1. Įvadas
Magistralė – komunikacijos linija jungianti du ar daugiau kompiuterio įtaisus. Pagrindinis magistralės bruožas – bendroji duomenų perdavimo terpė. Magistralė jungia daugybę įtaisų, ir signalas, kurį siunčia vienas įtaisas, gali būti priimtas visų prie magistralės prijungtų įtaisų. Jei du įtaisai siųs signalus, jų signalai sutaps laike ir bus iškraipyti. Taigi vienu laiko momentu signalus gali siųsti tik vienas įtaisas.
Daugeliu atveju magistralę sudaro daugybė komunikacijos linijų. Kiekviena linija signalai siunčiami dvejetainės formos. Linijas sujungus į visumą, dvejetainiai skaičiai gali skaičiai gali būti siunčiami vienu metu t.y. lygiagrečiai.
Kompiuteryje turime kelias skirtingas magistrales, užtikrinančias ryšį tarp skirtingų kompiuterio hierarchijos struktūros lygio komponenčių. Magistralė jungianti pagrindines kompiuterio komponentes (CPĮ, atmintį, Į/I įrenginius) vadinama sistemine magistrale. Apibendrintą kompiuterio jungimų tarpusavio struktūrą sudaro viena ar kelios sisteminės magistralės.
2. Magistralės struktūra
Dažniausiai sisteminę magistralę sudaro nuo 50 iki 100 laidininkų. Kiekvienas laidininkas atlieka skirtingą funkciją. Nepaisant to, kad yra daug magistralių tipų, kiekvienoje iš jų laidininkai gali būti grupuojami į tris funkcines laidininkų grupes:
– adresų,
– duomenų,
– valdymo linijos.
Be šių dar gali būti maitinimo linijų, reikalingų maitinti prie magistralės prijungtiems moduliams.
Adresų linijomis nurodomas duomenų magistralėje esančios informacijos šaltinis ir imtuvas. Duomenų magistralės plotis lemia didžiausią galimą kompiuterio sistemos atminties talpą. Be to, adresų linijos dar naudojamos Įvesties/ išvesties prievadams adresuoti.
Duomenų linijomis vyksta keitimasis duomenimis tarp kompiuterio modulių. Šių laidininkų visuma vadinama duomenų magistrale. Laidininkų skaičius nusako magistralės plotį (skiltiškumą). Kiekvienu laidininku tam tikru laiko momentu gali siunčiamas tik vienas bitas, todėl laidininkų skaičius parodo kiek duomenų galima siųsti vienu metu. Duomenų magistralės plotis yra svarbus parametras, lemiantis visos kompiuterinės sistemos pajėgumą.
Valdymo magistralė kontroliuoja kreiptis į duomenų ir adresų linijas ir šių linijų naudojimą.
3. Magistralių hierarchija
Jungiant į magistralę daugiau įrenginių nukenčia jos pajėgumas. Tai yra dėl dviejų priežasčių:
1. Kuo daugiau įrenginių sujungta į magistralę tuo didesnė signalų delsa. Delsą lemia laikas per kurį tam tikras įrenginys koordinuoja naudojimąsi magistrale. Kai magistralės valdymas dažnai pereina nuo vieno įrenginio kitam, ši delsa gali labai paveikti bendrą našumą.
2. Magistralė gali tapti kompiuterio silpnąja vieta, jeigu keitimosi duomenimis intensyvumas viršys magistralės galimybes. Šią problemą iš dalies galima išspręsti didinant duomenų siuntimo intensyvumą ir taikant platesnes magistrales. Tačiau keitimosi duomenimis, kuriuos generuoja į magistralę įjungti įrenginiai, tempai labai spartėja ir galiausiai nebebus užtikrinamas atitinkamas našumas.
Siekiant spręsti šias problemas daugelyje sistemų naudojamos kelios magistralės. Yra tam tikra jų hierarchija. Dauguma kompiuterizuotų sistemų naudoja keliais magistrales. 2.1 pav. Yra keturios magistralės – lokalioji magistralė, PCI, AGP ir ISA.
3.1 pav. Magistralių hierarchijos pavyzdys
4. AGP magistralės veikimo principai
AGP magistralė buvo sukurta kaip aukšto našumo grafinė jungtis. Ši jungtis išvengia PCI magistralės silpnųjų vietų, ir turi tiesioginį ryšį su pagrindine atmintimi. Naujoji AGP 3.0 specifikacija papildyta 8x rūšimi, kuri leidžia padvigubinti maksimalų siunčiamų duomenų persiuntimą palyginus su ankstesniu 4x, per vieną magistralės ciklą persiunčiamas dvigubai didesnis duomenų kiekis. 4.1 pav. matome grafinių jungčių pralaidumų didėjimą nuo PCI jungties iki AGP 8x. Čia AGP 1x, AGP 2x, AGP 4x ir AGP 8x pristato duomenų persiuntimo greičius.
4.1 pav.: Skirtingų jungčių duomenų pralaidumo būdai
4.1 AGP 3.0 jungties savybės
• Naujas 8x duomenų persiuntimo būdas, padvigubinantis pralaidumą iki 2.1GB/s.
• Nauja signalų siuntimo schema su keliais invertuotais signalais ir mažu įtampos svyravimu.
• Naudojamas šoninis adresavimas, siekiant geresnio duomenų magistralės išnaudojimo.
• Įjungiama kalibravimo schema, gerinanti signalo kokybę.
• Dinaminė magistralės inversija, triukšmų mažinimui.
• Asinchroninis veikimo būdas įgalinantis nenutrūkstamą duomenų siuntimą tinkamą video srautams.
4.2 Suderinamumas su AGP 4x
• AGP 8x yra suderinama su AGP 4x jungtimi.
• Tinka tie patys AGP 4x laidininkai, tik pridėta keletas signalinių jungčių AGP 8x palaikymui.
• Naudojama ta pati jungtis kaip ir AGP 4x.
• Suderinama su AGP 4x ir AGP Pro maitinimo schema.
• motinines plokštės gali palaikyti abudu AGP 4x ir AGP 8x tipus.
4.3 Pagrindinės plokštės su AGP 8x architektūra
4.2 pav. matome subalansuotos pagrindinės plokštės architektūros pavyzdį. Aštuntos generacijos AMD Athlon™ procesorius su pagrindine plokšte sujungtas per AMD-8151™ HyperTransport AGP 3.0 grafinį tunelį. 6.4GB/s pilnas pralaidumas iš CPĮ į HyperTransport modulį įgalina AGP 8x ir kitus sisteminius
Į/I modulius pasiekti optimalų našumą.
4.2 pav.: subalansuota pagrindinė plokštė su AGP 8x lizdu.
4.4 AK grafinės sistemos evoliucija
Kad suprastume AGP grafikos privalumus ir naudą, reikia suprasti problemas kurios buvo sprendžiamos besivystant AGP technologijai. 4.3 pav. matome grafinės sistemos architektūrą sukurtą PCI magistralės pagrindu. Čia grafinė sistema patalpinta PCI magistralėje. Atkreipkite dėmesį kad PCI grafinis adapteris turi savyje integruotą video atmintį. Nors praeityje toks techninis sprendimas pasiteisino, atsirado keletas problemų kurios paskatino AGP grafikos atsiradimą:
1. Patobulinti grafines sistemos atmintį yra brangu, nes papildomi atminties moduliai turi būti pridėti į grafinę plokštę, arba turi būti keičiama pati plokštė.
2. Kadangi grafiniai duomenys, tokie kaip tekstūros yra saugomi pagrindinėje atmintyje, tai PCI magistralėje esanti grafinė plokštė juos gali pasiekti tik per PCI magistralę. Kreiptis tų duomenų reikia dažnai, nes pati grafinė plokštė turėdavo nedaug savos atminties. Taigi grafinė plokštė turi konkuruoti su kitais PCI magistralės moduliai dėl magistralės užimtumo ir pralaidumo.
3. Ir jeigu grafikos plokštė dažnai kreipiasi į PCI magistralę tada kiti magistralės periferiniai įrenginiai ,,badauja”.
4.3 pav.: Senesnio tipo pagrindinė plokštė naudojanti PCI magistralę grafikos apdorojimui.
4.4 ir 4.5 paveikslėliuose matome kaip AGP technologija išsprendžia problemas kilusias esant PCI magistralės grafikos plokštei. Šiuo atvejų AGP magistralė priklauso jau sistemos kontroleriui. AGP plokštė naudojasi 66 MHz PCI magistralės protokolu ir dar šoninio adresavimo galimybe siųsti komandas iš grafikos plokštės į AGP loginį įrenginį esantį Šiauriniame tilte. Šiaurinis tiltas priima skaitymo/ rašymo ir kitų komandų užklausas (naudoja buferius) tam kad įgalintų apsikeitimą duomenimis ir komandomis tarp AGP įrengininio ir sistemos kontrolerio, pilnu greičiu ir dar tuo pat metu keistųsi duomenimis tarp sistemos kontrolerio ir DDR atminties modulių.
4.4pav.: AMD-762™ sisteminis kontroleris ir AGP grafinė sistema. Vaizduojamas pagrindinės atminties naudojimas grafinėms operacijoms.
Sistemų pavyzdžiai parodyti 4.4 ir 4.5 paveikslėliuose duoda tokią naudą:
• Vietinė AGP sistemos architektūra siūlo svarbius našumo patobulinimus palyginus su PCI magistralės pagrindu veikusią grafinę sistemą.
• AGP architektūra leidžia AGP grafinei sistemai matyti ir naudoti pagrindinę atmintį taip tarsi tai būtų jos pačios integruota atmintis – tai reiškia kad AGP plokštė dalinasi sistemine atmintimi. AGP grafinė plokštė nejaučia skirtumo tarp jos pačios ir pagrindinės atminties, visa atmintis atrodo kaip jos, vietinė. Galinis vartotojas gali didinti grafinės sistemos našumą įdėdamas papildomą pagrindinę atmintį vietoj to, kad papildytų brangią grafinę atmintį.
• Grafinė sistema jau nebeturi konkuruoti dėl PCI magistralės pralaidumo kad pasiektų duomenis iš pagrindinės atminties. Tai leidžia grafiniai sistemai dirbti pilnu greičiu, beveik neturint pertraukčių iš kitų sistemos komponentų. Tai padidina visos sistemos konkurencingumą – reiškia kad procesorius, AGP grafinė sistemą, PCI magistralės įrenginiai gali veikti nepriklausomai vienas nuo kito ir konkurencingiau, taip didindami bendrą sistemos našumą.
• PCI magistralės įrenginiai gali laisvai naudotis PCI magistrale, jiems nereikia ,,rungtis” su grafiniu adaptoriumi dėl magistralės. Taip PCI magistralė atsilaisvino nuo grafinės sistemos, padidėjo jos pasiekiamumas.
4.5 pav.: Aukšto lygio AGP prievado diagrama. Matome magistralės architektūrą ir Šiaurinio tilto komponentus.