內(nèi)部總線是一種內(nèi)部結(jié)構(gòu),是cpu、內(nèi)存、輸入、輸出設(shè)備傳遞信息的公用通道。
中文名稱 | 內(nèi)部總線 | 外文名稱 | Internal Bus |
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外頻和前端總線是兩個(gè)不同的概念,之所以大家會混淆不清,就是因?yàn)樵诠爬系腜entium年代,二者的頻率值往往是相同的。
外頻指的是CPU外部的時(shí)鐘頻率,CPU主頻=外頻X倍頻。在Pentium時(shí)代,CPU的外頻一般是60/66MHz,從Pentium II 350開始,CPU外頻提高到100MHz。
而前端總線的速度指的是CPU和北橋芯片間總線的速度,表示了CPU和外界數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣取?/p>
之所以前端總線與外頻這兩個(gè)概念容易混淆,主要的原因是在以前的很長一段時(shí)間里(主要是在Pentium 4出現(xiàn)之前和剛出現(xiàn)Pentium 4時(shí)),前端總線頻率與外頻是相同的,因此往往直接稱前端總線為外頻,最終造成這樣的誤會。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,人們發(fā)現(xiàn)前端總線頻率需要高于外頻,因此產(chǎn)生了DDR(Double Date Rate)技術(shù)和QDR(Quad Date Rate)技術(shù),使得前端總線的頻率成為外頻的2倍(AMD的K7處理器)、4倍(Intel的奔騰處理至今酷睿處理器),從此之后前端總線和外頻的區(qū)別才開始被人們重視起來。
"前端總線FSB"這個(gè)名稱是由AMD 在推出K7 CPU時(shí)提出的概念,前端總線的速度指的是數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?,由于?shù)據(jù)傳輸最大帶寬取決于所有同時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的寬度和傳輸頻率,即數(shù)據(jù)帶寬=(總線頻率X數(shù)據(jù)位寬)÷8。
目前PC機(jī)上所能達(dá)到的前端總線頻率有266MHz(AMD )、333MHz(AMD & Intel )、400MHz(AMD & Intel )、533MHz(Intel )、800MHz(Intel )、1066MHz(Intel )、1333MHz(Intel )、1600MHz(Intel )等幾種,Intel 最新的至尊版處理器QX9770采用了1600MHz的前端總線,最大帶寬為:1600×64÷8=12.8G/s。
前端總線頻率越大,代表著CPU與北橋之間的數(shù)據(jù)傳輸量越大,更能充分發(fā)揮出CPU的功能。相反,較低的前端總線將無法供給足夠的數(shù)據(jù)給CPU,這樣就限制了CPU性能得發(fā)揮,成為系統(tǒng)瓶頸。
從AMD 的K8處理其開始,AMD 和Intel 兩家內(nèi)部總線發(fā)展開始分道揚(yáng)鑣,Intel 繼續(xù)沿用FSB至今天的酷睿2CPU,而AMD 則開發(fā)出了HT總線(Hyper Transport)對抗Intel 。
HT總線是AMD 為K8平臺專門設(shè)計(jì)的高速串行總線,它的發(fā)展歷史可回溯到1999年,原名為"LDT總線"(Lightning Data Transport,閃電數(shù)據(jù)傳輸)。2001年7月,這項(xiàng)技術(shù)正式推出,AMD 同時(shí)將它更名為Hyper Transport。隨后,Broadcom、Cisco、Sun、NVIDIA、ALi、ATI、Apple、Transmete等許多企業(yè)均決定采用這項(xiàng)新型總線技術(shù),而AMD 也借此組建Hyper Transport開放聯(lián)盟,從而將Hyper Transport推向產(chǎn)業(yè)界。
第一代:HT的工作頻率在200MHz―800MHz范圍,雙向16位模式下,最大帶寬可以達(dá)到6.4GB/s。
第二代:2004年2月,Hyper Transport技術(shù)聯(lián)盟又正式發(fā)布了HT2.0規(guī)格,由于采用了Dual-data技術(shù),使頻率成功提升到了1.0GHz、1.2GHz和1.4GHz,雙向16bit模式的總線帶寬提升到了8.0GB/s、9.6GB/s和11.2GB/s。
第三代:2007年11月19日,AMD 正式發(fā)布了HT3.0 總線規(guī)范,提供了1.8GHz、2.0GHz、2.4GHz、2.6GHz幾種頻率,最高可以支持32通道。32位通道下,雙向帶寬最高可以達(dá)到41.6GB/s。
由于AMD 的HT3.0提供的最大帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過目前Intel 1600 FSB的帶寬,為了對抗HT 3.0,Intel 另辟蹊徑,提出了QPI總線。
我們前面計(jì)算過,1600FSB能夠提供12.8G/s的帶寬,但是如此高的帶寬也僅僅只能滿足DDR2 800雙通道的內(nèi)存的帶寬要求(800 X 64 X 2 / 8=12.8G/s),如果此時(shí)搭配1066甚至更高的1333內(nèi)存的話,F(xiàn)SB需要提高到更高的頻率,且不說還有PCI總線、PCI-E總線、USB、SATA等多種設(shè)備也要占據(jù)一定的帶寬。而在當(dāng)前制作工藝和框架下,提升頻率變的難上加難,即便有些玩家將FSB提高到了2400,帶來的發(fā)熱量也是十分恐怖的。
隨著處理器核心性能的提高,以及核心數(shù)量的急劇增長,F(xiàn)SB正在日益成為瓶頸,必須加以解決。Intel 要想在多核心時(shí)代處于不敗之地,目前首要問題就是順利解決系統(tǒng)資源的分配難題、充分發(fā)揮多核心的優(yōu)勢,這就是英特爾推出QPI總線技術(shù)的最終目的。
QPI最大的改進(jìn)是提供了驚人的輸出傳輸能力,在4.8至6.4GT/s之間。一個(gè)連接的每個(gè)方向的位寬可以是5、10、20bit。因此每一個(gè)方向的QPI全寬度鏈接可以提供12至16BG/s的帶寬,那么每一個(gè)QPI鏈接的帶寬為24至32GB/s,相當(dāng)于1600FSB的2-3倍,基本和HT 3.0帶寬持平。
此外,QPI另一個(gè)亮點(diǎn)就是支持多條系統(tǒng)總線連接,Intel 稱之為multi-FSB。系統(tǒng)總線將會被分成多條連接,并且頻率不再是單一固定的,也無須如以前那樣還要再經(jīng)過FSB進(jìn)行連接。
QPI總線相對于FSB的革命意義是重大的,帶來了PC機(jī)制造結(jié)構(gòu)上的革新,拋棄了以往北橋南橋的概念,當(dāng)然,這些變化已經(jīng)不是本文所要探討的主要問題了。
內(nèi)部總線,將處理器的所有結(jié)構(gòu)單元內(nèi)部相連。它的寬度可以是8、16、32、64或128位。
如在CPU內(nèi)部,寄存器之間和算術(shù)邏輯部件ALU與控制部件之間傳輸數(shù)據(jù)所用的總線稱為片內(nèi)總線(即芯片內(nèi)部的總線)。
1.I2C總線
I2C(Inter-IC)總線1982年由Philips公司推出,是近年來在微電子通信控制領(lǐng)域廣泛采用的一種新型總線標(biāo)準(zhǔn)。它是同步通信的一種特殊形式,具有接口線少,控制方式簡化,器件封裝形式小,通信速率較高等優(yōu)點(diǎn)。在主從通信中,可以有多個(gè)I2C總線器件同時(shí)接到I2C總線上,通過地址來識別通信對象。
2.SPI總線
串行外圍設(shè)備接口SPI(serial peripheral interface)總線技術(shù)是Motorola公司推出的一種同步串行接口。Motorola公司生產(chǎn)的絕大多數(shù)MCU(微控制器)都配有SPI硬件接口,如68系列MCU。SPI總線是一種三線同步總線,因其硬件功能很強(qiáng),所以,與SPI有關(guān)的軟件就相當(dāng)簡單,使CPU有更多的時(shí)間處理其他事務(wù)。
3.SCI總線
串行通信接口SCI(serial communication interface)也是由Motorola公司推出的。它是一種通用異步通信接口UART,與MCS-51的異步通信功能基本相同。
DSP芯片TMS320F2812 DSP片外擴(kuò)展 64K * 16位SRAM(基本配置),最大可擴(kuò)展到512K * 16位。內(nèi)部RAM不夠用時(shí),用來擴(kuò)充內(nèi)存,當(dāng)然是并行的。
總線制是2根線控制很多根,多線制是每個(gè)控制點(diǎn)都有單獨(dú)的線
串行就是數(shù)據(jù)一位一位傳輸?shù)?,?shù)據(jù)線只需要一根(如果支持雙向需要2根),并行就是數(shù)據(jù)多位同時(shí)傳輸(4位,8位,甚至64位,128位),當(dāng)然效率是并行很高,但是如果遠(yuǎn)距離傳輸?shù)脑挻谐杀镜?。所以,一般設(shè)備...
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根據(jù)分布式樣例飛行控制計(jì)算機(jī)特點(diǎn)和內(nèi)部數(shù)據(jù)通信需求,提出了以C8051F120單片機(jī)與FlexRay共同組成的內(nèi)部總線通信節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方案,完成了通信節(jié)點(diǎn)硬件的詳細(xì)設(shè)計(jì),開發(fā)了通信軟件并討論了若干設(shè)計(jì)要點(diǎn)。對所設(shè)計(jì)的FlexRay通信節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了常溫和低溫下的功能和性能測試,驗(yàn)證了通信效率和可靠性,可滿足新型飛行控制計(jì)算機(jī)的內(nèi)部數(shù)據(jù)通信要求。
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本文主要介紹了目前工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中廣泛使用的幾種現(xiàn)場總線及其總線電纜的特點(diǎn),并以基金會現(xiàn)場總線FF-H1(低速)和Profibus PA總線電纜為例,探討了現(xiàn)場總線電纜的設(shè)計(jì)。
微機(jī)中總線一般有內(nèi)部總線、系統(tǒng)總線和外部總線。內(nèi)部總線是微機(jī)內(nèi)部各外圍芯片與處理器之間的總線,用于芯片一級的互連;而系統(tǒng)總線是微機(jī)中各插件板與系統(tǒng)板之間的總線,用于插件板一級的互連;外部總線則是微機(jī)和外部設(shè)備之間的總線,微機(jī)作為一種設(shè)備,通過該總線和其他設(shè)備進(jìn)行信息與數(shù)據(jù)交換,它用于設(shè)備一級的互連。
路由器體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展
第一代路由器:集中轉(zhuǎn)發(fā),總線交換
典型產(chǎn)品:華為Quidway R2500系列路由器。
最初的IP網(wǎng)絡(luò)并不大,其網(wǎng)關(guān)所需要連接的設(shè)備及其需要處理的負(fù)載也很小。這個(gè)時(shí)候網(wǎng)關(guān)(路由器)基本上可以用一臺計(jì)算機(jī)插多塊網(wǎng)絡(luò)接口卡的方式來實(shí)現(xiàn)。接口卡與中央處理器(CPU)之間通過內(nèi)部總線相連,CPU負(fù)責(zé)所有事務(wù)處理,包括路由收集、轉(zhuǎn)發(fā)處理、設(shè)備管理等。網(wǎng)絡(luò)接口收到報(bào)文后通過內(nèi)部總線傳遞給CPU,由CPU完成所有處理后從另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口傳遞出去。
第二代路由器:集中 分布轉(zhuǎn)發(fā),接口模塊化,總線交換
典型產(chǎn)品:華為Quidway R3600系列路由器。
由于每一個(gè)報(bào)文都要經(jīng)過總線送交CPU處理,隨著網(wǎng)絡(luò)用戶的增多,網(wǎng)絡(luò)流量的增大,接口數(shù)量、總線帶寬和CPU的瓶頸就越來越突出。于是很自然地想到如何提高網(wǎng)絡(luò)接口數(shù)量,如何把CPU和總線的負(fù)擔(dān)降下來?為了解決這個(gè)問題,第二代路由器就在網(wǎng)絡(luò)接口卡上進(jìn)行一些智能化處理,由于網(wǎng)絡(luò)用戶通常只會訪問少數(shù)的幾個(gè)地方,因此可以考慮把少數(shù)常用的路由信息采用Cache技術(shù)保留在業(yè)務(wù)接口卡上,這樣大多數(shù)報(bào)文就可以直接通過業(yè)務(wù)板Cache的路由表進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā),以減少對總線和CPU的需求。對于Cache中不能找到的報(bào)文送交CPU處理。
第三代路由器:分布轉(zhuǎn)發(fā),總線交換
典型產(chǎn)品:華為Quidway NetEngine 16/08系列路由器。
90年代以后Web技術(shù)的出現(xiàn),使IP網(wǎng)絡(luò)得到迅猛的發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)用戶的訪問面得到很大的拓寬,用戶訪問的地方已不像以前那樣固定,這樣往往出現(xiàn)無法從 Cache中找到路由的現(xiàn)象,于是總線和CPU瓶頸的問題再次出現(xiàn)。另外由于用戶的增加,路由器的接口數(shù)量不足也暴露出來了。為了解決這個(gè)問題,第三代路由器應(yīng)運(yùn)而生。第三代路由器采用全分布式結(jié)構(gòu)—路由與轉(zhuǎn)發(fā)分離的技術(shù),主控板負(fù)責(zé)整個(gè)設(shè)備的管理和路由的收集、計(jì)算功能,并把計(jì)算形成的轉(zhuǎn)發(fā)表下發(fā)到各業(yè)務(wù)板;各業(yè)務(wù)板根據(jù)保存的路由轉(zhuǎn)發(fā)表能夠獨(dú)立進(jìn)行路由轉(zhuǎn)發(fā)。另外總線技術(shù)也得到了較大的發(fā)展,通過總線、業(yè)務(wù)板之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)完全獨(dú)立于主控板,實(shí)現(xiàn)了并行高速處理,使得路由器的處理性能成倍提高。
第四代路由器:ASIC分布轉(zhuǎn)發(fā),網(wǎng)絡(luò)交換
典型產(chǎn)品:Juniper M40/160系列產(chǎn)品。
九十年代中后期,隨著IP網(wǎng)絡(luò)的商業(yè)化,Web技術(shù)出現(xiàn)以后,Internet技術(shù)得到空前的發(fā)展,Internet用戶迅猛增加。網(wǎng)絡(luò)流量特別是核心網(wǎng)絡(luò)的流量以指數(shù)級增長,傳統(tǒng)的基于軟件的IP路由器已經(jīng)無法滿足網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需要。以常見的主干節(jié)點(diǎn)2.5G POS端口為例,按照IP最小報(bào)文40字節(jié)計(jì)算,2.5G POS端口線速的流量約為6.5Mpps。而且報(bào)文處理中需要包含諸如QoS保證、路由查找、二層幀頭的剝離/添加等復(fù)雜操作,以傳統(tǒng)的做法是不可能實(shí)現(xiàn)的。于是一些廠商提出了ASIC實(shí)現(xiàn)方式,它把轉(zhuǎn)發(fā)過程的所有細(xì)節(jié)全部采用硬件方式來實(shí)現(xiàn)。另外在交換網(wǎng)上采用了CrossBar或共享內(nèi)存的方式解決了內(nèi)部交換的問題。這樣,路由器的性能達(dá)到千兆比特,即早期的千兆交換式路由器(Gigabit Switch Router,GSR)。
第五代路由器技術(shù):網(wǎng)絡(luò)處理器分布轉(zhuǎn)發(fā),網(wǎng)絡(luò)交換
典型產(chǎn)品:華為Quidway NetEngine 80/40系列產(chǎn)品。
從上面的發(fā)展過程我們可以看到,每一次的技術(shù)進(jìn)步都是因?yàn)殡S著業(yè)務(wù)發(fā)展而出現(xiàn)了新的需求。不過在前互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)泡沫時(shí)代,主要的矛盾集中在路由器的轉(zhuǎn)發(fā)性能上,所以前四代的路由器的最大進(jìn)步在于速度。但是在寬帶互聯(lián)網(wǎng)一路高歌迅速發(fā)展的同時(shí),作為其基礎(chǔ)的IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的缺陷也就越來越充分地暴露出來。網(wǎng)絡(luò)無管理無法運(yùn)營的問題、IP地址缺乏問題、IP業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量問題、IP安全等問題都在嚴(yán)重阻礙網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步發(fā)展。隨著寬帶互聯(lián)網(wǎng)泡沫的破滅,人們進(jìn)行了深刻的反省—業(yè)務(wù)才是網(wǎng)絡(luò)的真正價(jià)值所在,一切的技術(shù)要求都應(yīng)圍繞著業(yè)務(wù)來進(jìn)行。各種新技術(shù)也紛紛出現(xiàn),比如網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)、用戶管理技術(shù)、業(yè)務(wù)管理技術(shù)、MPLS技術(shù),VPN技術(shù),可控組播技術(shù)、IP-QoS技術(shù),流量工程技術(shù)等。
IP標(biāo)準(zhǔn)也在逐步修改成熟。隨著新技術(shù)的出現(xiàn)和標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)展,對高速路由器的業(yè)務(wù)功能要求也越來越高?;谶@些問題,第四代路由器采用ASIC技術(shù)的固有的不靈活、業(yè)務(wù)提供周期長等缺陷也不可避免地出現(xiàn)了。第五代路由器在硬件體系結(jié)構(gòu)上繼承了第四代路由器的成果,在關(guān)鍵的IP業(yè)務(wù)流程處理上采用了可編程的、專為IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)處理器技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)處理器(NP)通常由若干微處理器和一些硬件協(xié)處理器組成,多個(gè)微處理器并行處理,通過軟件來控制處理流程。對于一些復(fù)雜的標(biāo)準(zhǔn)的操作(如內(nèi)存操作、路由表查找算法、QoS的擁塞控制算法、流量調(diào)度算法等)采用硬件協(xié)處理器來提高處理性能。這樣實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)靈活性和高性能的有機(jī)結(jié)合。
第五代路由器滿足IP業(yè)務(wù)發(fā)展要求
第五代路由器與第四代路由器相比較,主要有下面幾個(gè)方面的特點(diǎn)。
● 采用網(wǎng)絡(luò)處理器技術(shù)實(shí)現(xiàn)IP報(bào)文處理和轉(zhuǎn)發(fā),所以可以在保證高速轉(zhuǎn)發(fā)的同時(shí)進(jìn)行復(fù)雜的協(xié)議處理,從而支持豐富的業(yè)務(wù)。
● 由于具有網(wǎng)絡(luò)處理器,可通過升級軟件增加新的處理功能,從而快速響應(yīng)用戶的業(yè)務(wù)需求,適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展。
● 具有強(qiáng)大的VPN、流分類、IPQoS、MPLS等特性的支持能力,提供完善的QoS機(jī)制,滿足不同用戶不同應(yīng)用的需求。
● 采用大容量的交換網(wǎng)結(jié)構(gòu)。
● 充分考慮電信用戶的需求,滿足用戶對安全性、穩(wěn)定性、可靠性的要求。
第五代路由器的出現(xiàn),極大地滿足了當(dāng)前數(shù)據(jù)、語音、圖像綜合承載的需求,并大大增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)對MPLS VPN的支持能力。由于第五代路由器在業(yè)務(wù)特性上所具有的強(qiáng)大優(yōu)勢,所以已成為當(dāng)前建設(shè)寬帶骨干網(wǎng)絡(luò)、匯聚網(wǎng)絡(luò)的首選。隨著成本的進(jìn)一步降低與網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的進(jìn)一步豐富,采用網(wǎng)絡(luò)處理器技術(shù)的第五代路由器正在向網(wǎng)絡(luò)的更低端發(fā)展。2100433B
我們知道網(wǎng)卡是用于連接計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)卡一般插在計(jì)算機(jī)大總線擴(kuò)展槽上,卡上有連接計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的接口。網(wǎng)卡物理上連接計(jì)算機(jī)內(nèi)部總線,例如PCI,PCI-X,PCI-E,SUN的Sbus總線等,和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),例如以太網(wǎng)等。存儲系統(tǒng)中也有類似的用于連接計(jì)算機(jī)內(nèi)部總線和存儲網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備。這種位于服務(wù)器上與存儲網(wǎng)絡(luò)連接的設(shè)備一般稱為主機(jī)總線適配卡(Host Bus Adaptor)HBA。HBA是服務(wù)器內(nèi)部的I/O通道與存儲系統(tǒng)的I/O通道之間的物理連接。最常用的服務(wù)器內(nèi)部I/O通道是PCI和Sbus,它們是連接服務(wù)器CPU和外圍設(shè)備的通訊協(xié)議。存儲系統(tǒng)的I/O通道實(shí)際上就是光纖通道。而HBA的作用就是實(shí)現(xiàn)內(nèi)部通道協(xié)議PCI或Sbus和光纖通道協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換.