Назначение карты AGP. Какие компоненты ПК соединяет интерфейс AGP?

Шина AGP – локальный интерфейс, предназначенный для соединения «северного» моста с видеоадаптером (портом) AGP.

В современных ПК значительная часть работы по формированию графического изображения на экране передана ВА AGP. Это связано с тем, что при работе в среде Windows и при работе c 3-D графикой CPU требуется значительное время для создания графического изображения на экране, причем многократно проделывать простейшие операции построения графических примитивов, таких как линии, прямоугольники, окружности, операции по их закраски, переносу окон и т. д.

Выполнение этих операций можно значительно ускорить и освободить CPU для выполнения других задач, поручив их выполнение специализированному устройству ВА AGP. Например, при работе с 3-хмерной графикой CPU формирует картину 3-хмерного объекта в виде текстуры. Текстура – это плоское изображение объекта или изображение поверхности объекта, также указания о его цвете и др. фактуре. CPU заносит информацию о текстуре в оперативную память для хранения. Работа ВА AGP заключается в получении из ОЗУ текстур т.е. синтезирования (формирования) из текстуры 3-хмерного изображения. Блок- схема видеоадаптера AGP приведена на рис.4.3.

Основным узлом ВА AGP является графический ускоритель (акселератор). Он представляет собой устройство комбинационного типа, выполняющее заданные логические или арифметические операции по жесткому алгоритму, который не может быть изменен. По этой причине видеоадаптеры с графическим ускорителем ориентированы, как правило, на вполне конкретные приложения, например, на поддержку графического оконного интерфейса Windows.

В более усовершенствованных ВА AGP для построения трехмерных изображений устанавливается графический сопроцессор, который в отличие от графического ускорителя является активным устройством. В процессе выполнения своих функций он может наравне с CPU обращаться к оперативной памяти и управлять шиной ввода-вывода.

Для обеспечения отображения стереоскопических изображений (трехмерных изображений) в состав ВА включают устройство, самостоятельно выполняющее основную часть расчетов трехмерной сцены. Такое устройство называется ускорителем трехмерной графики или 3D-акселератором.

Связь ВА AGP осуществляется а помощью интерфейса AGP, соединяющего ВА с северным чипсетом.

Интерфейс AGP решить две основные проблемы, связанные с особенностями обработки 3D-графики на персональном компьютере.

Во-первых, трехмерная графика требует выделять как можно больше памяти для хранения данных текстур и Z-буфера. Использование Z-буфера – одно из главных отличий работы с трехмерной графикой от работы с двумерной. При преобразовании трехмерного объекта в совокупность двумерных необходимо информацию о расстоянии каждой из вершин элементарного треугольника до плоскости проектирования сохранять. Совокупность данных о глубине каждой из вершин, или значения ее третьей координаты Z называют Z-буфером.

Чем больше текстурных карт доступно для 3D-приложений тем лучше выглядит картинка на экране монитора. Обычно для Z-буфера используют ту же память, что и для текстур. Раньше в видеоконтроллерах использовалась обычная оперативная память для хранения информации о текстурах и Z-буфере, но серьезным ограничением здесь выступала пропускная способность шины PCI. Ширина полосы пропускания шины PCI оказалась мала для обработки графики в режиме реального времени. Эта проблема была решена с внедрением стандарта шины AGP.

Во-вторых, интерфейс AGP обеспечивает прямое соединение между графической подсистемой и оперативной памятью. Таким образом выполняются требования вывода 3D-графики в режиме реального времени и, кроме того, более эффективно используется память буфера кадра, увеличивая тем самым скорость обработки 2D-графики. Шина AGP соединяет графическую подсистему с контроллером системной платы, разделяя доступ с CPU компьютера. Через AGP возможно подключение единственного типа устройств – графических плат.

Интерфейс AGP – это интерфейс специального назначения. Разработан на основе архитектуры интерфейса PCI. Поэтому, шина является 32-разрядной. Основное отличие от интерфейса PCI заключается в возможности увеличения в несколько раз пропускной способности, т.е. шина AGP по сути это специализированная надстройка над шиной интерфейса PCI, позволяющая создать скоростной канал обмена данными между портом AGP и системной логикой ПК (внутренней памятью под управлением северного моста).

Интерфейс AGP по топологии не является шиной, т.к. обеспечивает только двухточечное соединение, т.е. один порт AGP поддерживает только одну видеокарту. В то же время, порт AGP построен на основе PCI2.1 с тактовой частотой 66 МГц, 32-разрядной шиной данных и питанием 3,3 В. Поскольку порт AGP и основная шинаPCI независимы (рис. 4.4) и обслуживаются разными мостами, это позволяет существенно разгрузить последнюю, освобождая пропускную способность, например, для потоков данных с каналов АТА.

Поскольку порт AGP всегда один, в интерфейсенет возможностей арбитража, что существенно упрощает его и положительно сказывается на быстродействии. Для повышения пропускной способности AGP предусмотрена возможность передавать данные с помощью специальных сигналов, используемых как стробы, вместо сигнала тактовой частоты 66 МГц. Например, в режиме AGP 2x данные передаются как по переднему, так и по заднему фронту тактового сигнала, что позволяет достичь пропускной способности 533 Мбайт/с.

Увеличение скорости обмена по шине AGP обеспечивается следующими тремя факторами:

• конвейеризацией операций обращения к памяти;
• сдвоенными передачами данных;
• демультиплексированием шин адреса и данных.

Таким образом, расширение основной PCI-архитектуры основывается на 3-х положениях: многоканальной шине адреса, конвейерной обработке данных и рабочей частоте шины равной 133 Мгц.

Одной из существенных отличий от шины PCI является пакетная (конвейерная) передача данных, при которой новый запрос (код адреса) выставляется сразу после предыдущего, т.е. запросы (адреса ячеек) выстраиваются как бы в очередь. Все запрошенные данные передаются по шине также в виде непрерывного пакета. В результате чего задержка получения данных может возникнуть только 1 раз, что значительно повышает скорость обмена по шине AGP по сравнению с обменом (транзакцией) по шине PCI. Конвейеризацию обращений к памяти иллюстрирует рис. 4.5, где сравниваются циклы обращения к памяти PCI и AGP.

В PCI при работе с памятью во время реакции памяти на запрос шина простаивает (неконвейеризированное обращение). В AGP конвейерный доступ позволяет в это время передавать следующие запросы, а потом получать поток ответов (поток данных). В результате по шине AGP значительно повышается скорость обмена по сравнению с обменом по шине PCI.

B

		ЗГ

VS

GS

CLK

Интерфейс АGP

Рис.4.3. Блок-схема видеоадаптера AGP

Шина

АGP

Шина PCI

Рис.4.4. Технология AGP

Удвоение (2х) и учетверение (4х) частоты передачи данных обеспечивает при частоте на шине 66 Мгц пропускную способность до 533 Мбайт/с (2х) и 1066 Мбайт/с (4х). В этих режимах блоки данных передаются как по фронту, так и по спаду стробирующего сигнала. В последних версиях шина AGP способна передавать восемь (8х) блоков данных за один цикл.

В отличие от шины PCI, в которой шина адреса и шина данных совмещены [AD31-AD0], в шине AGP, несмотря на использование такой же шины можно использовать демультиплесированную передачу адреса и данных с помощью специального режима SBA (Side-Band-Adress)- адресация по боковой частоте. В основном шина AGP работает с мультиплексированной шиной [AD31-AD0], когда по шине передается код адреса, затем код данных. Такой режим передачи называется AD. Но иногда допускается применение режима SBA, при котором для передачи кода адреса используются 8 дополнительных линий интерфейса [SBA7 – SBA0]. Адрес на этих линиях выставляется не сразу, а за несколько тактов. А по линиям [AD31-AD0] передаются только данные. Поэтому, скорость передачи увеличивается. Этот режим используется при передаче 2х.

Главная обработка трехмерных изображений выполняется в основной памяти компьютера как центральным процессором, так и процессором видеокарты. AGP обеспечивает два механизма доступа процессора видеокарты к памяти:

• DMA (Direct Memory Access) - обычный прямой доступ к памяти. В этом режиме основной памятью считается встроенная видеопамять на карте, текстуры копируются туда из системной памяти компьютера перед использованием их процессором видеокарты;
• DIME (Direct In Memory Execute) - непосредственное выполнение в памяти. В этом режиме основная и видеопамять находятся как бы в общем адресном пространстве. Общее пространство эмулируется с помощью таблицы отображения адресов GARP (Graphic Address Remapping Table) блоками по 4 Кбайт. Таким образом, процессор видеокарты способен непосредственно работать с текстурами в основной памяти без необходимости их копирования в видеопамять. Этот процесс называется AGP-текстурированием.

Задержка доступа

АGP

Рис. 4.5. Циклы обращения к памяти

Шина AGP поддерживает все стандартные операции шины PCI, поэтому поток данных по ней можно представить как смесь чередующихся AGP и PCI-операций чтения/записи. Операции шины AGP являются раздельными. 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.

При передаче данных по AGP управляющие сигналы, заимствованные от PCI, имеют в основном такое же назначение, что и в PCI. Передача данных по PCI в режиме 1х очень похожи на циклы PCI, но несколько упрощена процедура квитирования, так как порт AGP – выделенный порт и обмен выполняется только с быстрым контроллером системной платы.

В режимах 2х и 4х имеется специфика стробирования.

• В режиме 1х данные (4 байта на [AD31 – AD0] фиксируются приемником по положительному перепаду каждого тактового импульса CLK , что обеспечивает пропускную способность 266 Мбайт/с (66,6х4).
• В режиме 2х используются сигналы стробирования данных AD STB0 и AD STB1 для линий [AD15 – AD0] и [AD31 – AD16] соответственно. Стробы формирует передатчик. Приемник фиксирует данные и по спаду, и по фронту строба. Частота стробов совпадает с частотой CLK, что обеспечивает пропускную способность 533Мбайт/с (66,6 х 2 х 4).
• В режиме 4х используются еще дополнительные (инверсные) сигналы стробирования данных #AD STB0 и #AD STB1. Данные фиксируются по спадам и прямых, и инверсных стробов. Частота стробов в два раза выше, чем CLK, что обеспечивает пропускную способность 1066Мбайт/с (66,6 х 2 х 2 х 4).

Чтобы эффективно использовать возможности порта AGP, помимо требуемой аппаратной поддержки (т.е. графического адаптера AGP и системной платы), необходимую поддержку должны обеспечивать операционная система и драйвер видеоадаптера, а в прикладной программе должны быть использованы новые возможности порта AGP (например, трехмерное проецирование текстур).