Фронтальный автобус - Front-side bus

В пределах многоядерный процессор, то задний автобус часто бывает внутренним, с лицевой шиной для внешней связи.

А фронтальный автобус (ФСБ) - это интерфейс связи с компьютером (автобус ), который часто использовался в Intel -чиповые компьютеры в 1990-е и 2000-е годы. В EV6 шина выполняла ту же функцию для конкурирующих процессоров AMD. Оба обычно переносят данные между центральное процессорное устройство (CPU) и концентратор контроллера памяти, известный как Северный мост.^[1]

В зависимости от реализации некоторые компьютеры могут также иметь задний автобус который соединяет ЦП с тайник. Эта шина и подключенный к ней кэш работают быстрее, чем доступ к системной памяти (или ОЗУ) через внешнюю шину. Скорость передней шины часто используется как важный показатель производительности компьютера.

Первоначальная передняя архитектура автобуса была заменена на Гипертранспорт, Intel QuickPath Interconnect или Прямой медиа-интерфейс в современных объемных процессорах.

История

Термин стал использоваться корпорацией Intel примерно в то время, когда Pentium Pro и Pentium II продукция была анонсирована в 1990-х годах.

«Лицевая сторона» относится к внешнему интерфейсу от процессора к остальной части компьютерной системы, в отличие от задней стороны, где задний автобус подключает кеш (и, возможно, другие процессоры).^[2]

Фронтальная шина (FSB) в основном используется на ПК. материнские платы (включая персональные компьютеры и серверы). Они редко используются в встроенные системы или аналогичные маленькие компьютеры. Конструкция FSB была улучшением производительности по сравнению с одиночным системная шина конструкции предыдущих десятилетий, но эти фронтальные автобусы иногда называют «системными шинами».

Фронтальные шины обычно соединяют ЦП и остальное оборудование через чипсет, который Intel реализовал как Северный мост и южный мост. Другие автобусы, такие как Подключение периферийных компонентов (PCI), Порт ускоренной графики (AGP) и шины памяти подключаются к чипсету для передачи данных между подключенными устройствами. Эти вторичные системные шины обычно работают на скоростях, определяемых тактовой частотой передней шины, но не обязательно синхронизированный к нему.

В ответ на AMD с Торренца По инициативе Intel открыла процессорный разъем FSB для устройств сторонних производителей.^[3]До этого объявления, сделанного весной 2007 г. на Форум разработчиков Intel в Пекин Intel очень тщательно оберегала тех, кто имел доступ к FSB, разрешая только процессоры Intel в сокете процессора. Первый пример был программируемая вентильная матрица (FPGA) сопроцессоры, результат сотрудничества Intel-Xilinx -Наллатек^[4] и Intel-Альтера -XtremeData (выпущен в 2008 году).^[5][6][7]

Связанные компоненты скорости

Типичная компоновка чипсета

ЦПУ

В частота на которой работает процессор (ЦП), в некоторых случаях определяется применением умножителя тактовой частоты к скорости фронтальной шины (FSB). Например, процессор на 3200 МГц может использоваться системная шина 400 МГц. Это означает, что есть внутренний множитель часов значение (также называемое соотношением шина / ядро), равным 8. То есть ЦП настроен на работу с частотой, в 8 раз превышающей частоту внешней шины: 400 МГц × 8 = 3200 МГц. Разные скорости ЦП достигаются за счет изменения либо частоты FSB, либо множителя ЦП, это называется Разгон или Разгон.

объем памяти

Смотрите также: Делитель памяти

Установка скорости FSB напрямую связана с уровнем скорости памяти, которую система должна использовать. Шина памяти соединяет северный мост и ОЗУ, так же как шина передней панели соединяет центральный и северный мосты. Часто эти две шины должны работать на одной частоте. Увеличение фронтальной шины до 450 МГц в большинстве случаев также означает работу памяти на частоте 450 МГц.

В более новых системах можно увидеть соотношение памяти «4: 5» и т.п. В этой ситуации память будет работать в 5/4 раза быстрее, чем FSB, что означает, что шина 400 МГц может работать с памятью на частоте 500 МГц. Это часто называют «асинхронной» системой. Из-за различий в архитектуре ЦП и системы общая производительность системы может неожиданно меняться в зависимости от соотношения системной шины и памяти.

В изображение, аудио, видео, игра, FPGA синтез и научные приложения, которые выполняют небольшой объем работы над каждым элементом большого набор данных, Скорость FSB становится серьезной проблемой для производительности. Низкая частота системной шины приведет к тому, что ЦП будет тратить значительное количество времени на ожидание поступления данных от системная память. Однако, если вычисления с участием каждого элемента более сложны, процессор будет тратить больше времени на их выполнение; следовательно, FSB сможет идти в ногу со временем, потому что скорость обращения к памяти снижается.

Периферийные автобусы

Подобно шине памяти, шины PCI и AGP также могут запускаться асинхронно от внешней шины. В более старых системах эти шины работают с заданной долей частоты фронтальной шины. Эта доля была установлена BIOS. В более новых системах PCI, AGP и PCI Express периферийные автобусы часто получают собственные тактовые сигналы, что устраняет их зависимость от внешней шины для синхронизации.

Разгон

Основная статья: Разгон

Разгон Это практика заставить компьютерные компоненты работать за пределами их стандартных уровней производительности, манипулируя частотами, на которых компонент настроен на работу, и, при необходимости, изменяя напряжение, подаваемое на компонент, чтобы он мог работать на этих более высоких частотах более стабильно.

Многие материнские платы позволяют пользователю вручную устанавливать множитель тактовой частоты и настройки FSB, изменяя прыгуны или настройки BIOS. Почти все производители процессоров теперь «фиксируют» предустановку множителя в микросхеме. Есть возможность разблокировать некоторые заблокированные процессоры; например, некоторые AMD Athlon процессоры можно разблокировать, подключив электрические контакты через точки на поверхности процессора. Некоторые другие процессоры AMD и Intel разблокируются на заводе и маркируются конечными пользователями и розничными продавцами как процессоры «уровня энтузиастов» из-за этой функции. Для всех процессоров можно увеличить частоту FSB, чтобы повысить скорость обработки за счет уменьшения задержка между процессором и северным мостом.

Такая практика вынуждает компоненты выходить за рамки их спецификаций и может вызвать неустойчивое поведение, перегрев или преждевременный отказ. Даже если кажется, что компьютер работает нормально, при большой нагрузке могут возникнуть проблемы. Наиболее ПК приобретены у розничных продавцов или производителей, таких как Hewlett Packard или Dell, не позволяйте пользователю изменять множитель или настройки FSB из-за вероятности нестабильного поведения или сбоя. Материнские платы, приобретаемые отдельно для сборки индивидуальной машины, с большей вероятностью позволят пользователю редактировать множитель и настройки FSB в BIOS компьютера.

Эволюция

На момент разработки передняя шина имела преимущество высокой гибкости и низкой стоимости. Простой симметричные мультипроцессоры разместить несколько процессоров на общей системной шине, хотя производительность не может линейно масштабироваться из-за пропускной способности узкие места.

Фронтальный автобус использовался во всех Intel Atom, Celeron, Pentium, Ядро 2, и Xeon модели процессоров примерно до 2008 года. Первоначально эта шина была центральной точкой соединения для всех системных устройств и ЦП.

Потенциал более быстрого процессора теряется, если он не может получать инструкции и данные так быстро, как он может их выполнить. ЦП может проводить значительное время в режиме ожидания, ожидая чтения или записи данных в основную память, поэтому высокопроизводительные процессоры требуют высокой пропускной способности и доступа к памяти с малой задержкой. Фронтальный автобус раскритиковал AMD как старая и медленная технология, ограничивающая производительность системы.^[8]

Более современные конструкции используют соединения точка-точка, такие как AMD Гипертранспорт и Intel DMI 2.0 или QuickPath Interconnect (QPI). Эти реализации удаляют традиционные Северный мост в пользу прямой ссылки от CPU на Концентратор контроллера платформы, южный мост или контроллер ввода-вывода.^[9]

В традиционной архитектуре внешняя шина служила непосредственным каналом передачи данных между ЦП и всеми другими устройствами в системе, включая основную память. В системах на основе HyperTransport и QPI доступ к системной памяти осуществляется независимо с помощью контроллер памяти интегрирован в ЦП, оставляя полосу пропускания на HyperTransport или ссылке QPI для других целей. Это увеличивает сложность конструкции ЦП, но обеспечивает большую пропускную способность, а также превосходное масштабирование в многопроцессорных системах.

Скорость передачи

В пропускная способность или максимальная теоретическая пропускная способность фронтальной шины определяется произведением ширины пути передачи данных на ее тактовая частота (циклов в секунду) и количество передач данных, которые он выполняет за такт. Например, 64-немного (8-байт ) широкая FSB, работающая на частоте 100 МГц, которая выполняет 4 передачи за цикл, имеет пропускную способность 3200 мегабайты в секунду (МБ / с):

8 байтов / передача × 100 МГц × 4 передачи / цикл = 3200 МБ / с

Количество переводов на такт зависит от используемой технологии. Например, GTL + выполняет 1 передачу / цикл, EV6 2 передачи / цикл, и AGTL + 4 передачи / цикл. Intel называет технику четырех передач за цикл Quad Pumping.

Многие производители публикуют частоту фронтальной шины в МГц, но в маркетинговых материалах часто указывается теоретическая эффективная скорость передачи сигналов (которую обычно называют мегатрансферы в секунду или МТ / с). Например, если на материнской плате (или процессоре) шина установлена ​​на 200 МГц и она выполняет 4 передачи за такт, частота системной шины составляет 800 МТ / с.

Ниже указаны характеристики нескольких поколений популярных процессоров.

Процессоры Intel

ЦПУ	Частота FSB (МГц)	Трансферы / цикл	Ширина автобуса	Скорость передачи (МБ / сек)
Pentium	50 - 66	1	32-битный	400 - 528
Pentium Overdrive	25 - 66	1	32-битный	200 - 528
Pentium Pro	60 / 66	1	32-битный	480 - 528
Pentium MMX	60 / 66	1	32-битный	480 - 528
Pentium MMX Overdrive	50 / 60 / 66	1	32-битный	400 - 528
Pentium II	66 / 100	1	32-битный	528 / 800
Pentium II Xeon	100	1	32-битный	800
Pentium II Overdrive	60 / 66	1	32-битный	480 - 528
Pentium III	100 / 133	1	32-битный	800 / 1064
Pentium III Xeon	100 / 133	1	32-битный	800 / 1064
Pentium III-M	100 / 133	1	32-битный	800 / 1064
Pentium 4	100 / 133	4	32-битный	3200 - 4256
Pentium 4-M	100	4	32-битный	3200
Pentium 4 HT	133 / 200	4	32-битный	4256 / 6400
Pentium 4 HT Extreme Edition	200 / 266	4	64-битный	6400 / 8512
Pentium D	133 / 200	4	32/64-бит	4256 - 6400
Pentium Extreme Edition	200 / 266	4	64-битный	6400 / 8512
Pentium M	100 / 133	4	64-битный	3200 / 4256
Двухъядерный Pentium	200 / 266	4	64-битный	6400 / 8512
Двухъядерный процессор Pentium для мобильных устройств	133 - 200	4	64-битный	6400 - 8512
Celeron	66 - 200	1-4	64-битный	528 - 6400
Celeron Mobile	133 - 200	1-4	64-битный	4256 - 6400
Celeron D	133	4	64-битный	4256
Celeron M	66 - 200	1-4	64-битный	528 - 6400
Двухъядерный процессор Celeron	200	4	64-битный	6400
Двухъядерный мобильный телефон Celeron	133 - 200	4	64-битный	4256 - 6400
Itanium	100 / 133	1	32-битный	800 / 1064
Itanium 2	100 - 166	4	32-битный	3200 - 5312
Xeon	100 - 400	4	64-битный	3200 - 12800
Ядро Соло	133 / 166	4	32-битный	4256 / 5312
Core Duo	133 / 166	4	64-битный	4256 / 5312
Ядро 2 Соло	133 - 200	4	64-битный	4256 - 6400
Core 2 Duo	200 - 333	4	64-битный	6400 - 10656
Core 2 Duo Mobile	133 - 266	4	64-битный	4256 - 8512
Core 2 Quad	266 / 333	4	64-битный	8512 / 10656
Core 2 Quad Mobile	266	4	64-битный	8512
Core 2 Extreme	266 - 400	4	64-битный	8512 - 12800
Core 2 Extreme Mobile	200 / 266	4	64-битный	6400 / 8512
Атом	100 - 166	4	32/64-бит	3200 - 5312

Процессоры AMD

ЦПУ	Частота FSB (МГц)	Трансферы / цикл	Ширина автобуса	Скорость передачи (МБ / сек)
K5	50 - 66	1	32-битный	400 - 528
K6	66	1	32-битный	528
K6-II	66 - 100	1	32-битный	528 - 800
K6-III	66 / 100	1	32-битный	528 - 800
Athlon	100 / 133	2	32-битный	1600 - 2128
Athlon XP	100 / 133 / 166 / 200	2	32-битный	1600 - 3200
Athlon MP	100 / 133	2	32-битный	1600 - 2128
Мобильный Athlon 4	100	2	32-битный	1600
Athlon XP-M	100 / 133	2	32-битный	1600 - 2128
Duron	100 / 133	2	32-битный	1600 - 2128
Семпрон	166 / 200	2	32/64-бит	2656 - 3200

Рекомендации

1. Скотт Мюллер (2003). Обновление и ремонт ПК (15-е изд.). Que Publishing. п.314. ISBN  978-0-7897-2974-3.
2. Тодд Лэнгли и Роб Ковальчик (январь 2009 г.). «Введение в архитектуру Intel: основы» (PDF). "Белая бумага". Корпорация Intel. Архивировано из оригинал (PDF) 7 июня 2011 г.. Получено 28 мая, 2011.
3. Чарли Демерджян (17 апреля 2007 г.). «Intel открывает миру свой передний автобус + собака: IDF Spring 007 Xilinx знаменует собой эффект разорвавшейся бомбы». Спрашивающий. Получено 28 мая, 2011.
4. «Nallatech ™ запускает программу раннего доступа к первому в отрасли модулю FSB-FPGA». Пресс-релиз Business Wire. Наллатек. 18 сентября 2007 г.. Получено 14 июня, 2011.
5. «XtremeData предлагает модуль системной шины Intel на базе FPGA Stratix III». Пресс-релиз Business Wire. Журнал Chip Design. 18 сентября 2007 г. Архивировано с оригинал 23 июля 2011 г.. Получено 14 июня, 2011.
6. Эшли Вэнс (17 апреля 2007 г.). «Диета с высоким содержанием клетчатки дает Intel« регулярность », необходимую для победы над AMD». Реестр. Получено 28 мая, 2011.
7. «XtremeData начинает поставки модуля системной шины Intel на базе FPGA Altera Stratix III с частотой 1066 МГц». Пресс-релиз Business Wire. XtremeData. 17 июня 2008 г.. Получено 14 июня, 2011.
8. Аллан Макнотон (29 сентября 2003 г.). «Шина AMD HyperTransport: перенесите ваше приложение в режим повышенной производительности». AMD. Архивировано из оригинал 25 марта 2012 г.. Получено 14 июня, 2011.
9. «Введение в Intel QuickPath Interconnect» (PDF). Корпорация Intel. 30 января 2009 г.. Получено 14 июня, 2011.