Шина FSB ( front-side bus ) — это интерфейс компьютерной связи ( bus ), который часто использовался в компьютерах на базе чипов Intel в 1990-х и 2000-х годах. Шина EV6 выполняла ту же функцию для конкурирующих процессоров AMD. Оба обычно переносят данные между центральным процессором (CPU) и концентратором контроллера памяти, известным как северный мост . [1]
В зависимости от реализации, некоторые компьютеры могут также иметь заднюю шину , которая соединяет ЦП с кэшем . Эта шина и кэш, подключенный к ней, быстрее, чем доступ к системной памяти (или ОЗУ) через переднюю шину. Скорость передней шины часто используется как важный показатель производительности компьютера.
Первоначальная архитектура системной шины была заменена на HyperTransport , Intel QuickPath Interconnect и Direct Media Interface , а затем на Intel Ultra Path Interconnect и AMD Infinity Fabric .
Термин вошел в употребление корпорации Intel примерно в то время, когда были анонсированы продукты Pentium Pro и Pentium II , в 1990-х годах.
«Передняя сторона» относится к внешнему интерфейсу от процессора к остальной части компьютерной системы, в отличие от задней стороны, где задняя шина соединяет кэш (и потенциально другие процессоры). [2]
Шина FSB (Front-side bus) в основном используется на материнских платах ПК (включая персональные компьютеры и серверы). Они редко используются во встраиваемых системах или подобных небольших компьютерах. Конструкция FSB была улучшением производительности по сравнению с конструкциями с одной системной шиной предыдущих десятилетий, но эти шины FSB иногда называют «системной шиной».
Шины передней стороны обычно соединяют ЦП и остальное оборудование через чипсет , который Intel реализовала как северный и южный мосты . Другие шины, такие как Peripheral Component Interconnect (PCI), Accelerated Graphics Port (AGP) и шины памяти, подключаются к чипсету для передачи данных между подключенными устройствами. Эти вторичные системные шины обычно работают на скоростях, полученных от тактовой частоты шины передней стороны, но не обязательно синхронизированы с ней.
В ответ на инициативу AMD Torrenza , Intel открыла свой сокет FSB CPU для сторонних устройств. [3] До этого объявления, сделанного весной 2007 года на форуме разработчиков Intel в Пекине, Intel очень тщательно охраняла тех, кто имел доступ к FSB, допуская только процессоры Intel в сокет CPU. Первым примером были сопроцессоры с программируемыми вентилями (FPGA), результат сотрудничества Intel- Xilinx - Nallatech [4] и Intel- Altera -XtremeData (поставленные в 2008 году). [5] [6] [7]
Частота , на которой работает процессор (ЦП), в некоторых случаях определяется применением множителя тактовой частоты к частоте системной шины (FSB). Например, процессор, работающий на частоте 3200 МГц, может использовать системную шину 400 МГц. Это означает, что внутренняя настройка множителя тактовой частоты (также называемая отношением шины к ядру) равна 8. То есть ЦП настроен на работу на частоте, в 8 раз превышающей частоту системной шины: 400 МГц × 8 = 3200 МГц. Различные скорости ЦП достигаются путем изменения частоты системной шины или множителя ЦП, это называется разгоном или недогоном .
Настройка скорости FSB напрямую связана с классом скорости памяти, которую должна использовать система. Шина памяти соединяет северный мост и ОЗУ, так же как внешняя шина соединяет ЦП и северный мост. Часто эти две шины должны работать на одной частоте. Увеличение внешней 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 тому подобное. В этой ситуации память будет работать в 5/4 раза быстрее FSB, то есть 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 варьироваться неожиданным образом при разных соотношениях FSB и памяти.
В приложениях для обработки изображений, аудио, видео, игр, синтеза FPGA и научных приложений, которые выполняют небольшой объем работы над каждым элементом большого набора данных , скорость FSB становится основной проблемой производительности. Медленная FSB заставит ЦП тратить значительное количество времени на ожидание поступления данных из системной памяти . Однако, если вычисления, включающие каждый элемент, более сложны, процессор будет тратить больше времени на их выполнение; следовательно, FSB сможет поддерживать темп, поскольку скорость доступа к памяти снижается.
Подобно шине памяти, шины PCI и AGP также могут работать асинхронно от шины front-side. В старых системах эти шины работают на установленной доле частоты шины front-side. Эта доля задается BIOS . В новых системах периферийные шины PCI, AGP и PCI Express часто получают собственные тактовые сигналы , что устраняет их зависимость от шины front-side для синхронизации.
Разгон — это практика, позволяющая компонентам компьютера работать на частотах, превышающих их штатные уровни производительности, путем изменения частот, на которых настроена работа компонента, и, при необходимости, изменения напряжения, подаваемого на компонент, чтобы он мог работать на этих более высоких частотах с большей стабильностью.
Многие материнские платы позволяют пользователю вручную устанавливать множитель тактовой частоты и настройки FSB, изменяя перемычки или настройки BIOS. Почти все производители ЦП теперь «запирают» предустановленную настройку множителя в чипе. Некоторые заблокированные ЦП можно разблокировать; например, некоторые процессоры AMD Athlon можно разблокировать, подключив электрические контакты к точкам на поверхности ЦП. Некоторые другие процессоры AMD и Intel разблокированы на заводе и маркируются конечными пользователями и розничными торговцами как процессоры «для энтузиастов» из-за этой функции. Для всех процессоров увеличение скорости FSB может быть сделано для повышения скорости обработки за счет уменьшения задержки между ЦП и северным мостом.
Такая практика выводит компоненты за пределы их спецификаций и может привести к неустойчивому поведению, перегреву или преждевременному отказу. Даже если компьютер работает нормально, проблемы могут возникнуть при большой нагрузке. Большинство ПК, купленных у розничных продавцов или производителей, таких как Hewlett-Packard или Dell , не позволяют пользователю изменять настройки множителя или FSB из-за вероятности неустойчивого поведения или отказа. Материнские платы, купленные отдельно для сборки индивидуальной машины, с большей вероятностью позволят пользователю изменять настройки множителя и FSB в BIOS ПК.
Шина front-side имела преимущество высокой гибкости и низкой стоимости, когда она была впервые разработана. Простые симметричные мультипроцессоры размещают несколько ЦП на общей FSB, хотя производительность не могла масштабироваться линейно из-за узких мест в полосе пропускания.
Системная шина использовалась во всех моделях процессоров Intel Atom , Celeron , Pentium , Core 2 и Xeon примерно до 2008 года [8] и была исключена в 2009 году. [9] Первоначально эта шина была центральной точкой соединения всех системных устройств и ЦП.
Потенциал более быстрого ЦП растрачивается впустую, если он не может извлекать инструкции и данные так же быстро, как он может их выполнять. ЦП может проводить значительное время в режиме ожидания чтения или записи данных в основной памяти, и поэтому высокопроизводительные процессоры требуют высокой пропускной способности и доступа к памяти с низкой задержкой. AMD критиковала переднюю шину как старую и медленную технологию, которая ограничивает производительность системы. [10]
Более современные разработки используют соединения точка-точка и последовательные соединения, такие как AMD HyperTransport и Intel DMI 2.0 или QuickPath Interconnect (QPI). Эти реализации устраняют традиционный северный мост в пользу прямого соединения от ЦП к системной памяти, высокоскоростным периферийным устройствам и Platform Controller Hub , южному мосту или контроллеру ввода-вывода. [11] [12] [13]
В традиционной архитектуре передняя шина служила непосредственным каналом передачи данных между ЦП и всеми другими устройствами в системе, включая основную память. В системах на базе HyperTransport и QPI доступ к системной памяти осуществляется независимо с помощью контроллера памяти, встроенного в ЦП, оставляя полосу пропускания на канале HyperTransport или QPI для других целей. Это увеличивает сложность конструкции ЦП, но обеспечивает большую пропускную способность, а также превосходное масштабирование в многопроцессорных системах.
Пропускная способность или максимальная теоретическая пропускная способность шины front-side определяется произведением ширины ее пути данных, ее тактовой частоты (циклов в секунду) и количества передач данных, которые она выполняет за один такт. Например, 64-битная ( 8- байтовая ) шина FSB, работающая на частоте 100 МГц и выполняющая 4 передачи за цикл, имеет пропускную способность 3200 мегабайт в секунду (МБ/с):
Количество передач за такт зависит от используемой технологии. Например, GTL+ выполняет 1 передачу/цикл, EV6 — 2 передачи/цикл, а AGTL+ — 4 передачи/цикл. Intel называет технику четырех передач за такт Quad Pumping .
Многие производители публикуют частоту системной шины в МГц, но в маркетинговых материалах часто указывается теоретическая эффективная скорость передачи сигналов (обычно называемая мегатранзакциями в секунду или МТ/с). Например, если материнская плата (или процессор) имеет шину, установленную на 200 МГц и выполняющую 4 передачи за такт, то FSB оценивается в 800 МТ/с.
Ниже приведены технические характеристики нескольких поколений популярных процессоров.
{{cite news}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )