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总线中的带宽 在计算机系统中

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20181
发表于 2024-4-4 15:19:15 | 显示全部楼层 |阅读模式
总线中的带宽
在计算机系统中,总线的作用就好比是人体中的神经系统,它承担的是所有数据传输的职责,而各个子系统间都必须籍由总线才能通讯,例如,CPU和北桥间有前端总线、北桥与显卡间为AGP总线、芯片组间有南北桥总线,各类扩展设备通过PCI、PCI-X总线与系统连接;主机与外部设备的连接也是通过总线进行,流行的USB2.0、IEEE1394总线等等,一句话,在一部计算机系统内,所有数据交换的需求都必须通过总线来实现!
按照工作模式不同,总线可分为两种类型,一种是并行总线,它在同一时刻可以传输多位数据,好比是一条允许多辆车并排开的宽敞道路,而且它还有双向单向之分;另一种为串行总线,它在同一时刻只能传输一个数据,好比只容许一辆车行走的狭窄道路,数据必须一个接一个传输、看起来仿佛一个长长的数据串,故称为“串行”。
对串行总线来说,带宽和工作频率的概念与并行总线完全相同,只是它改变了传统意义上的总线位宽的概念。在频率相同的情况下,并行总线比串行总线快得多,但它存在并行传输信号间的干扰现象,频率越高、位宽越大,干扰就越严重,因此要大幅提高现有并行总线的带宽是非常困难的;而串行总线不存在这个问题,总线频率可以大幅向上提升,这样串行总线就可以凭借高频率的优势获得高带宽。而为了弥补一次只能传送一位数据的不足,串行总线常常采用多条管线(或通道)的做法实现更高的速度——管线之间各自独立,多条管线组成一条总线系统,从表面看来它和并行总线很类似,但在内部它是以串行原理运作的。对这类总线,带宽的计算公式就等于“总线频率×管线数”,这方面的例子有PCIExpress和HyperTransport,前者有×1、×2、×4、×8、×16和×32多个版本,在第一代PCIExpress技术当中,单通道的单向信号频率可达2.5GHz,我们以×16举例,这里的16就代表16对双向总线,一共64条线路,每4条线路组成一个通道,二条接收,二条发送。这样我们可以换算出其总线的带宽为2.5GHz×16/10=4GB/s(单向)。除10是因为每字节采用10位编码。
并行总线和串行总线的描述参数存在一定差别。对并行总线来说,描述的性能参数有以下三个:总线宽度、时钟频率、数据传输频率。其中,总线宽度就是该总线可同时传输数据的位数,好比是车道容许并排行走的车辆的数量;例如,16位总线在同一时刻传输的数据为16位,也就是2个字节;而32位总线可同时传输4个字节,64位总线可以同时传输8个字节......显然,总线的宽度越大,它在同一时刻就能够传输更多的数据。不过总线的位宽无法无限制增加。
总线的带宽指的是这条总线在单位时间内可以传输的数据总量,它等于总线位宽与工作频率的乘积。例如,对于64位、800MHz的前端总线,它的数据传输率就等于64bit×800MHz÷8(Byte)=6.4GB/s;32位、33MHzPCI总线的数据传输率就是32bit×33MHz÷8=133MB/s,等等,这项法则可以用于所有并行总线上面——看到这里,读者应该明白我们所说的总线带宽指的就是它的数据传输率,其实“总线带宽”的概念同“电路带宽”的原始概念已经风马牛不相及。

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