Priepustnosti PCI, PCI-E a AGP

V dnešnej dobe sa v hojnej miere začal rozširovať nový druh prepojenia PC komponentov a to je PCI-E bus. Jeho snahou je vytlačiť zo všetkých počítačov staršie typy zariadení. Než ale kúpite dosku zvážte či vám to naozaj stojí za to.

Typy "klasického" PCI slotu.

PCI 2.1
tento štandard pracuje na frekvencii 33 mhz a prepustí 133mb/s
PCI 2.2
dovoluje 66mhz pri 3.3 voltoch(requires 3.3 volt signalling) a jeho priepustnosť je 266mhz.
PCI 2.3
rovnnaký ako predchádzajúci model ale už nedokáže pracovať s 5 voltami
PCI 3.0 detto

Vzhladom na verziu a vek vašej dosky môže mať rozličná doska rôznu priepustnosť.

Vezmime si na mušku nejaké zariadenie schopné túto kapacitu naplniť. Ak pracujete s PCI2.1 slotom a máte k dispozícii SCSI 160 radič môže sa vám stať že táto karta na plnej rýchlosti bude nabúravať iné procesy ktoré pracujú na PCI slote.

Pokial máte TV tuner a preženiete cez SCSI disk dáta ak radič aj rozhranie bežia na 160 mb/s môže sa stať že dôjde k rozbitiu obrazu na TV tuneri pokial disk pracuje.

Riešením je bud použiť funkciu v biose "PCI bus Timeout" ktorá spomaluje moc rýchle procesy (ale zároveň znižuje výkon celého systému), alebo znížiť trasfer rate na SCSI karte na 80mb/s čo ale môže ovplyvniť rýchlejšie disky.

Pokial ale máte PCI slot s lepšou priepustnosťou - 266mb/s tak váš pci bus bude fungovať bez problému.

Prejdime teraz k AGP slotu

AGP 1x
je úplne prvý štandard. pracoval na 66 mhz a dosahoval priepustnosť 266mb/s
AGP 2x, 4x, 8x
všetky tieto štandardy plne kopírovali fungovanie AGP1x s tým že sa pridávalo viac ciest cez ktoré dáta tiekli a menila sa voltáž. Nie všetky karty môžu pracovať na každom AGP slote. ich priepustnosť rástla na 533,1066 a 2133mb/s

Vezmime si na mušku zariadenia. AGP bol prvý druh slotu ktorý potreboval viac než 133mb/s. U agp2x ešte bolo jasne cítiť že dátové toky využívajú túto kapacitu, ale u vyšších rýchlostí agp si už mnoho užívatelov určite všimlo že vyššia rýchlosť slotu už neprináša výsledky vo výkone stroja.

je to spôsobené bud parametrami CPU a GPU, alebo tým faktom že prenosy dát medzi RAM a Video RAM sú velmi malé (napríklad u kariet s dostatkom videopamäte)

Paradoxom je že ak keď sa grafické kapacity týchto slotov bežne nedajú dosiahnuť vývoj je už omnoho viac vpredu a ponúka ešte širšie priepustnosti.

PCI-E

Rýchlosť tohoto slotu je definovaná jeho tvarom a ničím iným. Každé PCI-E zariadenie môže využívať ku komunikácii viac ciest na karte. čím viac ciest a čím dlhší je konektor tým viac dát cez slot pretečie.

čo možno neviete je že ak máte PCI-E 16x slot aký sa bežne používa na grafické karty tak do toho istého slotu môžete použiť PCI-E kartu menších rozmerov (napr kartu určenú pre PCI-E 1x)

PCI-E 1x
Priepustnosť 266mb/s

PCI-E 4x, 8x, 12x, 16x, 32x
priepustnosť 1064mb/s až 8512 mb/s

tento typ slotu je velmi zaujímavo technicky riešený pretože ak nemáte dostatok slotov na malé karty môžte použiť aj velký slot určený grafike - ničmenej je to plytvanie.

Vezmime si ale na mušku niektoré zariadenia ktoré sa na tento typ slotu vyrábajú, povedzme napr SATA 300 karta...

karta s ktorou som mal možnosť pracovať síce ponúkala až 300mb prenosy, ale bola osadená konektorom pre PCI-E 1x ktorý limituje prenosy na 266mb/s. Fyzicky je teda nemožné cez tento slot dáta ktorými SATA operuje pretlačiť a to mierne degraduje dátové transfery. Druhou stranou mince je ale ten fakt že na to aby ste na tento limit narazili potrebujete docela rýchly multidiskový raid.

Na mieste je však otázka ako sú v tomto prípade riešené onboard SATA radiče. Pokial sú tiež napojené takouto formou tak je to trochu technický zádrhel...

Pozrime sa teda na tieto údaje triezvo. U bežných PCI zariadení sa len u niektorých docela výkonných diskových radičov podarilo dosiahnuť tak vysokých dátových transferov aby bežný PCI 2.1 nebol dostatočný.

Pokial máte výkonné harddisky ako Raptor a máte ich v raide tak vám postačí PCI staršieho štandardu, hoci transfery je treba cez bios neobratne radiť timeoutom aby nekolidovali, alebo znížiť výkon daného radiča.

Pokial používate Raidy vyšších výkonnostných tried a naozaj ste ochotný naň zavesiť aj harddisky ktoré túto kapacitu využijú tak máte stále na vyber 66mhz PCI slot, alebo PCI-E 1x. Oba tieto sloty majú naprosto rovnakú priepustnosť a v prípade oboch týchto slotov je výkon SATA 300 alebo SCSI 320 radiču redukovaný bud konštrukčne, alebo je nutné tak spraviť v biose.

Pokial chcete využiť kapacitu SATA 300 alebo SAS/SCSI 320 na rozumnej úrovni ktorá nezníži ani výkon systému ani výkon radiča a ani výkon harddisku potrebujete minimálne rozhranie PCI-E 2x - onboard riešené diskové radiče túto podmienku spĺňať môžu ale nemusia.

Čo sa týka grafických kariet tak hrubá priepustnosť ktorú potrebujú k bezchybnému fungovaniu bola dosiahnutá už docela dávno, pričom výmena konektorov v dnešnej dobe sa dá charakterizovať skôr ako marketingový ťah.

Aby som bol ale úplne spravodlivý je jednoduchšie a lacnejšie vyrobiť dosku ktorá má 6 rôznych PCI-E slotov ktoré fungujú na rovnakom princípe než vyrobiť dosku ktorá pracuje s dvoma úplne odlišnými štandardmi a každý z nich potrebuje iný druh radiča a samozrejme fungovanie a práca systému s jediným druhom radiča je jednoduchšia, aneb je docela dobré že grafika je znova na rovnakej lodi ako ostatné zariadenia.

ideálna moderná doska vyzerá asi tak že sú na nej osadené výhradne PCI-E 32x sloty a užívatel má v tomto prípade úplnú slobodu vo výbere, časť týchto vecí je ale stále vo vývoji tak sa nechám prekvapiť

určitým obmedzením je ale to že nie všetky zariadenia (napr zvukkové karty a tv tunery) prešli na PCIE slot. zatial sa v tomto odvetví objavujú len prvé lastovičky.

Paradoxne ak tu máme tak rýchly radič ktorý bežne dokáže zapisovať až 8gb/s otázka je ako rýchlo dokáže zapisovať vaša ram

Pokial sa pachtíte po ideálnych strojoch bez bottleneckov museli by ste k akémukolvek PCI-E zariadeniu mať pamäte schopné zapisovať 8giga v sekunde, našťastie bežne sa používa len 4gb/s PCI-E x16 slot aký je typický pre grafické karty.

druhým bodom je riešenie priepustností pri teoretických a praktických bandwithoch.

V istom článku z roku 2000 som sa dočítal že SDRamy rozhodne nemôžu dostačovať k fungovaniu na vtedajších PCI a AGP slotoch. Autor článku si to vykladal takým štýlom že každé jedno PCI zariadenie vyžaduje časť bandwithu ram a teda 133mb/s ktoré je typické pre PCI zariadenia treba vynásobiť množstvom PCI zariadení a pripočítať k tomu teoretickú priepustnosť agp slotu.

Nieje tomu tak. PCI Bus nefunguje na báze že všetky zariadenia do neho zapisujú v rovnaký časový okamih. Pracuje tak že v jednom cykle vykoná svoju činnosť jedno zariadenie a v dalšom cykle druhé zariadenie.

Tento proces striedania je velmi rýchly. PCI karta je schopná vykonať všetky potrebné akcie do 32 cyklov a PCI bus vykoná v sekunde 33-66 milionov cyklov. čas ktorý pracuje pci karta s busom je asi 1 nanosekunda, občas viac občas menej. Preto môže docela lahko vzniknúť dojem že zariadenia komunikujú s PCI Busom všetky naraz.

Ak teda má pamäť priepustnosť 1.0gb/s tak PCI bus z tohoto bandwithu zoberie 133mb/s (+ oc) ale rozhodne nezoberie viac. AGP karty ale pracujú na zvláštnom porte a ich rýchlosť teda môže byť vyššia.

To ako dlho bude PCI bus komunikovať s kartou môže určovať viac vplyvov:
1. PCI karta - ak skončia všetky akcie ktoré sa mali vykonať tak sa odpojí.
2. PCI bus - je pevne určený timeout ktorý má karta vyhradená a ak ho skúsi prešvihnuť tak ju bus odpojí.

prvý variant má tú nevýhodu že ak máte nekvalitné zariadenie ktoré má tendenciu mrznúť, alebo ládovať PCI bus hlúposťami velmi lahko môže počítač zmrznúť. Tiež je nevýhoda v tom že ak karta prekračuje 133mb/s priepustnosť môže dôjsť k tomu že čas pre túto kartu bude niekolko násobne prekročený a to sa môže prejaviť na iných procesoch ktoré na PC prebiehajú.

Druhý variant zabraňuje PCI kartám robiť si na buse čo chcú a docela zásadne dokáže odstrániť všetky bugy ktoré kvôli nim vznikajú. Nevýhoda je ale tá že timeout je pevný. Pokial karta vykoná potrebné akcie skôr než timeout skončí tak trocha času bus nerobí nič, pokial ich karta vykonať nestihne - dôjde k zníženiu výkonu.

AGP 4x má teoretický bandwith 1,0gb/s, bežné 133mhz SDRam tiež 1,0gb/s, PCI Bus 0,133gb/s.

bandwithy sú ale teoretické. rýchlosť ram môže velmi kolísať a reálna priepustnosť sa môže pohybovať od 250 do 1000 mb/s preto je dobré oddeliť teóriu od praxe meraniami. AGP a PCI sloty tiež nepracujú len podla pevne vypočítaného bandwithu a ich rýchlosť môže ovplvyniť viac faktorov ktoré sú nastavitelné v biose.

k tomu aby výkon stroja bol vyvážený je dobré aby bol bandwith ram a súčet bandwithov AGP a PCI busov približne rovnaký - inak sa bud plytvá pamäťou alebo nieje možné aby PCI a AGP robili presuny plynulo, tu rozdiel práve činí 133mb/s ktoré sú navyše na strane PCI, dobré je ale vedieť že cez AGP je tok dát omnoho menší než 1gb/s a to napriek tomu že teoreticky je presun dát v poriadku.

Množstvo rôznych Busov na čipsete...

Rôzne dosky môžu mať na sebe namontované rôzne sloty - ISA, PCI, AGP alebo PCI-E. Každý chipset musí byť k tomuto uspôsobený aby mohol s takýmito zariadeniami komunikovať.

Ak čipset napríklad ponúka možnosť komunikovať s ISA slotom a na doske je jediný isa slot tak to bohužial nieje velmi efektívne vo vzťahu k zbytku systému. čipsety obvykle ponúkajú správu až pre 4 zariadenia ktoré ale nemajú fyzické zapojenie na doske.

bežné čipsety z éry pentia III ponúkali až 3 typy busov ISA, PCI a aj AGP. Pokial boli aktívne všetky naraz (ak bola využívaná aj ISA karta) tak čipset bol omnoho viac vyťažený než v prípade ak by boli využité len PCI sloty.

Negatívom ISA slotov je ten fakt že k svoje práci využívajú CPU pričom karty samotné fungujú skôr ako prevodník a nie samostatná jednotka.

AGP slot funguje tiež na úplne inej báze než je majorita slotov v počítači. K svojej práci využíva most medzi CPU a AGP, GART driver, a rôzne zvláštne funkcie čipsetu ako Side band adressing.

AGP je v prístupe k dátam velmi špecifický a toto je nutné riešiť jak ovládačmi tak v samotných aplikáciách. Niektoré z aplikácií môžu striktne vyžadovať AGP Texture acceleration.

Pokial vlastníte iný typ grafickej karty môže to vyústiť v to že aplikácia nebude plne funkčná alebo sa jej fungovanie bude zaisťovať skrze transláciu či do PCI alebo PCI-E formy komunikácie.

Paradox u AGP je ten že ako sa zlepšovali parametre grafických kariet (výkon GPU, featury, velkosť video ram) tak šírka AGP pásma už nemusela byť natolko veľká aby prenášala z RAM do grafiky kvantum textúr, pretože grafika v sebe dáta bez problémov udržala.

AGP aj ISA sú vo vzťahu ku komunikácii so zbytkom PC docela atypické a majú bud zvláštnu formu komunikácie alebo zvláštnu formu využívania systémových prostriedkov.

majú spoločný ten fakt že k ich fungovaniu je nutné aplikovať iné výrobné postupy než pre iné zariadenia.

Dajme si toto ale do kontrastu so súčastnosťou. Momentálne bol AGP slot nahradený PCI-E slotom.

PCI-E však ani zdaleka nieje len grafickým slotom, je to komunikačný prostriedok čo do využitia naprosto porovnatelný s klasickým PCI (v dobe pred príchodom AGP).

Pokial ale berieme v úvahu ten fakt že matičné dosky obsahujú jak PCI tak PCI-E sloty tak prídeme k záveru že čipsety budú najlepšie fungovať ak sa nebudú riešiť legacy záležitosti.

Pokial ste videli matičnú dosku ktorá obsahovala AGP a PCI-E slot tak tento konštrukčný postup je na rovnakej úrovni ako dosky s PCI-E a PCI slotmi - čipset obsahuje dva nezávislé busy z ktorých ani jeden nepracuje naplno - dopady na chod systému sú obvykle negatívne (síce len na úrovni pár cyklov).

Ideálny stav je teda taký ak čipset musí operovať len s jediným typom busu - v dnešnej dobe PCI-E. Preň môže správne načasovať všetky procesy bez nutnosti čakať na PCI bus.

Doska ktorá obsahuje jeden PCI-E slot pre grafickú kartu a potom pár PCI-E 1x a dva tri pci sloty len tak pre istotu nemusí byť práve výhrou ak sa hladá efektivita.

tu je ale otázka ktorý z čipsetov v dnešnej dobe sa už dostal na takú úroveň že PCI-E bus vôbec neobsahuje. P35 ani X38 sa ich ešte nezbavili.

Ladenie PCI busu a iných periferii:

Jednou vecou je Bios. Obecne platí že všetky funkcie biosu týkajúce sa PCI busu sa dajú nastavit na enabled, pričom nepotrebné onboard zariadenia je treba vypnúť. tym sa uvolnia IRQ, pamaťove pasma a podobne.

Ďalej pokial to váš bios umožnuje tak by ste skrze neho mali mat prehlad o tom ktore zariadenia maju ake irq a tiez by ste mali mat moznost ich irq menit.

Overte si ze zariadenia ktore su nutene irq zdielat vedia spolupracovat. Idealny je system pokus a omyl.

Druhou vecou je operačný systém. Ak mate overene ze zariadenia skrze bios su nastavene spravne a niesu konfliktne mozte vo windows odpojit automaticke pridelovanie IRQ - funkcia sa volá "riadenie irq"

Otvorte si ovládacie panely a najdite tam PCI bus. v jeho vlastnostiach mozete tuto funkciu vypnut.

Ak ale po restarte uvidite vykricniky u PCI zariadení, nastartujte v Safe mode a pozrite si zoznam zariadení tam. Len v safe mode je viditelné zariadenie menom "Ovladac Riadenia IRQ". mal by tam byt aj styri krat. Vsetky tieto zariadenia odstavte (Vypnut v tomto hardwarovom profile).

tiez skontrolujte ci nieje medzi irq koflikt. Vyvarujte sa toho menit irq vo windowse. Urobte to tym ze karty fyzicky poprehazujete a irq zmenite v biose.

pokial ste karty a bios nastavili spravne tak po odstaveni automatiky by mali karty komunikovat spravne bez automatickeho presmerovavania irq a bez toho aby sa data zbytocne prehanali cez jednu softwarovu vrstvu.

celkovo tym ulavite PCI a cipsetu. zlepsenie vykonu bude sice relativne nenapadne - prejavi sa hlavne stylom ze ubudnu osamotele seknutia a najnarocnejsie realne aplikacie budu bezat naoko trochu plynulejsie.

3d mark na to moc nezareaguje ale hry ano pretoze hry pracuju s viac periferiami (mys, klavesnica, zvukovka, ine) kde tento tweak vplyva najviac.

Excelentné články, dosť pomohli. Veľmi dík.

Ešte pár poznámok k predchodziemu článku:

Pokial váš bios nemá funkciu APIC...
IRQ 0 je systémový časovač
IRQ 1 je vždy klávesnica (jedno aká).
IRQ 2 je nalievané IRQčkami 9 až 14 cez Slave radič
IRQ 3 a 4 sú Serial Porty
IRQ 5 je vždy zvuková karta a nieje dobré aby zdielala irq s iným zariadením.
IRQ 7 prenechajte pre LPT aj keď parallel port vypnete.
IRQ 12 je vždy PS/2 myš a nieje schopná dobre zdielať irq.
IRQ 13 a 14 sú obvykle onboard diskové radiče

IRQ 9 až 14 majú vyššiu prioritu než IRQ 3 až 8.

Ak nastavujete IRQ tak grafickú kartu dajte na to najmenšie irq aké môžte, a rôzne diskové radiče (SATA, ATA, SCSI) dajte na to najväčšie irq aké je možné, ostatné zariadenia mimo zvukovej karty rozptýlte niekde medzi...

Grafická karta má ideálne samostatné irq ktoré nieje zdielané ale je jedna výnimka. Ak chcete PCI slot vedla AGP grafickej karty využiť (pretože tento slot vždy zdiela IRQ s grafikou) tak vedla nej dajte TV tuner. Dôvody sú dva:
1. TV tuner nieje aktívny stále. Ovládač a celé rozhranie sa aktivuje až keď spustíte aplikáciu. Inak sa karta chová pasívne a neovplyvňuje iné procesy.
2. Ati ALL in Wonder obsahovali TV tuner. Tým že dáte tuner vedla grafiky tak získate docela podobnú konštrukciu ak to beriete z hladiska chipsetu.

Porovnanie rôznych busov podla výrobcu:

Iste sa niektorý z vás stretli s javom že človek vyžadoval k Intel Procesoru zároveň intel čipset.

čo je na tom pravdy... niečo málo ale nie mnoho.

čipsety starších typov využívali rôzne logické postupy pri práci s dátami. Jeden z týchto postupov sa nazýva Intel GTL+. Tento postup ale neobsahovali len Intel čipsety ale minimálne aj Via čipsety. Z hladiska vzťahu procesoru a čipsetu teda neexistuje nijaký rozdiel v komunikácii...

Rozdiel ale nastal v prípade ak niekto vlastnil Via čipset a nenapadlo ho nainštalovať Via Hyperiony. Tieto ovládače obsahujú hlavne takzvaný GART driver.

Len Intel čipsety dokázali premostiť CPU a AGP bez nejakých softwarových zásahov - bez ovládača. Intel dosky z tejto éry ho nepotrebovali.Efekt bol ten že práca s grafikou medzi CPU a AGP sa prenášala len hardwarovo a teda trochu rýchlejšie než u Via čipsetov. Toto zrýchlenie je však na úrovni pár nanosekúnd v celkovom výkone.

Pokial dnes porovnáme moderné dosky od Intelu tak síce narazíme na podobne kvalitné čipsety s puncom kvality a patentovanými výhodami na HW úrovni, ale k tomu ešte narazíme na prosto riešené chladenie a klasické kondenzátory. Napriek tomu dnešné intel dosky aj tak vyžadujú určité ovládače.

obecne sa nedá povedať ktorý čipset je lepší a horší vo vzťahu k PCI, AGP a PCI-E zariadeniam. Obvykle ak je potrebný driver na komunikáciu s týmito zariadeniami znamená to nevýhodu.