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CPU知識詳解-前端總線
來源: 日期:2013-10-3 20:11:30 人氣:標簽:
總線是將信息以一個或多個源部件傳送到一個或多個目的部件的一組傳輸線。通俗的說,就是多個部件間的公共連線,用于在各個部件之間傳輸信息。人們常常以 MHz 表示的速度來描述總線頻率。總線的種類很多,前端總線的英文名字是 Front Side Bus,通常用 FSB 表示,是將 CPU 連接到北橋芯片的總線。計算機的前端總線頻率是由 CPU 和北橋芯片共同決定的。
北橋芯片(將在以后的主板專題中做詳解)負責聯系內存、顯卡等數據吞吐量 大的部件,并和南橋芯片連接。CPU 就是通過前端總線(FSB)連接到北橋芯片,進而通過北橋芯片和內存、顯卡交換數據。前端總線是 CPU 和外界交換數據的 主要通道。因此,前端總線的數據傳輸能力,對計算機整體性能作用很大。如果沒有足夠快的前端總線,再強的 CPU 也不能明顯提高計算機整體速度。數據傳輸 大帶寬,取決于所有同時傳輸的數據的寬度和傳輸頻率,即數據帶寬=(總線頻率×數據位寬)÷8。目前 PC 機上所能達到的前端總線頻率,有 266MHz、333MHz、400MHz、533MHz、800MHz 幾種。前端總線頻率越大,代表著 CPU 與北橋芯片之間的數據傳輸能力越大,更能充分發揮出 CPU 的功能。現在的 CPU 技術發展很快,運算速度提高很快,而足夠大的前端總線,可以保障有足夠的數據供給給 CPU,較低的前端總線,將無法供給足夠的數據給 CPU,這樣就限制了 CPU 性能得發揮,成為系統瓶頸。
外頻與前端總線頻率的區別:前端總線的速度,指的是 CPU 和北橋芯片間總線的速度,更實質性的表示了 CPU 和外界數據傳輸的速度。而外頻的概念,是建立在數字脈沖信號震蕩速度基礎之上的,也就是說,100MHz 外頻,特指數字脈沖信號在每秒鐘震蕩一萬萬次,它更多的影響了 PCI 及其他總線的頻率。之所以前端總線與外頻這兩個概念容易混淆,主要的原因是在以前的很長一段時間里(主要是在 Pentium 4 出現之前和剛出現 Pentium 4 時),前端總線頻率與外頻是相同的。因此,往往直接稱前端總線為外頻, 終造成這樣的誤會。隨著計算機技術的發展,人們發現前端總線頻率需要高于外頻,因此采用了 QDR(Quad Date Rate)技術,或者其他類似的技術實現這個目的。這些技術的原理,類似于 AGP 的 2X 或者 4X,它們使得前端總線的頻率成為外頻的 2 倍、4 倍甚至更高。從此之后,前端總線和外頻的區別,才開始被人們重視起來。此外,在前端總線中,比較特殊的是 AMD 64 的 HyperTransport。
HyperTransport 初是 AMD 在1999年提出的一種總線技術,隨著 AMD 64 位平臺的發布和推廣,HyperTransport 應用越來越廣泛,也越來越被人們所熟知。
HyperTransport 是一種為主板上的集成電路互連而設計的端到端總線技術,它可以在內存控制器、磁盤控制器以及 PCI 總線控制器之間,提供更高的數據傳輸帶寬。HyperTransport 采用類似 DDR 的工作方式,在 400MHz 工作頻率下,相當于 800MHz 的傳輸頻率。此外 HyperTransport 是在同一個總線中模擬出兩個獨立數據鏈進行點對點數據雙向傳輸,因此理論上 大傳輸速率可以視為翻倍,具有 4、8、16 及 32 位頻寬的高速序列連接功能。在 400MHz 下,雙向 4bit 模式的總線帶寬為 0.8GB/sec,雙向 8bit 模式的總線帶寬為 1.6GB/sec;800MHz 下,雙向 8bit 模式的總線帶寬為 3.2GB/sec,雙向 16bit 模式的總線帶寬為 6.4GB/sec,雙向 32bit 模式的總線帶寬為 12.8GB/sec。以 400MHz 下,雙向 4bit 模式為例,帶寬計算方法為 400MHz ×2×2×4bit÷8=0.8GB/sec。
HyperTransport 還有一大特色,就是當數據位寬并非 32bit 時,可以分批傳輸數據來達到與 32bit 相同的效果。例如 16bit 的數據就可以分兩批傳輸,8bit 的數據就可以分四批傳輸。這種數據分包傳輸的方法,給了 HyperTransport 在應用上更大的彈性空間。
2004 年 2 月,HyperTransport 技術聯盟(Hyper Transport Technology Consortium)又正式發布了HyperTransport 2.0 規格,由于采用了 Dual-data 技術,使頻率成功提升到了 1.0GHz、1.2GHz 和 1.4GHz,數據傳輸帶寬由每通道 1.6Gb/sec 提升到了 2.0GB/sec、2.4Gb/sec 和 2.8GB/sec, 大帶寬由原來的 12.8Gb/sec 提升到了 22.4GB/sec。
當 HyperTransport 應用于內存控制器時,其實也就類似于傳統的前端總線(FSB,Front Side Bus),因此對于將 HyperTransport 技術用于內存控制器的 CPU 來說,其 HyperTransport 的頻率也就相當于前端總線的頻率。
目前各種 CPU 的前端總線頻率(FSB):
(一)Intel 平臺
1) Willamette 核心 CPU:
所有 Willamette 核心 CPU 的 FSB 都是 400MHz FSB。
2) Northwood 核心 CPU:
相對于 Willamette 核心 CPU,Northwood 核心 CPU 的前端總線頻率則非常復雜,400MHz、533MHz 和800MHz 都有。其中,Celeron 全部都是 400MHz FSB;Pentium 4 方面,1.6GHz-2.8GHz 都有 400MHz FSB 的產品。例如 1.8A、2.0A 等等。Pentium 4 型號后面帶有"B"字樣的,則是 533MHz FSB。帶有"C"字樣的,則是 800MHz FSB。
3) Prescott 核心 CPU:
Prescott 核心的 Celeron D,無論是 Socket 478 接口還是 Socket 775 接口,全部都是 533MHz FSB。
Socket 478 接口的 Pentium 4 方面,2.4A 和 2.8A 是 533MHz FSB,其余的 Socket 478 Pentium 4 都是 800MHz FSB,在產品型號后面帶有"E"字樣。
Socket 775 接口的 Pentium 4 5XX 系列方面,編號尾數為"5"的,是 533MHz FSB,例如 Pentium 4 505/515;編號尾數為"0"的,是 800MHz FSB,例如 Pentium 4 520/530/540 等等。即將推出的 Pentium 4 6XX 系列 CPU,則都是 800MHz FSB。
4) Pentium 4 至尊版(即 Pentium 4 EE,又稱 Pentium 4 XE):
所有 Socket 478 接口的 Pentium 4 EE 都是 800MHz FSB。而 Socket 775 接口的 Pentium 4 EE,3.4GHz 是 800MHz FSB,而 3.46GHz 則是 1066MHz FSB,這是目前 PC 上 高的前端總線頻率,而且今后推出的所有 Pentium 4 EE 都會采用 1066MHz FSB。
5) Xeon 和 Xeon MP:
所有 Xeon MP 都是 400MHz FSB;Socket 603 接口的 Xeon 也是 400MHz FSB;Socket 604 接口的 Xeon 中,支持 Intel 64 位計算技術 EM64T 的 Xeon 是 800MHz FSB,而不支持 EM64T 的 Xeon 則是 533MHz FSB。
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