CPU芯片组与总线

时间:2020-04-07 00:33:59   收藏:0   阅读:76

CPU总线-百度百科
https://baike.baidu.com/item/CPU%E6%80%BB%E7%BA%BF/15739624?fr=aladdin
总线可分为三类:数据总线,地址总线,控制总线。
控制总线:向各个部件发送控制信号
地址总线:用地址信号指定其需要访问的部件,如存储器
数据总线:传送数据信息,数据总线是双向的可以写,也可以读。

CPU总线:
又称为FSB(前端总线,Front Side Bus),是PC系统中最快的总线。
CPU总线处于芯片组与CPU之间,主要是CPU用来与高速缓存、主存和北桥(或MCH)之间传送信息。
CPU总线上的时钟频率通常就是我们常说的外频频率,使用的外频分别有66MHz、100MHz和133MHz三种。宽度为64位(8字节)

带宽=频率*宽度

 

 

Intel CPU和AMD CPU架构所需主板芯片组:

整个主机板上面最重要的就是芯片组了!而芯片组通常又分为两个桥接器来控制各组件的沟通,北桥和南桥。

两大主流x86开发商(Intel, AMD)的CPU架构并不相容,而且设计理念也有所差异, 所以两大主流CPU所需要的主机板芯片组设计也就不太相同。

其中Intel CPU架构所需主板芯片组:

(1)北桥:负责连结速度较快的CPU、主内存与显示卡等组件;

(2)南桥:负责连接速度较慢的周边介面, 包括硬盘、USB、网络卡等等。

与Intel不同的地方在於AMD主内存是直接与CPU沟通而不透过北桥!从前面的说明我们可以知道CPU的数据主要都是来自於主内存提供, 因此AMD为了加速这两者的沟通,所以将内存控制组件整合到CPU当中, 理论上这样可以加速CPU与主内存的传输速度!

 

北桥的最主要功能是内存控制,内存中的数据先入北桥的内存控制器,再入CPU处理。这部分数据吞吐量大,延迟低。因此北桥表面覆盖了明显的一大块散热片,而且距离CPU非常近,就在CPU插座旁边。北桥还负责主要的PCI-E通道的控制,一般是PCI-E 16X或32X,甚至40X。
南桥距离CPU较远,主要负责周围IO、总线的控制,比如SATA,USB,PCI,一部分PCI-E通道。因为南桥的数据吞吐不如北桥多,不如北桥快,所以表面散热片较小。

固态硬盘比机械硬盘快很多:在服务器上,比如一个网页被同时200w人访问,那如果是固态硬盘那就比较能快速被同时访问,并且发热没机械硬盘大,因为机械硬盘是高速旋转的,而固态硬盘不是

1GHZ的CPU ,和1MGZ的内存,整体速度,取决于小的(木桶效应)。所以以低的为准作为合体的标准
速度大小排列:CPU运算(》或=)CPU寄存器》一级缓存》二级缓存》三级缓存》内存

 

北桥芯片(高速总线控制器)

靠近CPU,早期连接内存的,现在的北桥代替了南桥,完成连接I/O和其他内存,CPU之间的连接。

南桥芯片(低速总线控制器)

连接I/O设备,慢慢新的主板取消了南桥芯片,统一由北桥芯片处理

固态硬盘比机械硬盘快很多:在服务器上,比如一个网页被同时200w人访问,那如果是固态硬盘那就比较能快速被同时访问,并且发热没机械硬盘大,因为机械硬盘是高速旋转的,而固态硬盘不是

1GHZ的CPU ,和1MGZ的内存,整体速度,取决于小的(木桶效应)。所以以低的为准作为合体的标准
速度大小排列:CPU运算(》或=)CPU寄存器》一级缓存》二级缓存》三级缓存》内存

 

技术图片

 系统总线和IO总线

一般主机板芯片组有分北桥与南桥, 北桥的系统总线称为系统总线,因为是CPU、内存、显卡传输的主要通道,所以速度较快。南桥就是所谓的输入输出(I/O)总线,主要在联系硬盘、USB、网络卡等周边设备,最常见的是PCI总线。这两条总线之间用桥接的芯片或者说电路连接起来。

 

CPU与北桥间连接的这段总线成为前端总线(Front Side Bus,FSB),也就是系统总线(System Bus)

 

举个形象的例子,就好比一个城市里,有两条主干道,一条属于行政区,一条属于商业区,中间有个环岛,将两条主干道连接到了一起,系统总线就好比行政区里的主干道,而I/O总线就好比商业区的主干道。系统总线和I/O总线的带宽的单位都是以Gbyte来记,但是显而易见的是,行政区的主干道和商业区的主干道相比的话,前者肯定更“核心”,更宽,更顺畅,设计的要求也高  

 参考:冯.诺依曼结构 总线 接口 南桥 北桥

32位与64位?

前面谈到CPU运算的数据都是由主内存提供的,主内存与CPU的沟通速度靠的是外部频率, 那么每次工作可以传送的数据量有多大呢?那就是系统总线的功能了。一般主机板芯片组有分北桥与南桥, 北桥的系统总线称为系统系统总线,因为是内存传输的主要通道,所以速度较快。 南桥就是所谓的输入输出(I/O)系统总线,主要在联系硬盘、USB、网络卡等周边设备。

目前北桥所支持的频率可高达333/400/533/800/1066/1333/1600MHz等不同频率,支持情况依芯片组功能而有不同。 北桥所支持的频率我们称为前端系统总线速度(Front Side Bus, FSB), 而每次传送的位数则是系统总线宽度。 那所谓的系统总线频宽则是:『FSBx系统总线宽度』亦即每秒钟可传送的最大数据量。 目前常见的系统总线宽度有32/64位(bits)。

而如图 2.1.1中的图示,在该架构中前端系统总线最高速度可达1600MHz。 我们看到内存与北桥的频宽为12.8GBytes/s,亦即是1600MHz*64bits = 1600MHz*8Bytes = 12800MByes/s = 12.8GBytes/s

与系统总线宽度相似的,CPU每次能够处理的数据量称为字长大小(word size), 字长大小依据CPU的设计而有32位与64位。我们现在所称的计算机是32或64位主要是依据这个 CPU解析的字长大小而来的!早期的32位CPU中,因为CPU每次能够解析的数据量有限, 因此由主内存传来的数据量就有所限制了。这也导致32位的CPU最多只能支持最大到4GBytes的内存。

Tips:
字长大小与系统总线宽度是可以不同的!举例来说,在Pentium Pro时代,该CPU是32位的处理器, 但当时的芯片组可以设计出64位的系统总线宽度。在这样的架构下我们通常还是以CPU的字长大小来称呼该架构。 个人计算机的64位CPU是到2003年由AMD Athlon64后才出现的。

 

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