IT系統(tǒng)架構(gòu)中總線帶寬及計(jì)算方式

2020-04-14 14:02 作者：艾銻無(wú)限 瀏覽量：

 
在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，總線的作用就好比是人體中的神經(jīng)系統(tǒng)，它承擔(dān)的是所有數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆氊?zé)，就像IT運(yùn)維有不同的系統(tǒng)運(yùn)維方向和運(yùn)維技術(shù)。而各個(gè)子系統(tǒng)間都必須籍由總線才能通訊，例如，CPU和北橋間有前端總線、北橋與顯卡間為AGP總線、芯片組間有南北橋總線，各類擴(kuò)展設(shè)備通過(guò)PCI、PCI-X總線與系統(tǒng)連接；主機(jī)與外部設(shè)備的連接也是通過(guò)總線進(jìn)行，如目前流行的USB 2.0、IEEE1394總線等等，一句話，在一部計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)，所有數(shù)據(jù)交換的需求都必須通過(guò)總線來(lái)實(shí)現(xiàn)！ 按照工作模式不同，總線可分為兩種類型，一種是并行總線，它在同一時(shí)刻可以傳輸多位數(shù)據(jù)，好比是一條允許多輛車并排開(kāi)的寬敞道路，而且它還有雙向單向之分；另一種為串行總線，它在同一時(shí)刻只能傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)，好比只容許一輛車行走的狹窄道路，數(shù)據(jù)必須一個(gè)接一個(gè)傳輸、看起來(lái)仿佛一個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)的數(shù)據(jù)串，故稱為“串行”。


并行總線和串行總線的描述參數(shù)存在一定差別。對(duì)并行總線來(lái)說(shuō)，描述的性能參數(shù)有以下三個(gè)：總線寬度、時(shí)鐘頻率、數(shù)據(jù)傳輸頻率。其中，總線寬度就是該總線可同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù)，好比是車道容許并排行走的車輛的數(shù)量；例如，16位總線在同一時(shí)刻傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為16位，也就是2個(gè)字節(jié)；而32位總線可同時(shí)傳輸4個(gè)字節(jié)，64位總線可以同時(shí)傳輸8個(gè)字節(jié)......顯然，總線的寬度越大，它在同一時(shí)刻就能夠傳輸更多的數(shù)據(jù)。不過(guò)總線的位寬無(wú)法無(wú)限制增加。時(shí)鐘頻率和數(shù)據(jù)傳輸頻率的概念在上一期的文章中有過(guò)詳細(xì)介紹，我們就不作贅述。

總線的帶寬指的是這條總線在單位時(shí)間內(nèi)可以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總量，它等于總線位寬與工作頻率的乘積。例如，對(duì)于64位、800MHz的前端總線，它的數(shù)據(jù)傳輸率就等于64bit×800MHz÷8(Byte)=6.4GB/s；32位、33MHz PCI總線的數(shù)據(jù)傳輸率就是 32bit×33MHz÷8=133MB/s，等等，這項(xiàng)法則可以用于所有并行總線上面——看到這里，讀者應(yīng)該明白我們所說(shuō)的總線帶寬指的就是它的數(shù)據(jù)傳輸率，其實(shí)“總線帶寬”的概念同“電路帶寬”的原始概念已經(jīng)風(fēng)馬牛不相及。計(jì)算方法：總線寬度為32bit，時(shí)鐘頻率為200MHz，若總線上每5個(gè)時(shí)鐘周期傳送一個(gè)32bit的字，問(wèn)總線帶寬是多少？

解答：

根據(jù)總線時(shí)鐘頻率為200MHz，

得1 個(gè)時(shí)鐘周期為1/200MHz=0.005μs

總線傳輸周期為0.005μs×5=0.025μs

由于總線的寬度為32 位=4B（字節(jié)）

故總線的數(shù)據(jù)傳輸率為4B/（0.025μs）=160MBps
 
對(duì)串行總線來(lái)說(shuō)，帶寬和工作頻率的概念與并行總線完全相同，只是它改變了傳統(tǒng)意義上的總線位寬的概念。在頻率相同的情況下，并行總線比串行總線快得多，那么，為什么現(xiàn)在各類并行總線反而要被串行總線接替呢？原因在于并行總線雖然一次可以傳輸多位數(shù)據(jù)，但它存在并行傳輸信號(hào)間的干擾現(xiàn)象，頻率越高、位寬越大，干擾就越嚴(yán)重，因此要大幅提高現(xiàn)有并行總線的帶寬是非常困難的；而串行總線不存在這個(gè)問(wèn)題，總線頻率可以大幅向上提升，這樣串行總線就可以憑借高頻率的優(yōu)勢(shì)獲得高帶寬。而為了彌補(bǔ)一次只能傳送一位數(shù)據(jù)的不足，串行總線常常采用多條管線（或通道）的做法實(shí)現(xiàn)更高的速度——管線之間各自獨(dú)立，多條管線組成一條總線系統(tǒng)，從表面看來(lái)它和并行總線很類似，但在內(nèi)部它是以串行原理運(yùn)作的。對(duì)這類總線，帶寬的計(jì)算公式就等于“總線頻率×管線數(shù)”，這方面的例子有PCI Express和HyperTransport，前者有×1、×2、×4、×8、×16和×32多個(gè)版本，在第一代PCI Express技術(shù)當(dāng)中，單通道的單向信號(hào)頻率可達(dá)2.5GHz，我們以×16舉例，這里的16就代表16對(duì)雙向總線，一共64條線路，每4條線路組成一個(gè)通道，二條接收，二條發(fā)送。這樣我們可以換算出其總線的帶寬為2.5GHz×16/10=4GB/s（單向）。除10是因?yàn)槊孔止?jié)采用10位編碼。

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