Что такое скорость шины в компьютере (8 видео)

Если процессор – это сердце персонального компьютера, то шины – это артерии и вены по которым текут
электрические сигналы. Строго говоря, это каналы связи, применяемые для организации взаимодействия между устройствами
компьютера. Кстати, если Вы думаете, что те разъемы, куда вставляются платы расширения и есть шины, то Вы жестоко
ошибаетесь. Это интерфейсы (слоты, разъемы), с их помощью осуществляется подключение к шинам, которых, зачастую, вообще
не видно на материнских платах.

Существует три основных показателя работы шины. Это тактовая частота, разрядность и скорость передачи
данных. Начнем по порядку.

Содержание

Тактовая частота
Разрядность
Скорость передачи данных
Современные внутренние шины – смена приоритетов!
Процессорная шина
Как узнать скорость системной шины на компьютере
Что такое материнская плата
Материнская плата, что это?
Микросхема BIOS на системной плате
Шины на материнской плате
Системная шина — что это?
Как узнать скорость системной шины на компьютере
Тактовая частота
Разрядность
🎥 Видео

Тактовая частота

Работа любого цифрового компьютера зависит от тактовой частоты, которую определяет
кварцевый резонатор. Он представляет собой оловянный контейнер в который помещен кристалл кварца. Под воздействием
электрического напряжения в кристалле возникают колебания электрического тока. Вот эта самая частота колебания и
называется тактовой частотой. Все изменения логических сигналов в любой микросхеме компьютера происходят через
определенные интервалы, которые называются тактами. Отсюда сделаем вывод, что наименьшей единицей измерения времени для
большинства логических устройств компьютера есть такт или еще по другому – период тактовой частоты. Проще говоря – на
каждую операцию требуется минимум один такт (хотя некоторые современные устройства успевают выполнить несколько операций
за один такт). Тактовая частота, применительно к персональным компьютерам, измеряется в МГц, где Герц – это одно колебание
в секунду, соответственно 1 МГц – миллион колебаний в секунду. Теоретически, если системная шина Вашего компьютера
работает на частоте в 100 МГц, то значит она может выполнять до 100 000 000 операций в секунду. К слову сказать,
совсем не обязательно, что бы каждый компонент системы обязательно что-либо выполнял с каждым тактом. Существуют так
называемые пустые такты (циклы ожидания), когда устройство находится в процессе ожидания ответа от какого либо другого
устройства. Так, например, организована работа оперативной памяти и процессора (СPU), тактовая частота которого значительно
выше тактовой частоты ОЗУ.

Разрядность

Шина состоит из нескольких каналов для передачи электрических сигналов. Если говорят,
что шина тридцатидвухразрядная, то это означает, что она способна передавать электрические сигналы по тридцати двум каналам
одновременно. Здесь есть одна фишка. Дело в том, что шина любой заявленной разрядности (8, 16, 32, 64) имеет, на самом
деле, большее количество каналов. То есть, если взять ту же тридцатидвухразрядную шину, то для передачи собственно данных
выделено 32 канала, а дополнительные каналы предназначены для передачи специфической информации.

Скорость передачи данных

Название этого параметра говорит само за себя. Он высчитывается по формуле:

тактовая частота * разрядность = скорость передачи данных

Сделаем расчет скорости передачи данных для 64 разрядной системной шины, работающей на тактовой частоте
в 100 МГц.

Но полученное число не является реальным. В жизни на шины влияет куча всевозможных факторов:
неэффективная проводимость материалов, помехи, недостатки конструкции и сборки а также многое другое. По некоторым
данным, разность между теоретической скоростью передачи данных и практической может составлять до 25%.

За работой каждой шины следят специально для этого предназначенные контроллеры. Они входят в состав
набора системной логики (чипсет).

Теперь поговорим конкретно о тех шинах, которые присутствуют на материнской плате. Основной
считается системная шина FSB (Front Side Bus). По этой шине передаются данные между процессором и оперативной памятью,
а также между процессором и остальными устройствами персонального компьютера. Вот тут вот есть один подводный камень.
Дело в том, что работая над материалом этой статьи, я столкнулся с одной неразберихой – существует такая фигня, как шина
процессора. По одним данным системная шина и шина процессора это есть одно и тоже, а по другим – нет. Я перерыл кучу книг
и пересмотрел кучу схем. Вывод: поначалу процессор подключался к основной системной шине через собственную, процессорную,
шину, в современных же системах эти шины стали одним целым. Мы говорим – системная шина, а подразумеваем процессорную, мы
говорим — процессорная шина, а подразумеваем системную. Двинемся дальше. Фраза: «Моя материнская плата работает на частоте
100 МГц» означает, что именно системная шина работает на тактовой частоте в 100 МГц. Разрядность FSB равна разрядности
CPU. Если Вы используете 64 разрядный процессор, а тактовая частота системной шины 100 МГц, то скорость передачи данных
будет равна 800 Мбайт/сек.

Кроме системной шины на материнской плате есть еще шины ввода/вывода, которые отличаются друг от друга
по архитектуре. Перечислю некоторые из них:

Видео:03. Основы устройства компьютера. Память и шина. [Универсальный программист]Скачать

Современные внутренние шины – смена приоритетов!

Среди наиболее динамично развивающихся областей компьютерной техники стоит отметить сферу технологий передачи данных: в отличие от сферы вычислений, где наблюдается продолжительное и устойчивое развитие параллельных архитектур, в «шинной» 1 сфере, как среди внутренних, так и среди периферийных шин, наблюдается тенденция перехода от синхронных параллельных шин к высокочастотным последовательным. (Заметьте, «последовательные» – не обязательно значит «однобитные», здесь возможны и 2, и 8, и 32 бит ширины при сохранении присущей последовательным шинам пакетной передачи данных, то есть в пакете импульсов данные, адрес, CRC и другая служебная информация разделены на логическом уровне 2 ).

1 Компьютерная шина (магистраль передачи данных между отдельными функциональными блоками компьютера) – совокупность сигнальных линий, объединённых по их назначению (данные, адреса, управление), которые имеют определённые электрические характеристики и протоколы передачи информации. Шины отличаются разрядностью, способом передачи сигнала (последовательные или параллельные), пропускной способностью, количеством и типами поддерживаемых устройств, протоколом работы, назначением (внутренняя, интерфейсная).

Шины могут быть синхронными (осуществляющими передачу данных только по тактовым импульсам) и асинхронными (осуществляющими передачу данных в произвольные моменты времени), а также могут использовать мультиплексирование (передачу адреса и данных по одним и тем же линиям) и различные схемы арбитража (то есть способа совместного использования шины несколькими устройствами).

2 Основным отличием параллельных шин от последовательных является сам способ передачи данных. В параллельных шинах понятие «ширина шины» соответствует её разрядности – количеству сигнальных линий, или, другими словами, количеству одновременно передаваемых («выставляемых на шину») битов информации. Сигналом для старта и завершения цикла приёма/передачи данных служит внешний синхросигнал. В последовательных же каналах передачи используется одна сигнальная линия (возможно использование двух отдельных каналов для разделения потоков приёма-передачи). Соответственно, информационные биты здесь передаются последовательно. Данные для передачи через последовательную шину облекаются в пакеты (пакет – единица информации, передаваемая как целое между двумя устройствами), в которые, помимо собственно полезных данных, включается некоторое количество служебной информации: старт-биты, заголовки пакетов, синхросигналы, биты чётности или контрольные суммы, стоп-биты и т. п. Но в свете последних достижений в «железной» сфере компьютерной индустрии малое количество сигнальных линий и логически более сложный механизм передачи данных последовательных шин оборачиваются для них существенным преимуществом – возможностью практически безболезненного наращивания рабочих частот в таких пределах, каких никогда не достичь громоздким параллельным шинам с их высокочастотными проблемами ожидания доставки каждого бита к месту назначения. Проблема в том, что каждая линия такой шины имеет свою длину, свою паразитную ёмкость и индуктивность и, соответственно, своё время прохождения сигнала от источника к приёмнику, который вынужден выжидать дополнительное время для гарантии получения данных по всем линиям. Так, к примеру, каждый байт, передаваемый через линк шины PCIExpress, для увеличения помехозащищённости «раздувается» до 10 бит, что, однако, не мешает шине передавать до 0,25 ГБ за секунду по одной паре проводов. Да, ширина последовательной шины на самом деле является количеством одновременно задействованных отдельных последовательных каналов передачи.

Читайте также: Yokohama шины в бийске

Все эти нововведения и смена приоритетов преследуют в конечном итоге одну цель – повышение суммарного быстродействия системы, ибо не все существующие архитектурные решения способны эффективно масштабироваться. Несоответствие пропускной способности шин потребностям обслуживаемых ими устройств приводит к эффекту «бутылочного горлышка» и препятствует росту быстродействия даже при дальнейшем увеличении производительности вычислительных компонентов – процессора, оперативной памяти, видеосистемы и так далее.

Видео:Шина компьютера, оперативная память, процессор и мостыСкачать

Процессорная шина

Любой процессор архитектуры x86CPU обязательно оснащён процессорной шиной. Эта шина служит каналом связи между процессором и всеми остальными устройствами в компьютере: памятью, видеокартой, жёстким диском и так далее. Так, классическая схема организации внешнего интерфейса процессора (используемая, к примеру, компанией Intel в своих процессорах архитектуры х86) предполагает, что параллельная мультиплексированная процессорная шина, которую принято называть FSB (Front Side Bus), соединяет процессор (иногда два процессора или даже больше) и контроллер, обеспечивающий доступ к оперативной памяти и внешним устройствам. Этот контроллер обычно называют северным мостом , он входит в состав набора системной логики ( чипсета ).

Используемая Intel в настоящее время эволюция FSB – QPB , или Quad-Pumped Bus, способна передавать четыре блока данных за такт и два адреса за такт! То есть за каждый такт синхронизации шины по ней может быть передана команда либо четыре порции данных (напомним, что шина FSB–QPB имеет ширину 64 бит, то есть за такт может быть передано до 4х64=256 бит, или 32 байт данных). Итого, скажем, для частоты FSB, равной 200 МГц, эффективная частота передачи адреса для выборки данных будет эквивалентна 400 МГц (2х200 МГц), а самих данных – 800 МГц (4х200 МГц) 3 .

3 Кстати, именно результирующей «учетверённой» частотой передачи данных (как и в случае с «удвоенной» передачей DDR-шины, где данные передаются дважды за такт) хвастаются производители и продавцы, умалчивая тот факт, что для многочисленных мелких запросов, где данные в большинстве своём умещаются в одну 64-байтную порцию (и, соответственно, не используются возможности DDR или QDR/QPB), на чтение/запись важнее именно частота тактирования.

В архитектуре же AMD64 (и её микроархитектуре K8), используемой компанией AMD в своих процессорах линеек Athlon 64/Sempron/Opteron, применён революционно новый подход к организации интерфейса центрального процессора – здесь имеет место наличие в самом процессоре нескольких отдельных шин. Одна (или две – в случае двухканального контроллера памяти) шина служит для непосредственной связи процессора с памятью, а вместо процессорной шины FSB и для сообщения с другими процессорами используются высокоскоростные шины HyperTransport. Преимуществом данной схемы является уменьшение задержек (латентности) при обращении процессора к оперативной памяти, ведь из пути следования данных по маршруту «процессор – ОЗУ» (и обратно) исключаются такие весьма загруженные элементы, как интерфейсная шина и контроллер северного моста.

Различия реализации классической архитектуры и АМD-K8

Ещё одним довольно заметным отличием архитектуры К8 является отказ от асинхронности, то есть обеспечение синхронной работы процессорного ядра, ОЗУ и шины HyperTransport, частоты которых привязаны к «шине» тактового генератора (НТТ), которая в этом случае является опорной. Таким образом, для процессора архитектуры К8 частоты ядра и шины HyperTransport задаются множителями по отношению к НТТ, а частота шины памяти выставляется делителем от частоты ядра процессора 4

4 Пример: для системы на базе процессора Athlon 64-3000+ (1,8 ГГц) с установленной памятью DDR-333 стандартная частота ядра (1,8 ГГц) достигается умножением на 9 частоты НТТ, равной 200 МГц, стандартная частота шины HyperTransport (1 ГГц) – умножением НТТ на 5, а частота шины памяти (166 МГц) – делением частоты ядра на 11.

В классической же схеме с шиной FSB и контроллером памяти, вынесенным в северный мост, возможна (и используется) асинхронность шин FSB и ОЗУ, а опорной частотой для процессора выступает частота тактирования 5 (а не передачи данных) шины FSB, частота же тактирования шины памяти может задаваться отдельно. Из наиболее свежих чипсетов возможностью раздельного задания частот FSB и памяти обладает NVIDIA nForce 680i SLI, что делает его отличным выбором для тонкой настройки системы (разгона).

Видео:Системная шина процессораСкачать

Как узнать скорость системной шины на компьютере

Видео:Частота процессора, множитель и системная шинаСкачать

Что такое материнская плата

Одним из самых важных элементов компьютера является системная, она же известная как материнская, плата. Эта текстолитовая пластина с припаянными к ней микросхемами и разъёмами выполняет сборочную функцию, объединяя все остальные элементы компьютера. Без материнской платы не собрать ни компьютер, ни смартфон, ни какое-либо другое сложное устройство. Она — основа всего.

Видео:Частота процессора или частота системной шины?Скачать

Материнская плата, что это?

Системная (материнская) плата соединяет все важнейшие элементы компьютера. Благодаря ей организуются все сложные процессы и выполняются задачи. Даже компьютерные мышь и клавиатура работают так, как они работают, потому что обмениваются информацией с остальными устройствами через системную плату. Работоспособность всего компьютера зависит от неё. Да и скорость — тоже. Потому очень важно при сборе компьютера учитывать пропускную способность шины системной платы.

Главные элементы материнской платы:

Чипсет. Набор микросхем, связующий компонент для других элементов.
Северный мост. Соединяет процессор с остальными компонентами.
Южный мост. Подключает компоненты, которым не требуется высокая скорость.
BIOS. Микросхема со стартовым ПО для прозвона компонентов и запуска операционной системы.

Положение при установке, количество подключаемых устройств, тип разъёмов и многое другое определяется форматом системной платы. Материнские платы бывают разных форматов. Вот самые распространённые:

Самая компактная плата — Mini ITX, идёт с интегрированным процессором, редко когда используется при самостоятельном сборе компьютера. Следующая по размеру — mATX. Отличная плата для офисного или домашнего рабочего компьютера. ATX — самая крупная и функциональная плата, к ней можно подключить гораздо больше устройств. Подходит для профессиональных рабочих компьютеров (для дизайна, программирования, работы с видео и других занятий) и игровых системников. Если вы самостоятельно собираете компьютер, лучше сначала приобретайте подходящую системную плату, а затем — системный блок, в который войдёт и она, и все дополнительные подключаемые элементы.

Видео:Виды видеопамяти и сколько её нужно? Какая нужна шина?Скачать

Микросхема BIOS на системной плате

После того, как вы нажали на кнопку питания на своём компьютере, он первым делом обращается к BIOS. Это — наиважнейшая микросхема, которая устанавливается на материнскую плату. Да, те белые надписи, которые пробегаются по экрану вашего компьютера, демонстрируют работу микросхемы BIOS. Она проверяет работоспособность всех систем, связывается с подключенными устройствами (монитором, клавиатурой, мышью и другими внешними). Работа BIOS-а не прекращается до момента выключения.

Почему он так важен и как вообще работает? Всё просто. На микросхеме BIOS заранее записано базовое программное обеспечение, которое необходимо для того, чтобы компьютер вообще запустился. Это ПО прозванивает все компоненты и затем запускает основную операционную систему. Свой собственный BIOS может стоять не только на системной плате, но также на видеокартах и другом современном высокотехнологичном железе.

Читайте также: Маркировка шин по мягкости

Видео:Как работает процессор: частоты, шины и т.д.Скачать

Шины на материнской плате

Все данные между компонентами, установленными на материнской плате, должны как-то передаваться, чтобы компьютер вообще функционировал. Для этого и используются шины — группы проводников, по которым пересылаются команды от одного компонента к другому.

У шин системной платы разный функционал. Основная передача данных осуществляется по адресной шине, которая считается основной. Шины, связывающие процессор с оперативной памятью, формируют одну общую, по частоте которой можно судить о скорости системной платы. Пропускная способность шин — важный параметр, на который стоит обращать внимание при выборе системной платы для сборки собственного компьютера. Другие шины позволяют подключать сторонние устройства и расширять возможности всего компьютера.

Видео:Влияние шин PCI-e и внутренней шины видеокарты на производительностьСкачать

Системная шина — что это?

Здравствуйте, уважаемые читатели блога Pc-information-guide.ru. Очень часто на просторах интернета можно встретить много всякой компьютерной терминологии, в частности – такое понятие, как “Системная шина”. Но мало кто знает, что именно означает этот компьютерный термин. Думаю, сегодняшняя статья поможет внести ясность.

Системная шина (магистраль) включает в себя шину данных, адреса и управления. По каждой их них передается своя информация: по шине данных – данные, адреса – соответственно, адрес (устройств и ячеек памяти), управления – управляющие сигналы для устройств. Но мы сейчас не будем углубляться в дебри теории организации архитектуры компьютера, оставим это студентам ВУЗов. Физически магистраль представлена в виде многочисленных дорожек (контактов) на материнской плате.

Я не случайно на фотографии к этой статье указал на надпись “FSB”. Дело в том, что за соединение процессора с чипсетом отвечает как раз шина FSB, которая расшифровывается как “Front-side bus” – то есть “передняя” или “системная”. И , на который обычно ориентируются при разгоне процессора, например.

Существует несколько разновидностей шины FSB, например, на материнских платах с процессорами Intel шина FSB обычно имеет разновидность QPB, в которой данные передаются 4 раза за один такт. Если речь идет о процессорах AMD, то там данные передаются 2 раза за такт, а разновидность шины имеет название EV6. А в последних моделях CPU AMD, так и вовсе – нет FSB, ее роль выполняет новейшая HyperTransport.

Итак, между чипсетом и центральным процессором данные передаются с частотой, превышающей частоту шины FSB в 4 раза. Почему только в 4 раза, см. абзац выше. Получается, если на коробке указано 1600 МГц (эффективная частота), в реальности частота будет составлять 400 МГц (фактическая). В дальнейшем, когда речь пойдет о разгоне процессора (в следующих статьях), вы узнаете, почему необходимо обращать внимание на этот параметр. А пока просто запомните, чем больше значение частоты, тем лучше.

Кстати, надпись “O.C.” означает, буквально “разгон”, это сокращение от англ. Overclock, то есть это предельно возможная частота системной шины, которую поддерживает материнская плата. Системная шина может спокойно функционировать и на частоте, существенно ниже той, что указана на упаковке, но никак не выше нее.

Вторым параметром, характеризующим системную шину, является . Это то количество информации (данных), которая она может пропустить через себя за одну секунду. Она измеряется в Бит/с. Пропускную способность можно самостоятельно рассчитать по очень простой формуле: частоту шины (FSB) * разрядность шины. Про первый множитель вы уже знаете, второй множитель соответствует разрядности процессора – помните, x64, x86(32)? Все современные процессоры уже имеют разрядность 64 бита.

Итак, подставляем наши данные в формулу, в итоге получается: 1600 * 64 = 102 400 МБит/с = 100 ГБит/с = 12,5 ГБайт/с. Такова пропускная способность магистрали между чипсетом и процессором, а точнее, между северным мостом и процессором. То есть системная, FSB, процессорная шины – все это синонимы. Все разъемы материнской платы – видеокарта, жесткий диск, оперативная память “общаются” между собой только через магистрали. Но FSB не единственная на материнской плате, хотя и самая главная, безусловно.

Как видно из рисунка, Front-side bus (самая жирная линия) по-сути соединяет только процессор и чипсет, а уже от чипсета идет несколько разных шин в других направлениях: PCI, видеоадаптера, ОЗУ, USB. И совсем не факт, что рабочие частоты этих подшин должны быть равны или кратны частоте FSB, нет, они могут быть абсолютно разные. Однако, в современных процессорах часто контроллер ОЗУ перемещается из северного моста в сам процессор, в таком случае получается, что отдельной магистрали ОЗУ как бы не существует, все данные между процессором и оперативной памятью передаются по FSB напрямую с частотой, равной частоте FSB.

Видео:Системная шина персонального компьютера AGPСкачать