CPU芯片組與總線


CPU總線-百度百科
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總線可分為三類:數據總線,地址總線,控制總線。
控制總線:向各個部件發送控制信號
地址總線:用地址信號指定其需要訪問的部件,如存儲器
數據總線:傳送數據信息,數據總線是雙向的可以寫,也可以讀。

CPU總線:
又稱為FSB(前端總線,Front Side Bus),是PC系統中最快的總線。
CPU總線處於芯片組與CPU之間,主要是CPU用來與高速緩存、主存和北橋(或MCH)之間傳送信息。
CPU總線上的時鍾頻率通常就是我們常說的外頻頻率,使用的外頻分別有66MHz、100MHz和133MHz三種。寬度為64位(8字節)

帶寬=頻率*寬度

 

 

Intel CPU和AMD CPU架構所需主板芯片組:

整個主機板上面最重要的就是芯片組了!而芯片組通常又分為兩個橋接器來控制各組件的溝通,北橋和南橋。

兩大主流x86開發商(Intel, AMD)的CPU架構並不相容,而且設計理念也有所差異, 所以兩大主流CPU所需要的主機板芯片組設計也就不太相同。

其中Intel CPU架構所需主板芯片組:

(1)北橋:負責連結速度較快的CPU、主內存與顯示卡等組件;

(2)南橋:負責連接速度較慢的周邊介面, 包括硬盤、USB、網絡卡等等。

與Intel不同的地方在於AMD主內存是直接與CPU溝通而不透過北橋!從前面的說明我們可以知道CPU的數據主要都是來自於主內存提供, 因此AMD為了加速這兩者的溝通,所以將內存控制組件整合到CPU當中, 理論上這樣可以加速CPU與主內存的傳輸速度!

 

北橋的最主要功能是內存控制,內存中的數據先入北橋的內存控制器,再入CPU處理。這部分數據吞吐量大,延遲低。因此北橋表面覆蓋了明顯的一大塊散熱片,而且距離CPU非常近,就在CPU插座旁邊。北橋還負責主要的PCI-E通道的控制,一般是PCI-E 16X或32X,甚至40X。
南橋距離CPU較遠,主要負責周圍IO、總線的控制,比如SATA,USB,PCI,一部分PCI-E通道。因為南橋的數據吞吐不如北橋多,不如北橋快,所以表面散熱片較小。

固態硬盤比機械硬盤快很多:在服務器上,比如一個網頁被同時200w人訪問,那如果是固態硬盤那就比較能快速被同時訪問,並且發熱沒機械硬盤大,因為機械硬盤是高速旋轉的,而固態硬盤不是

1GHZ的CPU ,和1MGZ的內存,整體速度,取決於小的(木桶效應)。所以以低的為准作為合體的標准
速度大小排列:CPU運算(》或=)CPU寄存器》一級緩存》二級緩存》三級緩存》內存

 

北橋芯片(高速總線控制器)

靠近CPU,早期連接內存的,現在的北橋代替了南橋,完成連接I/O和其他內存,CPU之間的連接。

南橋芯片(低速總線控制器)

連接I/O設備,慢慢新的主板取消了南橋芯片,統一由北橋芯片處理

固態硬盤比機械硬盤快很多:在服務器上,比如一個網頁被同時200w人訪問,那如果是固態硬盤那就比較能快速被同時訪問,並且發熱沒機械硬盤大,因為機械硬盤是高速旋轉的,而固態硬盤不是

1GHZ的CPU ,和1MGZ的內存,整體速度,取決於小的(木桶效應)。所以以低的為准作為合體的標准
速度大小排列:CPU運算(》或=)CPU寄存器》一級緩存》二級緩存》三級緩存》內存

 

 系統總線和IO總線

一般主機板芯片組有分北橋與南橋, 北橋的系統總線稱為系統總線,因為是CPU、內存、顯卡傳輸的主要通道,所以速度較快。南橋就是所謂的輸入輸出(I/O)總線,主要在聯系硬盤、USB、網絡卡等周邊設備,最常見的是PCI總線。這兩條總線之間用橋接的芯片或者說電路連接起來。

 

CPU與北橋間連接的這段總線成為前端總線(Front Side Bus,FSB),也就是系統總線(System Bus)

 

舉個形象的例子,就好比一個城市里,有兩條主干道,一條屬於行政區,一條屬於商業區,中間有個環島,將兩條主干道連接到了一起,系統總線就好比行政區里的主干道,而I/O總線就好比商業區的主干道。系統總線和I/O總線的帶寬的單位都是以Gbyte來記,但是顯而易見的是,行政區的主干道和商業區的主干道相比的話,前者肯定更“核心”,更寬,更順暢,設計的要求也高  

 參考:馮.諾依曼結構 總線 接口 南橋 北橋

32位與64位?

前面談到CPU運算的數據都是由主內存提供的,主內存與CPU的溝通速度靠的是外部頻率, 那么每次工作可以傳送的數據量有多大呢?那就是系統總線的功能了。一般主機板芯片組有分北橋與南橋, 北橋的系統總線稱為系統系統總線,因為是內存傳輸的主要通道,所以速度較快。 南橋就是所謂的輸入輸出(I/O)系統總線,主要在聯系硬盤、USB、網絡卡等周邊設備。

目前北橋所支持的頻率可高達333/400/533/800/1066/1333/1600MHz等不同頻率,支持情況依芯片組功能而有不同。 北橋所支持的頻率我們稱為前端系統總線速度(Front Side Bus, FSB), 而每次傳送的位數則是系統總線寬度。 那所謂的系統總線頻寬則是:『FSBx系統總線寬度』亦即每秒鍾可傳送的最大數據量。 目前常見的系統總線寬度有32/64位(bits)。

而如圖 2.1.1中的圖示,在該架構中前端系統總線最高速度可達1600MHz。 我們看到內存與北橋的頻寬為12.8GBytes/s,亦即是1600MHz*64bits = 1600MHz*8Bytes = 12800MByes/s = 12.8GBytes/s

與系統總線寬度相似的,CPU每次能夠處理的數據量稱為字長大小(word size), 字長大小依據CPU的設計而有32位與64位。我們現在所稱的計算機是32或64位主要是依據這個 CPU解析的字長大小而來的!早期的32位CPU中,因為CPU每次能夠解析的數據量有限, 因此由主內存傳來的數據量就有所限制了。這也導致32位的CPU最多只能支持最大到4GBytes的內存。

Tips:
字長大小與系統總線寬度是可以不同的!舉例來說,在Pentium Pro時代,該CPU是32位的處理器, 但當時的芯片組可以設計出64位的系統總線寬度。在這樣的架構下我們通常還是以CPU的字長大小來稱呼該架構。 個人計算機的64位CPU是到2003年由AMD Athlon64后才出現的。

 


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