Передняя шина ( FSB ) — это интерфейс компьютерной связи ( шина ), который часто использовался в компьютерах на базе процессоров 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 (ЦП) и концентратором контроллера памяти, известным как северный мост . [1]
В зависимости от реализации некоторые компьютеры также могут иметь внутреннюю шину , соединяющую ЦП с кэшем . Эта шина и подключенный к ней кэш выполняются быстрее, чем доступ к системной памяти (или оперативной памяти) через внешнюю шину. Скорость внешней шины часто используется как важный показатель производительности компьютера.
Исходная архитектура внешней шины была заменена HyperTransport , Intel QuickPath Interconnect , Direct Media Interface и в настоящее время Intel Ultra Path Interconnect в современных процессорах Intel для персональных компьютеров.
Этот термин вошел в употребление корпорацией Intel примерно в 1990-х годах, когда были анонсированы продукты Pentium Pro и Pentium II .
«Передняя сторона» относится к внешнему интерфейсу процессора к остальной части компьютерной системы, в отличие от задней стороны, где задняя шина соединяет кэш (и, возможно, другие процессоры). [2]
Внешняя шина (FSB) чаще всего используется на материнских платах для ПК (включая персональные компьютеры и серверы). Они редко используются во встроенных системах или подобных небольших компьютерах. Конструкция FSB улучшила производительность по сравнению с конструкциями с одной системной шиной предыдущих десятилетий, но эти внешние шины иногда называют «системной шиной».
Фронтальные шины обычно соединяют ЦП и остальное оборудование через набор микросхем , который Intel реализовала в виде северного и южного мостов . Другие шины, такие как соединение периферийных компонентов (PCI), порт ускоренной графики (AGP) и шины памяти, подключаются к набору микросхем для передачи данных между подключенными устройствами. Эти вторичные системные шины обычно работают на скоростях, определяемых тактовой частотой внешней шины, но не обязательно синхронизированы с ней.
В ответ на инициативу AMD Torrenza компания Intel открыла разъем ЦП FSB для устройств сторонних производителей. [3] До этого объявления, сделанного весной 2007 года на форуме разработчиков Intel в Пекине , Intel очень тщательно охраняла тех, кто имел доступ к системной шине, разрешая подключать только процессоры Intel к процессорному разъему. Первым примером были сопроцессоры с программируемой вентильной матрицей (FPGA), ставшие результатом 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 путем применения множителя тактовой частоты к скорости внешней шины (FSB). Например, процессор, работающий на частоте 3200 МГц , может использовать системную шину 400 МГц. Это означает, что внутренний множитель тактовой частоты (также называемый коэффициентом шины/ядра) равен 8. То есть процессор настроен на работу на частоте, в 8 раз превышающей частоту внешней шины: 400 МГц × 8 = 3200 МГц. Разная частота процессора достигается за счет изменения частоты FSB или множителя процессора. Это называется разгоном или понижением частоты .
Установка скорости FSB напрямую связана с классом скорости памяти, которую должна использовать система. Шина памяти соединяет северный мост и ОЗУ, точно так же, как передняя шина соединяет ЦП и северный мост. Часто эти две шины должны работать на одной и той же частоте. Увеличение частоты 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, чем FSB, то есть шина 400 МГц может работать с памятью на частоте 500 МГц. Эту систему часто называют «асинхронной». Из-за различий в архитектуре процессора и системы общая производительность системы может меняться самым неожиданным образом в зависимости от соотношения FSB и памяти.
В изображениях , аудио , видео , играх , синтезе FPGA и научных приложениях, которые выполняют небольшой объем работы над каждым элементом большого набора данных , скорость FSB становится серьезной проблемой производительности. Медленная FSB приведет к тому, что ЦП будет тратить значительное количество времени на ожидание поступления данных из системной памяти . Однако если вычисления с участием каждого элемента более сложны, процессор потратит больше времени на их выполнение; следовательно, FSB сможет идти в ногу со временем, поскольку скорость доступа к памяти снижается.
Подобно шине памяти, шины PCI и AGP также могут работать асинхронно от внешней шины. В старых системах эти шины работают с заданной долей частоты внешней шины. Эта доля была установлена BIOS . В более новых системах периферийные шины PCI, AGP и PCI Express часто получают собственные тактовые сигналы , что устраняет их зависимость от внешней шины для синхронизации.
Разгон — это практика, позволяющая компонентам компьютера работать сверх их стандартного уровня производительности путем манипулирования частотами, на которых установлен компонент, и, при необходимости, изменения напряжения, подаваемого на компонент, чтобы он мог работать на этих более высоких частотах с большей производительностью. стабильность.
Многие материнские платы позволяют пользователю вручную устанавливать множитель тактовой частоты и настройки FSB, изменяя перемычки или настройки BIOS. Почти все производители процессоров теперь «фиксируют» в чипе предустановленную настройку множителя. Можно разблокировать некоторые заблокированные процессоры; например, некоторые процессоры AMD Athlon можно разблокировать, подключив электрические контакты к точкам на поверхности процессора. Некоторые другие процессоры AMD и Intel разблокируются на заводе и маркируются конечными пользователями и розничными продавцами как процессоры «энтузиастского уровня» из-за этой функции. Для всех процессоров можно увеличить скорость FSB, чтобы повысить скорость обработки за счет уменьшения задержки между ЦП и северным мостом.
Такая практика выводит компоненты за рамки их технических характеристик и может привести к нестабильному поведению, перегреву или преждевременному выходу из строя. Даже если кажется, что компьютер работает нормально, при большой нагрузке могут возникнуть проблемы. Большинство ПК , приобретенных 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 сбоя. Материнские платы, приобретенные отдельно для сборки специальной машины, с большей вероятностью позволят пользователю редактировать настройки множителя и FSB в BIOS ПК.
На момент разработки передняя шина имела преимущество высокой гибкости и низкой стоимости. Простые симметричные мультипроцессоры размещают несколько процессоров на общей FSB, хотя производительность не может масштабироваться линейно из-за узких мест в полосе пропускания.
Фронтальная шина использовалась во всех моделях процессоров Intel Atom , Celeron , Pentium , Core 2 и Xeon 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 же быстро, как и выполнять их. ЦП может проводить значительное время в режиме ожидания в ожидании чтения или записи данных в основную память, поэтому высокопроизводительным процессорам требуется высокая пропускная способность и низкая задержка доступа к памяти. AMD раскритиковала внешнюю шину как старую и медленную технологию, ограничивающую производительность системы. [8]
В более современных конструкциях используются двухточечные и последовательные соединения, такие как AMD HyperTransport и Intel DMI 2.0 или QuickPath Interconnect (QPI). В этих реализациях традиционный северный мост заменен прямым соединением ЦП с концентратором контроллера платформы , южным мостом или контроллером 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 посредством 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 внешней шины определяется произведением ширины ее пути данных, ее тактовой частоты (циклов в секунду) и количества передач данных, которые она выполняет за такт. Например, 64- битная (8- байтовая ) 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 за цикл, EV6 — 2 передачи за цикл, а AGTL+ — 4 передачи за цикл. Intel называет технику четырех передач за цикл Quad Pumping .
Многие производители публикуют частоту внешней шины в МГц, но в маркетинговых материалах часто указывается теоретическая эффективная скорость передачи сигналов (которая обычно называется мегапередачами в секунду или МТ/с). Например, если на материнской плате (или процессоре) установлена частота шины 200 МГц и она выполняет 4 передачи за такт, то скорость FSB составит 800 МТ/с.
Ниже указаны характеристики нескольких поколений популярных процессоров.
{{cite news}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )