CPU芯片组与总线

Posted 2021-03-02 badboy200800

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

 

 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。

 

把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。