Министерство образования и науки Украины
Запорожский национальный технический университет
Кафедра «Компьютерные системы и сети»
Реферат
по дисциплине
«Периферийные устройства»
на тему
«Шина AGP»
Выполнил: студент группы ИВТ-535 С.Ю. Скрупский
Проверил: старший преподаватель В.О. Рыбин
Запорожье
2007
Содержание
Историческая справка……………………………………………………………..3
Возможности AGP ………………………………………….4
DMA и DME режимы доступа к памяти……………………………………….....5
Три ревизии шины………………………………………………………………….6
Искусство наводить мосты………………………………………………………...8
Выводы…………………………………………………………………………….10
Список источников………………………………………………………………..11
1. Историческая справка
AGP (от англ. Accelerated Graphics Port, ускоренный графический порт) — разработанная в 1997 году компанией Intel, специализированная 32-битная системная шина для видеокарты. Появилась одновременно с чипсетами для процессора Intel Pentium II. Основной задачей разработчиков было увеличение производительности и уменьшение стоимости видеокарты, за счёт уменьшения количества встроенной видеопамяти. По замыслу Intel большие объёмы видеопамяти для AGP-карт были бы не нужны, поскольку технология предусматривала высокоскоростной доступ к общей памяти.
Её отличия от предшественницы, шины PCI:
работа на тактовой частоте 66 МГц;
увеличенная пропускная способность;
режим работы с памятью DMA и DME;
разделение запросов на операцию и передачу данных.
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 обеспечивала скорость обмена около 1Гб/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, скорость передачи данных достигает 2Гб/с. Также в стандарте была заложена возможность использования двух видеокарт (аналогично ATI CrossFire, Nvidia SLI), однако эта возможность не была использована производителями. Современные видеокарты требуют большой мощности, более 40 Ватт, которую шина AGP дать не может, так появилась спецификация AGP Pro с дополнительными разъёмами питания.
2. Возможности AGP
Accelerated Graphics Port - особая высокоскоростная шина, предназначенная специально для видеокарты, в отличие от универсальных PCI и ISA. Для чего же потребовалось создавать эту шину, ведь до нее видеокарты нормально работали и на шине PCI?
Что такое 3D-ускоритель? Это, фактически, процессор, рассчитывающий в реальном масштабе времени трехмерную сцену (рендеринг). Сейчас общепринята полигональная модель этой самой сцены, т.е. объекты состоят из полигонов (треугольников), покрытых текстурами. Задача видеокарты, в составе которой "трудится" 3D-ускоритель - принимать координаты треугольников, заполнять их одной или несколькими текстурами (текстурирование), рассчитывать освещенность, прозрачность, рельефность и т.п., проецировать на двумерную плоскость экрана, рассчитывая перекрытие одних объектов другими (используется Z-буфер) и др. Так как работа должна выполняться максимально быстро (вам ведь нужно хотя бы 30 кадров в том же "кваке"), все операции над каждым пикселем производятся конвейерно - каждый пиксель проходит несколько отдельных независимых стадий, одновременно в обработке находятся несколько пикселей - на разных стадиях. Понятно, что данные (а в первую очередь текстуры, накладываемые попиксельно на каждый треугольник) должны подаваться тоже непрерывно, чтобы конвейер не останавливался.
Сначала видеокарты с 3D-ускорителями работали с памятью по шине PCI, закачивая текстуры в свою набортную (локальную) память, к которой и обращался конвейер рендеринга в ходе работы. С ростом сложности трехмерных сцен и повышением качества и размера текстур возникли две проблемы - 1) нужна обширная локальная видеопамять и 2) нужно обеспечить максимальную скорость подачи данных на конвейер. Шина PCI с задачей скорости не справлялась, так как на ней работают много других устройств. Видеопамять дорога, возможности ее расширения в общем случае отсутствуют. В итоге фирма Intel разрабатывает новую локальную шину на основе все той же PCI, но с учетом специфических требований видеокарт с 3D-ускорителем.
Шина AGP соединяет всего одно устройство (AGP-мастер) с AGP-контроллером в составе системного чипа - "северного моста", а тот, в свою очередь, связан с контроллером памяти. Таким образом, пересылка данных между видеочипом и памятью производится по выделенному каналу - шине AGP. Для оптимальной загрузки этого канала все запросы на чтение и запись имеют приоритеты и выстраиваются в очереди, причем сам запрос и транзакция (акт передачи блока данных) не обязательно следуют друг за другом. Транзакции могут выполняться как в стиле PCI, так и AGP, когда данные передаются только в направлении "память-мастер". То есть смысл шины в том, чтобы предоставить видеочипу возможность обращаться за данными в основную память по своему, отдельному каналу.
3. DMA и DME режимы доступа к памяти
Есть две причины, по которым видеочип обращается к основной (системной, оперативной) памяти. Первое - загрузить оттуда в свою видеопамять необходимые для работы данные (например, текстуры для очередной трехмерной сцены). Это - обычный режим DMA (Direct Memory Access), который используют, например, контроллеры жестких дисков. Не ради этого была задумана эта шина. Режим DME (Direct in Memory Execution) позволяет видеочипу использовать основную память как источник данных для конвейера, добавляя (подключая) основную память к своей локальной видеопамяти при необходимости. Так как основная память выделяется под нужды прикладных программ страницами по 4 Кб, нужно обеспечить имитацию непрерывного блока памяти. Был выбран метод трансляции адресов по таблице, причем то, как строится эта таблица и как обеспечивается переадресация, остается на совести разработчика чипсета и драйвера GART (Graphic Aperture Remapping Table). Апертура - это тот диапазон адресов, при обращении к которому включается механизм переадресации на реальные страницы памяти. Таким образом, конвейер рендеринга может обращаться за данными прямо к основной памяти, а не к своей локальной - это часто называют AGP-текстурированием.
Перед тем, как начать перекачку данных (транзакцию), нужно подать запрос и указать адрес блока основной памяти. Шина AGP предусматривает два механизма передачи адреса контроллеру AGP. Первый - передача по тем же каналам, по которым передаются данные. Адрес - 64-битный, передается за два приема (шина AGP - 32-битная, как и PCI). Второй способ - передача по отдельной боковой шине, адрес - 48-битный, боковая шина - 8-битная. Этот режим называется Sideband Addressing, SBA. Основной канал полностью отдается под данные, адреса по нему не передаются, в итоге загрузка шины более полная.
Рис.1 – Архитектура компьютера с шиной AGP
4. Три ревизии шины
AGP 1.0: Шина имеет два основных режима работы: Execute и DMA. В режиме DMA основной памятью является память карты. Текстуры хранятся в
Рис. 2 – таблица GART
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.
AGP 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.
AGP 3.0: Последняя ревизия шины. Было увеличено число контактов в разъеме, благодаря чему пропускная способность увеличилась до 2133 МБ/с, мощность подводимого питания – 40ВТ. Если мощности питания недостаточно (в случае очень «сильных видеокарт»), используется molex:
Рис.3 – Шлейф дополнительного питания видеокарты
В принципе пропускной способности AGP 3.0 вполне достаточно, но маркетинговая политика лидеров производства видеокарт (ATI и NVIDIA) начала откровенно «душить» AGP и продвигать PCI-E. Переход на PCI-E обязывает произвести замену материнской платы, что в свою очередь влечет значительные материальные затраты.
5. Искусство наводить мосты
Внедрение шины PCI Express, пропускная способность которой составляет 4Гб/с, а мощность подводимого по шине питания – 75ВТ, что в 2 раза превышает характеристики AGP, на рынок ПК носило агрессивный характер и вызвало объективные сложности у самых активных сторонников новых стандартов. Так, производителям графических процессоров ATI и NVIDIA пришлось выпускать варианты современных видеоплат как для платформ PCI Express, так и для AGP-систем, тем более что к концу 2004 г. спрос на PCI Express не достигал и 10% от общего, поскольку пропускной способности в 2Гб/с на тот момент было достаточно.
Рис. 4 – сравнение интерфейсов AGP и PCI-E
Для минимизации потерь при переходе на новые интерфейсы компании ATI и NVIDIA разработали специальные переходные мосты ATI RIALTO и NVIDIA HSI, основное назначение которых - трансляция данных PCI Express для порта AGP 8x на материнской плате без ущерба для производительности видеоподсистемы. И хотя разработки ATI и NVIDIA имеют схожий принцип действия, они существенно различаются по универсальности. Ведь мост ATI RIALTO способен конвертировать сигналы PCI Express в AGP в одном направлении, а решение NVIDIA HSI - High-Speed Interconnect позволяет производить еще и обратную операцию, т.е. переводить сигналы AGP в PCI Express. Эта универсальность моста NVIDIA HSI позволила компании в середине 2004 г. заменить линейку GeForce FX (AGP 8x) на аналогичные продукты GeForce PCX, а с конца того же года и по сей день выпускать AGP-варианты своих новейших процессоров. Более того, компания NVIDIA заблаговременно позаботилась о разработке NVIDIA HSI, и ее первые AGP-платы с переходным мостом появились на полгода раньше аналогичных решений ATI.
HSI bridge изображен на рисунке 5.
Рис. 5 – HSI мост
Однако, использование HSI моста на самом деле не спасает AGP поскольку снабжает видеокарту, оснащенную AGP, рядом недостатков:
Увеличивается стоимость видеокарты и она, как не парадоксально, стоит дороже эквивалентной на PCI-E;
HSI мост очень сильно греется, что требует дополнительного охлаждения, которое производители видеокарт почему-то забывают устанавливать;
HSI мост – не панацея, а временное средство, позволяющее оттянуть апгрейд компьютера еще на год.
Из-за имеющегося спроса на видеокарты с интерфейсом AGP, обеспеченного, в первую очередь, рынками развивающихся стран и Интернет-кафе, NVIDIA приняла решение выпустить обновленную ревизию своего переходного моста с тем, чтобы он получил поддержку GPU серии GeForce 8000.
Он выйдет в октябре и будет основываться на базе BR02, изначально разработанного для того, чтобы сделать возможным выпуск AGP-видеокарт на графическом ядре GeForce 7600 (G73).
Обновленная ревизия переходного моста обеспечит поддержку как существующих решений GeForce 8600 (G86) и GeForce 8400 (G84), так и лишь готовящихся к выходу предположительно в ноябре G92/G98.
Выводы
Еще десять лет назад видеоплаты обладали интерфейсом PCI и делились пропускной способностью PCI-шины (133 Мбайт/с) со всеми компонентами. Разумеется, такой подход к построению дискретной графики породил узкое место в производительности видеоподсистемы, и ситуация выправилась лишь с появлением выделенного канала AGP (высокоскоростная версия PCI) с теоретическим показателем в 533Мбайт/с. Стоит отметить, что линия AGP предназначалась в основном для передачи данных от НМС в графический адаптер, и к моменту появления AGP 3.0 пропускная способность канала выросла до 2133 Мбайт/с, чего более чем достаточно для самых актуальных игр. Но прогресс не остановить, и в наше время мы наблюдаем победное шествие другого графического интерфейса - PCI Express x16, который отличается последовательной шиной с очень низкой латентностью и имеет пропускную полосу до 4000 Мбайт/с. Более того, для акселераторов PCI Express правильней оперировать величиной пропускной способности до 8000 Мбайт/с (в обоих направлениях), ведь обычно информация передается из ОЗУ в графический адаптер, и в случае PCI Express x16 нельзя забывать об аналогичных возможностях обратной передачи данных.
В сравнении с аналогичными ускорителями, имеющими интерфейс PCI Express, цена видеокарт с AGP выше на 15-20 евро. Впрочем, такое положение вещей не удивляет - пользователи платят и за переходной мост, и за чуть более сложную разводку печатной платы, и за некоторую эксклюзивность решения.
Список источников
http://www.ixbt.com/mainboard/agp.html
http://ru.wikipedia.org/wiki/AGP
http://www.ixbt.com/video2/agp-2k6.shtml
http://www.hardvision.ru/?dir=video&doc=agp_features
http://www.AlexNab.com
http://www.3dnews.com/video