INTERFATA AGP - Principiul interfetei AGP

INTERFATA AGP

Principiul interfetei AGP

AGP (Accelerated Graphics Port) este o interconexiune pentru acceleratoarele grafice din sistemele utilizate pentru aplicatii grafice 3D si pentru redarea secventelor video. Utilizatorii calculatoarelor PC pot beneficia prin utilizarea interfetei AGP de aplicatii grafice si video disponibile in prealabil numai pe statiile de lucru performante.

Noile aplicatii grafice 3D impun cerinte riguroase pentru calculatoarele PC, care cuprind necesitatea unor calcule geometrice mai rapide si a unor texturi mai detaliate. Cu toate ca procesoarele performante sunt adaptate pentru a executa calcule geometrice complexe intr-un mod eficient, iar generatia actuala de controlere grafice poate implementa o mare varietate de efecte grafice, dimensiunea crescuta a texturilor a devenit o problema importanta. Exista aplicatii grafice care utilizeaza peste 20 MB pentru o singura textura. Memoria video poate fi extinsa pentru a satisface aceste cerinte, dar o asemenea solutie este costisitoare. A doua problema este rata de transfer a magistralei PCI. Controlerele grafice trebuie sa incarce in prealabil texturile din memoria sistemului in memoria video. Deoarece dimensiunea texturilor a crescut, magistrala PCI a inceput sa devina congestionata. Problema este chiar mai acuta in cazul aplicatiilor care implica redarea secventelor video. Solutia firmei Intel la aceste probleme a fost realizarea interfetei AGP ca o conexiune separata de magistrala sistem. Aceasta interfata imbunatateste performantele sistemului punand la dispozitie o cale rapida intre controlerul grafic si memoria sistemului. Aceasta cale permite controlerului grafic sa realizeze accesul la texturi direct in memoria sistemului in timpul redarii imaginilor grafice, in loc sa le incarce in prealabil in memoria video locala (figura 2.1).

Setul de circuite AGP realizeaza legatura dintre procesor (cuprinzand memoria sa cache L2 integrata), memoria sistemului, adaptorul grafic si magistrala PCI. Sistemul de operare poate rezerva in mod dinamic segmente din memoria sistemului pentru a fi utilizate de controlerul grafic. Aceasta memorie este numita memorie AGP. Ca urmare, controlerul grafic poate pastra un numar mai mic de texturi in memoria video locala. Aceasta permite rezolutii mai mari ale ecranului si elimina restrictia de dimensiune pe care memoria video locala o impune asupra texturilor. Astfel, aplicatiile pot utiliza texturi de dimensiuni mult mai mari, imbunatatind realismul si calitatea imaginilor.

Figura 2.1. Schema unui sistem cu o interfata AGP.

In plus, noua cale elimina de pe magistrala PCI traficul intens necesar transferului datelor grafice si video. Descarcarea datelor grafice si a celor video de pe magistrala PCI permite conectarea altor dispozitive rapide pe magistrala.

AGP este un port si nu o magistrala, deoarece la o magistrala se pot conecta mai multe dispozitive, in timp ce AGP este o conexiune punct la punct intre adaptorul video si procesorul sistemului.

AGP este o interfata de 64 biti care poate functiona la frecventa magistralei sistem, spre deosebire de magistrala PCI care functioneaza, de obicei, la jumatatea acestei frecvente. Aceasta inseamna ca la o placa de baza obisnuita, interfata AGP functioneaza la 66 MHz in locul frecventei de 33 MHz a magistralei PCI. Astfel, rata de transfer se dubleaza. In plus, interfata are avantajul ca nu trebuie sa partajeze rata de transfer cu alte dispozitive PCI.

Specificatiile AGP se bazeaza pe extensia de 64 de biti a specificatiilor PCI 2.1, care descriu si un mod de lucru cu o frecventa de 66 MHz, a carei implementare este insa destul de rara. Interfata AGP este implementata cu un conector similar celui utilizat pentru magistrala PCI, cu 32 de linii pentru adrese si date multiplexate. Exista 8 linii suplimentare pentru adresarea secundara, descrisa in sectiunea urmatoare. Placile de baza AGP au un singur conector de extensie pentru adaptorul video AGP, avand de obicei cu un conector PCI mai putin.

Exista mai multe cerinte pentru ca un sistem sa poata utiliza avantajele interfetei AGP

O placa de baza cu un set de circuite AGP;

Un sistem de operare cu drivere pentru interfata AGP (Windows 98/Me/2000/XP);

Drivere speciale ale adaptorului video pentru interfata AGP, care pot utiliza modurile de    transfer imbunatatite ale acesteia.

Moduri de transfer a datelor

Pe langa dublarea frecventei magistralei, specificatiile AGP definesc un mod de transfer 2X, care utilizeaza un protocol special pentru a permite transmiterea unui volum dublu de date la aceeasi frecventa de ceas. Cresterea vitezei este obtinuta prin transferarea datelor atat pe frontul crescator, cat si pe cel descrescator al semnalului de ceas de 66 MHz. Rezultatul este ca performantele se dubleaza din nou, rata de transfer la varf fiind de 528 MB/s. Rata de transfer efectiva variaza la diferite sisteme si aplicatii, dar de obicei sistemele pot atinge in jur de 50-80% din valorile la varf in cazul transferurilor prelungite.

Pentru cresterea intervalului de timp in care poate fi mentinuta rata de transfer la varf, interfata AGP utilizeaza doua tehnici: transferuri in modul pipeline si tehnica de adresare secundara sideband addressing"). In modul pipeline, accesul la memorie si la magistrala pentru o cerere n se suprapune cu generarea cererilor urmatoare (n n+2 etc.). Prin utilizarea tehnicii pipeline, rata de transfer sustinuta poate ajunge la 80% din rata de transfer la varf.

Desi atat interfata AGP, cat si magistrala PCI permit transferuri in mod exploziv (elemente multiple de date transferate in mod continuu ca raspuns la o singura cerere), asemenea transferuri nu schimba natura de tip non-pipeline a magistralei PCI. Spre deosebire de interfata AGP, in cazul magistralei PCI, cererea n+1 nu poate incepe pana cand nu se termina transferul de date al cererii n (figura 2.2).

Figura 2.2. Accesul la memorie in cazul magistralei PCI si a interfetei AGP

Pentru adresarea secundara, interfata AGP utilizeaza 8 linii suplimentare de adrese. Acestea    permit controlerului grafic sa transmita noi adrese si cereri simultan cu transferurile de date pe liniile principale de adrese/date ca urmare a cererilor anterioare. Se pot transmite astfel pana la 32 de comenzi succesive. Dupa specificatiile initiale ale interfetei AGP, Intel a elaborat specificatiile 2.0 ale acestei interfete. Acestea definesc un nou mod de transfer 4X, care permite patru transferuri de date in fiecare ciclu de ceas. Rata de transfer maxima teoretica intre adaptorul grafic si memoria sistemului ajunge astfel la 1,05 GB/s. Aceasta rata de transfer este superioara decat cea a memoriei SDRAM de 100 MHz, care este de 800 MB/s. De aceea, pentru a se putea beneficia de rata de transfer a interfetei AGP 4X, este necesara o memorie SDRAM de 133 MHz, DDR SDRAM sau Rambus DRAM. Versiunea 2.0 a interfetei AGP functioneaza la tensiunea de 1,5 V, spre deosebire de versiunea initiala, care functiona la 3,3 V.

Versiunea curenta a specificatiilor AGP este 3.0. Aceasta versiune introduce un mod de transfer 8X, cu o rata de transfer maxima de 2,1 GB/s, fiind posibila si utilizarea modului 4X. La interfata AGP 3.0 s-a pastrat acelasi conector, dar au fost adaugate unele semnale suplimentare si un nou protocol electric al semnalelor. Tensiunea de alimentare este de 0,8 V. Compatibilitatea cu versiunea 2.0 se poate asigura cu o placa de baza universala, care permite utilizarea ambelor protocoale electrice, 2.0 si 3.0.

Maparea memoriei AGP

Memoria AGP consta din zone alocate in mod dinamic ale memoriei sistemului, pe care controlerul grafic le poate accesa rapid, ca si cum aceste zone ar fi situate in memoria video. Viteza de acces se datoreaza setului de circuite AGP al sistemului, set necesar pentru utilizarea interfetei AGP.

Aceste circuite translateaza adresele, permitand controlerului grafic si programelor acestuia sa observe un spatiu contiguu in memoria sistem, chiar daca acest spatiu este distribuit in blocuri de dimensiuni mici. Astfel, controlerul grafic poate accesa structuri de date cu dimensiuni mari, de exemplu o harta de biti a unei texturi, ca o singura entitate. Circuitul incorporat este numit GART (Graphics Address Remapping Table), cu functii similare circuitelor de paginare din UCP.

Adresele virtuale liniare ale procesorului sunt translatate de circuitele sale de paginare in adrese fizice. Aceste adrese fizice sunt utilizate pentru accesul la memoria sistemului. Accesurile UCP la memoria video si memoria AGP utilizeaza aceleasi adrese ca si cele utilizate de controlerul grafic.

De aceea, sistemul de operare seteaza circuitele de paginare ale UCP astfel incat sa nu translateze adresele virtuale in adrese fizice pentru aceste memorii.

Pentru accesul la memoria AGP, controlerul grafic si UCP utilizeaza o fereastra contigua de cativa MB. Circuitul GART translateaza insa adresele din aceasta fereastra in diferite adrese, eventual disjuncte, ale unor pagini de 4 KB din memoria sistem. Dispozitivele PCI care realizeaza accesul la fereastra memoriei AGP (de exemplu, pentru capturarea imaginilor video) utilizeaza de asemenea circuitul GART.

Avantajele interfetei AGP

Principalele avantaje ale interfetei AGP sunt rezumate in continuare.

Rata de transfer mai ridicata. Rata de transfer la varf este de 2-4 ori mai mare decat cea a magistralei PCI, datorita modului pipeline, adresarii secundare si a transferurilor de date care au loc atat pe frontul crescator, cat si pe cel descrescator al semnalului de ceas.

Redarea directa a texturilor din memoria sistemului. Interfata AGP permite accesul direct cu viteza ridicata la memoria sistemului de catre controlerul grafic, in locul incarcarii prealabile a texturilor in memoria video locala.

Grafica de calitate mai ridicata. Se pot utiliza texturi cu dimensiuni foarte mari si nivele de detaliere ridicate.

Costuri mai reduse. Prin minimizarea necesarului de memorie video, interfata AGP contribuie la reducerea costurilor noilor sisteme.

Congestie mai redusa pe magistrala PCI. Interfata AGP functioneaza concurent cu si independent de cele mai multe tranzactii de pe magistrala PCI.