Шины pci графического процессора

В далеком 1981 году создатели IBM PC и подумать не могли о том, что всего через двадцать пять лет компактные домашние компьютеры смогут выдавать практически фотореалистичную картинку с миллионами полигонов, а игровые миры раскинутся на тысячи виртуальных километров.

Интересно, что сказал бы Герман Холлерит (Herman Hollerith), узнав, что основанная им компания по изготовлению перфокарт и счетных машин в очередной раз оказалась у истоков наших ретро-исследований?

Видео:Влияние шин PCI-e и внутренней шины видеокарты на производительностьСкачать

От простого к сложному

В 1981 году компания IBM представила первый в мире персональный компьютер — IBM PC. В нем использовалась допотопная видеокарта с возможностью вывода монохромного изображения, но не это главное. Все наше внимание приковано к шине Industry Standard Architecture (ISA), разработанной в недрах IBM. Основное назначение ISA — соединение периферийных компонентов с системой.

Шина ISA использовалась далеко не только (и даже не столько) для нужд видеокарт. Сторонние производители выпустили массу дополнительных устройств для расширения возможностей компьютера. Оно и понятно, ведь тогда в системную плату не устанавливали звуковой кодек, сетевой контроллер и т.д. Все это можно было реализовать лишь с помощью карт расширения. Сами по себе ISA-порты не сильно отличались от более привычных PCI-разъемов.

Предшественниками полноценных видеокарт были чипы с возможностью вывода спрайтов на экран. Графические возможности компьютеров в те времена не волновали людей: когда IBM представила первый в мире чип с поддержкой вывода нескольких цветов, люди и не поняли, зачем это нужно. Графические карты для интерфейса ISA в середине 1980-х выпускали компании Cirrus Logic, Avance Logic, ATI, S3.

EISA заткнула за пояс шину MCA от IBM и стала стандартом де-факто.

Изначально у шины ISA было много ограничений: недостаточная пропускная способность, малое число прерываний, система распределения питания не ахти. Заменить ISA должна была шина Micro Channel Architecture (MCA), представленная в 1987 году вместе с компьютером IBM PS/2. Новая разработка решила многие проблемы, свойственные ISA: частота шины поднялась до 10 МГц, появился вменяемый Plug-n-Play (до этого прописывать новое устройство в систему приходилось вручную), шина стала 32-битной. Теоретическая пропускная способность MCA достигала 66 Мб/с, на практике — максимум 40 Мб/с. Устройства наконец-то могли общаться друг с другом напрямую, минуя центральный процессор. С такими улучшениями MCA могла бы стать индустриальным стандартом, но IBM сама все испортила. Компания не стала развивать рынок периферии для новой шины, более того, тщательно тормозила этот процесс — сторонние производители должны были получать специализированный ID для каждого устройства, за право выпуска устройств под MCA нужно было платить лицензионные отчисления и роялти. И это при том, что IBM не получила патенты на шину.

История сохранила лишь несколько упоминаний о видеокартах под MCA. Очевидно, что производители испугались всех трудностей, связанных с лицензированием и получением ID. Да и стоило ли мучиться? Компьютеры с шиной MCA оказались значительно дороже аналогов с использованием ISA. Все большей популярностью пользовались системы от Dell, Research Machines и Olivetti. Самые известные дискретные видеокарты для MCA — это монструозные IBM XGA, XGA-2, несколько моделей от Infotronic, Actix и ATI. Кстати, примерно в то же время появился разъем VGA (D-sub) для подключения мониторов.

Видеокарта ATI Mach32 для шины VLB едва помещалась в корпуса того времени. Да-да, и тогда выпускали громадные видеокарты.

Производителям компьютеров основательно поднадоела политика IBM. В итоге они объединились и начали работать над альтернативным стандартом. Альянс AST Research, Compaq, Epson, Hewlett-Packard, NEC, Olivetti, Tandy, WYSE и Zenith Data Systems шутливо назвали «Бандой девяти». Результаты их труда обозначились уже в 1988 году, когда партнеры представили 32-битную шину Extended Industry Standard Architecture (EISA). Она обладала всеми преимуществами MCA, но при этом представляла собой лишь надстройку над классической ISA, что позволило сохранить совместимость с 8- и 16-битными компонентами. Лицензия на шину стоила копейки.

Внешне порты EISA были похожи на 16-битные разъемы ISA — они точно так же были разделены на части для сохранения совместимости. С точки зрения производителей, шина EISA не сильно отличалась от оригинальной ISA, так что и видеокарт с ее поддержкой было выпущено предостаточно.

Надстройка продлила жизнь ISA, но в начале 1990-х была представлена шина VESA Local Bus (VL-bus, VLB). За ее разработку ответственна всем известная ассоциация Video Electronics Standards Association (VESA), основанная NEC в середине 1980-х годов. Почему бы не успокоиться на время и не продолжить использование EISA? Все просто — производителям опять не хватало скорости. Решением стала совершенно неудобная по современным меркам «добавка» в виде PCI-образного порта, который располагался в один ряд с 16-битным разъемом ISA, таким образом продлевая его. Устройство с поддержкой VLB устанавливалось сразу в два разъема — порт VLB обслуживал обращения к памяти, а ISA обрабатывал прерывания. Топорное решение, ничего не скажешь.

Несмотря на все недостатки, VLB стала стандартом де-факто в компьютерах с процессорами Intel 80486. Многочисленные производители видеокарт представили длинные модели с двумя разъемами.

В 1991 году ATI выпустила видеокарту Mach 8, которая могла обрабатывать картинку без помощи процессора. Уже в 1992 году последовала Mach 32 с возможностью ускорения обработки графического интерфейса Windows. Начались первые войны за рынок графики. В стычках участвовали S3, Cirrus Logic, ATI, PowerVR, Rendition и более мелкие игроки. На горизонте замаячили трехмерные пространства и аппаратное ускорение графики.

Видео:Шина PCI Express: эволюция от поколения к поколениюСкачать

Назад в будущее

Проследив за компьютерным рынком, Intel решила взять все в свои руки и начала работу над шиной Peripheral Component Interconnect (PCI). Intel подошла к вопросу со всей серьезностью и организовала специальную группу для продвижения стандарта — PCI Special Interest Group (PCI-SIG). В нее вошли представители наиболее крупных IT-компаний.

Карта расширения с четырьмя дополнительными разъемами ISA. Такие устройства использовали, когда доступных портов уже не хватало.

Читайте также: Резина шины в финляндии

Финальные спецификации PCI 1.0 были готовы к 1993 году. В серверах новый интерфейс заменил и EISA, и MCA. Захват рынка настольных компьютеров произошел не сразу — на тот момент люди были вполне довольны возможностями VLB. С появлением мощных процессоров Pentium недостатки шины стали очевидны — пользователям не давали жить постоянные помехи, наводки от оборудования и испорченные данные на жестких дисках.

В один прекрасный момент Intel представила процессор Pentium Pro в паре с новым чипсетом, в нем место VLB не нашлось. Да, вот так просто компания взяла, да и убрала разъем. Силовые наклонности Intel проявляются и по сей день, ведь именно она форсировала переход на Serial ATA, ратовала за отказ от PS/2 в пользу USB. Что интересно, интерфейс EISA тогда сохранили — соответствующие разъемы оставались на платах еще довольно долго.

К выходу Pentium II в 1995 году PCI-SIG представила спецификации PCI 2.0 (33 МГц). В новой версии была решена проблема прерываний и определения установленных устройств — под эти цели отвели дополнительный канал связи. Периферия могла свободно обращаться к памяти, выделять для себя необходимые участки, а технологию Plug-n-Play довели до ума.

Участники PCI-SIG не почивали на лаврах и продолжали работу над стандартом — в последующие годы появились ревизии 2.1, 2.2 и даже 3.0. Самая ходовая версия PCI обладала пропускной способностью 133 Мб/с. Тем временем на рынке видеокарт только разгоралась борьба за место под солнцем. Производители работали над реализацией аппаратного ускорения 3D-графики. Ярчайшие представители той эпохи — разновидности S3 ViRGE и первый комбинированный 2D/3D графический ускоритель ATI Rage. Не выдержав конкуренции, рынок видеокарт начали покидать различные компании. Многие из них — например, Cirrus Logic — перепрофилировались и успешно существуют до сих пор.

Разъемы PCI Express даже внешне не похожи на PCI, от одноименного предшественника остались лишь воспоминания.

Все описанные тогдашние модели использовали интерфейс PCI — до поры до времени он обеспечивал достаточную пропускную способность. История шины как идеального интерфейса для видеокарт стала подходить к концу с появлением на рынке компаний 3Dfx и NVIDIA. К 1997 году последняя представила сравнительно мощную Riva 128, ATI продолжила развивать Rage, а 3Dfx выпустила легендарные 3D-акселераторы Voodoo и Voodoo 2. Несмотря на то, что шина PCI позволяла вытворять фокусы, вроде установки двух Voodoo 2 и объединения их в режим SLI, пропускной способности стало не хватать. И снова на арену вышла Intel.

Главное уязвимое место шины PCI заключается в том, что 133 Мб/с делятся между всеми установленными устройствами. Стало быть, для требовательной графической карты нужен обособленный разъем. На разработку Accelerated Graphics Port (AGP) ушло немного времени. Первую версию интерфейса представили вместе с процессорами Pentium II для Slot 1. Шина AGP 1x обеспечила пропускную способность до 266 Мб/с. Впервые соединение с процессором было прямым — их «общению» никто больше не мешал. Появилась дополнительная адресация, которая позволила видеокартам посылать новый запрос во время получения уже заказанных данных.

Первая волна видеокарт под AGP не заставила себя долго ждать. В числе пионеров были Rendition Verite V2200, 3dfx Voodoo Banshee, NVIDIA RIVA 128, 3Dlabs PERMEDIA 2, Intel i740, ATI Rage, Matrox Millennium II и S3 ViRGE GX/2. Разумеется, многие из них при работе задействовали переходной мост.

В дальнейшем Intel совершенствовала шину AGP — появились AGP 2x, AGP 4x и AGP 8x. Каждая новая версия отличалась от предыдущей еще большей пропускной способностью и улучшенными электротехническими характеристиками. AGP 8x обладала внушительной пропускной способностью 2133 Мб/с. Достигнуть этого предела производители видеокарт не успели, по команде Intel индустрия двинулась дальше.

На протяжении всей истории человечества всегда находились провокаторы в хорошем смысле слова, выдумщики и просто светлые головы. Люди, которые никогда не сидели на месте и старались привнести в мир что-то новое. Встречайте одного из таких — Чета Хита (Chet Heath).

Этот сотрудник IBM с тридцатилетним стажем отвечал за разработку многих ключевых компонентов, которые в том или ином виде присутствуют в компьютерах и по сей день. В нашей статье мы затронули сразу два из них — шину MCA и технологию Plug-n-Play. Подобных ему в IBM называют «дикими утками» (wild duck), и именно они вращают колесо прогресса.

Хит пока является единственным сотрудником IBM, дважды получившим награду компании за технологические достижения! Зная, какое влияние оказал «Голубой гигант» на компьютерную индустрию, можно предположить, что Чету мы обязаны многим.

В июне 2000 года Хит покинул родные пенаты. Стало тесно — руководство компании не захотело принимать в оборот предлагаемую им серверную технологию, а раз так, надо двигать дальше. В данный момент наш герой трудится в роли технологического директора на славу компании OmniCluster. Посмотрим, что еще он явит миру.

Видео:PCI Express 4.0 vs 3.0 Важно знать при выборе процессора и материнской платыСкачать

Задел на будущее

Переход на PCI Express вызвал немало вопросов. К моменту появления интерфейса в 2004 году многие лишь недоуменно поднимали бровь — зачем нужна пропускная способность порядка 4 Гб/с, если видеокарты до сих пор не используют всех возможностей AGP 8x? И зачем возвращаться к PCI?

Уже потом люди узнали, что от PCI-архитектуры в PCI Express осталось только название, шина таит в себе много новых возможностей. Так, инновационный интерфейс вернул позабытую технологию 3Dfx SLI в виде подретушированных NVIDIA SLI и ATI CrossFire. Как обычно, при переходе на новую шину широко использовали переходные мосты. История повторяется вот уже который раз, и с каждым новым витком она становится все интереснее!

Видео:Всё о видеокартах за 11 минутСкачать

Как проверить линии обмена данными графического процессора

Наиболее дорогим компонентом среди комплектующих видеокарты является графический процессор. Его замена путем установки нового обычно нерентабельна из-за дороговизны чипа и сложности работы. В связи с этим при диагностике неисправностей у неработающей видеокарты важно определить, “жив ли” ее чип.

Читайте также: Matador шина зимняя r13 175 70

Обычно видеокарта с нерабочим чипом включается, ее вентиляторы крутятся, но изображение на монитор не выводится (она не инициализируется). В случае, если при включении видеокарты монитор кратковременно включается, неисправность может скрываться в чипах памяти, либо цепях передачи данных между GPU и памятью/материнской платой.

Для проверки исправности видеочипа нужно внимательно осмотреть плату видеокарты, в особенности видеопроцессора, на котором не должно быть сколов, прогаров, повреждений.

После этого нужно проверить сопротивления цепей питания (частично эта тема раскрыта в статьях «Диагностика типовых поломок видеокарт AMD Radeon RX» и «О сиcтеме питания видеокарт AMD Radeon R9 290/290X»).

В случае короткого замыкания по линии питания видеопроцессора (или обрыва) при исправности остальных компонентов) с большой степенью вероятности можно сказать о гибели видеочипа.

Для проверки исправности линий PCI-E графического процессора можно использовать омметр или специальную диагностическую плату с AliExpress.

Видео:Каким видеокартам нужна высокая скорость PCI-e x8 x16 Gen. 4, 3 и 2Скачать

Проверка исправности линий PCI-E на видеокарте с помощью диагностической платы

Китайский тестер PCI-E и AGP-видеокарт (стоит около 30 USD):

На обратной стороне платы размещены 32 микросхемы HCF4017 (десятичный счетчик с дешифратором) и другие детали:

Каждый индикаторный светодиод показывает исправность прохождения сигнала по линиям PCI-E между диагностической платой и видеокартой. При тестировании происходит обмен данными между устройствами, что позволяет выявить нарушения в прохождении сигнала.

Устройство производит проверку прохождения сигнала по каждой линии PCI-E:

Такой тестер очень полезен при проверке товара на почте, когда нет возможности принести компьютер и провести полноценную проверку видеокарты – «кота в мешке».

Для проверки видеокарт с интерфейсом PCI-E можно использовать любой из слотов, находящихся в левой части диагностической платы. Каждый из них соединен с двумя группами светодиодов (по 32 штуки в каждой), которые все без задержек должны засветиться при активации кнопки устройства со вставленной видеокартой и поданном на плату питании 12 вольт (не на видеокарту!).

Для запитывания тестовой платы можно использовать сетевой блок питания, либо сделать конструкцию, совмещающую пятивольтовый PowerBank с повышающим преобразователем, отрегулированным на выдачу 12 вольт, либо обеспечить питание от батареи из 8 батареек на 1,5В.

Одновременное свечение 64 светодиодов свидетельствует об исправности всех линий PCI-E от видеокарты. Если какие-то светодиоды не светятся, мигают или включаются с запаздыванием, то видеочип, скорее всего, неисправен.

Свечение светодиодов при тестировании видеокарты с поврежденными линиями PCI-E:

В редких случаях возможно повреждение проводящих дорожек от разъема до чипа, но, в большинстве случаев, происходит отслоение контактов полупроводникового кристалла от подложки, либо прогар в этой цепи.

Проверить линии PCI-E на видеокарте можно и без диагностической платы, с помощью омметра. Сопротивление всех линий PCI-E относительно земли должно быть примерно одинаковым. Обычно при майнинге убивают нулевую линию передачу данных из-за неправильно вставленного райзера. Если сопротивление (относительно Ground) на контактах B14, B15 (передача) и A14, A17 (прием) отличается от значений на контактах B19-20, B23-24, B27-28 (передача) и на A21-22, A25-26, A29-30 (прием), то видеочип, скорее всего, неисправен (или требует реболлинга).

Для понимания того, как проверить исправность линий PCI-E видеочипа, далее приводится информация относительно обмена данными между видеопроцессором и материнской платой.

Видео:Путеводитель по интегрированной графикеСкачать

Как производится обмен между PCI-E устройствами

Обмен данными с PCI-E устройством по каждой линии производится по двум каналам (приемный, RX и передающий, TX).

Изображение, демонстрирующее процесс обмена данным по четырем линиям PCI-E:

Процессор видеокарты обрабатывает данные в виде бинарного кода в соответствии с алгоритмом, заданным программой (например, майнером) .

Связь между PCI-E устройствами (например, между видеокартой и материнской платой) организовывается на трех уровнях:

• транзакционный (transaction layer) — формирует заголовок пакета и включает в него данные для обработки видеочипом;
• уровень обмена данными (data link layer) — обеспечивает транспортировку пакетов данных между устройствами. На этом уровне используется три вида пакетов: TLP acknowledgement, flow control и power management;

• физический (PHY layer) — формируются старт-стоповые импульсы тока с определенной полярностью, амплитудой и частотой, обозначающие начало и конец пакета, который передается по проводникам. На этом уровне работают цифровые и аналоговые электрические цепи, обеспечивающие необходимую полосу пропускания, скорость передачи данных и другие физические характеристики линии PCI-E.

Изображение, иллюстрирующее формирование пакета данных при обмене по линиям PCI-E:

Программное обеспечение (майнер) работает только с данными, находящимися внутри пакета, формируемого transaction layer:

Если часть этих данных теряется, то в майнере появляются ошибки.

Так как размер пакета ограничен, за единицу времени можно передать только небольшое количество информации. Для увеличения пропускной способности повышают частоту прохождения пакетов, применяют оптимизированную кодировку, а также увеличивают количество параллельно работающих линий PCI-E.

Каждая линия физически состоит из двух дифференциальных пар (приема и передачи), по которым производится обмен высокочастотными импульсными сигналами низкой амплитуды:

Видео:СОВМЕСТИМОСТЬ ВИДЕОКАРТ И ПРОЦЕССОРОВ I КАК ПРАВИЛЬНО СОБРАТЬ КОМПЬЮТЕР ?!Скачать

Проверка дифференциальных пар для обмена данными с PCI-E устройствами

Для проверки дифференциальных пар нужно четко уяснить расположение соответствующих им контактов и замерить сопротивление на каждой из них. Если есть существенные различия между полученными значениями, то соответствующие линии PCI-E вышли из строя.

При использовании нулевой линии обмен данными происходит через дифференциальные пары, выведенные на следующие контакты разъема PCI-E x1:

• передача — B14, B15 (PETp0-PETn0);
• прием — A16, A17 (PERp0-PERn0).

Иногда (в том числе и на китайской диагностической плате) эти контакты обозначаются:

• HsOp(0) и HsOn (0) — приемник;
• HsSIp(0) и HSIn(0) — передатчик.

Синхронизация обмена производится с помощью опорного сигнала (Clock Source) с материнской платы частотой 100 МГц, который передается на контакты A13, A14 (REFCLK+, REFCLK-) разъема PCI-E 1X). На видеокарте этот сигнал используется в качестве опорного для внутреннего PLL.

Схема электрических соединений при использовании устройства с одной линией PCI-E:

Материнская плата узнает о том, какое количество линий PCI-E нужно использовать для видеокарты (или другого устройства), исходя из потенциала на контактах PRSNT#1 и PRSNT#2.

Читайте также: Майкл шин люциан оборотень

При этом PRSNT#1 (A1) соединяется с землей, а PRSNT#2, соответствующий задействованному количеству линий PCI-E (x4, x8 или x16), соединяется с PRSNT#1:

Например, для работы в режиме PCIe 1x соединяются контакты PRSNT#1 (A1) и PRSNT#2 (B17):

Некоторые видеокарты могут не работать через райзер, если эти контакты не соединены между собой. Поэтому в большинстве райзеров для видеокарт контакты A1-B17 соединены на плате переходника USB 3.0 F-PCIe 1x. Они, как правило, имеют укороченную длину контактной дорожки.

Укороченный контакт на пине B17 (PRSNT#2), включающий режим PCIe 1x, соединен с контактом A1:

Благодаря этому даже PCI-E x16 видеокарта при работе через райзер автоматически переключается в режим PCI-E x1.

Для работы в режиме PCIe 8x соединяют PRSNT#1 (A1) с PRSNT#2 (B48), а для включения режима PCIe 16x соединяют PRSNT#1 (A1) с PRSNT#2 (B81).

Назначение контактов на разъемах PCI-E можно посмотреть в таблицах ниже:

Назначение контактов разъема PCIe 1x:

Для увеличения скорости обмена используется добавление дифпар, например, для PCI-E x4 — еще три линии (1, 2, 3) на передачу (B19-20, B23-24, B27-28) и три на прием (A21-22, A25-26, A29-30) и т.д.

PCI-Express 4x Connector Pin-Out

PCI-Express 8x Connector Pin-Out

PCI-Express 16x Connector Pin-Out

• Свежие записи
  • Нужно ли менять пружины при замене амортизаторов
  • Скрипят амортизаторы на машине что делать
  • Из чего состоит стойка амортизатора передняя
  • Чем стянуть пружину амортизатора без стяжек
  • Для чего нужны амортизаторы в автомобиле

  
  

  источники:

  https://fasad-adelante.ru/shiny-pci-graficheskogo-protsessora

  📺 Видео

  Лучшие связки CPU + GPU. Примеры оптимальных сборок ПК 2024.Скачать

  

  Самая мощная видеокарта на шине PCI, тестирую в играх. Часть 1Скачать

  

  КАКОЙ ПРОЦЕССОР ТЕБЕ ДЕЙСТВИТЕЛЬНО НУЖЕН? (связки gpu + cpu)Скачать

  

  Как выбрать видеокарту. Или почему шина 256 бит - не рулит. (см. описание)Скачать

  

  Как выбрать видеокарту. Что оказывает влияние на производительность.Скачать

  

  ТОП—7. Процессоры с лучшей встроенной графикой для игр. Апрель 2024 года. Рейтинг!Скачать

  

  Экзотические, «мощные» видеокарты PCI , для чего они? Система на FX 5200 PCI. Что то пошло не так.Скачать

  

  PCIE 2.0 vs 3.0. Какая скорость нужна вашей видеокарте?Скачать

  

  Выбирай видеокарту правильноСкачать

  

  6 ПРОЦЕССОРОВ👀 В ОДНОЙ МАТЕРИ?!🤯Скачать

  

  Что будет, если подключить мощную видеокарту в слот PCI-express x1 версии 1.1?Скачать

  

  ОБЪЯСНЯЕМ PCI Express 4.0Скачать

  

  ЕСТЬ ЛИ РАЗНИЦА В ИГРАХ НА PCI 3.0 и PCI 4.0Скачать