Интерфейс agp

Фирма Intel, обнаружив, что дальнейшее повышение производительности персонального компьютера «упирается» в видеоподсистему, уже сравнительно давно предложила выделить для передачи потока видеоданных отдельную интерфейсную шину - AGP (Accelerated Graphics Port - ускоренный графический порт). Буквально за год этот стандарт вытеснил существовавшие ранее интерфейсы, использовавшиеся видеокартами: ISA, VLB и PCI. Главным преимуществом новой шины стала ее высокая пропускная способность. Если шина ISA позволяла передавать до 5,5 Мбайт/с, VLB -до 130 Мбайт/с (однако при этом чрезмерно загружала центральный процессор), а PCI до 133 Мбайт/с, то шина AGP теоретически имеет пиковую пропускную способность до 2132 Мбайт/с (в режиме передачи 32-разрядных слов).

Компания Intel разрабатывала интерфейс AGP для решения двух основных проблем, связанных с особенностями обработки ЗD-графики на персональном компьютере.

Во-первых, трехмерная 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 РСI. 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 2D-графики. В действительности шина AGP соединяет графическую подсистему с контроллером системной памяти, 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 памяти.

Спецификация AGP фактически базируется на стандарте PCI версии 2.1, но отличается от него следующими основными особенностями, коренным образом влияющими на производительность:

• шина способна передавать два (AGP2x), четыре (AGP4x) или восемь (AGP8x) блоков данных за один цикл;

• устранена мультиплексированность линий адреса и данных (в PCI для удешевления материнских плат адрес и данные передаются по одним и тем же линиям);

• конвейеризация операций чтения/записи, по мнению разработчиков, позволяет устранить влияние задержек в модулях памяти на скорость выполнения этих 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 памяти. 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. Шина AGP поддерживает все стандартные операции шины PCI, поэтому поток данных по ней можно представить как смесь чередующихся AGP и РСI-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. Версия AGP 2.0 благодаря использованию низковольтных электрических спецификаций предусматривает осуществление четырех транзакций (пересылок блока данных) за один такт (режим AGP4x). Версия AGP 3.0 предусматривает пересылку уже восьми блоков данных за такт (режим AGP 8x). В настоящее время, хотя даже возможности AGP4x еще не исчерпаны многими видеокартами, компания Intel продвигает новую спецификацию — AGP Pro. Основное отличие этого интерфейса заключается в возможности управления мощным энергопитанием. С этой целью в разъем AGP Pro добавлены новые линии. Предполагается, что будет существовать два типа карт нового стандарта — High Power и Low Power. Карты High Power могут потреблять от 50 Вт до 110 Вт. Естественно, они потребуют хорошего охлаждения. С этой целью спецификация требует наличия двух свободных слотов PCI со стороны размещения основного набора микросхем видеокарты. Эти разъемы могут использоваться для устройств охлаждения видеокарты, подвода дополнительного питания и даже для обмена по шине PCI Карты Low Power могут потреблять 25-50 Вт, поэтому для обеспечения охлаждения требуется наличие одного свободного слота PCI. В картах AGP Pro появляется специальная накладка шириной в 3 или 2 слота, при этом вся конструкция выглядит устрашающе. Отметим, что интерфейс AGP Pro предназначен для графических станций и на обычных PC вряд ли потребуется. Если только не использовать его для отопления... К исходу 2002 года в массовом количестве появились чипсеты, поддерживающие интерфейс AGP версии 3.0 (иногда обозначается как AGP 8x). Двукратное увеличение пропускной способности достигнуто за счет повышения тактовой частоты шины до 66 МГц и применения нового уровня сигналов 0,8 В (в AGP 2.0 использовался уровень 1,5 В). 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. Таким образом, видеокарты стандарта AGP 3.0 не будут работать со старыми чипсетами, что потребует замены системной платы. В связи со все более широким проникновением трехмерной графики в различные программные продукты в обозримой перспективе встает вопрос о повышении пропускной способности шины видеокарты. Претендентами на замену AGP выступают новые универсальные интерфейсы локальной шины: HyperTransport и PCI Express. Однако, несмотря на появление чипсетов с поддержкой Hyper Transport, производитель видеокарт не планируют «бегства» с шины AGP.