硬件接口的时钟频率与传输速度的关系峰值带宽Word格式文档下载.docx

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　　B（峰值带宽）=F（时钟频率MHz）×

D（总线位数bit）/8

　　例如，PC-100的SDRAM带宽计算如下：

　　100MHZ×

64BIT/8=800MB/S

　　当然，这个计算方法是针对仅靠上升沿信号传输数据的SDRAM而言的，对于上升沿和下降沿都传输数据的DDR来说计算方法有点变化，应该在最后乘2，因为它的传输效率是双倍的，这也是DDR能够有如此高性能的重要原因。

那么有了这个公式，我们就可以去了解PC也好，Server也好的瓶颈以及如何判断的方法了！

首先要说的是，主板的前端总线，因为这个概念从我最初学计算机老师就讲过，但是到现在也没搞明白到底是什么意思，引一段ZOL的术语解释好了：

什么是前端总线：

引用内容

什么是总线？

微机中总线一般有内部总线、系统总线和外部总线。

内部总线是微机内部各外围芯片与处理器之间的总线，用于芯片一级的互连；

而系统总线是微机中各插件板与系统板之间的总线，用于插件板一级的互连；

外部总线则是微机和外部设备之间的总线，微机作为一种设备，通过该总线和其他设备进行信息与数据交换，它用于设备一级的互连。

“前端总线”这个名称是由AMD在推出K7CPU时提出的概念，但是一直以来都被大家误认为这个名词不过是外频的另一个名称。

我们所说的外频指的是CPU与主板连接的速度，这个概念是建立在数字脉冲信号震荡速度基础之上的，而前端总线的速度指的是数据传输的速度，由于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、1066MHz、1333MHz几种，前端总线频率越大，代表着CPU与内存之间的数据传输量越大，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。

前端总线的英文名字是FrontSideBus，通常用FSB表示，是将CPU连接到北桥芯片的总线。

选购主板和CPU时，要注意两者搭配问题，一般来说，如果CPU不超频，那么前端总线是由CPU决定的，如果主板不支持CPU所需要的前端总线，系统就无法工作。

也就是说，需要主板和CPU都支持某个前端总线，系统才能工作，只不过一个CPU默认的前端总线是唯一的，因此看一个系统的前端总线主要看CPU就可以。

北桥芯片负责联系内存、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×

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。

显然同等条件下，前端总线越快，系统性能越好。

外频与前端总线频率的区别：

前端总线的速度指的是数据传输的速度，外频是CPU与主板之间同步运行的速度。

也就是说，100MHz外频特指数字脉冲信号在每秒钟震荡一千万次；

而100MHz前端总线指的是每秒钟CPU可接受的数据传输量是100MHz×

64bit=6400Mbit/s=800MByte/s（1Byte=8bit）。

通过上述了解，相信我们对总线以及前端总线已经有了详细的认识，那么在哪里可以看到前端总线频率呢？

一般在硬件规格里都有说明，比如说zol的报价网站，对于主板一般都有说明的，如果没有明确说明前端总线是多少兆赫，可以看下最大支持的内存频率，一般是一样的！

比如我的笔记本的主板是PM45芯片，前端总线FSB最高支持1066MHz，那么主板在配有单条1066频率的内存时的最大带宽就为1066MHz*64bit/8=8.5GB/S，如果两条内存组成双通道的话，最高带宽可为1066MHz*128bit/8=17GB/S，但实际上我的内存是DDR2800的，所以目前的带宽只能用到800MHz*64bit/8=6.4GB/S，如下图：

CPU带宽（总线带宽）：

前面我们已经有了公式了，因此我们直接用公式算就OK了

这里公式有了，如何查看你的CPU的时钟频率与位宽呢？

我们可以借助CPU-Z这个小工具，额定FSB就是时钟频率，指令集中的32或64就是cpu的位宽，我的是EM64T，也就是64位的CPU，那么EM64T又是什么意思呢？

Intel的EM64T技术，EM64T技术官方全名是ExtendedMemory64Tenchnology中文解释就是扩展64bit内存技术。

现在的32位奔腾4CPU都是采用IA-32指令集，EM64T其实就是在这个指令集的基础上进行扩展，我们将它命名为IA32e。

Inteln这种实现64位的方法其实和AMD的x86-64技术有异曲同工之妙，都是通过64位扩展指令来实现兼容32位和64位的运算。

另外不同的是Intel的EM64T技术设定了IA-32和IA-32e两种模式的激活程序，就是说EM64T需要满足特定条件才会激活。

那么我的CPU带宽是多少？

800MHz*64/8=6.4GB/S。

内存带宽：

目前主流的内存有533、667、800、1066、1333等频率，那么他们的带宽依次就为：

533MHz*64bit/8=4.2GB/S

667MHz*64bit/8=5.3GB/S

800MHz*64bit/8=6.4GB/S（这个就是我在用的内存了）

1066MHz*64bit/8=8.5GB/S

1333MHz*64bit/8=10.7GB/S

AGP带宽：

关于AGP（AcceleratedGraphicPorts或者AdvancedGraphicPorts）是当前被已经淘汰的图形系统接口。

这项技术始于十四年以前，当时的3D图形加速技术开始流行并且迅速普及，为了使系统和图形加速卡之间的数据传输获得比PCI总线更高的带宽，AGP便应运而生。

　　AGPvsPCI——理论上的较量

　　AGP和PCI根本上的区别在于AGP是一个“端口”，这意味着它只能接驳一个终端而这个终端又必须是图形加速卡。

PCI则是一条总线，它可以连接许多不同种类的终端，可以是显卡，也可以是网卡或者SCSI卡，还有声卡，等等等等。

所有这些不同的终端都必须共享这条PCI总线和它的带宽，而AGP则为图形加速卡提供了直接通向芯片组的专线，从那里它又可以通向CPU、系统内存或者PCI总线。

　　普通的PCI总线数据宽度为32位（bit），以33MHz的速度运行，这样它能提供的最大带宽就是4byte/sX33MHz=133MB/s。

尽管新的PCI64/66规范提供了64位的数据宽度和66MHz的工作频率，带宽相应达到了533MB/s，但它面向的是需要极高数据带宽的I/O控制器，比如IEEE1394或者千兆位的网卡，目前几乎没有得到任何支持。

AGP同样是32位的数据宽度，但它的工作频率从66MHz开始，这样，按常规方法利用每个时钟周期的下降沿传输数据的AGP1X规范就能提供266MB/s的带宽，而AGP2X，通过同时利用时钟周期的上升和下降沿传输数据，可以达到533MB/s的带宽，比较新的AGP4X更是把带宽提高到了1066MB/s，而最新的AGP8X将带宽提高到了2.12GB/s

PCI（外设互联标准）总线带宽：

PCI接口图（下图中画红圈的接口就是PCI接口）；

PCI（PeripheralComponentInterconnect）

　　一种由英特尔（Intel）公司1991年推出的用于定义局部总线的标准。

此标准允许在计算机内安装多达10个遵从PCI标准的扩展卡。

最早提出的PCI总线工作在33MHz频率之下，传输带宽达到133MB/s（33MHz*32bit/s），基本上满足了当时处理器的发展需要。

PCI-X总线带宽：

PCI-X接口截图（下图红圈部分即为PCI-X接口）：

PCI-X接口是并连的PCI总线（PeripheralComponentsInterconnect）的更新版本，仍采用传统的总线技术，不过有更多数量的接线针脚，同时，如前所述的所有的连接装置会共享所有可用的频宽。

　　与原先PCI接口所不同的是：

一改过去的32位，PCI-X采用64位宽度来传送数据，所以频宽自动就倍增两倍，而扩充槽的长度当然就不可避免的加大了，除此之外，其余的包含传输通讯协议、讯号和标准的接头格式都一并兼容，好处是3.3伏特的32位PCI适配卡可以用在PCI-X扩充槽上，当然如果你愿意，也可以将64位PCI-X适配卡接在32位PCI扩充槽上，不过，频宽速度将会大减。

　　这个总线宽度倍增的改良版本对一些专业储存控制器，例如SCSI、iSCSI、光纤信道（FibreChannel）、10GBit以太网络和InfiniBand等其它传输装置，仍然无法提供足够的频宽，因此引进PCI-SIG（SpecialInterestGroup）接口以提供数个不同速度等级，可以从PCI-X66（Rev.1.0b）一路上到PCI-X533（Rev.2.0）规格，以下表列这些技术细节：

　　总线宽度频率速度功能频宽

　　PCI-X6664位66MHzHotPlugging,3.3V533MB/s

　　PCI-X13364位133MHzHotPlugging,3.3V1.06GB/s

　　PCI-X26664位/16位选项133MHzDoubleDataRateHotPlugging,3.3&

1.5V,ECCsupported2.13GB/s

　　PCI-X53364/16位选项133MHzQuadDataRateHotPlugging,3.3&

1.5V,ECCsupported4.26GB

　　你可以看到当频率速度到达了PCI-X133的133MHz时候，就再也升不上去，为了让频宽能够倍增，于是不惜将主存储器及前端总线上已经行之有年而且路人皆知的技术搬过来，因此，PCI-X266用上DoubleDataRate技术，让每一个时钟脉冲的上升与下降边缘都可以传输数据，所以有多出了一倍的机会来传输数据，而PCI-X533规格更进一步采用每一个时钟脉冲可以传送四次（QuadDataRate）的技术，英特尔早在所有的Pentium4和Xeon处理器的前端总线就用上这些技术了。

PCI-E接口带宽：

PCI-E接口图（下图中的红圈部分即为PCI-接口）：

PCIExpress是新一代的总线接口，而采用此类接口的显卡产品，已经在2004年正式面世。

早在2001年的春季“英特尔开发者论坛”上，英特尔公司就提出了要用新一代的技术取代PCI总线和多种芯片的内部连接，并称之为第三代I/O总线技术。

随后在2001年底，包括Intel、AMD、DELL、IBM在内的20多家业界主导公司开始起草新技术的规范，并在2002年完成，对其正式命名为PCIExpress。

　　PCIExpress采用了目前业内流行的点对点串行连接，比起PCI以及更早期的计算机总线的共享并行架构，每个设备都有自己的专用连接，不需要向整个总线请求带宽，而且可以把数据传输率提高到一个很高的频率，达到PCI所不能提供的高带宽。

相对于传统PCI总线在单一时间周期内只能实现单向传输，PCIExpress的双单工连接能提供更高的传输速率和质量，它们之间的差异跟半双工和全双工类似。

　　PCIExpress的接口根据总线位宽不同而有所差异，包括X1、X4、X8以及X16（X2模式将用于内部接口而非插槽模式）。

较短的PCIExpress卡可以插入较长的PCIExpress插槽中使用。

PCIExpress接口能够支持热拔插，这也是个不小的飞跃。

PCIExpress卡支持的三种电压分别为+3.3V、3.3Vaux以及+12V。

用于取代AGP接口的PCIExpress接口位宽为X16，将能够提供5GB/s的带宽，即便有编码上的损耗但仍能够提4GB/s左右的实际带宽，远远超过AGP8X的2.1GB/s的带宽。

　　PCIExpress规格从1条通道连接到32条通道连接，有非常强的伸缩性，以满足不同系统设备对数据传输带宽不同的需求。

例如，PCIExpressX1规格支持双向数据传输，每向数据传输带宽250MB/s，PCIExpressX1已经可以满足主流声效芯片、网卡芯片和存储设备对数据传输带宽的需求，但是远远无法满足图形芯片对数据传输带宽的需求。

因此，必须采用PCIExpressX16，即16条点对点数据传输通道连接来取代传统的AGP总线。

PCIExpressX16也支持双向数据传输，每向数据传输带宽高达4GB/s，双向数据传输带宽有8GB/s之多，相比之下，目前广泛采用的AGP8X数据传输只提供2.1GB/s的数据传输带宽。

　　尽管PCIExpress技术规格允许实现X1（250MB/秒），X2，X4，X8，X12，X16和X32通道规格，但是依目前形式来看，PCIExpressX1和PCIExpressX16将成为PCIExpress主流规格，同时芯片组厂商将在南桥芯片当中添加对PCIExpressX1的支持，在北桥芯片当中添加对PCIExpressX16的支持。

除去提供极高数据传输带宽之外，PCIExpress因为采用串行数据包方式传递数据，所以PCIExpress接口每个针脚可以获得比传统I/O标准更多的带宽，这样就可以降低PCIExpress设备生产成本和体积。

另外，PCIExpress也支持高阶电源管理，支持热插拔，支持数据同步传输，为优先传输数据进行带宽优化。

　　在兼容性方面，PCIExpress在软件层面上兼容目前的PCI技术和设备，支持PCI设备和内存模组的初始化，也就是说目前的驱动程序、操作系统无需推倒重来，就可以支持PCIExpress设备。

PCIExpress是新一代能够提供大量带宽和丰富功能以实现令人激动的新式图形应用的全新架构。

PCIExpress可以为带宽渴求型应用分配相应的带宽，大幅提高中央处理器（CPU）和图形处理器（GPU）之间的带宽。

对最终用户而言，他们可以感受影院级图象效果，并获得无缝多媒体体验。

　　PCIExpress采用串行方式传输Data。

它和原有的ISA、PCI和AGP总线不同。

这种传输方式，不必因为某个硬件的频率而影响到整个系统性能的发挥。

当然了，整个系统依然是一个整体，但是我们可以方便的提高某一频率低的硬件的频率，以便系统在没有瓶颈的环境下使用。

以串行方式提升频率增进效能，关键的限制在于采用什么样的物理传输介质。

目前人们普遍采用铜线路，而理论上铜这个材质可以提供的传输极限是10Gbps。

这也就是为什么PCIExpress的极限传输速度的答案。

　　因为PCIExpress工作模式是一种称之为“电压差式传输”的方式。

两条铜线，通过相互间的电压差来表示逻辑符号0和1。

以这种方式进行资料传输，可以支持极高的运行频率。

所以在速度达到10Gbps后，只需换用光纤（FibreChannel）就可以使之效能倍增。

　　PCIExpress是下一阶段的主要传输总线带宽技术。

然而，GPU对总线带宽的需求是子系统中最高的，显而易见的是，视频在PCIExpress应占有一定的分量。

显然，PCIExpress的提出，并非是总线形式的一个结束。

恰恰相反，其技术的成熟仍旧需要这个时间。

当然了，趁这个时间，那些芯片、主板、视频等厂家是否能出来支持是PCIExpress发展的关键。

不过，至今依然被看好的AGP8X的性能与PCIExpress在性能上的差距虽然不是太明显，但是随着PCIExpress的完善，其差距将是不言而喻的。

　　PCI-Express是最新的总线和接口标准，它原来的名称为“3GIO”，是由英特尔提出的，很明显英特尔的意思是它代表着下一代I/O接口标准。

交由PCI-SIG（PCI特殊兴趣组织）认证发布后才改名为“PCI-Express”。

这个新标准将全面取代现行的PCI和AGP，最终实现总线标准的统一。

它的主要优势就是数据传输速率高，目前最高可达到10GB/s以上，而且还有相当大的发展潜力。

PCIExpress也有多种规格，从PCIExpress1X到PCIExpress16X，能满足现在和将来一定时间内出现的低速设备和高速设备的需求。

能支持PCIExpress的主要是英特尔的i915和i925系列芯片组。

当然要实现全面取代PCI和AGP也需要一个相当长的过程，就象当初PCI取代ISA一样，都会有个过渡的过程。

　　PCIExpressx16插槽

　　PCIExpressx1插槽

　　PCIe的规范主要是为了提升电脑内部所有总线的速度，因此频宽有多种不同规格标准，其中PCIex16是专为显卡所设计的部分。

AGP的资料传输效率最高为2.1GB／s，不过对上PCIex16的8GB／s，很明显的就分出胜负，但8GB／s只有指资料传输的理想值，并不是使用PCIe接口的显示卡，就能够有突飞猛进的效能表现，实际的测试数据上并不会有这么大的差异存在。

SATA接口：

SATA接口图：

SATA的全称是SerialAdvancedTechnologyAttachment（串行高级技术附件，一种基于行业标准的串行硬件驱动器接口），是由Intel、IBM、Dell、APT、Maxtor和Seagate公司共同提出的硬盘接口规范。

2001年，由Intel、APT、Dell、IBM、希捷、迈拓这几大厂商组成的SerialATA委员会正式确立了SerialATA1.0规范，在当年的IDFFall大会上，Seagate宣布了SerialATA1.0标准，正式宣告了SATA规范的确立。

　　2002年，虽然串行ATA的相关设备还未正式上市，但SerialATA委员会已抢先确立了SerialATA2.0规范。

SATA规范将硬盘的外部传输速率理论值提高到了150MB/s，比PATA标准ATA/100高出50%，比ATA/133也要高出约13%，而随着未来后续版本的发展，SATA接口的速率还可扩展到2X和4X（300MB/s和600MB/s）。

从其发展计划来看，未来的SATA也将通过提升时钟频率来提高接口传输速率，让硬盘也能够超频。

　　SATA接口需要硬件芯片的支持，例如IntelICH5（R）、VIAVT8237、nVIDIA的MCPRAID和SiS964，如果主板南桥芯片不能直接支持的话，就需要选择第三方的芯片，例如SiliconImage3112A芯片等，不过这样也就会产生一些硬件性能的差异，并且驱动程序也比较繁杂。

　　SATA的优势：

支持热插拔，传输速度快，执行效率高使用SATA（SerialATA）口的硬盘又叫串口硬盘，是未来PC机硬盘的趋势。

SerialATA采用串行连接方式，串行ATA总线使用嵌入式时钟信号，具备了更强的纠错能力，与以往相比其最大的区别在于能对传输指令（不仅仅是数据）进行检查，如果发现错误会自动矫正，这在很大程度上提高了数据传输的可靠性。

串行接口还具有结构简单、支持热插拔的优点。

　　串口硬盘是一种完全不同于并行ATA的新型硬盘接口类型，由于采用串行方式传输数据而知名。

相对于并行ATA来说，就具有很多的优势。

首先，SerialATA以连续串行的方式传送数据，一次只会传送1位数据。

这样能减少SATA接口的针脚数目，使连接电缆数目变少，效率也会更高。

实际上，SerialATA仅用四支针脚就能完成所有的工作，分别用于连接电缆、连接地线、发送数据和接收数据，同时这样的架构还能降低系统能耗和减小系统复杂性。

其次，SerialATA的起点更高、发展潜力更大，SerialATA1.0定义的数据传输率可达150MB/s，这比最快的并行ATA（即ATA/133）所能达到133MB/s的最高数据传输率还高，而在SerialATA2.0的数据传输率达到300MB/s，最终SATA将实现600MB/s的最高数据传输率。

　　SATA的物理设计，可说是以FibreChannel（光纤通道）作为蓝本，所以采用四芯接线；

需求的电压则大幅度减低至250mV（最高500mV），较传统并行ATA接口的5V少上20倍！

因此，厂商可以给SerialATA硬盘附加上高级的硬盘功能，如热插拔（HotSwapping）等。

更重要的是，在连接形式上，除了传统的点对点（Point-to-Point）形式外，SATA还支持“星