Системная шина: что такое в компьютере, частота, функции и другое

BIOS: изменение частоты работы процессора

Front Side Bus (FSB, системная шина) — шина, обеспечивающая соединение между x86/x86-64-совместимым центральным процессором и внутренними устройствами.
Как правило, современный персональный компьютер на базе x86- и x64-совместимого микропроцессора устроен следующим образом:

• Микропроцессор через FSB подключается к системному контроллеру, который обычно называют «северным мостом», (англ. Northbridge).
• 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 x16, а менее производительные устройства (микросхема BIOS’а, устройства с шиной PCI) подключаются к «южному мосту» (англ. Southbridge), который соединяется с северным мостом специальной шиной. Набор из «южного» и «северного» мостов называют набором системной логики, но чаще применяется калька с английского языка «чипсет» (англ. chipset).

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

Некоторые компьютеры имеют внешнюю кэш-память, подключённую через «заднюю» шину (англ. back side bus), которая быстрее, чем FSB, но работает только со специфичными устройствами.

Каждая из вторичных шин работает на своей частоте (которая может быть как выше, так и ниже частоты FSB). Иногда частота вторичной шины является производной от частоты FSB, иногда задаётся независимо.

Разновидности

• Данных – предназначена для обмена информацией между центральным процессором и внутренними устройствами компьютера.
• Адреса – используется для пересылки обрабатываемых данных между узлами устройства, по ней информация передаётся в ЦП, считывается из него.
• Управления – магистраль для отправки управляющих сигналов, которые обеспечивают взаимодействие блоков компьютера между собой, с периферийными устройствами.

FSB различает четыре основных типа сигналов для управления работой устройств: запись, чтение, обмен с памятью, периферией.

Основная функция системной шины состоит в организации взаимодействия, информационного обмена между ЦП и внутренними компонентами ПК. Их архитектура зависит от модели материнской платы, используемого на ней набора логики, разрядности, типа процессора.

Северный мост определяет частоту системной шины, максимальный объём оперативной памяти, её стандарт. На материнских платах с интегрированным видеоядром к функциям FSB добавляется управление видеоадаптером.

Системная шина

Между северным мостом и процессором данные передаются по системной шине с частотой, в четыре раза больше частоты шины FSB, т.е. процессор может получать и передавать данные с частотой

Так как разрядность системной шины равна разрядности процессора (64 бит), то пропускная способность системной шины равна:

Что такое частота шины процессора и как она влияет на работу?

Всем привет! Сегодня разберем тему – частота шины процессора: что это за параметр и на что он влияет. А также для чего нужна шина и как она работает.

Центральный процессор — самый резвый компонент компьютера. Скорость его работы измеряется уже в гигагерцах, то есть миллионах вычислительных операций в секунду. Прочие компоненты уже подстраиваются под CPU, фактически обеспечивая его эффективную эксплуатацию.

Со всеми компонентами ЦП связан с помощью последовательной шины на системной плате типа DMI (Direct Media Interface). Называется она FSB — сокращенно от Front Side Bus.

Скорость ее работы приличная и может достигать до 8 Gt s, то есть миллионов микротранзакций в секунду, но у топовых моделей. У массовых системных плат такой параметр обычно ниже.

Не буду слишком углубляться в дебри и расписывать в целом, как работает каждый из компонентов компьютера — акцентируем внимание именно на шине. Единственная ее задача — транспортировать данные, которые обрабатывает CPU, к прочим деталям ПК.

А насколько быстро это будет происходить, и определяется ее базовой частотой. Обычно FSB оборудована контроллером, с помощью которого можно снизить или поднять ее частоту.

Как я уже говорил, частота процессора выше в несколько раз частоты FSB. Такая особенность обусловлена тем, что нет необходимости отправлять все данные прочим компонентам — многие цифры «перевариваются» внутри ЦП, пока не получится итоговый результат, который уже можно переслать в дальнейшую обработку.

Кратность, на которую герцовка ЦП превышает частоту шины, называется множителем. Фактически, можно поднять производительность системы в целом, если поднять герцовку шины FSB, что успешно практикуется многими оверклокерами.

Однако и тут есть некоторые ограничения — сам CPU должен поддерживать такую «фичу». О возможности его разгона свидетельствует буква K в маркировке. Настраивается все это через BIOS или UEFI.

И в завершение хочу отметить, что разогнать в несколько раз ни шину, ни сам «камень» не получится. Максимум, что удается выжать в большинстве случаев — прирост производительности до 30% от номинальной мощности. С другой стороны, это тоже неплохо — почти на треть.

Также для вас будет полезно почитать «Существует ли способ увеличить производительность центрального процессора в компьютере?» и «Что такое ресурс TBW и как он рассчитывается». О том, что такое степпинг CPU и как его узнать, можно почитать здесь.

Подписывайтесь на меня в социальных сетях, чтобы не пропустить уведомления о новых публикациях. До скорой встречи!

С уважением, автор блога Андрей Андреев.

Шина процессора

Шина процессора — соединяет процессор с северным мостом или контроллером памяти MCH. Она работает на частотах 66–200 МГц и используется для передачи данных между процессором и основной системной шиной или между процессором и внешней кэш-памятью в системах на базе процессоров пятого поколения. Схема взаимодействия шин в типичном компьютере на базе процессора Pentium (Socket 7) показано на рисунке.

На этом рисунке четко видна трехуровневая архитектура, в которой на самом верхнем уровне иерархии находится шина процессора, далее следует шина PCI и за ней шина ISA. Большинство компонентов системы подключается к одной из этих трех шин.

В системах, созданных на основе процессоров Socket 7, внешняя кэш-память второго уровня установлена на системной плате и соединена с шиной процессора, которая работает на частоте системной платы (обычно от 66 до 100 МГц). Таким образом, при появлении процессоров Socket 7 с более высокой тактовой частотой рабочая частота кэш-памяти осталась равной сравнительно низкой частоте системной платы. Например, в наиболее быстродействующих системах Intel Socket 7 частота процессора равна 233 МГц, а частота шины процессора при множителе 3,5х достигает только 66 МГц. Следовательно, кэш-память второго уровня также работает на частоте 66 МГц. Возьмем, например, систему Socket 7, использующую процессоры AMD K6-2 550, работающие на частоте 550 МГц: при множителе 5,5х ч астота шины процессора равна 100 МГц. Следовательно, в этих системах частота кэш-памяти второго уровня достигает только 100 МГц.

Проблема медленной кэш-памяти второго уровня была решена в процессорах класса P6, таких как Pentium Pro, Pentium II, Celeron, Pentium III, а также AMD Athlon и Duron. В этих процессорах использовались разъемы Socket 8, Slot 1, Slot 2, Slot A, Socket A или Socket 370. Кроме того, кэш-память второго уровня была перенесена с системной платы непосредственно в процессор и соединена с ним с помощью встроенной шины. Теперь эта шина стала называться шиной переднего плана (Front-Side Bus — FSB), однако я, согласно устоявшейся традиции, продолжаю называть ее шиной процессора.

Включение кэш-памяти второго уровня в процессор позволило значительно повысить ее скорость. В современных процессорах кэш-память расположена непосредственно в кристалле процессора, т.е. работает с частотой процессора. В более ранних версиях кэш-память второгоуровня находилась в отдельной микросхеме, интегрированной в корпус процессора, и работала с частотой, равной 1/2, 2/5 или 1/3 частоты процессора. Однако даже в этом случае скорость интегрированной кэш-памяти была значительно выше, чем скорость внешнего кэша, ограниченного частотой системной платы Socket 7.

В системах Slot 1 кэш-память второго уровня была встроена в процессор, но работала только на его половинной частоте. Повышение частоты шины процессора с 66 до 100 МГц привело к увеличению пропускной способности до 800 Мбайт/с. Следует отметить, что в большинство систем была включена поддержка AGP. Частота стандартного интерфейса AGP равна 66 МГц (т.е. вдвое больше скорости PCI), но большинство систем поддерживают порт AGP 2x, быстродействие которого вдвое выше стандартного AGP, что приводит к увеличению пропускной способности до 533 Мбайт/с. Кроме того, в этих системах обычно использовались модули памяти PC100 SDRAM DIMM, скорость передачи данных которых равна 800 Мбайт/с.

В системах Pentium III и Celeron разъем Slot 1 уступил место гнезду Socket 370. Это было связано главным образом с тем, что более современные процессоры включают в себя встроенную кэш-память второго уровня (работающую на полной частоте ядра), а значит, исчезла потребность в дорогом корпусе, содержащем несколько микросхем. Скорость шины процессора увеличилась до 133 МГц, что повлекло за собой повышение пропускной способности до 1066 Мбайт/с. В современных системах используется уже AGP 4x со скоростью передачи данных 1066 Мбайт/с.

Шина процессора на основе hub-архитектуры

Обратите внимание на hub-архитектуру Intel, используемую вместо традиционной архитектуры “северный/южный мост”. В этой конструкции основное соединение между компонентами набора микросхем перенесено в выделенный hub-интерфейс со скоростью передачи данных 266 Мбайт/с (вдвое больше, чем у шины PCI), что позволило устройствам PCI использовать полную, без учета южного моста, пропускную способность шины PCI. Кроме того, микросхема Flash ROM BIOS, называемая теперь Firmware Hub, соединяется с системой через шину LPC. Как уже отмечалось, в архитектуре “северный/южный мост” для этого использовалась микросхема Super I/O. В большинстве систем для соединения микросхемы Super I/O вместо шины ISA теперь используется шина LPC. При этом hub-архитектура позволяет отказаться от использования Super I/O. Порты, поддерживаемые микросхемой Super I/O, называются традиционными (legacy), поэтому конструкция без Super I/O получила название нетрадиционной (legacy-free) системы. В такой системе устройства, использующие стандартные порты, должны быть подсоединены к компьютеру с помощью шины USB. В этих системах обычно используются два контроллера и до четырех общих портов (дополнительные порты могут быть подключены к узлам USB).

В системах, созданных на базе процессоров AMD, применена конструкция Socket A, в которой используются более быстрые по сравнению с Socket 370 процессор и шины памяти, но все еще сохраняется конструкция “северный/южный мост”. Обратите внимание на быстродействующую шину процессора, частота которой достигает 333 МГц (пропускная способность — 2664 Мбайт/с), а также на используемые модули памяти DDR SDRAM DIMM, которые поддерживают такую же пропускную способность (т.е. 2664 Мбайт/с). Также следует заметить, что большинство южных мостов включает в себя функции, свойственные микросхемам Super I/O. Эти микросхемы получили название Super South Bridge (суперъюжный мост).

Система Pentium 4 (Socket 423 или Socket 478), созданная на основе hub-архитектуры, показана на рисунке ниже. Особенностью этой конструкции является шина процессора с тактовой частотой 400/533/800 МГц и пропускной способностью соответственно 3200/4266/6400 Мбайт/с. Сегодня это самая быстродействующая шина. Также обратите внимание на двухканальные модули PC3200 (DDR400), пропускная способность которых (3200 Мбайт/с) соответствует пропускной способности шины процессора, что позволяет максимально повысить производительность системы. В более производительных системах, включающих в себя шину с пропускной способностью 6400 Мбайт/с, используются двухканальные модули DDR400 с тактовой частотой 400 МГц, благодаря чему общая пропускная способность шины памяти достигает 6400 Мбайт/с. Процессоры с частотой шины 533 МГц могут использовать парные модули памяти (PC2100/DDR266 или PC2700/DDR333) в двухканальном режиме для достижения пропускной способности шины памяти 4266 Мбайт/с. Соответствие пропускной способности шины памяти рабочим параметрам шины процессора является условием оптимальной работы.

Процессор Athlon 64, независимо от типа гнезда (Socket 754, Socket 939 или Socket 940), использует высокоскоростную архитектуру HyperTransport для взаимодействия с северным мостом или микросхемой AGP Graphics Tunnel. Первые наборы микросхем для процессоров Athlon 64 использовали версию шины HyperTransport с параметрами 16 бит/800 МГц, однако последующие модели, предназначенные для поддержки процессоров Athlon 64 и Athlon 64 FX в исполнении Socket 939, используют более быструю версию шины HyperTransport с параметрами 16 бит/1 ГГц.

Наиболее заметным отличием архитектуры Athlon 64 от всех остальных архитектур ПК является размещение контроллера памяти не в микросхеме северного моста (или микросхеме MCH/GMCH), а в самом процессоре. Процессоры Athlon 64/FX/Opteron оснащены встроенным контроллером памяти. Благодаря этому исключаются многие “узкие места”, связанные с внешним контроллером памяти, что положительно сказывается на общем быстродействии системы. Главный недостаток этого подхода состоит в том, что для добавления поддержки новых технологий, например памяти DDR2, придется изменять архитектуру процессора.

Поскольку шина процессора должна обмениваться информацией с процессором с максимально возможной скоростью, в компьютере она функционирует намного быстрее любой другой шины. Сигнальные линии (линии электрической связи), представляющие шину, предназначены для передачи данных, адресов и сигналов управления между отдельными компонентами компьютера. Большинство процессоров Pentium имеют 64-разрядную шину данных, поэтому за один цикл по шине процессора передается 64 бит данных (8 байт).

Тактовая частота , используемая для передачи данных по шине процессора, соответствует его внешней частоте. Это следует учитывать, поскольку в большинстве процессоров внутренняя тактовая частота, определяющая скорость работы внутренних блоков, может превышать внешнюю. Например, процессор AMD Athlon 64 3800+ работает с внутренней тактовой частотой 2,4 ГГц, однако внешняя частота составляет всего 400 МГц, в то время как процессор Pentium 4 с внутренней частотой 3,4 ГГц имеет внешнюю частоту, равную 800 МГц. В новых системах реальная частота процессора зависит от множителя шины процессора (2x, 2,5x, 3x и выше). Шина FSB, подключенная к процессору, по каждой линии данных может передавать один бит данных в течение одного или двух периодов тактовой частоты. Таким образом, в компьютерах с современными процессорами за один такт передается 64 бит.

Пропускная способность шины процессора

Для определения скорости передачи данных по шине процессора необходимо умножить разрядность шины данных (64 бит, или 8 байт, для Celeron/Pentium III/4 или Athlon/Duron/ Athlon XP/Athlon 64) на тактовую частоту шины (она равна базовой (внешней) тактовой частоте процессора).

Например, при использовании процессора Pentium 4 с тактовой частотой 3,6 ГГц, установленного на системной плате, частота которой равна 800 МГц, максимальная мгновенная скорость передачи данных будет достигать примерно 6400 Мбайт/с. Этот результат можно получить, используя следующую формулу:
800 МГц × 8 байт (64 бит) = 6400 Мбайт/с.

Для более медленной системы Pentium 4:
533,33 МГц × 8 байт (64 бит) = 4266 Мбайт/с;
400 МГц × 8 байт (64 бит) = 3200 Мбайт/с.

Для системы Athlon XP (Socket A) получится следующее:
400 МГц × 8 байт (64 бит) = 3200 Мбайт/с;
333 МГц × 8 байт (64 бит) = 2667 Мбайт/с;
266,66 МГц × 8 байт (64 бит) = 2133 Мбайт/с.

Для системы Pentium III (Socket 370):
133,33 МГц × 8 байт (64 бит) = 1066 Мбайт/с;
100 МГц × 8 байт (64 бит) = 800 Мбайт/с.

Максимальную скорость передачи данных называют также пропускной способностью шины (bandwidth) процессора.

K8 NB HT Speed

Возможные значения:

От 200 MHz
до
1000 MHz
или
2000 MHz
,
Auto

Описание:

Позволяет указать эффективную частоту шины HyperTransport, связывающей процессор AMD и чипсет.

Номинальная эффективная частота обмена данными по шине HyperTransport составляет 800 или 1000 МГц для процессоров Athlon (и Sempron на их основе) и 1600, 1800 или 2000 МГц для процессоров Phenom. Помимо выбора числового значения вы можете указать вариант Auto

, автоматически устанавливающий требуемую частоту применительно к имеющейся модели процессора.

При разгоне проследите, чтобы частота шины HyperTransport не превышала 1000 МГц для семейства Athlon и 2000 МГц для процессоров Phenom.

Поскольку контроллер памяти интегрирован непосредственно в эти процессоры, частота шины HyperTransport мало влияет на итоговое быстродействие системы.

Итак, прошло время с тех пор, как компьютер был приобретен, закончился период радости от покупки, а программное обеспечение становится все более требовательным к производительности оборудования. При нехватке производительности встает вопрос: «Что делать?» Опять тратить деньги на апгрейд компа или все же попробовать выжать все соки из того, что есть? Вариант апгрейда сопряжен с большими финансовыми затратами, в то время как тонкая настройка уже имеющегося железа денег не потребует, разве что можно будет озаботиться сменой систем(ы) охлаждения, что зачастую сделает комп и менее шумным.

Читайте также: Обзор и тестирование Nvidia GeForce GTX 960 на примере модели MSI GeForce GTX 960 Gaming 2G

В сегодняшнем материале, как уже понятно из заголовка, ознакомимся с возможностями тонкой настройки систем на базе AM3/AM3+ процессоров AMD.

Перед тем как приступить к рассмотрению способов увеличения производительности, стоит рассмотреть основной перечень установленного в компьютер железа. Так сказать, заранее понять, на что можно будет рассчитывать.

Именно от материнской платы зависит, что мы сможем выжать из компьютера: она в первую очередь определяет перечень доступных для изменения настроек, которые могут повлиять на конечный результат. Также следует понимать, что оверклокинг CPU может привести к увеличению его энергопотребления, и возросшие аппетиты материнка должна удовлетворить.

Дабы понять степень запаса прочности, следует пройтись по двум основным пунктам.

1) Изучаем перечень поддерживаемых материнской платой процессоров. Для этого либо гуглим по названию платы сайт производителя и переходим к странице с техническими характеристиками, либо открываем бумажную книжку «Руководство пользователя», которая должна лежать в коробке с материнкой, и там находим ту же самую информацию. Перечисление моделей процессоров нам неинтересно, смотрим только на допуск по энергопотреблению. Там могут быть следующие значения: «Supports CPU up to 95 W», «Supports CPU up to 125 W», «Supports CPU up to 140 W». Если в технических характеристиках указано «95 W», то материнскую плату можно охарактеризовать только одним словом – днище. Даже если какие-то возможности разгона материнка может предоставить, это небезопасно и потребует более вдумчивого подхода. Материнские платы с допуском до 125 Вт вполне справятся с процессорами бюджетного и среднего классов, но со старшими представителями линеек камней Phenom II и FX Series запаса прочности может не хватить. Мат-платы с допуском 140 Вт, как правило, уже не слабы и серьезных палок в колеса вставлять не будут.

Критерии выбора видеокарты

Для компенсации низкой частоты памяти производители устанавливали шины на 256 или даже 512 бит. Долгое время технология GDDR второго и третьего поколения не позволяла достичь высоких частот. Поэтому у многих компьютерных юзеров состоялся миф: «больше разрядность шины — лучше видеокарта». Это утверждение имеет право на жизнь только при сравнении графических ускорителей одного поколения.

Основные критерии выбора видеокарты для игр:

• Количество видеопамяти (текущий стандарт от 4 Гб и более);
• Пропускная способность памяти;
• Частота графического процессора;
• Потребляемая мощность (учтите при выборе БП);
• Наличие дополнительных функций (DLSS, Ray Tracing).