21. Основные характеристики шин agp, pci-Express (ev6, Hyper Transport.)

EV-6 – системная шина. Работает на частоте 333 MHz, что обеспечивает ей пропускную способность 2.6 GBps. Cпецификация EV-6 не определяет специальной шины для обмена с кэшем L2, разработчики могут добавлять ее при необходимости. EV-6, в общем-то, не является шиной в привычном понимании этого слова. На системной шине Socket 7 "висит" собственно процессор (или процессоры в многопроцессорных системах), кэш L2, системная память, шина PCI и, если она присутствует в системе, шина AGP. Архитектура Р6 отличается только тем, что с системной шины "сняли" кэш L2, выделив для него специальную 64-разрядную шину. EV-6 же представляет собой просто 64-битный канал обмена между процессором и чипсетом. Каждый процессор в многопроцессорной системе должен иметь свою шину EV-6. Обмен с системной памятью, PCI и AGP осуществляется чипсетом, причем каждая шина может работать на своей частоте.

Шина HyperTransport – это высокоскоростной интерфейс типа «точка-точка», обладающий малыми задержками и предназначенный для повышения скорости соединения между встроенными узлами в компьютерах, серверах, встроенных системах, сетевом и телекоммуникационном оборудовании.

Основные плюсы – это предоставление большей, нежели у существующих решений, пропускной способности; малое время отклика и число требуемых проводников; поддержка совместимости с действующими шинами и возможность расширения для новых сетевых шин; небольшое повышение производительности периферии и прозрачность для ОС.

Шина HyperTransport совместима с такими шинами, как PCI, PCI-X, USB, FireWire, AGP 8x, InfiniBand, SPI, и Gigabit Ethernet. Начиная с версии HT 2.0, появилась совместимость с PCI Express, то есть PCI-E можно теперь просто реализовать посредством интерфейса HT.

Шина HyperTransport изначально разрабатывалась в качестве универсальной высокоскоростной шины, поэтому в нее закладывались такие характеристики, чтобы стандарт был конкурентоспособными в как можно большем количестве сфер применения.

Высокоскоростная шина для связи процессора с устройствами ввода-вывода и другими процессорами в системе – одно из таких применений. Именно для этого AMD начинала разработки. Результат оправдал ожидания – скорости шины в 3.2 ГБ/с хватало более чем. Причиной тому стал перенос северного моста в процессор, и, как следствие, отдельная шина для памяти. Фактически шин было теперь две, одна – для памяти, главного потребителя пропускной способности, вторая – для всего остального. Стоит ли говорить, что из-за этого, несмотря на неизменную пропускную способность (EV6 при частоте 200 МГц также имеет ПС в 3200 МБ/с), шина на скорость системы никак не влияла. Даже заметное (до двух с лишним раз) снижение пропускной способности HT оказывало влияние менее 1%. Это весьма красноречиво показывает потенциал масштабируемости.

Шина HT все чаще применяется для связи мостов в чипсете. Поскольку NVIDIA является одним из членов консорциума HT, то вполне логичным кажется шаг по внедрению HT в данном качестве – зачем разрабатывать свою шину, когда есть готовая? К тому же это сильно облегчает создание плат для процессоров AMD, поскольку нет нужды делать какую-либо конвертацию сигналов из одного формата в другой. Конечно, сама AMD также использует для соединения мостов шину HyperTransport там, где необходимо использовать несколько чипов.

Во второй версии скорость была увеличена еще больше, а также добавлена поддержка PCI-E, что упростило вопрос выбора между шинами. В процессорах Opteron шина служит для связи процессоров между собой и реализации архитектуры NUMA – non-uniform memory architecture, неоднородной архитектуры памяти. Речь идет о возможности чтения данных из чужой оперативной памяти. Например, когда один процессор хочет считать данные, находящиеся в оперативной памяти второго, данные передаются по шине, соединяющей процессоры. Скорость эта немалая и составляет примерно половину от скорости при работе со «своей» памятью. С помощью технологии HORUS interconnect от компании Newisys эту концепцию удалось расширить до уровня, применяемого при построении кластерных систем.

AGP

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 (SideBand Addressing). 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:

Основная обработка трехмерных изображений выполняется в основной памяти компьютера как центральным процессором, так и процессором видеокарты. Механизм доступа процессора видеокарты к памяти получил название DIrect Memory Execute (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.

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

PCI Express, или PCIe, или PCI-E (также известная как 3GIO for 3rd Generation I/O; не путать с PCI-X и PXI) — компьютерная шина, использующая программную модель шины PCI и высокопроизводительный физический протокол, основанный на последовательной передаче данных.

Развитием стандарта PCI Express занимается организация PCI Special Interest Group.

В отличие от шины PCI, использовавшей для передачи данных общую шину, PCI Express, в общем случае, является пакетной сетью с топологией типа звезда, устройства PCI Express взаимодействуют между собой через среду, образованную коммутаторами, при этом каждое устройство напрямую связано соединением типа точка-точка с коммутатором.

Кроме того, шиной PCI Express поддерживается:

горячая замена карт;

гарантированная полоса пропускания (QoS);

управление энергопотреблением;

контроль целостности передаваемых данных.

Разработка стандарта PCI Express была начата фирмой Intel после отказа от шины InfiniBand. Официально первая базовая спецификация PCI Express появилась в июле 2002 года.

Шина PCI Express нацелена на использование только в качестве локальной шины. Так как программная модель PCI Express во многом унаследована от PCI, то существующие системы и контроллеры могут быть доработаны для использования шины PCI Express заменой только физического уровня, без доработки программного обеспечения. Высокая пиковая производительность шины PCI Express позволяет использовать её вместо шин AGP и тем более PCI и PCI-X. Ожидается, что PCI Express заменит эти шины в персональных компьютерах.

Описание протокола

Для подключения устройства PCI Express используется двунаправленное последовательное соединение типа точка-точка, называемое lane; это резко отличается от PCI, в которой все устройства подключаются к общей 32-разрядной параллельной двунаправленной шине.

Соединение между двумя устройствами PCI Express называется link, и состоит из одного (называемого x1) или нескольких (x2, x4, x8, x12, x16 и x32) двунаправленных последовательных соединений lane. Каждое устройство должно поддерживать соединение x1.

На электрическом уровне каждое соединение использует низковольтную дифференциальную передачу сигнала (LVDS), приём и передача информации производится каждым устройством PCI Express по отдельным двум проводникам, таким образом, в простейшем случае, устройство подключается к коммутатору PCI Express всего лишь четырьмя проводниками.

Использование подобного подхода имеет следующие преимущества:

карта PCI Express помещается и корректно работает в любом слоте той же или большей пропускной способности (например, карта x1 будет работать в слотах x4 и x16);

слот большего физического размера может использовать не все lane'ы (например, к слоту x16 можно подвести линии передачи информации, соответствующие x1 или x8, и всё это будет нормально функционировать; однако, при этом необходимо подключить все линии «питание» и «земля», необходимые для слота x16).

В обоих случаях, на шине PCI Express будет использовать максимальное количество lane'ов доступных как для карты, так и для слота. Однако это не позволяет устройству работать в слоте, предназначенном для карт с меньшей пропускной способностью шины PCI Express. Например, карта x4 физически не поместится в стандартный слот x1, несмотря на то, что она могла бы работать в слоте x4 с использованием только одного lane. На некоторых материнских платах можно встретить нестандартные слоты x1 и x4, у которых отсутствует крайняя перегородка, таким образом, в них можно устанавливать карты большей длины чем разъем. При этом не обеспечивается питание и заземление выступающей части карты, что может привести к различным проблемам.

PCI Express пересылает всю управляющую информацию, включая прерывания, через те же линии, что используются для передачи данных. Последовательный протокол никогда не может быть заблокирован, таким образом задержки шины PCI Express вполне сравнимы с таковыми для шины PCI (заметим, что шина PCI для передачи сигнала о запросе на прерывание использует отдельные физические линии IRQ#A, IRQ#B, IRQ#C, IRQ#D).

Во всех высокоскоростных последовательных протоколах (например, гигабитный Ethernet), информация о синхронизации должна быть встроена в передаваемый сигнал. На физическом уровне, PCI Express использует метод канального кодирования 8B/10B (8 бит в 10-и, избыточность 20%) для устранения постоянной составляющей в передаваемом сигнале и для встраивания информации о синхронизации в поток данных. В PCI Express 3.0 используется более экономное кодирование 128b/130b с избыточностью 1,5%.

Некоторые протоколы (например, SONET/SDH) используют метод, который называется скремблинг (англ. scrambling) для встраивания информации о синхронизации в поток данных и для "размывания" спектра передаваемого сигнала. Спецификация PCI Express также предусматривает функцию скремблинга, но скремблинг PCI Express отличается от такового для SONET.