Что такое fsb на материнской плате

Обновлено: 04.07.2024

Наиболее часто можно встретить систему организации внешнего интерфейса процессора, которая предполагает, что параллельная мультиплексированная процессорная шина, носящая название FSB, соединяет процессор (порой два процессора, четыре или даже больше) и системный контроллер, который обеспечивает доступ к оперативной памяти и внешним устройствам. Этот системный контроллер обычно называется «северным мостом» (от англ. Northbridge). Он, наряду с «южным мостом» (от англ. Southbridge), входит в состав набора системной логики, который, однако, чаще фигурирует под названием «чипсет» (от англ. Chipset).

Системный контроллер имеет в своём составе контроллер ОЗУ (в некоторых современных персональных компьютерах контроллер ОЗУ встроен в микропроцессор), а также контроллеры шин, к которым подключаются периферийные устройства. Получил распространение подход, при котором к северному мосту подключаются наиболее производительные периферийные устройства, например, видеокарты с шиной PCI Express 16x, а менее производительные устройства (микросхема BIOS'а, устройства с шиной PCI) подключаются к «южному мосту».

Таким образом, FSB работает в качестве магистрального канала между процессором и чипсетом.

Как правило, процессор и шина имеют одну и ту же базовую частоту, которая называется опорной или реальной. В случае процессора его конечная частота определяется произведением опорной частоты на определенный множитель. Вообще говоря, реальная частота FSB обычно является основной частотой материнской платы, при помощи которой определяются рабочие частоты всех остальных устройств.

В большинстве старых компьютеров реальная частота системной шины определяла и частоту оперативной памяти, однако сейчас память часто может иметь и другую частоту – в том случае, если контроллер памяти располагается в самом процессоре. Кроме того, следует иметь в виду, что реальная частота шины не эквивалентна ее эффективной частоте, которая определяется количеством передаваемых бит информации в секунду.

В настоящее время данная шина считается устаревшей и постепенно заменяется более новыми – QuickPath и HyperTransport. Системная шина QuickPath является разработкой фирмы Intel, а HyperTransport – компании AMD.

Содержание

Северный мост

Северный мост начал именоваться именно так из-за своего расположения на материнской плате. Он представляет собой микрочип, визуально расположенный «под» процессором, однако в верхней части материнской платы, как бы в «северной» ее части. Системный контроллер служит для передачи команд центрального процессора к оперативной памяти, и видеоконтроллеру (в случае встроенного видеоконтроллера, северный мост, производимый компанией Intel, именуется GMCH (от англ. Chipset Graphics and Memory Controller Hub), а также конвертацию этих команд в форму, необходимую для обращения к оперативной памяти. Порой, для увеличения потенциальной производительности системы, к северному мосту подключаются наиболее производительные периферийные устройства, например, видеокарты с шиной PCI Express, а менее производительные устройства (BIOS, устройства PCI, интерфейсы устройств хранения информации, ввода и т. п.) могут подключаться к так называемому южному мосту. Северный мост соединен с материнской платой посредством согласующего интерфейса, также контроллер соединяется шиной и с южным мостом.

Северным мостом определяются параметры (пропускная способность, частота, а также тип): системной шины, оперативной памяти (тип используемой памяти, а также ее максимальный объем), подключенного видеоконтроллера (режим работы, возможность использования SLI (от англ. Scalable Link Interface, что означает «масштабируемый интерфейс» и фактически означает возможность работы 2 (3 — 3-Way SLI, или даже 4 — Quad SLI) видеоадаптеров одновременно, что чрезвычайно повышает производительность видео). В настоящее время в процессорах серии Core i-x с разъемом LGA 1156 северный мост встроен в процессор и связывается с ядрами по внутренней шине QPI со скоростью соединения 2.5^109 операций в секунду. Из факта поглощения процессором северного моста вытекает неактуальность использования шины FSB и внешней шины QPI в подобных системах.

Южный мост

Еще одним компонентом чипсета является функциональный контроллер ввода-вывода (от англ. I/O Controller Hub, ICH), так называемый южный мост, служащий для связи центрального процессора (через северный мост) с устройствами, не столь критичными к скорости взаимодействия:

Контроллеры PCI (X, E), прерываний, SMBus (I2C), LPC, IDE/SATA DMA, IRQ, ISA;
Super I/O: контроллер floppy-дисководов; контроллер LPT-порта; Контроллер COM-портов; MIDI, джойстик, инфракрасный порт и т.п.
Часы реального времени RTC (от англ. Real Time Clock);
BIOS (CMOS), вместе с энергонезависимыми системами обеспечения;
Системы энергообеспечения APM и ACPI;
Звуковой контроллер (AC97);
Может включать в себя контроллеры Ethernet, USB, RAID, FireWire и т. п.
Особенностью южного моста является его взаимодействие с внешними устройствами. Как следствие, он довольно чувствителен различным негативным факторам, влияющим на нормальную работу устройств (короткое замыкание, перегрев, деформация материнской платы и т. п.). Замена южного моста, как правило, составляет стоимость самой материнской платы, поэтому замена его нерациональна из-за ее высокой стоимости и обычно не проводится.

Основные параметры FSB некоторых процессоров

Процессор	Частота FSB, МГц	Тип FSB	Теоретическая пропускная способность FSB, Мб/с
Intel Pentium III	100/133	AGTL+	800/1066
Intel Pentium 4	100/133/200	QPB	3200/4266/6400
Intel Pentium D	133/200	QPB	4266/6400
Intel Pentium 4 EE	200/266	QPB	6400/8533
Intel Core	133/166	QPB	4266/5333
Intel Core 2	200/266	QPB	6400/8533
AMD Athlon	100/133	EV6	1600/2133
AMD Athlon XP	133/166/200	EV6	2133/2666/3200
AMD Sempron	800	HyperTransport	6400
AMD Athlon 64	800/1000	HyperTransport	6400/8000

Очень многие именно так и поступают последние 15-20 лет. Сотня или больше.

Что есть, Front Side Bus (FSB, системная шина)?
Шина, обеспечивающая соединение между x86/x86-64-совместимым центральным процессором и внутренними устройствами. Её опроная частота используется, с мультипликатором, процессором.

Весь инструментарий(я знаком с HwInfo64 и CPU-Z) именно на это (сотни) и заточен. Но вот, появился у меня процессор на котором я вижу частоту шины 25МГц.

И вроде все по честному, пару лет назад именно на них и перешли в АМД(Precision Boost), ими удобно точнее выставлять верхнюю границу рабочей частоты для ЦПУ. Но, тем не менее все (HwInfo64 и CPU-Z) продолжают показывать рабочую частоту исходя из 100МГц?! Поэтому мы видим очень подозрительную рабочую частоту ЦПУ. При заявленной 1500-1000МГц, процессор странным образом работает на 400-600МГц. Прокольчик.

Причем этот множитель влияет и на частоту работы памяти, по крайней мере на её отображаемые в тулсах параметры.

Само собой мысли сразу полетели в сторону ProcHot и ThermalThrottling. Но нет, с ними все было в порядке.

Обычно множители частоты целые, максимум чего можно было добиться это 0.5. Вот тут я и обратил внимание, что множитель какой то подозрительно дробный в CPU-Z. Видим и .2, и .3, и .4. В регистр управления такое не поместится. Значит этот множитеь не настоящий, а «синтетический». Не из железа он читается, а «магическим образом» высчитывается и подгоняется под нам всем любые 100МГц. Печально. И действительно, в документации все значения множителей у АМД целые, и опираются на 25МГц. И множители там куда выше, чем привязанные к сотке. Там и 90, и 130 встречаются. И это совсем не потолок.

Что очень не плохо можно проверить в регистрах MSR
— C001006[4-B] биты [7:0]
— C0010063 биты [2:0]
— C0010293 биты [7:0] и [13:8]

Ладно бы, эти «фальшивые» цифры рабочих частот, были только на моем «железе». Но нет, они же вылазят и на референсных платах(Bilby) от АМД. А датой выхода, этих процессоров на рынок, был первый квартал 2020-го.

Причем тесты на производительность, не показывают проседания. Рабочая частота как и заявлено 1500-1000МГц.

Бардак с частотами дополняется тем, что в настройках процессора присутствуют все цифры частот и 25 и 100МГц. И даже немного больше))). Так, например, для REFCLK существует еще и частота 27 МГц. Причем она заявлена как активная на момент после RESET. Тем не менее, всё время в течении выполнения UEFI, активна частота 25МГц. Но фокус, в Виндовс, мы снова видим в регистрах… 27МГц!

Хотя, документация от АМД, это совсем другая история. У АМД на нее никогда времени не хватало. Имеем, что имеем. И тому радуемся.

Так о чем же была статья? А не поверите, хочу инструментарий показывающий правду о железе. Вот и на жизнь жалуюсь. Хотя с такой документацией, которой радуют процессоростроители, ждать его прийдется еще не один год. Или, может вы знаете такой инструментарий? Тогда делитесь ссылками в комментариях!

Тактовая частота и ширина шины FSB (в битах) определяют скорость, с которой данные передаются между процессором (CPU) и чипсетом.

Внешняя шина определяет пропускную способность процессора для чипсета, памяти, видеокарты и остальной периферии. Пропускная способность процессора в идеале должна быть равна пропускной способности основной памяти. В противном случае процессор и память будет работать асинхронно и, следовательно, производительность того или другого компонента будет просто теряться.

Отношения между шиной FSB и RAM

Аббревиатура

В зависимости от процессора связь по шине выполняется с тактовой частотой 66, 75, 83, 95, 100, 133, 166, 200, 266, 333 или 400 МГц. Дальнейшее увеличение тактовой частоты было не рационально, поэтому был разработан метод двойной скорости передачи данных (DDR). За счет этого максимальная теоретическая скорость передачи удваивается. Эта процедура также используется для основной памяти (DDR-SDRAM).

Пример увеличение данных за такт:

Поскольку тактовая частота и ширина шины (количество шинных линий) пространственно ограничены параллельными линиями (классическая шина), были разработаны методы последовательного соединения для соединения процессора и набора микросхем. В отличие от Intel, AMD первой переключилась на технологию последовательного соединения, которая оказалась намного быстрее предшественницы и имела свойства масштабируемости.

HyperTransport от AMD

16-разрядная версия HyperTransport 800 МГц может передавать 3,2 ГБ / с (51 Гбит / с) в каждом направлении.

QuickPath Interconnection от Intel

QPI заменил FSB у Intel и стал симметричным ответом на аналогичную технологию от AMD. Как и HyperTransport от AMD, QPI является последовательным интерфейсом.

Порт QPI полной ширины состоит из 20 каналов в каждом направлении, каждое из которых передает до 6,4 Гбит / с.

Современные процессоры сочетают в себе основной процессор, графический процессор и контроллер памяти. В этом ключе чипсет уже теряет свой первоначальный смысл. Он служит только для обеспечения внутренних и внешних интерфейсов для расширений и жестких дисков.

Назначение шины FSB

Как известно, сердцем любого персонального компьютера является центральный процессор. Но не только процессор определяет архитектуру ПК. Она также во многом зависит и от используемого на материнской плате набора вспомогательных микросхем (чипсета). Кроме того, процессор не может функционировать и без внутренних шин, представляющих собой набор сигнальных проводников на системной плате. В функции шин входит передача информации между различными устройствами компьютера и центральным процессором. Характеристики внутренних шин, в частности, их пропускная способность и частота во многом определяют и характеристики самого компьютера.

Пожалуй, наиболее важной из шин, от которой больше всего зависит производительность компьютера, является шина FSB. Аббревиатура FSB расшифровывается как Front Side Bus, что можно перевести как «передняя» шина. В основные функции шины входит передача данных между процессором и чипсетом. Точнее говоря, FSB располагается между процессором и микросхемой «северного моста» материнской платы, где находится контроллер оперативной памяти.

Связь же между северным мостом и другой важной микросхемой чипсета, называемой «южным мостом» и содержащей контроллеры устройств ввода-вывода, в современных компьютерах обычно осуществляется при помощи другой шины, которая носит наименование Direct Media Interface.

Front Side Bus в традиционной архитектуре чипсета

QuickPath

Шина QuickPath Interconnect (QPI) была разработана Intel в 2008 г. для замены традиционной шины FSB. Первоначально QPI использовалась в компьютерах на основе процессоров Xeon и Itanium. Разработка QPI была призвана бросить вызов уже использовавшейся в течение некоторого времени в чипсетах AMD шине Hypertransport.

Хотя QPI принято называть шиной, тем не менее, ее свойства существенно отличаются от свойств традиционной системной шины, и по своему устройству она представляет собой проводное соединение типа interconnect. QPI является неотъемлемой частью технологии, которую Intel называет архитектурой QuickPath. Всего QPI имеет в своем составе 20 линий данных, а общее количество проводников шины QPI равно 84. Как и Hypertransport, технология QuickPath подразумевает, что контроллер памяти встроен в сам центральный процессор, поэтому она используется лишь для связи процессора с контроллером ввода-вывода. Шина QuickPath может работать на частотах в 2.4, 2.93, 3.2, 4.0 или 4.8 ГГц.

Схема расположения QuickPath Interconnect

Hypertransport

Шина Hypertransport является разработкой AMD. Hypertransport имеет рабочие характеристики, сближающие ее с шиной QuickPath, но при этом она была создана на несколько лет раньше последней. Шину отличают оригинальные архитектура и топология, совершенно непохожие на архитектуру и топологию FSB. В основе шины Hypertransport лежат такие составные элементы, как тоннели, мосты, линки и цепи. Архитектура шины призвана исключить узкие места в схеме соединений между отдельными устройствами материнской платы и передавать информацию с высокой скоростью и небольшим количеством задержек.

Существует несколько версий Hypertransport, работающих на разной тактовой частоте – от 200 МГц до 3,2 ГГц. Максимальная пропускная способность шины для версии 3.1 составляет более 51 ГБ/с (в обоих направлениях). Шина используется как для замены шины FSB в однопроцессорных системах, так и в качестве основной шины в многопроцессорных компьютерах.

Схема расположения шины Hypertransport

Direct Media Interface

Пару слов стоит сказать и о такой разновидности системной шины, как Direct Media Interface (DMI). DMI предназначена для соединения между двумя основными микросхемами чипсета – северным и южным мостами. Впервые шина типа DMI была использована в чипсетах Intel в 2004 г.

Шина DMI имеет свойства архитектуры, объединяющие ее с такой шиной для подключения периферийных устройств, как PCI Express. В частности, DMI использует линии с последовательной передачей данных, а также имеет отдельные проводники для передачи и приема данных.

Место DMI (обозначена красным) в архитектуре компьютера.

Оригинальная реализация DMI обеспечивала передачу данных до 10 ГБит/c в каждом направлении. Современная же версия шины, DMI 2.0, может поддерживать скорость в 20 ГБ/c в обоих направлениях. Многие мобильные версии DMI имеют вдвое меньшее количество сигнальных линий по сравнению с версиями DMI для настольных систем.

Заключение

Системная шина является своеобразной кровеносной «артерией» любого компьютера, обеспечивающей передачу данных от «сердца» материнской платы – процессора к остальным микросхемам материнской платы и, прежде всего, к северному мосту, управляющем работой оперативной памяти. В настоящее время в различных архитектурах материнских плат можно встретить как традиционную шину FSB, так и имеющие сложные топологии высокоэффективные шины Hypertransport и QPI. Характеристики, производительность и архитектура системной шины являются важными факторами, которые определяют потенциальные возможности компьютера.

Читайте также: