IT系統架構中總線帶寬及計算方式

2020-04-14 14:02 作者：艾銻無限 瀏覽量：

 
在計算機系統中，總線的作用就好比是人體中的神經系統，它承擔的是所有數據傳輸的職責，就像IT運維有不同的系統運維方向和運維技術。而各個子系統間都必須籍由總線才能通訊，例如，CPU和北橋間有前端總線、北橋與顯卡間為AGP總線、芯片組間有南北橋總線，各類擴展設備通過PCI、PCI-X總線與系統連接；主機與外部設備的連接也是通過總線進行，如目前流行的USB 2.0、IEEE1394總線等等，一句話，在一部計算機系統內，所有數據交換的需求都必須通過總線來實現！ 按照工作模式不同，總線可分為兩種類型，一種是并行總線，它在同一時刻可以傳輸多位數據，好比是一條允許多輛車并排開的寬敞道路，而且它還有雙向單向之分；另一種為串行總線，它在同一時刻只能傳輸一個數據，好比只容許一輛車行走的狹窄道路，數據必須一個接一個傳輸、看起來仿佛一個長長的數據串，故稱為“串行”。


并行總線和串行總線的描述參數存在一定差別。對并行總線來說，描述的性能參數有以下三個：總線寬度、時鐘頻率、數據傳輸頻率。其中，總線寬度就是該總線可同時傳輸數據的位數，好比是車道容許并排行走的車輛的數量；例如，16位總線在同一時刻傳輸的數據為16位，也就是2個字節；而32位總線可同時傳輸4個字節，64位總線可以同時傳輸8個字節......顯然，總線的寬度越大，它在同一時刻就能夠傳輸更多的數據。不過總線的位寬無法無限制增加。時鐘頻率和數據傳輸頻率的概念在上一期的文章中有過詳細介紹，我們就不作贅述。

總線的帶寬指的是這條總線在單位時間內可以傳輸的數據總量，它等于總線位寬與工作頻率的乘積。例如，對于64位、800MHz的前端總線，它的數據傳輸率就等于64bit×800MHz÷8(Byte)=6.4GB/s；32位、33MHz PCI總線的數據傳輸率就是 32bit×33MHz÷8=133MB/s，等等，這項法則可以用于所有并行總線上面——看到這里，讀者應該明白我們所說的總線帶寬指的就是它的數據傳輸率，其實“總線帶寬”的概念同“電路帶寬”的原始概念已經風馬牛不相及。計算方法：總線寬度為32bit，時鐘頻率為200MHz，若總線上每5個時鐘周期傳送一個32bit的字，問總線帶寬是多少？

解答：

根據總線時鐘頻率為200MHz，

得1 個時鐘周期為1/200MHz=0.005μs

總線傳輸周期為0.005μs×5=0.025μs

由于總線的寬度為32 位=4B（字節）

故總線的數據傳輸率為4B/（0.025μs）=160MBps
 
對串行總線來說，帶寬和工作頻率的概念與并行總線完全相同，只是它改變了傳統意義上的總線位寬的概念。在頻率相同的情況下，并行總線比串行總線快得多，那么，為什么現在各類并行總線反而要被串行總線接替呢？原因在于并行總線雖然一次可以傳輸多位數據，但它存在并行傳輸信號間的干擾現象，頻率越高、位寬越大，干擾就越嚴重，因此要大幅提高現有并行總線的帶寬是非常困難的；而串行總線不存在這個問題，總線頻率可以大幅向上提升，這樣串行總線就可以憑借高頻率的優勢獲得高帶寬。而為了彌補一次只能傳送一位數據的不足，串行總線常常采用多條管線（或通道）的做法實現更高的速度——管線之間各自獨立，多條管線組成一條總線系統，從表面看來它和并行總線很類似，但在內部它是以串行原理運作的。對這類總線，帶寬的計算公式就等于“總線頻率×管線數”，這方面的例子有PCI Express和HyperTransport，前者有×1、×2、×4、×8、×16和×32多個版本，在第一代PCI Express技術當中，單通道的單向信號頻率可達2.5GHz，我們以×16舉例，這里的16就代表16對雙向總線，一共64條線路，每4條線路組成一個通道，二條接收，二條發送。這樣我們可以換算出其總線的帶寬為2.5GHz×16/10=4GB/s（單向）。除10是因為每字節采用10位編碼。

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