Что такое внешняя частота шины

Что такое внешняя частота шины

Михаил Тычков aka Hard

Доброго времени суток.

Если процессор – это сердце персонального компьютера, то шины – это артерии и вены по которым текут
электрические сигналы. Строго говоря, это каналы связи, применяемые для организации взаимодействия между устройствами
компьютера. Кстати, если Вы думаете, что те разъемы, куда вставляются платы расширения и есть шины, то Вы жестоко
ошибаетесь. Это интерфейсы (слоты, разъемы), с их помощью осуществляется подключение к шинам, которых, зачастую, вообще
не видно на материнских платах.

Существует три основных показателя работы шины. Это тактовая частота, разрядность и скорость передачи
данных. Начнем по порядку.

Тактовая частота

Работа любого цифрового компьютера зависит от тактовой частоты, которую определяет
кварцевый резонатор. Он представляет собой оловянный контейнер в который помещен кристалл кварца. Под воздействием
электрического напряжения в кристалле возникают колебания электрического тока. Вот эта самая частота колебания и
называется тактовой частотой. Все изменения логических сигналов в любой микросхеме компьютера происходят через
определенные интервалы, которые называются тактами. Отсюда сделаем вывод, что наименьшей единицей измерения времени для
большинства логических устройств компьютера есть такт или еще по другому – период тактовой частоты. Проще говоря – на
каждую операцию требуется минимум один такт (хотя некоторые современные устройства успевают выполнить несколько операций
за один такт). Тактовая частота, применительно к персональным компьютерам, измеряется в МГц, где Герц – это одно колебание
в секунду, соответственно 1 МГц – миллион колебаний в секунду. Теоретически, если системная шина Вашего компьютера
работает на частоте в 100 МГц, то значит она может выполнять до 100 000 000 операций в секунду. К слову сказать,
совсем не обязательно, что бы каждый компонент системы обязательно что-либо выполнял с каждым тактом. Существуют так
называемые пустые такты (циклы ожидания), когда устройство находится в процессе ожидания ответа от какого либо другого
устройства. Так, например, организована работа оперативной памяти и процессора (СPU), тактовая частота которого значительно
выше тактовой частоты ОЗУ.

Разрядность

Шина состоит из нескольких каналов для передачи электрических сигналов. Если говорят,
что шина тридцатидвухразрядная, то это означает, что она способна передавать электрические сигналы по тридцати двум каналам
одновременно. Здесь есть одна фишка. Дело в том, что шина любой заявленной разрядности (8, 16, 32, 64) имеет, на самом
деле, большее количество каналов. То есть, если взять ту же тридцатидвухразрядную шину, то для передачи собственно данных
выделено 32 канала, а дополнительные каналы предназначены для передачи специфической информации.

Скорость передачи данных

Название этого параметра говорит само за себя. Он высчитывается по формуле:

тактовая частота * разрядность = скорость передачи данных

Сделаем расчет скорости передачи данных для 64 разрядной системной шины, работающей на тактовой частоте
в 100 МГц.

100 * 64 = 6400 Мбит/сек

6400 / 8 = 800 Мбайт/сек

Но полученное число не является реальным. В жизни на шины влияет куча всевозможных факторов:
неэффективная проводимость материалов, помехи, недостатки конструкции и сборки а также многое другое. По некоторым
данным, разность между теоретической скоростью передачи данных и практической может составлять до 25%.

За работой каждой шины следят специально для этого предназначенные контроллеры. Они входят в состав
набора системной логики (чипсет).

Кроме системной шины на материнской плате есть еще шины ввода/вывода, которые отличаются друг от друга
по архитектуре. Перечислю некоторые из них:

Источник

Частота системной шины

Как правило, современный персональный компьютер на базе x86-совместимого микропроцессора устроен следующим образом: микропроцессор через FSB подключается к системному контроллеру (обычно системный контроллер персонального компьютера называют «северным мостом», англ. North Bridge ). Системный контроллер имеет в своём составе контроллер ОЗУ (в некоторых современных персональных компьютерах контроллер ОЗУ встроен в микропроцессор), а также контроллеры шин, к которым подключаются периферийные устройства. Получил распространение подход, при котором, к северному мосту подключаются наиболее производительные периферийные устройства, например, видеокарты с шиной PCI Express 16x, а менее производительные устройства (микросхема PCI) подключаются к т. н. «южному мосту» (англ. South Bridge ), который соединяется с северным мостом специальной шиной. Набор из «южного» и «северного» мостов часто называют чипсетом (англ. chipset ).

Таким образом, FSB работает в качестве магистрального канала между процессором и чипсетом.

Некоторые компьютеры имеют внешнюю кэш-память, подключенную через «заднюю» шину (англ. back side bus ), которая быстрее, чем FSB, но работает только со специфичными устройствами.

Каждая из вторичных шин работает на своей частоте (которая может быть как выше, так и ниже частоты FSB). Иногда частота вторичной шины является производной от частоты FSB, иногда задаётся независимо.

Содержание

Параметры FSB у некоторых микропроцессоров

Влияние на производительность компьютера

Частота процессора

Частота, на которой работает центральный процессор, определяется исходя из частоты FSB и коэффициента умножения. Большинство современных процессоров имеют заблокированный коэффициент умножения, так что единственным способом разгона является изменение частоты FSB.

Память

До определённого момента в развитии компьютеров частота работы памяти совпадала с частотой FSB, на современных персональных компьютерах частоты FSB и шины памяти могут различаться. Обычно, частота памяти выше и задается делителями по отношению к FSB. Самый часто встречающийся делитель- 4:3.

Периферийные шины

На старых системах частоты шин ISA, PCI, AGP задавались в соотношении с FSB (изменение частоты FSB приводило к изменению частоты шины), на новых системах частоты для каждой шины задаются отдельно.

Смотреть что такое «Частота системной шины» в других словарях:

ТАКТОВАЯ ЧАСТОТА — (clock rate), число основных операций (циклов выборки и исполнения команд) компьютера (см. КОМПЬЮТЕР), производимых за 1 секунду. Измеряется в герцах (Hz, Гц; и их производных по системе СИ килогерцах, kHz, кГц, мегагерцах, MHz, МГц; гигагерцах,… … Энциклопедический словарь

Список микропроцессоров Intel — Информация в этой статье или некоторых её разделах устарела. Вы можете помочь проекту … Википедия

Pentium 4 — > Центральный процессор Производство … Википедия

Athlon XP — > Центральный процессор … Википедия

Willamette — > Центральный процессор Производство: с 2000 по 2008 год Производитель: ЦП: 1300 3800 МГц Частота FSB … Википедия

Duron — Duron >> Центральный процессор … Википедия

Celeron — Информация в этой статье или некоторых её разделах устарела. Вы можете помочь проекту, обновив её и убрав после этого данный шаблон … Википедия

Athlon — > Центральный процессор … Википедия

Список моделей Pentium 4 — Основная статья: Pentium 4 Pentium 4 Intel Pentium 4 x86 совместимый процессор, анонсированный 20 ноября 2000 года. К процессорам семейства отн … Википедия

Список микропроцессоров Pentium 4 — Основная статья: Pentium 4 Pentium 4 … Википедия

Источник

Архитектура ЭВМ

Компоненты ПК

Интерфейсы

Мини блог

Самое читаемое

Системные платы

Шина процессора

Общие сведения о шине процессора

Шина процессора — соединяет процессор с северным мостом или контроллером памяти MCH. Она работает на частотах 66–200 МГц и используется для передачи данных между процессором и основной системной шиной или между процессором и внешней кэш-памятью в системах на базе процессоров пятого поколения. Схема взаимодействия шин в типичном компьютере на базе процессора Pentium (Socket 7) показано на рисунке.

На этом рисунке четко видна трехуровневая архитектура, в которой на самом верхнем уровне иерархии находится шина процессора, далее следует шина PCI и за ней шина ISA. Большинство компонентов системы подключается к одной из этих трех шин.

В системах, созданных на основе процессоров Socket 7, внешняя кэш-память второго уровня установлена на системной плате и соединена с шиной процессора, которая работает на частоте системной платы (обычно от 66 до 100 МГц). Таким образом, при появлении процессоров Socket 7 с более высокой тактовой частотой рабочая частота кэш-памяти осталась равной сравнительно низкой частоте системной платы. Например, в наиболее быстродействующих системах Intel Socket 7 частота процессора равна 233 МГц, а частота шины процессора при множителе 3,5х достигает только 66 МГц. Следовательно, кэш-память второго уровня также работает на частоте 66 МГц. Возьмем, например, систему Socket 7, использующую процессоры AMD K6-2 550, работающие на частоте 550 МГц: при множителе 5,5х ч астота шины процессора равна 100 МГц. Следовательно, в этих системах частота кэш-памяти второго уровня достигает только 100 МГц.

Проблема медленной кэш-памяти второго уровня была решена в процессорах класса P6, таких как Pentium Pro, Pentium II, Celeron, Pentium III, а также AMD Athlon и Duron. В этих процессорах использовались разъемы Socket 8, Slot 1, Slot 2, Slot A, Socket A или Socket 370. Кроме того, кэш-память второго уровня была перенесена с системной платы непосредственно в процессор и соединена с ним с помощью встроенной шины. Теперь эта шина стала называться шиной переднего плана (Front-Side Bus — FSB), однако я, согласно устоявшейся традиции, продолжаю называть ее шиной процессора.

Включение кэш-памяти второго уровня в процессор позволило значительно повысить ее скорость. В современных процессорах кэш-память расположена непосредственно в кристалле процессора, т.е. работает с частотой процессора. В более ранних версиях кэш-память второгоуровня находилась в отдельной микросхеме, интегрированной в корпус процессора, и работала с частотой, равной 1/2, 2/5 или 1/3 частоты процессора. Однако даже в этом случае скорость интегрированной кэш-памяти была значительно выше, чем скорость внешнего кэша, ограниченного частотой системной платы Socket 7.

В системах Slot 1 кэш-память второго уровня была встроена в процессор, но работала только на его половинной частоте. Повышение частоты шины процессора с 66 до 100 МГц привело к увеличению пропускной способности до 800 Мбайт/с. Следует отметить, что в большинство систем была включена поддержка AGP. Частота стандартного интерфейса AGP равна 66 МГц (т.е. вдвое больше скорости PCI), но большинство систем поддерживают порт AGP 2x, быстродействие которого вдвое выше стандартного AGP, что приводит к увеличению пропускной способности до 533 Мбайт/с. Кроме того, в этих системах обычно использовались модули памяти PC100 SDRAM DIMM, скорость передачи данных которых равна 800 Мбайт/с.

В системах Pentium III и Celeron разъем Slot 1 уступил место гнезду Socket 370. Это было связано главным образом с тем, что более современные процессоры включают в себя встроенную кэш-память второго уровня (работающую на полной частоте ядра), а значит, исчезла потребность в дорогом корпусе, содержащем несколько микросхем. Скорость шины процессора увеличилась до 133 МГц, что повлекло за собой повышение пропускной способности до 1066 Мбайт/с. В современных системах используется уже AGP 4x со скоростью передачи данных 1066 Мбайт/с.

Шина процессора на основе hub-архитектуры

Обратите внимание на hub-архитектуру Intel, используемую вместо традиционной архитектуры “северный/южный мост”. В этой конструкции основное соединение между компонентами набора микросхем перенесено в выделенный hub-интерфейс со скоростью передачи данных 266 Мбайт/с (вдвое больше, чем у шины PCI), что позволило устройствам PCI использовать полную, без учета южного моста, пропускную способность шины PCI. Кроме того, микросхема Flash ROM BIOS, называемая теперь Firmware Hub, соединяется с системой через шину LPC. Как уже отмечалось, в архитектуре “северный/южный мост” для этого использовалась микросхема Super I/O. В большинстве систем для соединения микросхемы Super I/O вместо шины ISA теперь используется шина LPC. При этом hub-архитектура позволяет отказаться от использования Super I/O. Порты, поддерживаемые микросхемой Super I/O, называются традиционными (legacy), поэтому конструкция без Super I/O получила название нетрадиционной (legacy-free) системы. В такой системе устройства, использующие стандартные порты, должны быть подсоединены к компьютеру с помощью шины USB. В этих системах обычно используются два контроллера и до четырех общих портов (дополнительные порты могут быть подключены к узлам USB).

В системах, созданных на базе процессоров AMD, применена конструкция Socket A, в которой используются более быстрые по сравнению с Socket 370 процессор и шины памяти, но все еще сохраняется конструкция “северный/южный мост”. Обратите внимание на быстродействующую шину процессора, частота которой достигает 333 МГц (пропускная способность — 2664 Мбайт/с), а также на используемые модули памяти DDR SDRAM DIMM, которые поддерживают такую же пропускную способность (т.е. 2664 Мбайт/с). Также следует заметить, что большинство южных мостов включает в себя функции, свойственные микросхемам Super I/O. Эти микросхемы получили название Super South Bridge (суперъюжный мост).

Система Pentium 4 (Socket 423 или Socket 478), созданная на основе hub-архитектуры, показана на рисунке ниже. Особенностью этой конструкции является шина процессора с тактовой частотой 400/533/800 МГц и пропускной способностью соответственно 3200/4266/6400 Мбайт/с. Сегодня это самая быстродействующая шина. Также обратите внимание на двухканальные модули PC3200 (DDR400), пропускная способность которых (3200 Мбайт/с) соответствует пропускной способности шины процессора, что позволяет максимально повысить производительность системы. В более производительных системах, включающих в себя шину с пропускной способностью 6400 Мбайт/с, используются двухканальные модули DDR400 с тактовой частотой 400 МГц, благодаря чему общая пропускная способность шины памяти достигает 6400 Мбайт/с. Процессоры с частотой шины 533 МГц могут использовать парные модули памяти (PC2100/DDR266 или PC2700/DDR333) в двухканальном режиме для достижения пропускной способности шины памяти 4266 Мбайт/с. Соответствие пропускной способности шины памяти рабочим параметрам шины процессора является условием оптимальной работы.

Процессор Athlon 64, независимо от типа гнезда (Socket 754, Socket 939 или Socket 940), использует высокоскоростную архитектуру HyperTransport для взаимодействия с северным мостом или микросхемой AGP Graphics Tunnel. Первые наборы микросхем для процессоров Athlon 64 использовали версию шины HyperTransport с параметрами 16 бит/800 МГц, однако последующие модели, предназначенные для поддержки процессоров Athlon 64 и Athlon 64 FX в исполнении Socket 939, используют более быструю версию шины HyperTransport с параметрами 16 бит/1 ГГц.

Наиболее заметным отличием архитектуры Athlon 64 от всех остальных архитектур ПК является размещение контроллера памяти не в микросхеме северного моста (или микросхеме MCH/GMCH), а в самом процессоре. Процессоры Athlon 64/FX/Opteron оснащены встроенным контроллером памяти. Благодаря этому исключаются многие “узкие места”, связанные с внешним контроллером памяти, что положительно сказывается на общем быстродействии системы. Главный недостаток этого подхода состоит в том, что для добавления поддержки новых технологий, например памяти DDR2, придется изменять архитектуру процессора.

Поскольку шина процессора должна обмениваться информацией с процессором с максимально возможной скоростью, в компьютере она функционирует намного быстрее любой другой шины. Сигнальные линии (линии электрической связи), представляющие шину, предназначены для передачи данных, адресов и сигналов управления между отдельными компонентами компьютера. Большинство процессоров Pentium имеют 64-разрядную шину данных, поэтому за один цикл по шине процессора передается 64 бит данных (8 байт).

Пропускная способность шины процессора

Для определения скорости передачи данных по шине процессора необходимо умножить разрядность шины данных (64 бит, или 8 байт, для Celeron/Pentium III/4 или Athlon/Duron/ Athlon XP/Athlon 64) на тактовую частоту шины (она равна базовой (внешней) тактовой частоте процессора).

Например, при использовании процессора Pentium 4 с тактовой частотой 3,6 ГГц, установленного на системной плате, частота которой равна 800 МГц, максимальная мгновенная скорость передачи данных будет достигать примерно 6400 Мбайт/с. Этот результат можно получить, используя следующую формулу:
800 МГц × 8 байт (64 бит) = 6400 Мбайт/с.

Для более медленной системы Pentium 4:
533,33 МГц × 8 байт (64 бит) = 4266 Мбайт/с;
400 МГц × 8 байт (64 бит) = 3200 Мбайт/с.

Для системы Athlon XP (Socket A) получится следующее:
400 МГц × 8 байт (64 бит) = 3200 Мбайт/с;
333 МГц × 8 байт (64 бит) = 2667 Мбайт/с;
266,66 МГц × 8 байт (64 бит) = 2133 Мбайт/с.

Для системы Pentium III (Socket 370):
133,33 МГц × 8 байт (64 бит) = 1066 Мбайт/с;
100 МГц × 8 байт (64 бит) = 800 Мбайт/с.

Максимальную скорость передачи данных называют также пропускной способностью шины (bandwidth) процессора.

Источник

Системная шина FSB

Автор: arlarung · Опубликовано 05/27/2019 · Обновлено 11/20/2019

Тактовая частота и ширина шины FSB (в битах) определяют скорость, с которой данные передаются между процессором (CPU) и чипсетом.

Внешняя шина определяет пропускную способность процессора для чипсета, памяти, видеокарты и остальной периферии. Пропускная способность процессора в идеале должна быть равна пропускной способности основной памяти. В противном случае процессор и память будет работать асинхронно и, следовательно, производительность того или другого компонента будет просто теряться.

Отношения между шиной FSB и RAM

Процессор — это часть компьютерной системы, которая в основном использует оперативную память. Следовательно, соединение между процессором (CPU) и оперативной памятью (RAM) должно быть скоординировано. В оптимальном случае процессор подключается к чипсету через FSB, а память через шину памяти с той же пропускной способностью. Ведь для оптимальной вычислительной мощности основная память и внешняя шина (FSB) должны иметь одинаковую производительность передачи. Тогда система будет работать с максимально возможной производительностью.

Аббревиатура

Аббревиатура FSB (например, FSB400) относится к числу 8-байтовых передач данных в секунду. Относительно шины FSB400 (400 МГц) скорость передачи данных составляет 3,2 миллиарда байтов в секунду. Аналогом на стороне памяти является модуль памяти PC3200 или PC2-3200 (в зависимости от чипсета и материнской платы). Хотя чипсет или материнская плата могут поддерживать более быструю память (например, PC2-4200), она все равно будет основана на скорости FSB. Конечно, вы можете использовать и более быструю память, но при этом вы не сможете использовать ту разницу между шиной и частотой памяти. Это делает разгон памяти бессмысленным занятием в данном случае. Если память медленнее, чем FSB, процессор будет работать не на полную свою мощность.

В зависимости от процессора связь по шине выполняется с тактовой частотой 66, 75, 83, 95, 100, 133, 166, 200, 266, 333 или 400 МГц. Дальнейшее увеличение тактовой частоты было не рационально, поэтому был разработан метод двойной скорости передачи данных (DDR). За счет этого максимальная теоретическая скорость передачи удваивается. Эта процедура также используется для основной памяти (DDR-SDRAM).

Пример увеличение данных за такт:

Процессор	частота FSB	Тип FSB [1]	Теоретическая пропускная способность
Pentium II	66 / 100 МГц	GTL+	533 / 800 МБ/с
Pentium III	100 / 133 МГц	AGTL+	800 / 1066 МБ/с
Pentium 4	100 / 133 / 200 МГц	QPB	3200 / 4266 / 6400 МБ/с [2]
Pentium M	100 / 133 МГц	QPB	3200 / 4266 МБ/с [2]
Pentium D	133 / 200 МГц	QPB	4266 / 6400 МБ/с [2]
Pentium 4 EE	200 / 266 МГц	QPB	6400 / 8533 МБ/с [2]
Intel Core	133 / 166 МГц	QPB	4266 / 5333 МБ/с [2]
Intel Core 2	200 / 266 / 333 / 400 МГц	QPB	6400 / 8533 / 10660 / 12800 МБ/с [2]
P6	100 / 133 МГц	GTL+	800 / 1066 МБ/с
NetBurst	100 / 133 / 166 / 200 / 266 / 333 МГц	QPB	3200 / 4266 / 5333 / 6400 / 8533 / 10660 МБ/с [2]
Penryn	266 / 333 / 400 МГц	QPB	8533 / 10660 / 12800 МБ/с [2]
100 / 133 МГц	EV6	1600 / 2133 МБ/с [3]
Athlon XP	133 / 166 / 200 МГц	EV6	2133 / 2666 / 3200 МБ/с [3]
Athlon 64/FX/600 / 800 / 1000 МГц	4800 / 6400 / 8000 МБ/с
	900 / 1000 / 1250 МГц	—	7200 / 8000 / 10000 МБ/с

Физическая частота	66 MHz	75 MHz	83 MHz	95 MHz	100 MHz	133 MHz	166 MHz	200 MHz	266 MHz	333 MHz	400 MHz
(SDR)	FSB66	FSB75	FSB83	FSB95	FSB100	FSB133	FSB166	FSB200	—	—	—
(DDR)	FSB133	FSB150	FSB166	FSB190	FSB200	FSB266	FSB333	FSB400	—	—	—
(DDR3)	—	—	—	—	FSB400	FSB533	—	FSB800	FSB1066	FSB1333	FSB1600

Поскольку тактовая частота и ширина шины (количество шинных линий) пространственно ограничены параллельными линиями (классическая шина), были разработаны методы последовательного соединения для соединения процессора и набора микросхем. В отличие от Intel, AMD первой переключилась на технологию последовательного соединения, которая оказалась намного быстрее предшественницы и имела свойства масштабируемости.

HyperTransport от AMD

HyperTransport был первоначально разработан Alpha Prozessors Inc. как Lightning Data Transfer (LDT). HyperTransport — это метод последовательного соединения, подходящий для подключения интегральных микросхем. AMD использует HyperTransport в качестве связующего звена между процессором, чипсетом и памятью.

16-разрядная версия HyperTransport 800 МГц может передавать 3,2 ГБ / с (51 Гбит / с) в каждом направлении.

QuickPath Interconnection от Intel

QPI заменил FSB у Intel и стал симметричным ответом на аналогичную технологию от AMD. Как и HyperTransport от AMD, QPI является последовательным интерфейсом.

Порт QPI полной ширины состоит из 20 каналов в каждом направлении, каждое из которых передает до 6,4 Гбит / с.

Media Interface или PCIe — PCI Express

Современные процессоры сочетают в себе основной процессор, графический процессор и контроллер памяти. В этом ключе чипсет уже теряет свой первоначальный смысл. Он служит только для обеспечения внутренних и внешних интерфейсов для расширений и жестких дисков.

Источник