Процессорные шины Host BusПредназначена для скоростной передачи данных (64 разряда) и сигналов управления между процессором и остальными компонентами системы.
Может носить названия: CPU Bus, FSB (Front Side Bus).
В упрощённом понимании шина- это группа проводников, по которым передаётся информация между устройствами компьютера. На первых персональных компьютерах имелась одна центральная шина, доступ к которой разделялся между всеми устройствами.
Достоинством такого подхода была:
низкая цена персонального компьютера;
универсальность- легко подключать новые устройства, одни и те же периферийные устройства можно применять на разных компьютерах, имеющих однотипную шину.
Недостаток- в ограничении пропускной способности шины, т.к. все потоки информации между многочисленными устройствами должны проходить через центральную шину.
Архитектура современного персонального компьютера много сложнее и предполагает использование нескольких взаимосвязанных шин: процессорная шина, шина памяти, графическая шина, несколько разновидностей шин для подключения дополнительных внешних устройств, а также шина для соединения микросхем набора системной логики.
Front Side Bus (FSB) — шина, обеспечивающая соединение между x86-совместимым центральным процессором и внутренними устройствами.
Как правило, современный персональный компьютер на базе x86-совместимого микропроцессора устроен следующим образом: микропроцессор через FSB подключается к системному контроллеру, который обычно называют «северным мостом», (англ. Northbridge). 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 BIOS'а, устройства с шиной PCI) подключаются к т. н. «южному мосту» (англ. Southbridge), который соединяется с северным мостом специальной шиной. Набор из «южного» и «северного» мостов называют набором системной логики, но чаще применяется калька с английского языка «чипсет» (англ. chipset).
Таким образом, FSB работает в качестве магистрального канала между процессором и чипсетом.
Рис. 5.2. Блок-схема современного компьютера
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.
Параметры fsb у некоторых микропроцессоров
Процессор |
частота FSB |
Тип FSB |
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 [1] |
Pentium M |
100 / 133 МГц |
QPB |
3200 / 4266 МБ/с [1] |
Pentium D |
133 / 200 МГц |
QPB |
4266 / 6400 МБ/с [1] |
Pentium 4 EE |
200 / 266 МГц |
QPB |
6400 / 8533 МБ/с [1] |
Intel Core |
133 / 166 МГц |
QPB |
4266 / 5333 МБ/с [1] |
Intel Core 2 |
200 / 266 / 333 / 400 МГц |
QPB |
6400 / 8533 / 10660 / 12800 МБ/с [1] |
Xeon — ядро P6 |
100 / 133 МГц |
GTL+ |
800 / 1066 МБ/с |
Xeon — ядро NetBurst |
100 / 133 / 166 / 200 / 266 / 333 МГц |
QPB |
3200 / 4266 / 5333 / 6400 / 8533 / 10660 МБ/с [1] |
Xeon — ядро Penryn |
266 / 333 / 400 МГц |
QPB |
8533 / 10660 / 12800 МБ/с [1] |
Athlon |
100 / 133 МГц |
EV6 |
1600 / 2133 МБ/с [2] |
Athlon XP |
133 / 166 / 200 МГц |
EV6 |
2133 / 2666 / 3200 МБ/с [2] |
Почти все AMD K8 Athlon 64/FX/Opteron |
800 / 1000 МГц |
HyperTransport v1 |
6400 / 8000 МБ/с [2] |
Новое поколение AMD K8 и все K10 Turion 64 X2/Phenom/Phenom II |
1600 / 1800 / 2000 МГц |
HyperTransport v3 |
12800 / 14400 / 16000 МБ/с [2] |
PowerPC 970 |
900 / 1000 / 1250 МГц |
— |
7200 / 8000 / 10000 МБ/с |
|
|||
На микропроцессорах компании INTEL используется процессорная шина Quad Pumped Bus с частотой 100 - 800 МГц, обеспечивающая передачу данных с учетверённой скоростью 4х(100 – 400) МГц, передачу адресов с удвоенной скоростью 2х(100 - 400Мгц) и передачу команд со скоростью 100 - 400 МГц (для сравнения, у Pentium III передача команд, адресов и данных происходила с одинаковой частотой 133 МГц).
Шина памяти может работать на одинаковой частоте с FSB (режим синхронной работы) и на иной частоте, отличаясь в большую или меньшую сторону (асинхронный режим). Согласование передачи данных при работе FSB и памяти в асинхронном режиме выполняется специальным устройством в северном мосту чипсета, эта операция называется синхронизация. На синхронизацию требуется дополнительное время, поэтому предпочтительно совпадение частоты шин. Компания Intel в своём чипсете i875P реализовала режим Performance Acceleration Technology (PAT), существенно снижающий задержки при доступе к памяти, если FSB и память работают на одинаковой частоте 200 MГц, что даёт прирост производительности компьютера на 2-5%.
Влияние на производительность компьютера
Частота процессора
Частоты, на которых работают центральный процессор и FSB, имеют общую опорную частоту, и в конечном счете определяются исходя из их коэффициентов умножения (частота устройства = опорная частота * коэффициент умножения).
Память
Следует выделить два случая:
Контроллер памяти в системном контроллере
До определённого момента в развитии компьютеров частота работы памяти совпадала с частотой FSB, на современных персональных компьютерах частоты FSB и шины памяти могут различаться. Поскольку процессор работает с памятью через FSB, то производительность FSB является одним из важнейших параметров такой системы.
Контроллер памяти в процессоре
Современные процессоры имеют встроенный контроллер памяти, поэтому в них очень слабая зависимость производительности процессора от FSB.
Периферийные шины
Существуют системы, преимущественно старые, где FSB и периферийные шины ISA, PCI, AGP имеют общую опорную частоту, и попытка изменения частоты FSB не посредством её коэффициента умножения, а посредством изменения опорной частоты приведет к изменению частот периферийных шин, и даже внешних интерфейсов, таких как Parallel ATA. На других системах, преимущественно новых, частоты периферийных шин не зависят от частоты FSB.
В системах с высокой интеграцией контроллеры памяти и периферийных шин могут быть встроены в процессор, и сама FSB в таких процессорах отсутствует принципиально. К таким системам можно отнести персональную платформу Intel LGA1156.