Cтандарты РСI и AGP

Шина PCI

Едва карта VLB успела закрепиться на рынке, как в июне 1992 года фирма Intel изготовила новую шину - шину PCI (Peripheral Component Interconnect ). Именно этот "периферийный соединительный компонент" находится в большинстве современых компьютеров, де-факто став стандартом для шинной индустрии нашего времени.

Разработчики шины поставили своей целью создать принципиально новый интерфейс, который бы не являлся усовершенствованиями других технологий (как, например EISA), не зависел от платформы (то есть мог работать с будущими поколениями процессоров), имел высокую производительность и был дешев в производстве. Ну а если за дело взялась Intel, то можно было не сомневаться, что цель будет достигнута. Благодаря отказу от использования шины процессора шина PCI оказалась не только процессоронезависимой, но и могла работать самостоятельно, не обращаясь к последней с запросами. Например, процессор может работать с памятью, в то время как по шине PCI передаются данные. Основополагающим принципом шины PCI является применение так называемых мостов (Bridges ), которые осуществляют связь шины с другими компонентами системы (например, PCI to ISA Bridge ). Другой особенностью является реализация так называемых принципов Bus Master и Bus Slave . Например, карта PCI-Master может как считывать данные из оперативной памяти, так и записывать их туда без обращения к процессору. Карта PCI-Slave (например, графический контроллер), как вы, наверное, уже догадались, может только считывать данные.

В чем же секрет столь широкой распрстраненности этой шины в сегодняшнем мире персональных компьютеров?

• Синхронный 32-х или 64-х разрядный обмен данными (правда, насколько мне известно, 64-разрядная шина в настоящее время используется только в Alpha-системах и серверах на базе процессоров Intel Xeon, но, в принципе, за ней будущее). При этом для уменьшения числа контактов (и стоимости) используется мультиплексирование, то есть адрес и данные передаются по одним и тем же линиям
• Шина поддерживает метод передачи данных, называемый linear burst (метод линейных пакетов). Этот метод предполагает, что пакет информации считывается (или записывается) одним куском, то есть адрес автоматически увеличивается для следующего байта. Естественным образом при этом увеличивается скорость передачи собственно данных за счет уменьшения числа передаваемых адресов
• В шине PCI используется совершенно отличный от ISA способ передачи данных. Этот способ, называемый способом рукопожатия (handshake ), заключается в том, что в системе определяется два устройства: передающее (Iniciator ) и приемное (Target ). Когда передающее устройство готово к передаче, оно выставляет данные на линии данных и сопровождает их соответствующим сигналом (Iniciator Ready ), при этом приемное устройство записывает их (данные) в свои регистры и подает сигнал Target Ready , подтверждая запись данных и готовность к приему следующих. Установка всех сигналов производится строго в соответствии с тактовыми импульсами шины
• Относительная независимость отдельных компонентов системы. В соответствии с концепцией PCI передачей пакета данных управляет не CPU, а мост, включенный между ним и шиной PCI (Host Bridge Cashe/DRAM Controller ). Процессор может продолжать работу и тогда, когда происходит обмен данными с RAM. То же происходит и при обмене данными между двумя другими компонентами системы
• Низкая нагрузка на процессор. Эта особенность вытекает из предыдущей
• Частота работы шины 33 MHz или 66 MHz позволяет обеспечить широкий диапазон пропускных способностей (с использованием пакетного режима):
  • 132 МВ/сек при 32-bit/33 MHz
  • 264 MB/сек при 32-bit/66 MHz
  • 264 MB/сек при 64-bit/33 MHz
  • 528 МВ/сек при 64-bit/66 MHz

  При этом для работы шины на частоте 66 MHz необходимо, чтобы все периферийные устройства работали на этой частоте

• Поскольку шина процессора и шина расширения PCI соединены с помощью главного моста (Host Bridge ), то последняя может работать с CPU последующих поколений
• Полная поддержка multiply bus master (например, несколько контроллеров жестких дисков могут одновременно работать на шине)
• Поддержка 5V и 3.3V логики. Разъемы для 5 и 3.3V плат различаются расположением ключей
  

  Существуют и универсальные платы, поддерживающие оба напряжения. Заметим, что частота 66 MHz поддерживается только 3.3 V логикой

• Поддержка write-back и write-through кэша
• PCI приспособлена для распознавания аппаратных средств и анализа конфигурации системы в соответствии со стандартом Plug&Play, разработанным корпорацией Intel. Спецификация шины PCI определяет три типа ресурсов: два обычных (диапазон памяти и диапазон ввода/вывода, как их называет компания Microsoft) и configuration space - конфигурационное пространство. Оно состоит из трех регионов:
  • Заголовка, независимого от устройства (device-independent header region )
  • Региона, определяемого типом устройства (header-type region )
  • региона, определяемого пользователем (user-defined region )

  В заголовке содержится информация о производителе и типе устройства - поле Class Code (сетевой адаптер, контроллер диска, мультимедиа и так далее) и прочая служебная информация.

  Следующий регион содержит регистры диапазонов памяти и ввода/вывода, которые позволяют динамически выделять устройству область системной памяти и адресного пространства. В зависимости от реализации системы конфигурация устройств производится либо BIOS (при выполнении POST - Power On-Self Test ), либо программно. Базовый регистр expansion ROM аналогично позволяет отображать ROM устройства в системную память. Поле CIS (Card Information Structure ) pointer используется картами cardbus (PCMCIA). Последние 4 байта региона используются для определения прерывания и времени запроса/владения

• Спецификация шины позволяет комбинировать до восьми функций на одной карте (например, видео+звук и прочее)
• Шина позволяет устанавливать до 4 слотов расширения, однако возможно использование моста PCI to PCI для увеличения их количества
• PCI-устройства оборудованы таймером, который используется для определения максимального промежутка времени, в течении которого устройство может занимать шину
• При разработке шины в ее архитектуру были заложены передовые технические решения, позволяющие использовать шину в будущем и модернизировать ее

Назначение выводов 32-разрядного слота PCI (33 MHz)

Вывод	Сигнал (cторона пайки)	Сигнал (сторона монтажа)	Вывод	Сигнал (сторона пайки)	Сигнал (сторона монтажа)
1	TRST#	-12 V	48	GND	AD10
2	+12 V	TCK	49	AD09	GND
3	TMS	GND	50	GND/5 V	GND/5 V
4	TDI	TDO	51	GND/5 V	GND/5 V
5	+5 V	+5 V	52	C/BE0	AD08
6	INTA#	+5 V	53	+3.3 V	AD07
7	INTC#	INTB#	54	AD06	+3.3 V
8	+5 V	INTD#	55	AD04	AD05
9	Зарезервировано	PRSNT1#	56	GND	AD03
10	+5 V	Зарезервировано	57	AD02	GND
11	Зарезервировано	PRNST2#	58	AD00	AD01
12	GND/3.3 V	GND/3.3 V	59	+5 V	+5 V
13	GND/3.3 V	GND/3.3 V	60	REQ64#	ACK64#
14	Зарезервировано	Зарезервировано	61	+5 V	+5 V
15	RST#	GND	62	+5 V	+5 V
16	+5 V	CLK	63	GND	Зарезервировано
17	GNT#	GND	64	C/BE7#	GND
18	GND	REQ#	65	C/BE5#	C/BE6#
19	Зарезервировано	+5 V	66	+5 V	C/BE4#
20	AD30	AD31	67	PAR64	GND
21	+3.3 V	AD29	68	AD62	A63
22	AD28	GND	69	GND	A61
23	AD26	AD27	70	AD60	+5 V
24	GND	AD25	71	AD58	AD59
25	AD24	+3.3 V	72	GND	AD57
26	ISDEL	C/BE3#	73	AD56	GND
27	+3.3 V	AD23	74	AD54	AD55
28	AD22	GND	75	+5 V	AD53
29	AD20	AD21	76	AD52	GND
30	GND	AD19	77	AD50	AD51
31	AD18	+3.3 V	78	GND	AD49
32	AD16	AD17	79	AD48	GND
33	+3.3 V	C/BE2#	80	AD46	AD47
34	FRAME#	GND	81	GND	AD45
35	GND	IRDY#	82	AD44	GND
36	TRDY#	+3.3 V	83	AD42	AD43
37	GND	DEVSEL#	84	+5 V	AD41
38	STOP#	GND	85	AD40	GND
39	+3.3 V	LOCK#	86	AD38	AD39
40	SDONE	PERR#	87	GND	AD37
41	SBO#	+3.3 V	88	AD36	+5 V
42	GND	SERR#	89	AD34	AD35
43	PAR	+3.3 V	90	GND	AD33
44	AD15	C/BE1#	91	AD32	GND
45	+3.3 V	AD14	92	Зарезервировано	Зарезервировано
46	AD13	GND	93	GND	Зарезервировано
47	AD11	AD12	94	Зарезервировано	GND

В настоящее время используется 32-разрядная шина PCI, работающая на частоте 33 MHz, то есть самая медленная спецификация шины. Но уже сегодня получающихся при этом 132 Mb/s начинает нехватать (кстати, по скоростным показателям PCI сейчас висит на краю системы, как когда-то висела ISA). Поэтому вполне логично, что в ближайшем будущем будут использоваться более скоростные стандарты PCI. Скорее всего, это будет 33-мегагерцевая 64-разрядная шина, так как не все карты, предназначенные для работы на 33 мегагерцах, смогут работать на 66. То, что появится какой-нибудь новый стандарт, претендующий на место нынешней шины в наших компьютерах, маловероятно, во-первых, потому, что PCI получила за эти годы очень большую популярность, и мало кто захочет отказываться от тех PCI-устройств, которые уже выпущены и выпускаются в грандиозных количествах а, во-вторых, потому, что вряд ли Intel допустит появление на рынке конкурента (если, конечно, инициатива не будет исходить не от самой Intel, но это вряд ли). В общем, поживем еще немного - увидим, а сейчас давайте не будем делать каких-либо поспешных прогнозов.

Шина AGP

Получившая в последнее время большое распространение 3D-графика, а также все возрастающая нагрузка на PCI со стороны разных там жестких дисков, сетевых карт и других высокоскоростных устройств привели к тому, что пропускной способности локальной шины для удовлетворения всех этих требований начало явно недоставать. Казалось бы, вот вам простейшее решение: переходите на 66-мегагерцовую 64-разрядную шину PCI, так нет же. Intel на базе того же стандарта PCI R2.1 разрабатывает новую шину - AGP (1.0, затем 2.0), которая отличается от своего родителя в следующем:

• Шина способна передавать два блока данных за один 66 MHz цикл (AGP 2x)
• Устранена мультиплексированность линий адреса и данных (напомню, что в PCI для удешевления конструкции адрес и данные передавались по одним и тем же линиям)
• дальнейшая конвейеризация операций чтения/записи, по мнению разработчиков, позволяет устранить влияние задержек в модулях памяти на скорость выполнения этих операций

В результате пропускная способность шины была оценена в 500 МВ/сек, и предназначалась она 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.

Принципиально AGP - это вторая магистраль PCI, которая соединена с другими компонентами системы специальным мультимедиа-мостом (Multimedia Bridge ).

Парадокс в том, что видеокарты (точнее, их производители) все-таки предпочитают иметь больше памяти, и почти никто не хранит текстуры в оперативной памяти. Во первых, пока еще (но только пока) в современных приложениях не используются такие грандиозные по размеру текстуры, которые требовали бы чересчур много памяти. Во вторых, видеопамять быстро дешевеет и ее увеличение не сильно сказывается на стоимости видеокарты (сейчас карта с 64 Mb стоит почти столько же, как всего год-полтора назад стоила похожая карта с 32 Mb памяти). Хотя главная причина, очевидно, в том, что системная RAM имеет куда меньшее быстродействие, чем локальная видеопамять, и использовать все то, что может предоставить AGP, было бы вряд ли рационально, пусть даже от этого уменьшилась цена видеоадаптера. Тем не менее, все современные видеоккарты имеют интерфейс AGP, потому что, во первых, даже если не использовать прокачку текстур между системной памятью и видеоадаптером, при большой нагрузке на шину PCI со стороны периферии данные от различных устройств (например, процессора или платы видеомонтажа) могут не успевать поступать в видеокарту настолько быстро, насколько это нужно, и, во-вторых, бурно развивающиеся технологии 3D-графики скоро могут привести к тому, что текстуры перестанут помещаться в локальную видеопамять (если, конечно, в системе установлена не самая наворочанная видеоплата с большим объемом RAM). Да и потом, если учесть мощности современных CPU, шина PCI со своими 132 мегабайтами в секунду смотриться очень хило даже для простого обмена данными видеоконтроллера с центральным процессором и другими компонентами системы, так что появление в свое время AGP было действительно востребовано, а сейчас без этого интерфейса просто невозможно представить современный персональный компьютер.

Итак, начнем с самого 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 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 4 Кb, 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 путем использования специальной таблицы (Graphic Address Re-mapping Table или GART), расположенной в памяти.

Шина AGP полностью поддерживает операции шины PCI, поэтому AGP-трафик может представлять из себя 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, 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 дает пропускную способность шины в 1Gb/s. 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 приготовила новую спецификацию - AGP Pro - 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.

Вообще говоря, существует два типа карт AGP Pro - High Power и Low Power . Карты High Power могут потреблять от 50 до 110 W. 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).

Причем 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 незначительные ограничения:

• Не использовать для питания линии V I/O
• Не устанавливать линию M66EN (контакт 49В) в GND (что вполне естественно, так как это переводит шину PCI в режим 33 MHz)
• Подсистема PCI I/O должна разрабатываться под напряжение 3.3V c возможностью функционирования при 5 V
• Поддержка 64-разрядного или 66 MHz режимов не требуется

Карты Low Power могут потреблять 25-50 W, поэтому для обеспечения охлаждения спецификация требует наличия только одного свободного слота PCI.

Причем все retail-карты AGP Pro должны иметь специальную накладку шириной соответственно в 3 или 2 слота, из-за этого карта приобретает вид достаточно устрашающий.

В разъем AGP Pro, естественно, можно устанавливать и обычные карты AGP.

Где-то с начала 2001-го года слоты AGP Pro начал вытеснят обычный AGP на большинстве серьезных материнских плат - производители, видно, стали считать, что негоже делать дорогие продукты без поддержки новейших веяний в области компьютерных технологий. Вот только самих видеоплат, которые требовали бы этого разъема, не так-то много. Например, просмотрев прайсы нескольких весьма солидных фирм, торгующих компьютерными комплектующими, я так и не увидел нигде рядом с названием видеокарты соответствуюющей пометочки. Впрочем, это и не удивительно, так как новая спецификация рассчитана прежде всего на профессиональные графические станции, а не на обычный ширпотребный РС (о которых, собственно, и идет речь на страницах этого сайта). Хотя, с другой стороны, можно предположить, что по прошествии некоторого времени начнут активно выпускаться и обычные "пользовательские" карточки, так как при все большей мощности видеочипов и увеличения потребляемого ими тока действительно может потребоваться такое солидное охлаждение и питание - ведь вешают же сейчас на некотрые видеокарты чуть ли не килограммовые радиаторы с вентиляторными лопастями как у вертолета, и эти видеокарты часто не удается заставить сколь-либо нормально работать с дешевыми блоками питания мощностью менее 250 VA (в связи с этим, кстати, было даже как-то придумано решение оснащать плату собственным внешним блоком питания). Закрадывается мысль, что когда-нибудь компьютеры будут продаваться в комплекте с портативной атомной электростанцией, и в них будет использоваться система жидкостного охлаждения! Опять-таки, поживем - увидим.

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:

1. шина способна передавать два блока данных за один 66 MHz цикл (AGP 2x);
2. устранена мультиплексированность линий адреса и данных (напомню, что в PCI для удешевления конструкции адрес и данные передавались по одним и тем же линиям);
3. дальнейшая конвейеризация операций чтения/записи, по мнению разработчиков, позволяет устранить влияние задержек в модулях памяти на скорость выполнения этих операций.

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:

• Не использовать для питания линии V I/O;
• Не устанавливать линию M66EN (контакт 49В) в GND (что вполне естественно, так как это переводит шину PCI в режим 33 MHz).

При использовании слота для обмена по шине:

• Подсистема PCI I/O должна разрабатываться под напряжение 3.3V c возможностью функционирования при 5 V.

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.

Стандарты подключения устройств

Для подключения внутренних и внешних устройств к материнской плате используются следующие основные шины:

· шина AGP;

· шина USB;

· шина IEEE 1394 (FireWire);

Устройства внешней памяти подключаются к компьютеру с помощью интерфейсов IDE (ATA), SATA и eSATA.

Интерфейсы SCSI и SAS также используются для подключения устройств внешней памяти, однако к ним можно подключить и другие устройства.

Для беспроводного подключения устройств к компьютеру можно использовать и беспроводные порты: IrDA и Bluetooth.

Порт Ethernet можно использовать как для подключения некоторых видов устройств к компьютеру, так и для подключения компьютера к телекоммуникационной сети Ethernet.

Беспроводное подключение устройств к компьютеру можно выполнить и с помощью порта Wi-Fi. Этот порт позволяет также подключить компьютер к беспроводной сети Wi-Fi.

Некоторые интерфейсы и порты компьютера являются устаревшими, хотя они до сих пор входят в состав материнской платы. Это

· интерфейс FDD;

· параллельный порт;

· последовательный порт;

· порт PS/2;

· игровой порт.

Несмотря большую скорость шины PCI, ее возможностей становится недостаточно в условиях растущей нагрузки на видеосистему (видеокарту и монитор), поскольку реализация трехмерной графики и видео требует передачи больших объемов данных между монитором, процессором и оперативной памятью. Поэтому фирмой Intel в 1997 г. был разработан стандарт на шину AGP (Accelerated Graphics Port – ускоренный графический порт) – канал передачи данных между видеокартой и оперативной памятью на основе стандарта PCI. Этот стандарт предназначен для увеличения производительности компьютера при обработке трехмерных изображений без установки специализированных дорогостоящих видеокарт.

Поскольку шинаAGP 32-разрядная и ее тактовая частота равна тактовой частоте системной шины (66 МГц), то в стандартном режиме ее пропускная спо­собность, составляющая 266 Мб/с, в два раза превышает пропускную спо­собность шиныPCI.

Для повышения пропускной способности шины был разработан режим AGP2X (спецификация AGP 1.0), в котором данные передаются в два раза быстрее (532 Мбайт/с). Это дости­гается за счет воз­можности управления чтением/записью данных по фронтам и срезам такто­вых импульсов, что позволяет передавать два блока данных за один такт работы шины AGP.

В 1998 г. корпорация Intel разработала новую спецификацию (AGP 2.0) стандарта AGP – AGP4X. Реализация передачи четырех блоков данных за один такт привело к увеличению скорости передачи до 1 Гбайта/с.

Дальнейшим развитием стандарта AGP является режим AGP8X (спецификация AGP 3.0, принятая в 2002 г.), в котором скорость передачи увеличилась до 2 Гбайт/с за счет передачи восьми блоков данных за один такт.

Разъем AGP8X приведен на рис. ????.

Рис. ?????. Разъем AGP8X

Одной из основных особенностей стандарта AGP является способность раз­делить оперативную память между центральным процессором и видеоадаптером, т.е. обработка трехмерных изображений выполняется в оперативной памяти как центральным процессором, так и процессором в видеоадаптере.

В настоящее время корпорация Intel прекратила поддержку шины AGP, которая постепенно заменяется шиной PCI Express, хотя материнские платы и видеокарты с шиной AGP все еще выпускаются.

Стандарт на AGP был разработан фирмой Intel с для того, чтобы не меняя сложившийся стандарт на шину PCI, ускорить ввод/вывод данных в видеокарту и, кроме этого, увеличить производительность компьютера при обработке трехмерных изображений без установки дорогостоящих двухпроцессорных видеокарт с большими объемами как видеопамяти, так и памяти под текстуры, z-буфер и т.п.. Этот стандарт был поддержан большим количеством фирм, входящих в AGP Implementors Forum, организацию, созданную на добровольной основе для внедрения этого стандарта. Стартовая версия стандарта - AGP 1.0.

Конструктивное исполнение :

Отдельный слот с питанием 3.3 V, напоминающий слот PCI, но на самом деле никак с ним несовместимом. Обычная видеокарта не может быть установлена в этот слот и наооборот.

Принципы работы и основные преимущества AGP по сравнению с PCI :

1. Физические характеристики AGP по сравнению с PCI

Скорость передачи данных до 532 Mb/s, которая обусловлена частотой шины AGP 66 MHz, возможностью отмены механизма мультиплексирования шины адреса и данных (на PCI по одним и тем же физическим линиям сначала выдается адрес, а потом данные). Шина PCI имеет тактовую частоту 33 MHz и 32 разряда данных, поэтому может пропустить 33 000 000 х 4 байта = 132 Mb/s. AGP имеет частоту шины 66 MHz и ту же разрядность и в стандартном режиме (точнее - режим "1x") может пропустить 66 000 000 х 4 байта = 266 Mbytes/s. В режиме x1 в качестве строба используется сам сигнал тактовой частоты. Для повышения пропускной способности шины AGP в стандарт заложена возможность передавать данные с помощью дополнительных специальных сигналов, используемых как стробы, вместо сигнала CLK в обычном режиме (это режимы "2x" и "4х"). В режиме 2x пропускная способность становится тем самым 66 000 000 х 2 х 4 байта = 532 Mbytes/s. В режиме "4х" (введен в спецификации 2.0) пропускная способность возрастает соответственно, до 1064 Mbytes/s.

Кроме "классического" способа адресации как на PCI - сначала выставляется адрес, затем на тех же шинах появляются данные, в AGP может использоваться режим sideband addressing, называемый также "адресацией по боковой полосе", при котором шины адреса и данных разнесены и поэтому могут передаваться одновременно. Скорость обмена в режиме SBA существенно возрастает, так как ликвидируются временные затраты на передачу адреса по шине. При этом используются специальные, отсутствующие в PCI, сигналы адреса SBA (S ideB and A ddressing). В таблице ниже приведены результаты теста 3DMark99 для видеокарты ASUS V3400 TNT 16 MB SGRAM с включенным режимом SBA и без него.

Конвейрная обработка данных на AGP в отличии от PCI. Рисунок ниже показывает это наглядно:

Рисунок 1 . AGP против PCI. На PCI по выставленному адресу после задержки появляются данные. На AGP сначала выставляется пакет адресов, на которые следует ответ пакетом данных. (c) Intel Corporation

Основная обработка трехмерных изображений выполняется в основной памяти компьютера как центральным процессором, так и процессором видеокарты. Механизм доступа процессора видеокарты к памяти получил название DI rect M emory E xecute (DIME - непосредственное выполнение в памяти). Следует упомянуть, что сейчас не все видеокарты стандарта AGP поддерживают этот механизм. Некоторые карты пока имеют только механизм, аналогичный bus master на шине PCI, т.е. используются каналы DMA для быстрой перекачки даннных в видеокарту. Не следует путать этот принцип с UMA (Unified Memory Architecture), который используется в недорогих видеокартах, размещенных, как правило, на материнской плате (например, SP97-V фирмы ASUSTeK Computers). Основные отличия:

• Область основной памяти компьютера, которая может использоваться AGP картой (ее также называют "AGP память"), не заменяет память экрана. В UMA основная память используется как память экрана, а AGP память лишь дополняет ее.

  Пропускная способность памяти в UMA видеокарте меньше, чем для шины PCI.

Рисунок 2 . Структурная схема взаимодействия AGP карты и компьютера.

Для вычислений текстур привлекаются только центральный процессор и процессор видеокарты.

Центральный процессор записывает данные для видеокарты непосредственно в область обычной памяти, доступ к которой получает также и процессор видеокарты.

Выполняются только операции чтения/записи в память

Нет арбитража на шине (AGP порт всегда один) и временных затрат на него

2. Сравнение AGP и PCI видеокарт :

Реально AGP карта будет опережать обычную карту (если сравнивать карты с близкими по мощности видеопроцессорами) только на задачах обработки трехмерных изображений, требующих большого объема памяти для текстур (более 8 Mb). Надо понимать при этом, что собственно память компьютера должна быть не менее 32 MB, иначе AGP карте негде будет размещать текстуры.

Тесты различных карт, выполненные Tom Pabst осенью 1997 года, показали, что на обычных тестах практически никакой разницы между появившемися сейчас AGP картами и эталонной картой Matrox Millenium II нет. На трехмерных тестах разница есть, но не очень существенная. С тех пор много воды утекло и ситуация существенно изменилась, о чем и говорится далее.

Windows 95 OSR2 версии 2.5 уже достаточно полно поддерживает AGP и результаты трехмерных тестов для AGP опережают результаты для PCI, особенно при сценах с большими наборами текстур. На сайте Tom Pabst можно посмотреть их результаты. В Windows NT 4.0 поддержки AGP нет и только в версии NT 5.0 (Windows 2000) преимущества AGP можно будет использовать.

Стандарт AGP сам по себе не гарантирует роста производительности. Только в том случае, когда разработчик видеокарты (точнее, процессора видеокарты) использует все возможности шины, это дает прирост производительности. Например, видеокарта Matrox Millenium II AGP не поддерживает как DIME, так и режим "2x", поэтому практически невозможно найти приложение, под которым AGP вариант этой видеокарты будет как-то превосходить вариант PCI.

AGP видеокарта может существенно опередить такую же PCI видеокарту только в случае использования либо DMA и x2, либо DIME и x2. В режимах без x2 выигрыша практически нет. Проверить, в каком режиме работает видеокарта в компьютере, можно с помощью небольшой программы pcilist , которую можно переписать с сайта фирмы EnTech Taiwan.

Развитие AGP

1. AGP 2.0

В декабре 1997 года фирма Intel выпустила предварительную версию стандарта AGP 2.0, а в мае 1998 года окончательный вариант. Основные отличия от предыдущей версии:

Скорость передачи может быть увеличена еще в два раза по сравнению с 1.0 - этот режим получил название "4x" - и достигать значения 1064 MB/c.

Скорость передачи адреса в режиме "адресации по боковой полосе" также может быть увеличена еще в два раза

Добавлен механизм "быстрой записи" F ast W rite (FW ). Основная идея - запись данных/команд управления непосредственно в AGP устройство, минуя промежуточное хранение данных в основной памяти. Для устранения возможных ошибок в стандарт на шину введен новый сигнал WBF# (W rite B uffer F ull - буфер записи полон). Если сигнал активен, то режим FW невозможен.

Первые видеокарты, поддерживающие версию 2.0, появились в конце апреля 1999 года. По внешнему виду AGP разъема видеокарты можно легко определить наличие такой поддержки.

Вид на разъем видеокарты с AGP 1.0

Вид на разъем видеокарты с AGP 2.0

Как видно из фотографий, конструктивно разъемы отличаются дополнительной прорезью у AGP 2.0. Поскольку соответствующий разъем на материнской плате будет иметь пластиковую полосу в под вторую прорезь, плату с AGP 1.0 в такой разъем установить будет нельзя, а наооборот - без каких-либо проблем.

2. AGP Pro

В июле 1998 года Intel выпустила версию 0.9 спецификации на AGP Pro, существенно отличающейся конструктивно от AGP 2.0. Краткая суть отличий в следующем:

Изменен разъем AGP - добавлены выводы по краям существующего разъема для подключения дополнительных цепей питания 12V и 3.3V

Совместимость с AGP 2.0 только снизу вверх - платы с AGP 2.0 можно устанавливать в слот AGP Pro, но не наооборот.

AGP Pro предназначена только для систем с ATX форм-фактором. Установка плат AGP Pro в NLX системы не предусмотрена (слишком велик размер платы в AGP Pro).

Поскольку карте AGP Pro разрешено потребление до 110 Wt (!!), высота элементов на плате (с учетом возможных элементов охлаждения) может достигать 55 мм, поэтому два соседних слота PCI должны оставаться свободными. Кроме этого, два соседних слота PCI могут использоваться платой AGP Pro для своих целей.

С точки зрения схемотехники новая спецификация ничего не добавляет, кроме специальных выводов, сообщающих системе о потреблении платы AGP Pro.

Из рисунка видно, что размеры слота AGP Pro вызывают ностальгические воспоминания по концу 80-х годов, когда плата контроллера дисплея выглядела почти так же (хотя по толщине не была больше одного отсека). Конечно, спецификация на AGP Pro оговаривает максимальные габариты и токи потребления, но после ознакомления с ней в голову приходит крамольная мысль - а что Intel теперь считает основным процессором в компьютере?

AGP 8X

В ноябре 2000 года Intel выпустила предварительную версию (draft) следующего варианта AGP шины - 8X. Основная идея - увеличение полосы пропускания до 8х4=32 байт за один такт системной шины. Это означает, что скорость передачи данных на шине возрастет до 2-х Гигабайт в секунду. Как это получается, видно из рисунка ниже:

Кроме этого, в проект нового варианта шины заложены несколько принципиальных изменений, расширяющих возможности интерфейса AGP. Можно перечислить некоторые из них:

Понижение уровня напряжений сигналов на шине

Циклы калибровки

Динамическая инверсия шины

Поддержка изохронного режима передачи данных

Поддержка нескольких AGP 8X портов (ранее был возможен только один порт)

Новые регистры конфигурации для 8Х шины

Что дальше?

На самом деле с уменьшением стоимости синхронной памяти SDRAM (и ее разновидности - синхронной графической памяти SGRAM), а также еще более быстрой DDR DRAM перспективы AGP не так радужны, как в свое время казалось. Основная цель, которую преследовала Intel - создание дешевого эквивалента профессиональным видеокартам с большими объемами локальной памяти теряет смысл при низкой стоимости памяти. Значение полосы пропускания в платах стандарта AGP 2.0 (1 GB/s), которые еще только должны появиться, в 2 раза меньше реальной сегодняшней полосы пропускания для локальной SGRAM памяти, достигающей 2 GB/s. Поэтому увеличение тактовой частоты и разрядности шины PCI может свести на нет все преимущества AGP.
Другое дело, что AGP стал фактически единственным интерфейсом для видеокарт и только этот факт делает практически невозможным обратный переход к PCI, поэтому AGP развиваться будет и впредь, но как бы параллельно с развитием PCI.

Accelerated Graphics Port (AGP) - Ускоренный графический порт

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.