Du klickst. Du ziehst. Du fällst.
Fenster öffnen sich. Filme laufen. Videospiele füllen Ihren Bildschirm mit lebendigen 3D-Welten. Dies ist die digitale Umgebung, die wir für selbstverständlich halten. Es scheint jetzt normal zu sein. Das war nicht immer so.
Der Wandel begann 1973. Xerox baute den Alto. Es war der erste Computer mit einer grafischen Benutzeroberfläche. Zuvor haben Sie Befehle in einen schwarzen Bildschirm eingegeben. Der Alto veränderte die Art und Weise, wie Menschen mit Maschinen interagierten. Es machte Computer intuitiv.
Heutzutage basiert fast alles auf einem PC auf der Grafik. Textverarbeitung. E-Mail. Animation. Selbst grundlegende Aufgaben benötigen visuelle Hinweise. Dies erfordert Hardware. Konkret eine Grafikkarte.
Aber eine Grafikkarte nützt nichts, wenn sie nicht schnell genug mit dem Rest des Systems kommunizieren kann. Die Verbindungsmethode ist wichtig. Hier kommt Accelerated Graphics Port ins Spiel.
AGP gab der Grafikkarte eine eigene dedizierte Lane. Das war nicht nur eine Optimierung. Es war eine grundlegende Änderung in der Art und Weise, wie Daten durch einen Computer übertragen wurden. Es steigerte die Geschwindigkeit. Es hat die Optik verbessert. Dadurch wurde ein Engpass behoben, der die Leistung beeinträchtigte.
Schauen wir uns an, warum die alte Methode versagt hat und wie AGP das Problem behoben hat.
Der Engpass des PCI-Busses
Um AGP zu verstehen, muss man verstehen, was davor war: den PCI-Bus.
PCI steht für Peripheral Component Interconnect. Es war der Standard für den Anschluss von Zusatzkarten an ein Motherboard. Soundkarten. Netzwerkadapter. Modems. Und schließlich Grafikkarten.
Für einfache Aufgaben hat es gut funktioniert. Aber die Grafiken waren anders.
Grafikkarten benötigten riesige Datenmengen. Texturen. Frame-Puffer. 3D-Modelle. Sie mussten ständig aus dem Systemspeicher lesen und in den Speicher der Karte schreiben.
Der PCI-Bus war eine gemeinsame Autobahn.
Wenn Sie ein Spiel oder eine 3D-Anwendung ausführen, muss die Grafikkarte mit anderen Geräten um Bandbreite konkurrieren. Die CPU kommuniziert mit der Festplatte. Die Netzwerkkarte versendet E-Mails. Die Soundkarte spielt Audio ab. Sie nutzen alle dieselbe PCI-Pipeline.
Dies führte zu Verzögerungen. Die Grafikkarte musste warten. Es konnte die benötigten Daten nicht zum richtigen Zeitpunkt abrufen. Das Ergebnis? Stottern. Niedrige Bildraten. Ein unruhiges Erlebnis.
Der PCI-Bus wurde für Allzweck-Peripheriegeräte entwickelt. Es wurde nicht für die schwere Arbeit des 3D-Renderings entwickelt.
„AGP wurde entwickelt, weil der PCI-Bus einfach nicht mit den Datenanforderungen moderner Grafikkarten mithalten konnte.“
Die Notwendigkeit einer eigenen Spur
Den Ingenieuren wurde klar, dass sich etwas ändern musste.
Sie brauchten eine Möglichkeit, Daten schnell vom Systemspeicher auf die Grafikkarte zu übertragen. Ohne Stau. Ohne zu warten.
Die Lösung war AGP.
Accelerated Graphics Port wurde 1996 von Intel eingeführt. Er wurde speziell für Grafiken entwickelt. Nicht als nachträglicher Einfall. Nicht als generischer Slot. Als spezialisierter Kanal.
AGP lief mit einer höheren Frequenz als PCI. Es wurde ein breiterer Datenpfad verwendet. Und was am wichtigsten ist: Es ermöglichte die direkte Speicherausführung (Direct Memory Execution, DME).
Durch die direkte Speicherausführung konnte die Grafikkarte direkt auf den System-RAM zugreifen. Es musste nicht über die CPU gehen. Es musste nicht gewartet werden, bis der PCI-Bus frei war. Es hat Daten direkt aus dem Speicher abgerufen.
Dadurch wurde die Latenz reduziert. Es erhöhte die Bandbreite.
Der PCI-Engpass
Der Peripheral Component Interconnect (PCI)-Bus war jahrelang das Rückgrat der Desktop-Konnektivität. Es verarbeitete alles von Soundkarten bis hin zu Netzwerkadaptern. Daten wurden in Paketen über diesen einzelnen Pfad übertragen. Die CPU hat alles empfangen und in einer Warteschlange verarbeitet. Ganz einfach. Effizient? Nicht immer.
Mitte der 90er Jahre wurde das Internet immer umfangreicher. Software warf ihre textbasierte Hülle ab. 3D-Grafiken waren kein Nischenexperiment mehr. Sie wurden für das Benutzererlebnis immer zentraler. Windows 95, frühe Spiele, CAD-Tools – alles verlangte mehr von der Grafikkarte.
Dem PCI-Bus waren Prioritäten egal. Ein Netzwerkpaket wurde genauso behandelt wie eine hochauflösende Textur. Die Grafikkarte musste in der Schlange warten. Und das Warten tötete die Leistung. Die Bildraten stotterten. Texturen werden langsam geladen. Das System erstickte am Rückstand.
Geben Sie AGP ein
Intel sah den Stau kommen. Sie brauchten eine eigene Lane für die Grafikkarte. Eines, das die allgemeine Überlastung des PCI-Busses umgeht. Das Ergebnis war Accelerated Graphics Port (AGP). Es wurde 1996 eingeführt und war nicht nur ein weiterer Slot. Es war eine völlige architektonische Veränderung.
AGP gab der GPU eine eigene Schnellverbindung zur CPU und zum Speicher. Kein Teilen der Bandbreite mehr mit der Soundkarte oder dem Modem. Der direkte Zugriff bedeutete eine schnellere Datenbereitstellung. Echtzeit-Rendering wurde möglich. Das Streamen von Videos, einst ein unruhiger Albtraum, sah jetzt reibungslos aus.
Es ging jedoch nicht nur um Geschwindigkeit. Es ging um Priorität. Die Grafikkarte konnte sich nun das holen, was sie brauchte, und zwar dann, wenn sie es brauchte. Die alltäglichen Aufgaben wurden dem PCI-Bus überlassen. Die Hierarchie hat sich geändert. Die Grafik wurde von einem Nebengedanken zum Hauptanliegen.
Warum es wichtig war
Dieser Wandel ermöglichte es PCs, Dinge zu tun, mit denen sie zuvor Schwierigkeiten hatten. Die Videobearbeitung wurde auf Consumer-Hardware möglich. 3D-Spiele verlagerten sich von der Spielhalle ins Wohnzimmer. Das Internet, einst eine statische Ansammlung von Seiten, begann sich dynamisch anzufühlen.
AGP hat nicht nur die Leistung verbessert. Es ermöglichte eine neue Ära der Datenverarbeitung. Eines, bei dem es auf visuelle Wiedergabetreue ankam. Wo der Bildschirm nicht nur ein Fenster, sondern eine Leinwand war. Der PCI-Bus war nicht über Nacht veraltet. Aber seine Dominanz war vorbei. Die Fahrspur war frei. Und der Verkehr floss.
AGP hat nicht nur den PCI-Standard optimiert. Es wurde das Fundament wieder aufgebaut. Während es sich bei PCI um eine gemeinsame Autobahn handelte, handelte es sich bei AGP um eine Schnellstraße. Es wurde eine direkte Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen der Grafikkarte und der CPU hergestellt. Es könnten keine anderen Geräte stören. Dieser dedizierte Pfad bedeutete, dass das System die für das Rendering benötigten komplexen Daten abrufen konnte, ohne in der Schlange stehen zu müssen. Das Ergebnis war Geschwindigkeit. Effizienz folgte.
Wie AGP den Engpass löste
Intel hat AGP entwickelt, um die mit PCI verbundenen Staus zu beheben. Durch die Beseitigung der Engpässe könnte die Maschine Grafiken schneller rendern und die Systemressourcen schonender nutzen. Hier ist die Mechanik dieser Verbesserung.
Ein dedizierter Port bedeutet Isolation. Nichts anderes teilt diese Verbindung. Da der Weg frei ist, arbeitet die Grafikkarte auf Hochtouren. Kein anderes Peripheriegerät kann es bremsen.
Pipelining verändert die Art und Weise, wie Datenpakete verarbeitet werden. Anstatt auf eine Information zu warten, bevor sie nach der nächsten fragt, fordert die AGP-Karte alles, was sie für ein Bild benötigt, in einem einzigen Burst an. Stellen Sie sich das so vor, als würden Sie eine komplette Mahlzeit auf einmal bestellen, anstatt nach dem Brot zu fragen, zu warten, dann nach der Suppe und dann nach dem Hauptgericht. PCI hat dieses sequentielle Warten erzwungen. AGP optimierte den Ablauf.
Seitenbandadressierung ist der wahre Effizienzgewinn. Bei PCI wurden Adressinformationen („An“ und „Von“) im Datenpaket gebündelt. Es war, als würde man die Absenderadresse auf die Innenseite eines Umschlags kleben. Die Post musste es öffnen, um zu sehen, wohin es ging. Dies verbrauchte Zeit und Bandbreite. AGP fügte acht zusätzliche Zeilen für die Adressierung hinzu. Die Adresse stand außen. Der Rest der Bandbreite war für tatsächliche Daten frei. Die Systemressourcen verschwenden keine Zyklen mehr mit der Dekodierung von Headern.
Das PCI-Problem: RAM-Verschwendung
Unter PCI konnte die Grafikkarte für bestimmte Vorgänge nicht direkt auf ihren eigenen Speicher zugreifen. Es musste den Haupt-RAM des Systems als Puffer verwenden. Das war ineffizient. Die CPU musste diese Übertragung bewältigen. Es verbrauchte Rechenleistung. Es belegte Systemspeicher, der für Anwendungen hätte genutzt werden können. AGP hat diese Abhängigkeit entfernt. Die Grafikkarte bewältigte einen größeren Teil ihrer eigenen Arbeitslast. Das System fühlte sich leichter an.
Texturkarten sind die unbesungenen Helden Ihres Bildschirms. Sie verwandeln flache, langweilige Polygone in begehbare Welten. Aber diese Bilder von Ihrer Festplatte auf Ihren Monitor zu übertragen, war schon immer ein logistischer Albtraum. AGP hat die Straße nicht nur schneller gemacht; es hat die Spielregeln völlig verändert.
Der Texture-Map-Engpass
Stellen Sie sich eine Texturkarte als Geschenkpapier für ein 3D-Objekt vor. Ihr Computer nimmt ein 2D-Bild auf und umhüllt es mit unsichtbaren geometrischen Formen, um Tiefe zu erzeugen. Wenn Sie eine Ziegelmauer wünschen, modelliert die Karte nicht jeden einzelnen Ziegelstein. Es wickelt lediglich ein Bild von Ziegelsteinen um eine flache Schachtel. Ganz einfach, oder?
Das Problem ist die Lagerung. Jedes Mal, wenn Sie eine neue Textur laden, wird Speicherplatz beansprucht. Und auf älteren Systemen führt diese Speichernutzung zu einem massiven Engpass.
Das PCI-Double-Dip-Problem
Mit einer Standard-PCI-Grafikkarte ist der Weg einer Texturkarte anstrengend. Es ist ein zweistufiger Tanz, der Zeit und Bandbreite verschwendet.
- Laden in den System-RAM: Die Textur startet auf Ihrer Festplatte. Es wird zuerst in den Hauptsystemspeicher (RAM) Ihres Computers gezogen. Es sitzt da und wartet.
- Verarbeitung und Übertragung: Wenn die Grafikkarte es benötigt, greift die CPU es aus dem RAM. Die CPU verarbeitet die Daten und sendet sie dann über den PCI-Bus zurück.
- In Framebuffer speichern: Erst dann gelangt die Textur endgültig in den VRAM (Video-RAM) der Grafikkarte, genauer gesagt in den Framebuffer. Der Framebuffer speichert das gerenderte Bild, sodass die Karte den Bildschirm ständig aktualisieren kann.
Sehen Sie den Abfall? Die Daten berühren den Systemspeicher, dann die CPU, dann den Bus und schließlich die Karte. Es ist, als würde man eine Pizza bestellen, sie zum Haus des Nachbarn liefern lassen, sie in die Küche fahren und sie dann essen. Als es ankommt, ist es kalt. Und schlimmer noch, es verstopft das gesamte System. Andere Programme können nicht effizient auf diesen RAM zugreifen, da die Grafikkarte die Bandbreite beansprucht.
AGPs Direktleitung
AGP hat dies geändert, indem es der Grafikkarte ermöglicht hat, direkt mit dem Systemspeicher zu kommunizieren, ohne dass die CPU als Vermittler für jede einzelne Texturladung fungieren muss.
Anstatt die Textur in den RAM zu laden und sie dann auf die Karte zu übertragen, ermöglicht AGP der Grafikkarte den direkten Zugriff auf den Systemspeicher. Die Karte kann Texturdaten bei Bedarf direkt aus dem RAM abrufen. Kein CPU-Engpass. Keine Doppellagerung.
Das nennen wir AGP-Speicherverbesserungen. Die Grafikkarte kann einen Teil Ihres System-RAM als Erweiterung ihres eigenen Videospeichers nutzen. Dies wird als Blendenspeicher bezeichnet. Es geht nicht nur um Geschwindigkeit; es geht um Effizienz. Sie können größere Texturen mit höherer Auflösung laden, da der Engpass beim Hin- und Herschieben von Daten entfällt.
Warum es für Sie wichtig ist
Die Framebuffer-Architektur ist Ihnen vielleicht egal, aber das Stottern ist Ihnen wichtig. Wenn ein Spiel einen neuen Bereich lädt, muss der Computer alle Texturen für diesen Bereich von der Festplatte abrufen. Bei PCI bedeutet dies, dass die CPU ausgelastet ist, der Bus verstopft ist und Ihr Computer möglicherweise für den Bruchteil einer Sekunde einfriert, während er herausfindet, wo sich die Daten befinden.
Mit AGP ist der Übergang reibungsloser. Die Grafikkarte schnappt sich direkt, was sie braucht. Die
Die wahre Magie von AGP liegt nicht nur in der Geschwindigkeit; Es geht darum, wie es das System betrügt, um mehr zu erledigen. Indem AGP dem Betriebssystem erlaubt, im Handumdrehen regulären System-RAM für die Grafikkarte zuzuweisen, erstellt AGP einen sogenannten AGP-Speicher oder nicht-lokalen Videospeicher.
Warum ist das wichtig? Denn der System-RAM ist wesentlich umfangreicher und oft schneller als der dedizierte VRAM einer Grafikkarte. Durch das Speichern von Texturkarten in diesem größeren, gemeinsam genutzten Pool muss die Karte nicht jedes einzelne Bild in ihrem eigenen begrenzten Speicher horten. Das Ergebnis? Ihr Computer kann Texturkarten verarbeiten, die weit über die physischen Grenzen des integrierten RAM der Grafikkarte hinausgehen.
Der GART-Trick
AGP spart durch eine clevere Hardwaretechnik noch mehr Ressourcen. Es speichert jede Texturkarte nur einmal im System. Dies wird durch eine Chipsatzfunktion namens Graphics Address Remapping Table (GART) verwaltet.
Hier ist der Trick: GART nimmt den spezifischen Teil des Systemspeichers, den AGP leiht, und adressiert ihn neu. Es gibt der CPU eine neue Adresse und täuscht den Prozessor vor, die Texturkarte befinde sich genau dort im Framebuffer der Karte. In Wirklichkeit könnten die Teile dieser Karte über den gesamten System-RAM verstreut sein. Aber wenn die CPU diese Daten benötigt, ist ihr der physische Standort egal. Es sieht lediglich die Adresse, die es erwartet.
AGP-Grafikkarten und -Standards
AGP und AGP-Grafikkarten wurden lange Zeit zum Standard für die Grafikverarbeitung auf Personalcomputern. Wie bei jeder Hardware haben sich die Spezifikationen und die Technologie hinter diesen Ports ständig weiterentwickelt. Wenn Sie sich mit der Geschichte dieser Spezifikationen befassen oder nach aktuellen Preisen für AGP-Hardware suchen, bieten die folgenden Branchenressourcen ausführliche technische Informationen.
Technische Spezifikationen
- Intel: Die Seite mit den technischen Informationen zum Accelerated Graphics Port bietet ausführliche Designdetails, Spezifikationen und technische Implementierungsleitfäden für AGP 2.0 und 3.0, einschließlich eines hilfreichen Tutorials für diejenigen, die die Grundlagen verstehen möchten.
- nVidia: Einblicke in AGP 8X finden Sie in der technischen Kurzbeschreibung auf der Website von nVidia. Es behandelt die Entwicklung dieses neuen AGP-Standards der Version 3.0 mit detaillierten Spezifikationen.
Marktpreise
- HowStuffWorks Shopper: Eine Ressource zur Überprüfung der aktuellen Preise und Verfügbarkeit von Grafikkarten.
Weiterführende Literatur
Wenn Sie das breitere Ökosystem verstehen möchten, in dem diese Karten eingesetzt wurden, lesen Sie die folgenden Artikel:
– Wie 3D-Grafiken funktionieren
– Wie Grafikkarten funktionieren
– Wie PCI funktioniert
– Wie RAM funktioniert
– Wie Mikroprozessoren funktionieren
Wichtige Links
- Sun Microsystems: Häufig gestellte Fragen zum Frame-Puffer
- Die Schnellstart-Infoanleitung zum Accelerated Graphics Port (AGP)
- AnandTech: Was ist der Unterschied zwischen AGP4X und AGP Pro?
– Tom’s Hardware Guide: Das Zukunftsversprechen von PCI Express für die Grafik – 10. März 2004
