Вы нажимаете. Перетаскиваете. Отпускаете.
Открываются окна. Воспроизводятся фильмы. Видеоигры наполняют экран трехмерными мирами, которые кажутся живыми. Это цифровая среда, которую мы воспринимаем как должное. Сейчас это кажется нормальным. Но так было не всегда.
Сдвиг начался в 1973 году. Компания Xerox создала компьютер Alto. Это был первый компьютер с графическим пользовательским интерфейсом. До этого вы вводили команды на черном экране. Alto изменил способ взаимодействия людей с машинами. Он сделал компьютеры интуитивно понятными.
Сегодня почти все на ПК зависит от графики. Обработка текстов. Электронная почта. Анимация. Даже базовые задачи требуют визуальных подсказок. Для этого требуется аппаратное обеспечение. А именно видеокарта.
Но видеокарта бесполезна, если она не может быстро обмениваться данными с остальной системой. Важнее всего способ подключения. Здесь на сцену выходит Accelerated Graphics Port (AGP).
AGP предоставила видеокарте выделенную собственную полосу пропускания. Это была не просто небольшая доработка. Это было фундаментальное изменение в том, как данные перемещаются внутри компьютера. Это увеличило скорость. Улучшило качество изображения. Устранило узкое место, которое ограничивало производительность.
Давайте посмотрим, почему старый подход не работал и как AGP его исправил.
Узкое место шины PCI
Чтобы понять AGP, нужно понять, что было до нее: шину PCI.
PCI расшифровывается как Peripheral Component Interconnect (Интерконнект периферийных компонентов). Это был стандарт для подключения дополнительных карт к материнской плате. Звуковые карты. Сетевые адаптеры. Модемы. И, в конечном итоге, видеокарты.
Для простых задач она работала нормально. Но графика была другой.
Видеокартам требовалось огромное количество данных. Текстуры. Буферы кадров. 3D-модели. Им нужно было постоянно считывать данные из системной памяти и записывать их в собственную память карты.
Шина PCI была общей магистралью.
Когда вы запускаете игру или 3D-приложение, видеокарта должна конкурировать с другими устройствами за пропускную способность. Процессор общается с жестким диском. Сетевая карта отправляет электронные письма. Звуковая карта воспроизводит аудио. Все они делят одну шину PCI.
Это вызывало задержки. Видеокарте приходилось ждать. Она не могла получить необходимые данные в нужное время. Результат? Рывки. Низкая частота кадров. Рваный процесс.
Шина PCI была разработана для периферийных устройств общего назначения. Она не была создана для тяжелой работы по 3D-рендерингу.
«AGP была создана, потому что шина PCI просто не справлялась с требованиями современных графиков к объему данных».
Необходимость выделенной полосы
Инженеры поняли, что что-то должно измениться.
Им нужен был способ быстро передавать данные из системной памяти в видеокарту. Без заторов. Без ожидания.
Решением стала AGP.
Accelerated Graphics Port (Ускоренный графический порт) был представлен компанией Intel в 1996 году. Он был разработан специально для графики. Не как послеthought. Не как универсальный слот. А как специализированный канал.
AGP работала на более высокой частоте, чем PCI. Она использовала более широкую шину данных. И, что самое важное, она позволяла прямое выполнение операций с памятью (DME — Direct Memory Execution).
Прямое выполнение операций с памятью означало, что видеокарта могла напрямую обращаться к системной оперативной памяти. Ей не нужно было проходить через процессор. Ей не нужно было ждать, пока освободится шина PCI. Она забирала данные прямо из памяти.
Это снизило задержки. Увеличило пропускную способность.
Узкое место шины PCI
Шина Peripheral Component Interconnect (PCI) на протяжении многих лет являлась основой подключения периферийных устройств в настольных компьютерах. Она обслуживала всё: от звуковых карт до сетевых адаптеров. Данные передавались по этому единственному пути в виде пакетов. Процессор принимал их все и обрабатывал в очереди. Всё достаточно просто. Но было ли это эффективно? Не всегда.
К середине 90-х годов интернет становился всё более «тяжёлым». Программное обеспечение сбрасывало свою текстовую оболочку. 3D-графика перестала быть нишевым экспериментом. Она становилась центральной частью пользовательского опыта. Windows 95, ранние игры, инструменты для САПР — всё это требовало больше ресурсов от видеокарты.
Шина PCI не учитывала приоритеты. Она обрабатывала сетевой пакет так же, как и текстуру высокого разрешения. Видеокарта была вынуждена стоять в очереди. А ожидание убивало производительность. Частота кадров скакала. Текстуры загружались медленно. Система задыхалась от накопившихся задач.
Появление AGP
Intel предвидела эту пробку. Ей требовалась выделенная полоса для видеокарты, которая бы обходила общую загрузку шины PCI. Результатом стал Accelerated Graphics Port (AGP). Представленный в 1996 году, он был не просто ещё одним слотом. Это была полная архитектурная перестройка.
AGP предоставил графическому процессору (GPU) собственную скоростную магистраль к процессору и памяти. Больше не нужно было делиться пропускной способностью со звуковой картой или модемом. Прямой доступ означал более быструю доставку данных. Стало возможным рендеринг в реальном времени. Видеопоток, который раньше был дерганым кошмаром, начал выглядеть плавным.
Но дело было не только в скорости. Речь шла о приоритетах. Видеокарта теперь могла получать необходимые ресурсы тогда, когда они ей нужны. Шина PCI была оставлена для выполнения рутинных задач. Иерархия изменилась. Графика перестала быть второстепенной задачей и стала главным приоритетом.
Почему это имело значение
Этот сдвиг позволил компьютерам выполнять задачи, с которыми они ранее справлялись с трудом. Видеомонтаж стал возможным на потребительском оборудовании. 3D-игры переместились из аркадных залов в гостиные. Интернет, который раньше был статичным набором страниц, начал казаться динамичным.
AGP не просто улучшил производительность. Он открыл новую эру вычислительной техники. Эру, в которой важна визуальная точность. Эру, в которой экран — это не просто окно, а холст. Шина PCI не стала устаревшей в одночасье. Но её доминирование закончилось. Полоса была свободна. И трафик потёк.
AGP не просто внесла изменения в стандарт PCI. Она перестроила фундамент. Если PCI был общей магистралью, то AGP стал скоростной полосой. Она создала прямую выделенную связь между видеокартой и процессором. Никакие другие устройства не могли создавать помехи. Этот выделенный канал позволял системе получать сложные данные, необходимые для рендеринга, без ожидания в очереди. Результатом стала скорость. За ней последовала эффективность.
Как AGP решила проблему узкого места
Intel разработала AGP, чтобы устранить заторы, присущие PCI. Устранив узкие места, компьютер смог быстрее выполнять рендеринг графики и более экономно использовать системные ресурсы. Вот механика этого улучшения.
Выделленный порт означает изоляцию. Ничто другое не разделяет это соединение. Видеокарта работает на полную мощность, поскольку путь свободен. Никакое другое периферийное устройство не может замедлить её работу.
Конвейеризация (pipelining) меняет способ обработки пакетов данных. Вместо того чтобы ждать получения одной порции информации, прежде чем запрашивать следующую, видеокарта AGP запрашивает всё необходимое для изображения за один раз. Представьте, что вы заказываете полноценный обед сразу, а не просите хлеб, ждёте, затем суп, а потом основное блюдо. PCI заставлял ждать последовательно. AGP оптимизировала поток.
Боковая адресация (sideband addressing) — это то место, где достигается реальная экономия эффективности. В PCI адресная информация (отправитель и получатель) была встроена внутрь пакета данных. Это было похоже на то, как если бы почтовый адрес был приклеен к внутренней стороне конверта. Почтовой службе приходилось вскрывать его, чтобы узнать, куда он идёт. Это потребляло время и пропускную способность. AGP добавила восемь дополнительных линий для адресации. Адрес находился на внешней стороне. Остальная часть пропускной способности оставалась свободной для фактических данных. Системные ресурсы перестали тратить циклы на декодирование заголовков.
Проблема PCI: растрата оперативной памяти
В рамках стандарта PCI видеокарта не могла напрямую обращаться к собственной памяти для определённых операций. Ей приходилось использовать основную оперативную память системы в качестве буфера. Это было неэффективно. Процессор должен был управлять этим обменом данными. Это потребляло вычислительную мощность. Оно занимало системную память, которая могла бы использоваться приложениями. AGP устранила эту зависимость. Видеокарта стала выполнять больше собственной работы. Система стала работать «легче».
Текстурные карты — это незаслуженно забытые герои вашего экрана. Они превращают плоские, скучные полигоны в миры, по которым можно ходить. Но доставка этих изображений с жесткого диска на монитор всегда была логистическим кошмаром. AGP не просто ускорил этот путь; она полностью изменила правила игры.
Узкое место текстурных карт
Представьте текстурную карту как обертку для 3D-объекта. Ваш компьютер берет 2D-изображение и оборачивает им невидимые геометрические формы, создавая глубину. Если вы хотите кирпичную стену, видеокарта не моделирует каждый отдельный кирпич. Она просто оборачивает плоскую коробку картинкой кирпичей. Просто, верно?
Проблема заключается в хранении. Каждый раз, когда вы загружаете новую текстуру, она потребляет память. И на старых системах это использование памяти создает огромное узкое место.
Проблема двойного прохода через PCI
Со стандартной видеокартой PCI путь текстурной карты истощающий. Это двухэтапный танец, который тратит время и пропускную способность.
- Загрузка в системную оперативную память (RAM): Текстура начинается на вашем жестком диске. Сначала она загружается в основную системную память компьютера (RAM). Там она ждет.
- Обработка и передача: Когда видеокарте она нужна, процессор (CPU) забирает ее из оперативной памяти. Процессор обрабатывает данные, а затем отправляет их обратно через шину PCI.
- Сохранение во фреймбуфер: Только тогда текстура наконец достигает собственной видеопамяти (VRAM) видеокарты, а именно фреймбуфера. Фреймбуфер хранит отрендеренное изображение, чтобы карта могла постоянно обновлять экран.
Видите расточительность? Данные касаются системной памяти, затем процессора, затем шины, и только потом карты. Это как заказать пиццу, получить ее доставку в дом соседа, отвезти ее в свою кухню и только тогда начать есть. К тому времени, как она добирается, она уже остывает. И хуже того, это забивает всю систему. Другие программы не могут эффективно получать доступ к этой оперативной памяти, потому что видеокарта захватывает всю пропускную способность.
Прямая линия AGP
AGP изменила это, позволив видеокарте общаться напрямую с системной памятью без необходимости участия процессора в качестве посредника при каждой загрузке текстуры.
Вместо загрузки текстуры в оперативную память с последующей ее пересылкой на карту, AGP позволяет видеокарте напрямую обращаться к системной памяти. Карта может извлекать данные текстур прямо из RAM, когда это необходимо. Никакого узкого места на процессоре. Никакого двойного хранения.
Именно это мы называем улучшениями памяти AGP. Видеокарта может использовать часть вашей системной оперативной памяти в качестве расширения собственной видеопамяти. Это называется апертурной памятью. Речь идет не только о скорости; это об эффективности. Вы можете загружать более крупные текстуры с высоким разрешением, поскольку устраняется узкое место, связанное с перемещением данных туда-сюда.
Почему это важно для вас
Вам может быть все равно на архитектуру фреймбуфера, но вас беспокоит подергивание изображения. Когда игра загружает новую область, компьютер должен извлечь все текстуры для этой области с жесткого диска. На PCI это означает, что процессор занят, шина забита, и ваш компьютер может зависнуть на долю секунды, пока он выясняет, где находятся данные.
С AGP переход происходит более плавно. Видеокарта напрямую забирает то, что ей нужно.
Настоящая магия AGP заключается не только в скорости; она в том, как AGP «обманывает» систему, чтобы выполнить больше задач. Позволяя операционной системе динамически выделять обычную системную оперативную память для видеокарты, AGP создает так называемую AGP-память или нелокальную видеопамять.
Почему это важно? Потому что системная оперативная память значительно более объемна и часто быстрее, чем выделенная VRAM на видеокарте. Хранение текстурных карт в этом большом общем пуле означает, что видеокарте не нужно хранить каждое изображение в своей ограниченной памяти. Результат? Ваш компьютер может обрабатывать текстурные карты, значительно превышающие физические ограничения встроенной памяти видеокарты.
Трюк с GART
AGP экономит еще больше ресурсов благодаря хитроумному аппаратному решению. Каждая текстурная карта хранится в системе только один раз. Этим управляет функция чипсета, называемая Таблицей переназначения адресов графики (GART).
Суть трюка в следующем: GART берет конкретный фрагмент системной памяти, заимствованный AGP, и переназначает его адреса. Он передает процессору новый адрес, обманывая его так, чтобы тот поверил, что текстурная карта находится прямо в кадровом буфере видеокарты. На самом деле биты и части этой карты могут быть разбросаны по всей системной памяти. Но когда процессору нужны эти данные, ему не важно их физическое расположение. Он просто видит ожидаемый адрес.
Видеокарты AGP и стандарты
Долгое время AGP и видеокарты AGP были стандартом для обработки графики на персональных компьютерах. Как и любое оборудование, спецификации и технологии, лежащие в основе этих портов, постоянно развивались. Если вы изучаете историю этих спецификаций или ищете текущие цены на оборудование AGP, приведенные ниже отраслевые ресурсы предоставляют глубокий технический анализ.
Технические спецификации
- Intel: Страница технической информации Accelerated Graphics Port предлагает обширные сведения о проектировании, спецификации и руководства по технической реализации для AGP 2.0 и 3.0, включая полезное руководство для тех, кто хочет понять основы.
- nVidia: Чтобы узнать подробности об AGP 8X, ознакомьтесь с техническим бюллетенем на сайте nVidia. Он охватывает эволюцию этого нового стандарта AGP версии 3.0 с подробными спецификациями.
Рыночное ценообразование
- HowStuffWorks Shopper: Ресурс для проверки текущих цен и наличия видеокарт.
Дополнительное чтение
Если вы хотите понять более широкую экосистему, в которой работали эти карты, рассмотрите следующие связанные статьи:
— Как работает 3D-графика
— Как работают видеокарты
— Как работает PCI
— Как работает оперативная память
— Как работают микропроцессоры
Важные ссылки
- Sun Microsystems: Frame Buffer FAQ
- Краткое руководство по ускоренному графическому порту (AGP)
- AnandTech: В чем разница между AGP4X и AGP Pro?
- Tom’s Hardware Guide: Будущее обещание PCI Express для графики — 10 марта 2004 г.
