Ônibus de sistema explicado

Ônibus de sistema explicado

Eu não sei sobre você, mas eu, pelo menos, apesar de pensar para mim mesma que eu tinha tudo sob meu controle sempre se confundem ao pensar sobre a matriz de ônibus em um computador moderno. Largura de banda da CPU, memória, AGP mais novas tecnologias, como Hypertransport sempre me deixa em uma rotação, especialmente quando você está falando com alguém sobre isso que consegue fazer você questionar o seu próprio conhecimento.

Eu pensei que eu iria escrevê-lo para referência, e esperamos fornecer um entendimento para aqueles que querem saber tudo sobre este tema.

Ao longo deste artigo, vamos tentar compreender um entendimento de todos os componentes que formam um sistema de computador viável e espero ver o passado de marketing que ataca a nossa falta de compreensão.

O Objetivo

Computadores não são comercializados nos dias de hoje, de um ponto de vista puramente técnico. Todos os varejistas ou fabricantes tentarão dar o seu produto uma vantagem sobre produtos muito semelhantes em sua classe. Placas gráficas e placas-mãe são um excelente exemplo disso agora. Nomes diferentes, mesma tecnologia.

De Marketing vai ainda mais longe ao desviar para longe da terminologia correta técnica de computadores. Kilo, Mega, Giga não são a mesma coisa quando se trata de fazer números "fácil" para joe público.

Técnica e correta:

1 bit é uma única unidade de informação representada sob a forma de um 1 ou um 0.

Há 8 bits em um byte

Há 1.024 bytes em um kilobyte

Existem 1024 kilobytes em um Megabyte

Há 1024 Megabytes em uma Gigabyte

E aliás, embora não utilizada neste artigo ...

Há 1.024 Gigabytes em um Terabyte

1024 * 1024 * 1024 é inábil e fornece resultados que não são bons para o marketing.

Em vez disso, passar para múltiplos de 1000. 1000 bytes em um kilobyte, 1000 kilobytes em um megabyte e assim por diante. Isso proporciona bons números redondos.

Tome este por exemplo (que vai cobrir os cálculos mais tarde):

Tecnicamente:

PC2100 Memória DDR / DDR266 Memória

64 (bits) * 266000000 (Hz) = 17024,000,000 bits / s

(17024.000.000 / 8) / (1024 * 1024) = 2029.4MB / s

Marketing:

PC2100 Memória DDR / DDR266 Memória

64 (bits) * 266000000 (Hz) = 17024,000,000 bits / s

(17024.000.000 / 8) / (1000 * 1000) = 2128MB / s

Conveniente, não acha? Não só fornecer uma s mágico 100MB / largura de banda, é também um bom número (sem casas decimais, etc.)

Latência

O problema com multiplicadores elevados em processadores modernos é que as latências envolvidas. A velocidade do clock do processador (vamos usar como exemplo 1.73GHz) é muito antes de as velocidades relativamente insignificantes do barramento de memória, barramento AGP, etc. a CPU encontra-se ter que esperar para o resto do sistema para se recuperar.

Vamos usar um exemplo para ilustrar:

Um processador com uma velocidade de barramento de 133MHz rodando a 1.73GHz tem um multiplicador de clock de 13 (13 * 133 = 1733).

# A CPU envia um pedido para a memória do sistema de informação
# A CPU então aguarda um ciclo (comumente conhecida como a taxa de comando (1T)
# A memória sofre o que é conhecido como uma latência RAS / CAS
# A memória tem um atraso em encontrar os dados conhecido como uma latência CAS

Assim, enquanto a CPU tem esperado um ciclo de CPU e depois 4 ciclos de ônibus que teve de esperar por um + (4 * multiplicador) de CPU ciclos para obter os dados foi depois. Para cada ciclo de barramento de memória da CPU passou por 13 ciclos. Não muito quando você considera esse CPU 1.73GHz tem 1,73 bilhões de ciclos por segundo, mas quantas vezes é que a memória de acesso CPU principal? Um pouco e por isso tudo se soma.

Memória

Iremos considerar três diferentes tipos de memória do computador neste artigo.

# SDR-SDRAM (Single Data Rate - memória de acesso aleatório dinâmica síncrona) - SDR-SDRAM era a memória dominante do final dos anos 90. Mais tarde, a versão estava disponível em velocidades de 66/100/133 MHz como padrão. Este tipo de memória é / foi usada pela Intel e AMD para as suas ofertas recentes, ainda usados ​​no chipset i845/845G com o Pentium 4 Processsor. Mais tarde, vamos mostrar o que é um desperdício erro ou distinta de CPU que era.

# SDRAM DDR (Double Data Rate - memória de acesso aleatório dinâmica síncrona) - DDR-SDRAM assumiu onde a memória SDR parou. Particularmente com sistemas AMD (Thunderbird / XP / Thoroughbred) de memória DDR veio à tona como a memória convencional para o futuro próximo, com DDR-II no horizonte.

# RDRAM (memória de acesso Rambus Dynamic Random) - Embora realmente só se tornou popular no mercado mainstream do computador através do Pentium 4 da Intel, a tecnologia RDRAM data mais cedo do que a memória DDR.

Cálculos de largura de banda

Para evitar confusão, mais tarde, aqui está uma tabela de referência para bits, bytes, mega, kilo, Giga, etc ..

1 bit é uma única unidade de informação representada sob a forma de um 1 ou um 0.

Há 8 bits em um byte

Há 1.024 bytes em um kilobyte

Existem 1024 kilobytes em um Megabyte

Há 1024 Megabytes em uma Gigabyte

E aliás, embora não utilizada neste artigo ...

Há 1.024 Gigabytes em um Terabyte

SDR-SDRAM

Para calcular a largura de banda de memória que precisamos saber duas coisas. Sua largura de dados e sua freqüência de operação. O último é mais fácil de descobrir como é normalmente parte do título do marketing / varejo.

Costumamos ver a memória SDR a 100 ou 133MHz. Tomando como exemplo a 133MHz, isto significa que a memória pode executar uma operação de 133 milhões de vezes a cada segundo.

Encontrar a largura de dados, bem que é apenas algo que você tem que olhar para cima. Memória SDR tem uma largura de dados de 64 bits ou 8 bytes (8 bits em um byte).

PC100 Memória SDR

O cálculo é a seguinte: Os dados de largura * = largura de banda de frequência de funcionamento (em bits / s)

Para converter os números mais realistas e gerenciável, dividir o resultado por 8 a dar bytes / s e depois dividir novamente por 1024 para obter kilobytes / s, e em seguida, por 1024 novamente para obter Megabytes / s.

Assim: 64 (bits) * 100000000 (Hz) = 6400,000,000 bits / s

(6400.000.000 / 8) / (1024 * 1024) = largura de banda de memória 762.9MB / s.

PC133 Memória SDR

Usando o forumla mesmo que fizemos para a memória PC100 SDR podemos facilmente calcular a largura de banda de memória teórica para memória PC133 SDR.

64 (bits) * 133000000 (Hz) = 8512,000,000 bits / s

(8512.000.000 / 8) / (1024 * 1024) = 1014.7MB / s ou cerca de cerca de 1 GB / s de largura de banda de memória.

DDR-SDRAM

Memória DDR é um pouco mais complicado de entender para duas razões. Em primeiro lugar, a memória DDR tem a capacidade de transferência de dados sobre a borda de subida e de queda de um ciclo do relógio, ou seja, a memória DDR teoricamente duplica a largura de banda de memória de um sistema capaz de utilizá-la.

Em segundo lugar, como uma campanha de marketing para competir com uma tecnologia rival no momento DDR foi introduzido, a Rambus, DDR foi vendido como uma medida de sua largura de banda máxima aproximada teórica. Semelhante a AMD ea classificação dos processadores PR XP que temos hoje, as pessoas compram números, e DDR foi visto a ser mais rápido se ele foi vendido como PC1600 e PC2100 em vez de PC200 e PC266.

PC1600 Memória DDR / DDR200 Memória

Memória DDR tem a largura de dados mesma memória SDR: 64 bits.

Usamos o mesmo cálculo para medir a largura de banda, com a frequência adicional.

64 (bits) * 200000000 (Hz) = 12800,000,000 bits / s

(12800.000.000 / 8) / (1024 * 1024) = 1525.9MB / s.

Observe a largura de banda é o dobro da memória PC100 SDR.

PC2100 Memória DDR / DDR266 Memória

64 (bits) * 266000000 (Hz) = 17024,000,000 bits / s

(17024.000.000 / 8) / (1024 * 1024) = 2029.4MB / s ou cerca de 2 GB / s de largura de banda de memória.

Com o advento da produção melhora da memória, módulos capazes de rodar a velocidades de clock mais altas estão sendo liberados para o mercado. PC2700 finalmente entrar em seu próprio, com a introdução do AMDXP2700 + / 2800 + eo chipset Intel i845PE.

Aqui estão algumas larguras de banda para a última memória disponível:

PC2700 Memória DDR / DDR333 Memória

64 (bits) * 333000000 (Hz) = 21312,000,000 bits / s

(21312.000.000 / 8) / (1024 * 1024) = 2540.6MB / s.

PC3200 Memória DDR / DDR400 Memória

64 (bits) * 400000000 (Hz) = 25600,000,000 bits / s

(25600.000.000 / 8) / (1024 * 1024) = 3051.8MB / s.

PC3500 Memória DDR / DDR434 Memória

64 (bits) * 434000000 (Hz) = 27776,000,000 bits / s

(27776.000.000 / 8) / (1024 * 1024) = 3311.2MB / s.

RDRAM

Memória RDRAM é um pouco mais complicado em que o ônibus opera com um efetivo de 64 bits de largura de ônibus ala DDR, mas é separado em duas 16/32 canais de bits. O que isso significa? assim actualmente duas varas de RDRAM tem que ser utilizado num sistema. DDR tem a vantagem (geralmente a partir de um ponto de vista dos custos) de ser capaz de ser usado em DIMMs individuais.

O caclulation é basicamente o mesmo, porém, só precisamos de ter em conta o canal extra e velocidade de memória adicional.

PC800

16 (bits) * 800000000 (Hz) = 12800,000,000 bits / s

(12800.000.000 / 8) / (1024 * 1024) = 1525.9MB / s. Multiplicado por dois por causa da configuração de canal duplo - 3051.8MB / s

PC1066

16 (bits) * 1066,000,000 (Hz) = 17056,000,000 bits / s

(17056.000.000 / 8) / (1024 * 1024) = 2033.2MB / s. Multiplicado por dois por causa da configuração de canal duplo - 4066.4MB / s

nForce

nForce é especial, pois anunciava o futuro das interfaces de memória, para DDR, pelo menos. Dual DDR tecnologia dá dois canais de 64 bits em vez de um fazendo um bus de memória de 128 bits eficaz. Isso permite que duas vezes a largura de banda através do barramento.

Embora nunca tecnologia DualDDR realmente fez um enorme impacto na largura de banda de memória nForce (para os valores de referência nos dizer pelo menos), ele tem um grande potencial para um recente converso DDR.

O processador Intel Pentium 4, um defensor de longa data de RAMBUS / RDRAM se comprometeu a afastar-se da tecnologia de memória DDR de série e abraçar. Infelizmente, como os cálculos de memória de largura de banda na página 4 mostrou, DDR em sua forma atual não tem nem a largura de banda ou o potencial de escalar até larguras de banda RDRAM em sua iteração atual.

Dual DDR fará uma grande diferença para Pentium 4 chipsets. P4s com QDR arquitetura pode atingir larguras de banda de cerca de 4 GB / s, perfeitamente compatíveis com RDRAM PC1066. O mais rápido a memória DDR actualmente disponível, por outro lado, PC3500 tem uma largura de banda de cerca de 3.1GB / s. O P4 é aleijado com chipsets atuais DDR.

A duplicação da largura de banda de memória, então é algo que a Intel está olhando para frente.

PCI Bus

O barramento PCI é um dos ônibus mais velhos em um sistema moderno. É o ônibus que liga todas as placas de expansão em um sistema para o chipset principal, junto com IDE e USB.

O barramento PCI é um barramento de 32 bits de largura rodando a 33MHz. Usando nosso cálculo familiares, podemos facilmente calcular a largura de banda máxima.

32 (bits) * 33000000 (Hz) = 1056,000,000 bits / s

(1056.000.000 / 8) / (1024 * 1024) = 125.9MB / s. Arredondada até 133MB / s

É relativamente fácil de imaginar, que com modernas ATA133 Discos rígidos, placas de rede PCI, placas de som e similares, o barramento PCI pode facilmente tornar-se saturado. Há três maneiras de contornar esta solução. 2 já foram implementadas.

# Expanda a largura de banda do barramento - mãe do servidor, especialmente com a prevalência de discos rígidos SCSI que requer mais largura de banda do que o barramento PCI pode transferir, mudaram-se para um ônibus 66MHz o uso de slots de 64 bits. Este quadruplica a largura de banda proporcionada.

64 (bits) * 66000000 (Hz) = 4224,000,000 bits / s

(4224.000.000 / 8) / (1024 * 1024) = 503.5MB / s. Arredondado para 533MB / s

# Vá para um barramento dedicado - O exemplo aqui é óbvio placas gráficas. Com velocidades cada vez maiores de placas gráficas necessárias para lidar com jogos de sempre complexas do barramento PCI de idade simplesmente não pode lidar com a enorme quantidade de informação necessária para chegar ao northbridge e vice-versa. Assim, o barramento AGP nasceu. Um link direto do cartão de AGP para o chipset rodando a 66MHz com um ônibus de 32 bits dá uma largura de banda máxima de:

32 (bits) * 66000000 (Hz) = 2112,000,000 bits / s

(1056.000.000 / 8) / (1024 * 1024) = 251.77MB / s; arredondado para 266MB / s

IDE

Discos rígidos IDE transmitir dados para a CPU e vice-versa, através do barramento PCI. É claro que isso significa que qualquer transferência é limitada pela velocidade do barramento PCI, 133MB / s ou menos o que significa ATA133 é tão alta como IDE pode começar (embora na realidade nunca se chega perto de qualquer maneira).

Inovações recentes têm tentado contornar o barramento PCI para transferências de IDE. Tecnologia da VIA VLink é um barramento dedicado rodando a 266MB / s entre o Southbridge e Northbridge.

Serial ATA

O sucessor do IDE. Por que isso é na seção PCI? Bem atualmente, apesar de todo o hype, conectores Serial ATA usam o barramento PCI para transferir informações. SATA150 com uma transferência máxima de 150 MB / s é limitado à 133MB insignificante / s do barramento PCI. Chipsets futuros aliviar Serial ATA da carga do barramento PCI e permitir o acesso directo ao chipset provavelmente em um barramento dedicado. Isso é necessário para a próxima geração de dispositivos SATA capaz de correr a 300/600MB/s.

AGP Bus

Como parte explicado na página 6, o barramento AGP nasceu para acomodar as necessidades de largura de banda cada vez maior de placa gráfica. A / 133MB capacidade do barramento PCI simplesmente não era capaz de lidar com os gostos de cartões mais rápido que o Voodoo 3, uma das últimas placas gráficas PCI.

O barramento AGP foi um ônibus de 32 bits como o barramento PCI, mas operava em 66MHz dando-lhe uma largura de banda máxima de 266MB / s. Este foi e é conhecido como AGP 1x.

Semelhante à implementação QDR do Pentium 4 da Intel, o barramento AGP foi redesenhado para permitir que os dados a serem processados ​​2, depois 4 vezes a cada ciclo de clock. Isto é conhecido como AGP2x/4x. Mais recentemente, foi introduzido AGP8X.

Cada iteração do AGP dobrou a largura de banda do padrão anterior:

# AGP1x = 266MB / s
# AGP2x = 533MB / s
# AGP4X = 1066MB / s
# AGP8X = 2132MB / s

Hypertransport

Em todas as esferas da vida, as coisas mudam. Padrões descritos há 10 anos além de anúncios nunca pode esperar alcançar escalabilidade para as necessidades de hoje.

Como o barramento ISA de 8 bits foi substituído pelo barramento PCI, assim, o PCI desatualizados precisa ser extinto e um protocolo de interconexão nova definido. O mais cotado para o trono no momento é Hypertransport.

Um consórcio liderado AMD espera fazer Hypertransport o protocolo de interconexão que define o futuro previsível.

O que é Hypertransport?

HyperTransport é uma interconexão ponto-a-ponto primarilly projetado para a velocidade, escalabilidade ea unificação dos ônibus de vários sistemas que temos hoje. O mesmo link pode ser usado para recuperar dados de uma placa de rede e um banco de memória DDR.

Aqui está um exemplo do layout típico computador de ônibus como a conhecemos hoje:

Hypertransport eliminaria a maioria dos gargalos encontrados em sistemas de hoje. O barramento PCI como explicado anteriormente é facilmente saturado com os periféricos de alta largura de banda em uso.

Em termos de velocidade, HyperTransport é capaz (no momento) de entrega de débitos de até 51.2Gbps.

Usando clock de 500MHz como um exemplo

2 (bits * 500000000 (Hz) = 1000,000,000 bit / s

(1000.000.000 / 8) / (1024 * 1024) = 119.2MB / s - com a capacidade de sinalização DDR esta é dobrada para 238.4MB / s.

ou usar Gbits (basicamente porque soa mais):

1000.000.000 / (1024 * 1024 * 1024) = 0.93Gbps (arredondado para 1 Gbps). Com a sinalização DDR este é desviado até 2 Gbps.

Vemos Hypertransport em tecnologia de hoje através da inovação de uma empresa de romper com a norma. NVIDIA nForce (e nForce2 claro) usar Hypertransport como os débitos de interconexão primários oferta de 800MB / s (nForce1) e 1600MB / s (nForce2). Não velocidade máxima Hypertransport mas mais do que suficiente para componentes de hoje.

VIA validaram Hypertransport para uso em seus próximos K8 chipsets AMD martelo para que o futuro é, certamente, pegando para o protocolo de principiante.

Roundup

Antes de falarmos sobre o que virá vamos brevemente cobrir o que está acontecendo no momento.

Deve espero ter-se evidente que há muitas armadilhas ao decidir sobre um novo sistema de computador, tanto para usuários domésticos e empresas. Como sempre, os detalhes técnicos são enterrados sob uma pilha grande de marketing. Avanços menores em tecnologia que, na realidade, não fazem nada, são anunciada como a "próxima grande coisa". Uma rápida sob a superfície no entanto, mostra que este não seja o caso.

Dói-me a ver usuários perguntando se eles devem atualizar sua placa-mãe VIA KT266a baseada em um chipset VIA KT333 porque "deve ser mais rápido", números maiores significam mais rápido certo?. Errado, um sistema equilibrado significa que você pode espremer o máximo de sua configuração, seja para jogos, CAD ou outras operações intensivas. Ninguém quer gastar dinheiro desnecessariamente para ler este artigo novamente, começar uma sensação para os números envolvidos e chegar a suas próprias conclusões.

O Futuro

Cobrimos brevemente os aspectos relativos ônibus futuros IO. Hypertransport e PCI-Express estão na horizion, ou mesmo já estão aqui. Precisamos os periféricos e componentes para fazer uso desta largura de banda adicional. No momento parece que onde quer que você olhe, há um gargalo.

Esperemos que no futuro os fabricantes irá resolver em menos autocarros, é menos confuso para o consumidor e isso também significa que os computadores vão se tornar menos complexo. Tome por exemplo, USB 2.0 e Firewire (não abordado neste artigo), dois protocolos de concorrentes que, basicamente, fazer a mesma coisa. Hot-pluggable, escaláveis, alta largura de banda conexões. Por que não resolver em um e ficar com ela?

De qualquer forma, no fim do falatório. Esperamos que tenha gostado deste artigo. Ela será constantemente atualizado como as novas tecnologias surgem nesta indústria em constante mudança.

No final do dia, isto é uma referência para todos....