Přední autobus - Front-side bus

V rámci vícejádrového procesoru je zadní sběrnice často interní, s přední sběrnicí pro externí komunikaci.

Front Side Bus ( FSB ) je počítačová komunikační rozhraní ( bus ), který se často používá v Intel počítačů -chip založených v průběhu roku 1990 a 2000s. EV6 autobus sloužil stejnou funkci pro konkurenční AMD procesory. Oba obvykle přenášejí data mezi centrální procesorovou jednotkou (CPU) a rozbočovačem řadiče paměti, známým jako northbridge .

V závislosti na implementaci mohou mít některé počítače také zadní sběrnici, která spojuje CPU s mezipamětí . Tato sběrnice a k ní připojená mezipaměť jsou rychlejší než přístup k systémové paměti (nebo RAM) přes přední sběrnici. Rychlost přední sběrnice se často používá jako důležité měřítko výkonu počítače.

Původní architektura sběrnice na přední straně byla v moderních objemových procesorech nahrazena technologií HyperTransport , Intel QuickPath Interconnect nebo Direct Media Interface .

Dějiny

Tento termín začal používat společnost Intel Corporation v době, kdy byly v 90. letech oznámeny produkty Pentium Pro a Pentium II .

„Přední strana“ označuje externí rozhraní od procesoru ke zbytku počítačového systému, na rozdíl od zadní strany, kde zadní sběrnice spojuje mezipaměť (a potenciálně další CPU).

Přední sběrnice (FSB) se většinou používá na základních deskách souvisejících s PC (včetně osobních počítačů a serverů). Zřídka se používají ve vestavěných systémech nebo podobných malých počítačích. Konstrukce FSB představovala zlepšení výkonu oproti návrhům jednotlivých systémových sběrnic z předchozích desetiletí, ale tyto přední autobusy se někdy označují jako „systémová sběrnice“.

Přední sběrnice obvykle spojují CPU a zbytek hardwaru prostřednictvím čipové sady , kterou společnost Intel implementovala jako Northbridge a Southbridge . Ostatní sběrnice, jako je Peripheral Component Interconnect (PCI), Accelerated Graphics Port (AGP), a paměťové sběrnice, se všechny připojují k čipové sadě, aby mohl mezi připojenými zařízeními proudit data. Tyto sběrnice sekundárního systému obvykle běží rychlostí odvozenou od hodin sběrnice na přední straně, ale nejsou s nimi nutně synchronizovány .

V reakci na AMD je Torrenza iniciativy Intel otevřel zásuvku FSB procesoru pro zařízení třetích stran. Před tímto oznámením, které bylo učiněno na jaře 2007 na Intel Developer Forum v Pekingu , měl Intel velmi pečlivě střežené, kdo měl přístup k FSB a umožňoval pouze procesory Intel v patici CPU. Prvním příkladem byly koprocesory FPGA ( Field Programmable Gate Array ), které byly výsledkem spolupráce společností Intel- Xilinx - Nallatech a Intel- Altera -XtremeData (dodávaných v roce 2008).

Rychlost souvisejících komponent

Typické rozložení čipové sady

procesor

Frekvence , při které procesor (CPU), pracuje se stanoví za použití hodiny multiplikátor na přední straně sběrnice (FSB) rychlostí v některých případech. Například procesor běžící na 3200 MHz může používat 400 MHz FSB. To znamená, že interní nastavení multiplikátoru hodin (také nazývané poměr sběrnice / jádro) je 8. To znamená, že CPU je nastaveno tak, aby běželo na 8násobku frekvence přední sběrnice: 400 MHz × 8 = 3200 MHz. Různých rychlostí procesoru je dosaženo změnou frekvence FSB nebo multiplikátoru CPU, což se označuje jako přetaktování nebo Underclocking .

Paměť

Nastavení rychlosti FSB souvisí přímo s rychlostí paměti, kterou musí systém používat. Paměťová sběrnice spojuje Northbridge a RAM, stejně jako přední sběrnice CPU a Northbridge. Tyto dvě sběrnice musí často pracovat na stejné frekvenci. Zvýšení přední sběrnice na 450 MHz ve většině případů znamená také provoz paměti na 450 MHz.

V novějších systémech je možné vidět poměry paměti „4: 5“ a podobně. Paměť v této situaci poběží 5/4krát rychleji než FSB, což znamená, že sběrnice 400 MHz může běžet s pamětí na 500 MHz. Toto se často označuje jako „asynchronní“ systém. Kvůli rozdílům v architektuře CPU a systému se celkový výkon systému může neočekávaným způsobem lišit s různými poměry FSB k paměti.

V oblasti obrazu , zvuku , videa , her , syntézy FPGA a vědeckých aplikací, které provádějí malé množství práce na každém prvku velké datové sady , se rychlost FSB stává hlavním problémem výkonu. Pomalé FSB způsobí, že CPU stráví značné množství času čekáním na příchod dat ze systémové paměti . Pokud jsou však výpočty zahrnující každý prvek složitější, procesor je stráví delším prováděním; FSB proto bude schopna držet krok, protože rychlost přístupu k paměti je snížena.

Periferní sběrnice

Podobně jako paměťová sběrnice lze sběrnice PCI a AGP spustit také asynchronně z přední sběrnice. Ve starších systémech jsou tyto autobusy provozovány na stanoveném zlomku frekvence sběrnice na přední straně. Tento zlomek byl nastaven systémem BIOS . V novějších systémech periferní sběrnice PCI, AGP a PCI Express často přijímají své vlastní hodinové signály , což eliminuje jejich závislost na časování na přední sběrnici.

Přetaktování

Přetaktování je praxe, při které počítačové komponenty pracují nad rámec svých výkonových úrovní manipulací s frekvencemi, na kterých je komponenta spuštěna, a v případě potřeby úpravou napětí odeslaného do komponenty, aby mohla stabilněji pracovat na těchto vyšších frekvencích. .

Mnoho základních desek umožňuje uživateli ručně nastavit multiplikátor hodin a nastavení FSB změnou propojek nebo nastavení systému BIOS. Téměř všichni výrobci CPU nyní „uzamknou“ přednastavené nastavení multiplikátoru do čipu. Je možné odemknout některé uzamčené CPU; například některé procesory AMD Athlon lze odemknout připojením elektrických kontaktů mezi body na povrchu CPU. Některé další procesory od AMD a Intel jsou odemčené z výroby a díky této funkci jsou koncovými uživateli a prodejci označeny jako procesory „nadšené“. U všech procesorů lze zvýšit rychlost FSB a zvýšit tak rychlost zpracování snížením latence mezi CPU a severním mostem.

Tato praxe posouvá komponenty nad rámec jejich specifikací a může způsobit nestálé chování, přehřátí nebo předčasné selhání. I když se zdá, že počítač běží normálně, mohou se při velkém zatížení objevit problémy. Většina počítačů zakoupených od maloobchodníků nebo výrobců, jako je Hewlett-Packard nebo Dell , neumožňuje uživateli změnit nastavení multiplikátoru nebo FSB kvůli pravděpodobnosti nepravidelného chování nebo selhání. Základní desky zakoupené samostatně k vytvoření vlastního stroje pravděpodobně umožní uživateli upravit nastavení multiplikátoru a FSB v systému BIOS počítače.

Vývoj

Při první konstrukci měl přední autobus výhodu vysoké flexibility a nízkých nákladů. Jednoduché symetrické multiprocesory umisťují řadu CPU na sdílenou FSB, i když kvůli úzkým profilům šířky pásma nelze výkon lineárně škálovat .

Přední sběrnice byla používána ve všech modelech procesorů Intel Atom , Celeron , Pentium , Core 2 a Xeon až do roku 2008. Původně byla tato sběrnice centrálním spojovacím bodem pro všechna systémová zařízení a CPU.

Potenciál rychlejšího CPU je promarněn, pokud nedokáže načíst instrukce a data tak rychle, jak je dokáže provést. CPU může trávit značnou dobu nečinností při čekání na čtení nebo zápis dat do hlavní paměti a vysoce výkonné procesory proto vyžadují vysokou šířku pásma a přístup k paměti s nízkou latencí. Bus na přední straně byl kritizován společností AMD jako stará a pomalá technologie, která omezuje výkon systému.

Modernější designy používají připojení typu point-to-point, jako je HyperTransport společnosti AMD a Intel DMI 2.0 nebo QuickPath Interconnect (QPI). Tyto implementace odstraňují tradiční Northbridge ve prospěch přímého propojení z CPU do Platform Controller Hub , Southbridge nebo I / O Controller.

V tradiční architektuře sloužila přední sběrnice jako okamžité datové spojení mezi CPU a všemi ostatními zařízeními v systému, včetně hlavní paměti. V systémech založených na HyperTransportu a QPI je k systémové paměti přistupováno nezávisle pomocí řadiče paměti integrovaného do CPU, takže šířka pásma na odkazu HyperTransport nebo QPI je ponechána pro další použití. To zvyšuje složitost konstrukce CPU, ale nabízí větší propustnost a lepší škálování v systémech s více procesory.

Přenosové rychlosti

Šířka pásma nebo maximální teoretická propustnost přední strany autobusu je dána součinem šířky své datové cesty, jeho taktovací frekvence (cyklů za sekundu) a počtu datových přenosů, které provádí za taktu. Například, 64- bit (8 byte ) široký FSB pracující při frekvenci 100 MHz, který provádí 4 přenáší na cyklus má šířku pásma 3200 MB za sekundu (MB / s):

8 bajtů / přenos × 100 MHz × 4 přenosy / cyklus = 3200 MB / s

Počet přenosů za taktovací cyklus závisí na použité technologii. Například GTL + provádí 1 přenos / cyklus, EV6 2 převody / cyklus a AGTL + 4 převody / cyklus. Intel volá techniku ​​čtyř převodů za cyklus Quad Pumping .

Mnoho výrobců publikuje frekvenci přední sběrnice v MHz, ale marketingové materiály často uvádějí teoretickou efektivní rychlost signalizace (která se běžně nazývá megatransfers za sekundu nebo MT / s). Například pokud má základní deska (nebo procesor) svou sběrnici nastavenou na 200 MHz a provádí 4 přenosy za taktovací cyklus, je FSB dimenzována na 800 MT / s.

Specifikace několika generací populárních procesorů jsou uvedeny níže.

Procesory Intel

Procesory AMD

Reference