Процессорлық жүйе шинасы: FSB және оның эволюциясы
Front-side bus
Компьютерлік интерфейстер: FSB (Front Side Bus) – CPU мен жад контроллері арасындағы байланыс. AMD жүйелерінде EV6 қолданылды. Жылдамдық артықшылықтары туралы біліңіз.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Компьютерлік байланыс интерфейсінің түрі
Type of computer communication interface
Фронт-сайд-бус (FSB) – 1990 және 2000 жылдары Intel чиптеріне негіделген компьютерлерде жиі қолданылатын компьютерлік байланыс интерфейсі (шина). EV6 шинасы бәсекелес AMD процессорлары үшін де осындай функцияны атқарды. Екеуі де әдетте орталық процессор (CPU) мен northbridge деп аталатын жад контроллері арасында деректерді тасымалдайды. Нақты іске асылуына байланысты, кейбір компьютерлерде CPU-ны кэш жадына қосатын артқы шина да болуы мүмкін. Бұл шина және оған қосылған кэш жады, жүйелік жадқа (немесе RAM) фронт-сайд-бус арқылы қол жеткізуден жылдам. Фронт-сайд-бустың жылдамдығы компьютердің өнімділігін бағалау үшін маңызды өлшем ретінде жиі қолданылады. Алғашқы фронт-сайд-бус архитектурасы HyperTransport, Intel QuickPath Interconnect, Direct Media Interface және қазіргі таңда Intel Ultra Path Interconnect жүйелерімен заманауи Intel процессорларында жеке компьютерлерде алмастырылды.
The front side bus (FSB) is a computer communication interface (bus) that was often used in Intel chip based computers during the 1990s and 2000s. The EV6 bus served the same function for competing AMD CPUs. Both typically carry data between the central processing unit (CPU) and a memory controller hub, known as the northbridge. Depending on the implementation, some computers may also have a back side bus that connects the CPU to the cache. This bus and the cache connected to it are faster than accessing the system memory (or RAM) via the front side bus. The speed of the front side bus is often used as an important measure of the performance of a computer. The original front side bus architecture has been replaced by HyperTransport, Intel QuickPath Interconnect, Direct Media Interface and nowadays by Intel Ultra Path Interconnect in modern Intel CPUs for personal computers.
Тарих
Терминді Intel корпорациясы 1990 жылдары Pentium Pro және Pentium II өнімдері жарияланған шамада қолдана бастады. "Алдыңғы жақ" процессордан компьютер жүйесінің қалған бөлігіне сыртқы интерфейске сілтеме жасайды, ал "артқы жақ" кэшке (және мүмкін басқа процессорларға) артқы шина арқылы қосылады. Алдыңғы шина (FSB) көбінесе PC-ге қатысты негізгі платаларда (оның ішінде жеке компьютерлер мен серверлерде) қолданылады. Олар енгізілген жүйелерде немесе осыған ұқсас кішкентай компьютерлерде сирек қолданылады. FSB дизайны бұрынғы онжылдықтардағы бір шиналы жүйелерге қарағанда өнімділікті жақсарту болды, бірақ бұл алдыңғы шиналар кейде "жүйелік шина" деп те аталады. Алдыңғы шиналар әдетте процессор мен қалған аппаратты чипсет арқылы байланыстырады, Intel оны солтүстік және оңтүстік көпірлер ретінде жүзеге асырды. Перифериялық компоненттердің өзара байланысы (PCI), үдетілген графикалық порт (AGP) және жад шиналары сияқты басқа шиналар да деректер ағыны үшін чипсетке қосылады. Бұл қосалқы жүйелік шиналар әдетте алдыңғы шина сағатынан туындаған жылдамдықпен жұмыс істейді, бірақ міндетті түрде онымен синхронды емес. AMD-нің Torrenza бастамасына жауап ретінде Intel өзінің FSB процессорлік ұясын үшінші тарап құрылғыларына ашты. 2007 жылдың көктемінде Пекинде өткен Intel Developer Forum-да жасалған бұл хабарламадан бұрын Intel FSB-ге кімнің кіруіне рұқсат екенін қатаң бақылап, процессорлық ұяда тек Intel процессорларын ғана қабылдаған. Алғашқы мысал – Intel Xilinx Nallatech және Intel Altera XtremeData арасындағы ынтымақтастық нәтижесінде пайда болған (FPGA) копроцессорлар (2008 жылы шығарылды).
The term came into use by Intel Corporation about the time the Pentium Pro and Pentium II products were announced, in the 1990s. "Front side" refers to the external interface from the processor to the rest of the computer system, as opposed to the back side, where the back side bus connects the cache (and potentially other CPUs). A front side bus (FSB) is mostly used on PC related motherboards (including personal computers and servers). They are seldom used in embedded systems or similar small computers. The FSB design was a performance improvement over the single system bus designs of the previous decades, but these front side buses are sometimes referred to as the "system bus". Front side buses usually connect the CPU and the rest of the hardware via a chipset, which Intel implemented as a northbridge and a southbridge. Other buses like the Peripheral Component Interconnect (PCI), Accelerated Graphics Port (AGP), and memory buses all connect to the chipset in order for data to flow between the connected devices. These secondary system buses usually run at speeds derived from the front side bus clock, but are not necessarily synchronized to it. In response to AMD's Torrenza initiative, Intel opened its FSB CPU socket to third party devices. Prior to this announcement, made in Spring 2007 at Intel Developer Forum in Beijing, Intel had very closely guarded who had access to the FSB, only allowing Intel processors in the CPU socket. The first example was field programmable gate array (FPGA) co processors, a result of collaboration between Intel Xilinx Nallatech and Intel Altera XtremeData (which shipped in 2008).
CPU-ның
Процессордың (CPU) жұмыс жиілігі кейбір жағдайларда алдыңғы жақтан қосылатын шинаның (FSB) жылдамдығына сағат көбейткішін қолдану арқылы анықталады. Мысалы, 3200 МГц жиілікте жұмыс істейтін процессор 400 МГц FSB-ны пайдалануы мүмкін. Бұл ішкі сағат көбейткішінің (немесе шина/өзектік қатынасы) 8-ге тең екенін білдіреді. Яғни, процессор алдыңғы жақтан қосылатын шина жиілігінен 8 есе жоғары жиілікте жұмыс істеуге орнатылған: 400 МГц × 8 = 3200 МГц. Әртүрлі процессор жылдамдықтарына FSB жиілігін немесе процессор көбейткішін өзгерту арқылы қол жеткізіледі, бұл overclocking немесе underclocking деп аталады.
The frequency at which a processor (CPU) operates is determined by applying a clock multiplier to the front side bus (FSB) speed in some cases. For example, a processor running at 3200 MHz might be using a 400 MHz FSB. This means there is an internal clock multiplier setting (also called bus/core ratio) of 8. That is, the CPU is set to run at 8 times the frequency of the front side bus: 400 MHz × 8 = 3200 MHz. Different CPU speeds are achieved by varying either the FSB frequency or the CPU multiplier, this is referred to as overclocking or underclocking.
Жады
FSB жылдамдығын орнату жүйе пайдалануы тиіс жад жылдамдығының класына тікелей байланысты. Жад шинасы northbridge пен RAM-ды қосады, алдыңғы шина CPU мен northbridge-ді қосқандай. Көбінесе, бұл екі шина бірдей жиілікте жұмыс істеуі керек. Алдыңғы шинаны 450 МГц-қа дейін арттыру көбінесе жадты да 450 МГц-та іске қосуды білдіреді. Жаңа жүйелерде "4:5" сияқты жад қатынастарын кездестіру мүмкін. Мұндай жағдайда жад FSB-ге қарағанда 5/4 есе жылдам жұмыс істейді, яғни 400 МГц шинасы жадты 500 МГц жылдамдықта қолдай алады. Бұл көбінесе "асинхронды" жүйе деп аталады. CPU және жүйе архитектурасының айырмашылықтарына байланысты, FSB пен жад арақатынасының өзгеруі жүйе өнімділігіне күтпеген әсер ете алады. Кескіндерді, дыбысты, бейнелерді өңдеу, ойындар, FPGA синтезі және үлкен деректер жиынтығының әрбір элементі үшін шағын жұмыс орындайтын ғылыми қолданбаларда FSB жылдамдығы өнімділіктің маңызды факторына айналады. Баяу FSB процессордың жүйелік жадтан дерек күтуге көп уақыт жұмсауына себеп болады. Дегенмен, егер әрбір элементке қатысты есептеулер күрделірек болса, процессор оларды орындауға көбірек уақыт жұмсайды, сондықтан FSB жадқа қол жеткізу жылдамдығы төмендегендіктен, процессормен бірқадамда жүре алады.
Setting an FSB speed is related directly to the speed grade of memory a system must use. The memory bus connects the northbridge and RAM, just as the front side bus connects the CPU and northbridge. Often, these two buses must operate at the same frequency. Increasing the front side bus to 450 MHz in most cases also means running the memory at 450 MHz. In newer systems, it is possible to see memory ratios of "4:5" and the like. The memory will run 5/4 times as fast as the FSB in this situation, meaning a 400 MHz bus can run with the memory at 500 MHz. This is often referred to as an 'asynchronous' system. Due to differences in CPU and system architecture, overall system performance can vary in unexpected ways with different FSB to memory ratios. In image, audio, video, gaming, FPGA synthesis and scientific applications that perform a small amount of work on each element of a large data set, FSB speed becomes a major performance issue. A slow FSB will cause the CPU to spend significant amounts of time waiting for data to arrive from system memory. However, if the computations involving each element are more complex, the processor will spend longer performing these; therefore, the FSB will be able to keep pace because the rate at which the memory is accessed is reduced.
Шекаралық автобустар
Жад шинасына ұқсас, PCI және AGP шиналары да алдыңғы шинадан асинхронды түрде жұмыс істей алады. Ескі жүйелерде бұл шиналар алдыңғы шина жиілігінің белгілі бір үлесінде жұмыс істейтін. Бұл үлесті BIOS орнататын. Жаңа жүйелерде PCI, AGP және PCI Express перифериялық шиналары көбінесе өздерінің дербес сағат сигналдарын алады, бұл олардың уақытты синхрондау үшін алдыңғы шинаға тәуелділігін жояды.
Similar to the memory bus, the PCI and AGP buses can also be run asynchronously from the front side bus. In older systems, these buses are operated at a set fraction of the front side bus frequency. This fraction was set by the BIOS. In newer systems, the PCI, AGP, and PCI Express peripheral buses often receive their own clock signals, which eliminates their dependence on the front side bus for timing.
Үдемелі соғу
Үдемелі соғу – компьютерлік компоненттердің жұмыс жиілігін өзгерту арқылы олардың стандартты өнімділік деңгейінен асып кету амалы, сондай-ақ қажет болған жағдайда компонентке берілетін кернеуді өзгерту арқылы осы жоғары жиіліктерде тұрақты жұмыс істеуін қамтамасыз ету. Көптеген негізгі платалар пайдаланушыға сағатты көбейтуші және FSB параметрлерін джемперлерді немесе BIOS параметрлерін өзгерту арқылы қолмен орнатуға мүмкіндік береді. Қазіргі кезде барлық процессор өндірушілері дерлік чипке алдын ала орнатылған көбейтуші параметрін "құлыптап" алады. Бірақ кейбір құлыпталған процессорларды құлпын ашуға болады; мысалы, кейбір AMD Athlon процессорларын процессордың бетіндегі тірек нүктелеріне электрлік контактілерді қосу арқылы құлпын ашуға болады. AMD және Intel-дің кейбір процессорлары зауыттан-ақ құлпы ашық күйде шығады және осы мүмкіндікке байланысты соңғы пайдаланушылар мен саудагерлер оларды "әуесқойлар деңгейі" процессорлары деп атайды. Барлық процессорлар үшін процессор мен солтүстік көпір арасындағы кешігуді азайту арқылы өңдеу жылдамдығын арттыру үшін FSB жылдамдығын арттыруға болады. Бұл амал компоненттерді олардың техникалық сипаттамаларынан тыс жүктемеге салуы мүмкін, соның салдарынан жұмысында қателіктер, қызу немесе мерзімінен бұрын істен шығуы мүмкін. Компьютер қалыпты жұмыс істеп тұрғандай көрінсе де, ауыр жүктеме кезінде мәселелер пайда болуы мүмкін. Hewlett Packard немесе Dell сияқты саудагерлерден немесе өндірушілерден сатып алынған көптеген компьютерлер пайдаланушыға көбейтуші немесе FSB параметрлерін өзгертуге мүмкіндік бермейді, себебі жұмысында қателіктер немесе істен шығу қаупі бар. Ал жеке машина құрастыру үшін бөлек сатып алынған негізгі платалар пайдаланушыға компьютердің BIOS-ында көбейтуші және FSB параметрлерін өңдеуге көбірек мүмкіндік береді.
Overclocking is the practice of making computer components operate beyond their stock performance levels by manipulating the frequencies at which the component is set to run, and, when necessary, modifying the voltage sent to the component to allow it to operate at these higher frequencies with more stability. Many motherboards allow the user to manually set the clock multiplier and FSB settings by changing jumpers or BIOS settings. Almost all CPU manufacturers now "lock" a preset multiplier setting into the chip. It is possible to unlock some locked CPUs; for instance, some AMD Athlon processors can be unlocked by connecting electrical contacts across points on the CPU's surface. Some other processors from AMD and Intel are unlocked from the factory and labeled as an "enthusiast grade" processors by end users and retailers because of this feature. For all processors, increasing the FSB speed can be done to boost processing speed by reducing latency between CPU and the northbridge. This practice pushes components beyond their specifications and may cause erratic behavior, overheating or premature failure. Even if the computer appears to run normally, problems may appear under a heavy load. Most PCs purchased from retailers or manufacturers, such as Hewlett Packard or Dell, do not allow the user to change the multiplier or FSB settings due to the probability of erratic behavior or failure. Motherboards purchased separately to build a custom machine are more likely to allow the user to edit the multiplier and FSB settings in the PC's BIOS.
Эволюция
Алдыңғы жақтағы шина алғашқы жобаланғанда жоғары икемділік және төмен құн артықшылықтарына ие болды. Қарапайым симметриялық мультипроцессорлар бірнеше CPU-ны ортақ FSB-ге орналастырады, бірақ жолақтың шектелуіне байланысты өнімділік сызықты түрде өспеді. Алдыңғы жақтағы шина 2008 жылға дейін Intel Atom, Celeron, Pentium, Core 2 және Xeon процессорларының барлық модельдерінде қолданылды. Бастапқыда бұл шина барлық жүйелік құрылғылар мен CPU үшін орталық байланыс нүктесі болды. Процессордың жылдамдығы жоғары болса да, егер ол нұсқаулар мен деректерді орындағаннан гөрі тезрек ала алмаса, оның әлеуеті зая кетеді. CPU негізгі жадыда деректерді оқу немесе жазу күтіп, көп уақытын бос өткізе алады, сондықтан жоғары өнімділік процессорларына жадыға жоғары жолақты кеңдік пен төмен жауап уақыты қажет. AMD алдыңғы жақтағы шинаны ескі және баяу технология деп сынға алды, ол жүйенің өнімділігін шектейді. Көбірек заманауи жүйелер AMD-нің HyperTransport және Intel-дің DMI 2.0 немесе QuickPath Interconnect (QPI) сияқты нүктеден нүктеге және тізбекті қосылымдарды пайдаланады. Бұл жүзеге асырулар дәстүрлі солтүстік көпірді Platform Controller Hub, southbridge немесе I/O контроллеріне тікелей байланыс пайдасына алып тастайды. Дәстүрлі архитектурада алдыңғы жақтағы шина CPU мен жүйенің басқа барлық құрылғылары арасындағы деректерді тікелей беруге арналған байланыс қызметін атқарды, соның ішінде негізгі жад. HyperTransport және QPI негізделген жүйелерде жүйелік жадқа CPU-ға енгізілген жад контроллері арқылы тәуелсіз қол жеткізіледі, ал HyperTransport немесе QPI байланысының жолақтық кеңдігі басқа мақсаттар үшін қолданылады. Бұл процессордың дизайнын күрделендіреді, бірақ көппроцессорлық жүйелерде өнімділікті арттырып, жақсырақ масштабтауға мүмкіндік береді.
The front side bus had the advantage of high flexibility and low cost when it was first designed. Simple symmetric multiprocessors place a number of CPUs on a shared FSB, though performance could not scale linearly due to bandwidth bottlenecks. The front side bus was used in all Intel Atom, Celeron, Pentium, Core 2, and Xeon processor models through about 2008. Originally, this bus was a central connecting point for all system devices and the CPU. The potential of a faster CPU is wasted if it cannot fetch instructions and data as quickly as it can execute them. The CPU may spend significant time idle while waiting to read or write data in main memory, and high performance processors therefore require high bandwidth and low latency access to memory. The front side bus was criticized by AMD as being an old and slow technology that limits system performance. More modern designs use point to point and serial connections like AMD's HyperTransport and Intel's DMI 2.0 or QuickPath Interconnect (QPI). These implementations remove the traditional northbridge in favor of a direct link from the CPU to the Platform Controller Hub, southbridge or I/O controller. In a traditional architecture, the front side bus served as the immediate data link between the CPU and all other devices in the system, including main memory. In HyperTransport and QPI based systems, system memory is accessed independently by means of a memory controller integrated into the CPU, leaving the bandwidth on the HyperTransport or QPI link for other uses. This increases the complexity of the CPU design but offers greater throughput as well as superior scaling in multiprocessor systems.