CPU知识详解-前端总线

    总线是将信息以一个或多个源部件传送到一个或多个目的部件的一组传输线。通俗的说，就是多个部件间的公共连线，用于在各个部件之间传输信息。人们常常以 MHz 表示的速度来描述总线频率。总线的种类很多，前端总线的英文名字是 Front Side Bus，通常用 FSB 表示，是将 CPU 连接到北桥芯片的总线。计算机的前端总线频率是由 CPU 和北桥芯片共同决定的。

　　北桥芯片（将在以后的主板专题中做详解）负责联系内存、显卡等数据吞吐量最大的部件，并和南桥芯片连接。CPU 就是通过前端总线（FSB）连接到北桥芯片，进而通过北桥芯片和内存、显卡交换数据。前端总线是 CPU 和外界交换数据的最主要通道。因此，前端总线的数据传输能力，对计算机整体性能作用很大。如果没有足够快的前端总线，再强的 CPU 也不能明显提高计算机整体速度。数据传输最大带宽，取决于所有同时传输的数据的宽度和传输频率，即数据带宽＝（总线频率×数据位宽）÷8。目前 PC 机上所能达到的前端总线频率，有 266MHz、333MHz、400MHz、533MHz、800MHz 几种。前端总线频率越大，代表着 CPU 与北桥芯片之间的数据传输能力越大，更能充分发挥出 CPU 的功能。现在的 CPU 技术发展很快，运算速度提高很快，而足够大的前端总线，可以保障有足够的数据供给给 CPU，较低的前端总线，将无法供给足够的数据给 CPU，这样就限制了 CPU 性能得发挥，成为系统瓶颈。 

　　外频与前端总线频率的区别：前端总线的速度，指的是 CPU 和北桥芯片间总线的速度，更实质性的表示了 CPU 和外界数据传输的速度。而外频的概念，是建立在数字脉冲信号震荡速度基础之上的，也就是说，100MHz 外频，特指数字脉冲信号在每秒钟震荡一万万次，它更多的影响了 PCI 及其他总线的频率。之所以前端总线与外频这两个概念容易混淆，主要的原因是在以前的很长一段时间里（主要是在 Pentium 4 出现之前和刚出现 Pentium 4 时），前端总线频率与外频是相同的。因此，往往直接称前端总线为外频，最终造成这样的误会。随着计算机技术的发展，人们发现前端总线频率需要高于外频，因此采用了 QDR（Quad Date Rate）技术，或者其他类似的技术实现这个目的。这些技术的原理，类似于 AGP 的 2X 或者 4X，它们使得前端总线的频率成为外频的 2 倍、4 倍甚至更高。从此之后，前端总线和外频的区别，才开始被人们重视起来。此外，在前端总线中，比较特殊的是 AMD 64 的 HyperTransport。

　　HyperTransport 最初是 AMD 在1999年提出的一种总线技术，随着 AMD 64 位平台的发布和推广，HyperTransport 应用越来越广泛，也越来越被人们所熟知。

　　HyperTransport 是一种为主板上的集成电路互连而设计的端到端总线技术，它可以在内存控制器、磁盘控制器以及 PCI 总线控制器之间，提供更高的数据传输带宽。HyperTransport 采用类似 DDR 的工作方式，在 400MHz 工作频率下，相当于 800MHz 的传输频率。此外 HyperTransport 是在同一个总线中模拟出两个独立数据链进行点对点数据双向传输，因此理论上最大传输速率可以视为翻倍，具有 4、8、16 及 32 位频宽的高速序列连接功能。在 400MHz 下，双向 4bit 模式的总线带宽为 0.8GB/sec，双向 8bit 模式的总线带宽为 1.6GB/sec；800MHz 下，双向 8bit 模式的总线带宽为 3.2GB/sec，双向 16bit 模式的总线带宽为 6.4GB/sec，双向 32bit 模式的总线带宽为 12.8GB/sec。以 400MHz 下，双向 4bit 模式为例，带宽计算方法为 400MHz ×2×2×4bit÷8＝0.8GB/sec。 

　　HyperTransport 还有一大特色，就是当数据位宽并非 32bit 时，可以分批传输数据来达到与 32bit 相同的效果。例如 16bit 的数据就可以分两批传输，8bit 的数据就可以分四批传输。这种数据分包传输的方法，给了 HyperTransport 在应用上更大的弹性空间。

　　2004 年 2 月，HyperTransport 技术联盟(Hyper Transport Technology Consortium)又正式发布了HyperTransport 2.0 规格，由于采用了 Dual-data 技术，使频率成功提升到了 1.0GHz、1.2GHz 和 1.4GHz，数据传输带宽由每通道 1.6Gb/sec 提升到了 2.0GB/sec、2.4Gb/sec 和 2.8GB/sec，最大带宽由原来的 12.8Gb/sec 提升到了 22.4GB/sec。

　　当 HyperTransport 应用于内存控制器时，其实也就类似于传统的前端总线(FSB,Front Side Bus)，因此对于将 HyperTransport 技术用于内存控制器的 CPU 来说，其 HyperTransport 的频率也就相当于前端总线的频率。

　　目前各种 CPU 的前端总线频率(FSB)：

    （一）Intel 平台

　　1) Willamette 核心 CPU：

　　所有 Willamette 核心 CPU 的 FSB 都是 400MHz FSB。

　　2) Northwood 核心 CPU：

　　相对于 Willamette 核心 CPU，Northwood 核心 CPU 的前端总线频率则非常复杂，400MHz、533MHz 和800MHz 都有。其中，Celeron 全部都是 400MHz FSB；Pentium 4 方面，1.6GHz-2.8GHz 都有 400MHz FSB 的产品。例如 1.8A、2.0A 等等。Pentium 4 型号后面带有"B"字样的，则是 533MHz FSB。带有"C"字样的，则是 800MHz FSB。

　　3) Prescott 核心 CPU：

　　Prescott 核心的 Celeron D，无论是 Socket 478 接口还是 Socket 775 接口，全部都是 533MHz FSB。

　　Socket 478 接口的 Pentium 4 方面，2.4A 和 2.8A 是 533MHz FSB，其余的 Socket 478 Pentium 4 都是 800MHz FSB，在产品型号后面带有"E"字样。

　　Socket 775 接口的 Pentium 4 5XX 系列方面，编号尾数为"5"的，是 533MHz FSB，例如 Pentium 4 505/515；编号尾数为"0"的，是 800MHz FSB，例如 Pentium 4 520/530/540 等等。即将推出的 Pentium 4 6XX 系列 CPU，则都是 800MHz FSB。

　　4) Pentium 4 至尊版(即 Pentium 4 EE，又称 Pentium 4 XE)：

　　所有 Socket 478 接口的 Pentium 4 EE 都是 800MHz FSB。而 Socket 775 接口的 Pentium 4 EE，3.4GHz 是 800MHz FSB，而 3.46GHz 则是 1066MHz FSB，这是目前 PC 上最高的前端总线频率，而且今后推出的所有 Pentium 4 EE 都会采用 1066MHz FSB。

　　5) Xeon 和 Xeon MP：

　　所有 Xeon MP 都是 400MHz FSB；Socket 603 接口的 Xeon 也是 400MHz FSB；Socket 604 接口的 Xeon 中，支持 Intel 64 位计算技术 EM64T 的 Xeon 是 800MHz FSB，而不支持 EM64T 的 Xeon 则是 533MHz FSB。