Stiskněte. Drag and drop. Necháš jít.
Otevřená okna. Filmy se přehrávají. Videohry zaplňují obrazovku trojrozměrnými světy, které vypadají jako živé. Je to digitální prostředí, které považujeme za samozřejmost. Teď to vypadá normálně. Ale nebylo tomu tak vždy.
Posun začal v roce 1973. Xerox vytvořil počítač Alto. Byl to první počítač s grafickým uživatelským rozhraním. Předtím jste zadávali příkazy na černé obrazovce. Alto změnil způsob, jakým lidé komunikují se stroji. Udělal počítače intuitivní.
Dnes je na PC téměř vše závislé na grafice. Zpracování textu. E-mail. Animace. I základní úkoly vyžadují vizuální podněty. To vyžaduje hardware. Konkrétně grafická karta.
Grafická karta je ale k ničemu, pokud neumí rychle komunikovat se zbytkem systému. Nejdůležitější je způsob připojení. Zde vstupuje do hry Accelerated Graphics Port (AGP).
AGP dal grafické kartě vlastní vyhrazenou šířku pásma. Nebyla to jen malá úprava. To byla zásadní změna ve způsobu, jakým se data přesouvala v počítači. Tím se zvýšila rychlost. Vylepšená kvalita obrazu. Vyřešeno úzké místo, které omezovalo výkon.
Podívejme se, proč starý přístup nefungoval a jak jej AGP opravil.
Úzké místo sběrnice PCI
Abyste porozuměli AGP, musíte pochopit, co tomu předcházelo: sběrnici PCI.
PCI je zkratka pro Peripheral Component Interconnect. To byl standard pro připojení dalších karet k základní desce. Zvukové karty. Síťové adaptéry. Modemy. A nakonec grafické karty.
Pro jednoduché úkoly to fungovalo dobře. Ale grafika byla jiná.
Grafické karty vyžadovaly obrovské množství dat. Textury. Rámové vyrovnávací paměti. 3D modely. Potřebovali neustále číst data ze systémové paměti a zapisovat je do vlastní paměti karty.
Sběrnice PCI byla běžná sběrnice.
Když spustíte hru nebo 3D aplikaci, musí grafická karta soutěžit s ostatními zařízeními o šířku pásma. Procesor komunikuje s pevným diskem. Síťová karta odesílá e-maily. Zvuková karta přehrává zvuk. Všechny sdílejí jednu sběrnici PCI.
To způsobilo zpoždění. Grafická karta musela počkat. Nemohla získat data, která potřebovala ve správný čas. Výsledek? Blbci. Nízká snímková frekvence. Potrhaný proces.
Sběrnice PCI byla navržena pro univerzální periferní zařízení. Nebyl navržen pro náročné 3D renderování.
“AGP byl vytvořen, protože sběrnice PCI jednoduše nezvládla požadavky na objem dat moderní grafiky.”
Potřeba vyhrazené šířky pásma
Inženýři si uvědomili, že se musí něco změnit.
Potřebovali způsob, jak rychle přenést data ze systémové paměti na grafickou kartu. Žádné zácpy. Žádné čekání.
Řešením byl AGP.
Accelerated Graphics Port byl představen společností Intel v roce 1996. Byl navržen speciálně pro grafiku. Ne jako dodatečná myšlenka. Ne jako univerzální slot. Ale jako specializovaný kanál.
AGP běžel na vyšší frekvenci než PCI. Používala širší datovou sběrnici. A hlavně umožňoval přímé operace s pamětí (DME – Direct Memory Execution).
Přímé operace s pamětí znamenaly, že grafická karta mohla přímo přistupovat k systémové paměti RAM. Nepotřebovalo to jít přes procesor. Nemusela čekat, až se PCI sběrnice uvolní. Brala data přímo z paměti.
Tím se snížilo zpoždění. Zvýšená propustnost.
Úzké místo sběrnice PCI
Sběrnice PCI (Peripheral Component Interconnect) je již mnoho let páteří periferní konektivity ve stolních počítačích. Obsluhoval vše od zvukových karet po síťové adaptéry. Data byla přenášena touto jedinou cestou ve formě paketů. Zpracovatel je všechny přijal a zpracoval ve frontě. Je to docela jednoduché. Ale bylo to účinné? Ne vždy.
V polovině 90. let byl internet stále těžší. Software se zbavoval svého textového obalu. 3D grafika již není specializovaným experimentem. Stala se ústřední součástí uživatelské zkušenosti. Windows 95, rané hry, nástroje CAD – to vše vyžadovalo více zdrojů z grafické karty.
Sběrnice PCI nebrala v úvahu priority. Síťový paket zpracoval stejným způsobem jako texturu s vysokým rozlišením. Grafická karta byla nucena stát ve frontě. A čekání zabilo produktivitu. Snímková frekvence vyskočila. Textury se načítají pomalu. Systém se dusil nahromaděnými úkoly.
Vznik AGP
Intel tento zásek předvídal. Potřebovala vyhrazený pruh pro grafickou kartu, který by obcházel celkové zatížení sběrnice PCI. Výsledkem byl Accelerated Graphics Port (AGP). Představený v roce 1996 to nebyl jen další slot. Jednalo se o kompletní architektonickou rekonstrukci.
AGP poskytlo grafickému procesoru (GPU) vlastní vysokorychlostní dálnici k procesoru a paměti. Už nebylo potřeba sdílet šířku pásma se zvukovou kartou nebo modemem. Přímý přístup znamenal rychlejší doručování dat. Vykreslování v reálném čase bylo možné. Videostream, který býval trhavou noční můrou, začal vypadat hladce.
Nebylo to ale jen o rychlosti. Bylo to o prioritách. Grafická karta nyní může přijímat potřebné zdroje, když je potřebuje. Sběrnice PCI byla ponechána pro běžné úkoly. Změnila se hierarchie. Grafika již není dodatečným nápadem a stala se nejvyšší prioritou.
Proč na tom záleželo
Tento posun umožnil počítačům provádět úkoly, se kterými se dříve potýkaly. Střih videa se stal možným na spotřebním vybavení. 3D hry se přesunuly z arkád do obývacích pokojů. Internet, který byl kdysi statickou sbírkou stránek, se začal zdát dynamický.
AGP nezlepšilo jen výkon. Zahájil novou éru výpočetní techniky. Éra, ve které záleží na vizuální přesnosti. Éra, ve které obrazovka není jen okno, ale plátno. Sběrnice PCI nezastarala přes noc. Její nadvláda je ale u konce. Jízdní pruh byl volný. A doprava začala plynout.
AGP nezměnilo jen standard PCI. Obnovila základ. Jestliže PCI byla veřejná dálnice, pak se AGP stal rychlým pruhem. Vytvořilo přímé vyhrazené spojení mezi grafickou kartou a procesorem. Žádná jiná zařízení nemohou rušit. Tento vyhrazený kanál umožnil systému přijímat komplexní data potřebná pro renderování bez čekání ve frontě. Výsledkem byla rychlost. Následovala efektivita.
Jak AGP vyřešil problém úzkých míst
Intel vyvinul AGP, aby odstranil úzká místa spojená s PCI. Odstraněním úzkých míst byl počítač schopen rychleji vykreslovat grafiku a efektivněji využívat systémové prostředky. Zde jsou mechanismy tohoto vylepšení.
Vyhrazený port znamená izolaci. Nic jiného toto spojení nesdílí. Grafická karta běží na plnou kapacitu, protože cesta je volná. Žádné jiné periferní zařízení jej nemůže zpomalit.
Zřetězení mění způsob zpracování datových paketů. Namísto čekání na doručení jedné informace před vyžádáním další si grafická karta AGP vyžádá vše potřebné pro obraz najednou. Představte si, že si hned objednáte plnohodnotné jídlo, než abyste požádali o chléb, čekali, pak polévku a pak hlavní chod. PCI mě nechal čekat postupně. AGP optimalizovalo tok.
Adresování v postranním pásmu je místo, kde je dosaženo skutečných úspor účinnosti. V PCI byly informace o adrese (odesílatel a příjemce) zabudovány do datového paketu. Bylo to, jako by poštovní adresa byla nalepena na vnitřní straně obálky. Poštovní služba ho musela otevřít, aby zjistila, kam míří. To spotřebovalo čas a šířku pásma. AGP přidal osm dalších adresovacích řádků. Adresa byla na vnější straně. Zbytek šířky pásma byl ponechán volný pro aktuální data. Systémové prostředky již neplýtvají cykly dekódování hlaviček.
Problém PCI: plýtvání RAM
V rámci standardu PCI nemohla grafická karta pro určité operace přímo přistupovat k vlastní paměti. Musela použít hlavní RAM systému jako vyrovnávací paměť. Bylo to neúčinné. Tuto komunikaci musel zvládnout procesor. To spotřebovávalo výpočetní výkon. Zabíralo to systémovou paměť, kterou mohly používat aplikace. AGP tuto závislost odstranil. Grafická karta začala dělat více vlastní práce. Systém začal fungovat „jednodušeji“.
Mapy textur jsou nezaslouženě zapomenutí hrdinové vaší obrazovky. Proměňují ploché, nudné polygony ve světy, kterými můžete procházet. Ale dostat tyto obrázky z pevného disku na monitor byla vždy logistická noční můra. AGP věci nejen urychlila; zcela změnila pravidla hry.
Úzké hrdlo mapy textur
Mapu textur si představte jako obal pro 3D objekt. Váš počítač pořídí 2D obraz a obalí jej kolem neviditelných geometrických tvarů, aby vytvořil hloubku. Pokud chcete cihlovou zeď, grafická karta nesimuluje každou jednotlivou cihlu. Jednoduše obalí plochou krabici obrázkem cihel. Jednoduché, že?
Problém je skladování. Pokaždé, když načtete novou texturu, spotřebovává paměť. A na starších systémech toto využití paměti vytváří obrovské úzké hrdlo.
Problém s dvojitým průchodem PCI
U standardní PCI grafické karty se cesta texturové karty vyčerpává. Je to tanec ve dvou krocích, který plýtvá časem a šířkou pásma.
- Načítání do systémové paměti RAM (Random Access Memory): Textura se spustí na vašem pevném disku. Nejprve se načte do hlavní systémové paměti (RAM) počítače. Tam čeká.
- Zpracování a přenos: Když to grafická karta potřebuje, procesor (CPU) si to vezme z RAM. Procesor data zpracovává a poté je posílá zpět přes sběrnici PCI.
- Ukládání do framebufferu: Teprve poté se textura konečně dostane do vlastní video paměti (VRAM) grafické karty, konkrétně do framebufferu. Framebuffer ukládá vykreslený obraz, takže karta může neustále aktualizovat obrazovku.
Vidíte tu extravaganci? Data se dotknou systémové paměti, poté procesoru, poté sběrnice a teprve poté karty. Je to jako objednat si pizzu, nechat si ji dovézt sousedovi domů, vzít si ji do kuchyně a teprve začít jíst. Než tam dorazí, už vychladla. A co je horší, ucpává celý systém. Jiné programy nemají k této paměti RAM efektivní přístup, protože grafická karta zatěžuje celou šířku pásma.
Přímá linka AGP
AGP to změnilo tím, že umožnilo grafické kartě komunikovat přímo se systémovou pamětí, aniž by bylo nutné, aby procesor fungoval jako prostředník při každém načtení textury.
Namísto nahrání textury do RAM a následného odeslání na kartu umožňuje AGP grafické kartě přímý přístup do systémové paměti. Karta může v případě potřeby načítat data textur přímo z paměti RAM. Žádné úzké hrdlo CPU. Žádné dvojité úložiště.
Tomu říkáme vylepšení paměti AGP. Grafická karta může využívat část vaší systémové RAM jako rozšíření vlastní video paměti. Říká se tomu paměť clony. Nejde jen o rychlost; jde o efektivitu. Můžete načíst větší textury s vysokým rozlišením, protože je eliminováno úzké hrdlo při přesunu dat tam a zpět.
Proč je to pro vás důležité?
Možná vás nezajímá architektura framebufferu, ale znepokojuje vás chvění obrazu. Když hra načte novou oblast, počítač musí načíst všechny textury pro tuto oblast z pevného disku. Na PCI to znamená, že procesor je zaneprázdněn, sběrnice je ucpaná a váš počítač může na zlomek sekundy zamrznout, zatímco zjišťuje, kde jsou data.
S AGP je přechod plynulejší. Grafická karta si přímo vezme to, co potřebuje.
Skutečné kouzlo AGP není jen rychlost; jde o to, jak AGP oklame systém, aby udělal více věcí. Tím, že umožňuje operačnímu systému dynamicky přidělovat běžnou systémovou RAM grafické kartě, vytváří AGP to, co se nazývá paměť AGP nebo nelokální video paměť.
Proč je to důležité? Protože systémová RAM je výrazně větší a často rychlejší než dedikovaná VRAM na grafické kartě. Uložení map textur v tomto velkém sdíleném fondu znamená, že grafická karta nemusí ukládat každý obrázek do své omezené paměti. Výsledek? Váš počítač dokáže zpracovat texturové mapy daleko za fyzickými omezeními vnitřní paměti grafické karty.
GART trik
AGP šetří ještě více zdrojů díky chytrému hardwarovému řešení. Každá mapa textur je v systému uložena pouze jednou. To je řízeno funkcí čipové sady zvanou Graphics Address Remapping Table (GART).
Trik je v tomto: GART vezme konkrétní část systémové paměti vypůjčené AGP a znovu přiřadí její adresy. Dává procesoru novou adresu, čímž ho oklame, aby uvěřil, že mapa textur je umístěna přímo ve vyrovnávací paměti snímků grafické karty. Ve skutečnosti mohou být bity a části této mapy rozptýleny v systémové paměti. Když ale procesor tato data potřebuje, nestará se o jejich fyzické umístění. Vidí jen očekávanou adresu.
Grafické karty a standardy AGP
Po dlouhou dobu byly grafické karty AGP a AGP standardem pro zpracování grafiky na osobních počítačích. Jako každé zařízení se specifikace a technologie za těmito porty neustále vyvíjely. Ať už zkoumáte historii těchto specifikací nebo hledáte aktuální ceny hardwaru AGP, níže uvedené průmyslové zdroje poskytují hloubkovou technickou analýzu.
Technické specifikace
- Intel: Stránka technických informací Accelerated Graphics Port nabízí rozsáhlé informace o návrhu, specifikace a technické implementační příručky pro AGP 2.0 a 3.0, včetně užitečného tutoriálu pro ty, kteří chtějí porozumět základům.
- nVidia: Další informace o AGP 8X najdete v technickém bulletinu na webu nVidia. Pokrývá vývoj tohoto nového standardu AGP verze 3.0 s podrobnými specifikacemi.
Tržní ceny
- HowStuffWorks Shopper: Zdroj pro kontrolu aktuálních cen a dostupnosti grafických karet.
Další čtení
Pokud chcete porozumět širšímu ekosystému, ve kterém tyto karty fungovaly, zvažte následující související články:
– Jak funguje 3D grafika
– Jak fungují grafické karty
– Jak funguje PCI
– Jak funguje RAM
– Jak fungují mikroprocesory
Důležité odkazy
- Sun Microsystems: Frame Buffer FAQ
- Rychlý průvodce portem Accelerated Graphics Port (AGP)
- AnandTech: Jaký je rozdíl mezi AGP4X a AGP Pro?
– Tom’s Hardware Guide: The Future Promise of PCI Express for Graphics – 10. března 2004
