Szyna lokalna

Szybkość zmiany obrazu ekranowego w środowisku Windows w znacznej mierze zależy od szybkości procesora, ale nie jest to zależność wprost proporcjonalna: dwukrotnie szybszy procesor nie odnawia obrazu z dwa razy większą szybkością. Wynika to z ograniczeń konstrukcji, narzuconych przez pierwowzór współczesnych komputerów personalnych, to jest IBM PC/AT.

Szybkość zmiany obrazu ekranowego w środowisku Windows w znacznej mierze zależy od szybkości procesora, ale nie jest to zależność wprost proporcjonalna: dwukrotnie szybszy procesor nie odnawia obrazu z dwa razy większą szybkością. Wynika to z ograniczeń konstrukcji, narzuconych przez pierwowzór współczesnych komputerów personalnych, to jest IBM PC/AT.

Podstawę konstrukcji IBM PC/AT stanowi płyta główna z szyną, zwaną popularnie AT-Bus lub (Industry Standard Architecture), przesyłającą dwa bity danych w jednym cyklu. Do szyny włącza się karty rozszerzeń, kontrolera dysków i kartę graficzną. Wszystkie te karty komunikują się z płytą główną ze stałą prędkością, wynikającą ze stosowania zegara szyny o częstotliwości 8 MHz. Tak więc, niezależnie od szybkości procesora, komunikacja z kartą graficzną i dyskiem zachodzi z prędkością nie większą niż 16 MB/s. W praktyce zaś szybkość komunikacji z kartą graficzną nie przekracza 2,5 MB/s, co wynika z konieczności stosowania tej szyny do innych celów.

Nie ma to większego znaczenia w przypadku przesyłania informacji znakowych na ekran alfanumeryczny DOS-u; do pełnego odnowienia ekranu wystarczy przesłać 4 kB danych. Duże wymagania stawia natomiast środowisko Windows. Przy typowej rozdzielczości karty SVGA 800x600 i 16 kolorach, do odnowienia obrazu na ekranie trzeba przesłać ponad 230 kB danych. Dla rozdzielczości 1024x768 i 256 kolorów jest to już 768 kB!

Sposoby akceleracji

Aby uniknąć wąskiego gardła komunikacji procesora z kartą graficzną stosuje się trzy rozwiązania: karty koprocesorów graficznych, karty akceleratorów graficznych i szynę lokalną, zwykle wzbogaconą o przyspieszacz graficzny.

Karta z koprocesorem graficznym (zwykle jest to układ Texas Instruments 34010 lub 34020) interpretuje rozkazy przychodzące ze środowiska graficznego (Windows, Autocad). Karta taka jest programowalna i oprócz szybkiego, specjalizowanego procesora graficznego, zawiera pamięć programu procesora karty, pamięć roboczą procesora i pamięć obrazu ekranowego. Podnosi to znacznie jej cenę w porównaniu z "nieinteligentnymi" kartami typu SVGA. Ceny takich kart zwykle przekraczają 2 tys. USD.

Karta akceleratora graficznego (procesory ET4000, S3 86C911) zawiera nieprogramowany procesor, wykonujący pewną liczbę rozkazów ze środowiska graficznego. Rozwiązanie to jest znacznie tańsze (ceny od 400 do 1000 USD), dlatego karty z akceleratorem są dość popularne.

Rodzaje szyn lokalnych

Szyna lokalna to próba rozładowania korka, związanego z przesyłaniem danych graficznych, u samego źródła: przez przyspieszenie przesyłania danych między procesorem głównym a kartą graficzną i dyskiem. Ma to także na celu większe zaangażowanie procesora głównego w wykonywanie operacji graficznych. Inne urządzenia zewnętrzne są nadal dołączane przez szynę ISA.

Pierwszą próbą w tym kierunku było wprowadzenie przez firmę IBM szyny MCA (Micro Channel Architecture). Następnie, stowarzyszenie producentów sprzętu komputerowego ustanowiło standard EISA (szyny ISA rozszerzonej do 32 bitów). Z różnych względów, żadne z tych rozwiązań nie zyskało powszechnej aprobaty producentów. Szyna ISA nadal pozostaje podstawą konstrukcji większości komputerów personalnych.

Umowna "szyna lokalna" stanowi próbę stworzenia specyfikacji takiej szyny komputera, która będzie mogła pracować z częstotliwością 33 MHz. Jest to praktycznie górną granicą możliwości współczesnej technologii, jeśli chodzi o przesyłanie sygnałów do co najmniej trzech urządzeń zewnętrznych (w tym karta graficzna i kontroler dysku).

Obecnie istnieją dwie konkurencyjne, wstępne specyfikacje takiej szyny. Szyna lokalna VESA (Video Electronics Standards Association), pn. VL-Bus została opracowana przez grupę znanych producentów sprzętu komputerowego, lecz żaden handlowy komputer nie został jeszcze w nią wyposażony. Opracowana przez firmę Intel specyfikacja PCI (Peripheral Component Interconnect) również nie została jeszcze wdrożona do produkcji.

Specyfikowane szybkości przesyłania w tych szynach lokalnych są zbliżone i wynoszą odpowiednio 132 MB/s i 120 MB/s. Różnice konstrukcyjne wykluczają użycie urządzeń, przystosowanych do pracy z jedną szyną w innej szynie.

Każda z tych szyn komunikuje się z urządzeniami na 32 bitach danych, a z procesorem i z pamięcią może komunikować się na 32 lub 64 bitach danych. Jest to furtka dla nowego procesora Pentium (P5) Intela.

Szyna lokalna a karty graficzne

Obecnie nie istnieją żadne układy akceleratorów graficznych, przystosowane do współpracy z szyną lokalną. Reklamowane przez niektórych producentów z szyną lokalną oparte są na ogół na ich własnym rozwiązaniu i wykorzystaniu istniejących 16-bitowych akceleratorów. Nie dają one tak znacznego przyspieszenia wykonywania operacji graficznych, jakiego można oczekiwać po pełnym wdrożeniu wspomnianych specyfikacji i po pojawieniu się zestawów układów scalonych do sterowania szyną lokalną.

Co gorsze, niektóre karty graficzne są wbudowane w płytę główną komputera (podobnie jak karta XGA jest wbudowana w niektóre modele komputerów IBM PS/2) i nie da się ich wymienić przy zmianie potrzeb użytkownika. Wprawdzie czas moralnego starzenia się współczesnych komputerów jest krótki, ale takie rozwiązanie można akceptować tylko u cenionych producentów.

Najszybsza obecnie karta graficzna ATI Graphics Ultra Pro z akceleratorem Mach 32, zbudowana do stosowania w szynie ISA, wykazuje taką samą szybkość jak jej bliźniaczka na szynie lokalnej. Oznacza to, że dobrze wybrany akcelerator jest w stanie bardziej przyspieszyć operacje graficzne niż najszybszy procesor.

Nie ma prostej i jednoznacznej odpowiedzi na pytanie, czy szyna lokalna przyjmie się w nowych konstrukcjach komputerów osobistych. Nie ulega natomiast wątpliwości, że długo jeszcze podstawową masę na rynku stanowić będą komputery z szyną ISA.