 ГБ/с. Уровень напряжения вместо обычных 3,3 В был понижен до 1,5 В. Шина AGP 8x (спецификация AGP 3.0) передаёт уже 8 блоков за один такт, таким образом, пропускная способность шины достигает 2 ГБ/с. Также в стандарте была заложена возможность использования двух видеокарт (аналогично ATI CrossFire , SLI), однако эта возможность не была использована производителями. Современные видеокарты требуют большой мощности, более 40 Вт, которую шина AGP дать не может, так появилась спецификация AGP Pro с дополнительными разъёмами питания.
Передача данных из основной памяти в видеопамять карты осуществляется в два этапа, сначала передаётся 64-битный адрес, откуда данные нужно считать, затем идут сами данные. Шина AGP предусматривает два варианта передачи,
На данный момент материнские платы со слотами AGP практически не выпускаются; стандарт AGP был повсеместно вытеснен на рынке более быстрым PCI Express . Видеокарты стандарта AGP выпускаются, но в основном Low-End сегмента, в малом количестве и стоят дороже аналогичных PCI-E карт (из-за того, что используются микросхемы-переходники PCI-E → AGP).
Wikimedia Foundation . 2010 .
Accelerated Graphics Port Слот AGP (фиолетовый) и два слота PCI (белые) Год открытия: 1996 Разработчик: Intel … Википедия
Шина данных шина, предназначенная для передачи информации. В компьютерной технике принято различать выводы устройств по назначению: одни для передачи информации (например, в виде сигналов низкого или высокого уровня), другие для сообщения… … Википедия
Компьютерная шина, по которой передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Сигналы управления определяют, какую операцию (считывание или запись информации из памяти) нужно производить, синхронизируют обмен… … Википедия
Шина адреса компьютерная шина, используемая центральным процессором или устройствами, способными инициировать сеансы DMA, для указания физического адреса слова ОЗУ (или начала блока слов), к которому устройство может обратиться для… … Википедия
Шина расширения компьютерная шина, которая используется на системной карте компьютеров или промышленных контроллеров, для добавления устройств (плат) в компьютер. Есть несколько видов: Персональные компьютеры ISA 8 и 16 разрядная,… … Википедия
Разъёмы шины PCI Express (сверху вниз: x4, x16, x1 и x16). Ниже обычный 32 битный разъем шины PCI. У этого термина существуют и другие значения, см. Шина. Компьютерная шина (от … Википедия
Разъёмы шины PCI Express (сверху вниз: x4, x16, x1 и x16), по сравнению с обычным 32 битным разъемом шины Компьютерная шина (от англ. computer bus, bidirectional universal switch двунаправленный универсальный коммутатор) в архитектуре компьютера… … Википедия
AGP (accelerated graphics port) - Расширенная шина для подключения графических карт. В современных компьютерах различаются следующие варианты этой шины: AGP 4X и AGP 8X. В ближайшее время ей на смену придет шина PCI Express 16x … Глоссарий терминов бытовой и компьютерной техники Samsung
На фотографии 4 слота PCI Express: x4, x16, x1, опять x16, внизу стандартный 32 разрядный слот PCI, на материнской плате DFI LanParty nForce4 SLI DR PCI Express или PCIe или PCI E, (также известная как 3GIO for 3rd Generation I/O; не путать с PCI … Википедия
