硬件结构框架_北桥

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本篇博客只想回答一个问题:北桥出现是很有必要的,它的存在对计算机性能有了很大的提升!但是它为什么会出现?它未出现以前性能提升面临的瓶颈是什么???

数据带宽 = 总线频率 × (数据位宽÷8) 单位是 B/s、KB/s、MB/s、GB/s ...... 注意换算是1000,不是1024。数据带宽类似于名词“速度”。很明显,带宽越大越好!频率单位是赫兹系列(/s),数据位宽÷8 就变成字节;两项相乘,单位相乘,故而带宽的单位是字节每秒系列。 

总线相当于公路,公路有普通公路,高速公路的区别。货车从起点开始,在公路上拉着白菜,前往终点;终点的厨师将白菜处理之后,运回起点。但是处理速度远远超过出车速度。比方说,厨师每秒钟处理10车白菜,起点每秒钟发出1车白菜。厨师闲置时间理论上占到 90%。公路相当于总线,CPU相当于厨师,内存相当于车次;要提高整个系统的效率,就要提高最慢的那个(瓶颈)。这就是所谓深邃的系统学原理。

    一个水桶无论有多高,它盛水的高度取决于其中最低的那块木板。     ------水桶原理或短板理论

如图1 所示:在设计存储器总线(memory bus)时:频率最多达到与内存频率一致(再多就浪费了)。CPU频率肯定远远超过内存频率的,那么瓶颈是内存频率(或者是memory bus频率)。CPU频率超过内存频率的部分白白浪费!

主频(CPU频率) = 外频(可以理解为内存频率,但是不全对) × 倍频。比如说,主频是4000MHZ,外频是1000MHZ,故而倍频等于4。倍频不是频率而是倍数!

图1 

随着图形化操作系统的普及,特别是 3D 游戏和多媒体的发展,使得图形芯片需要跟 CPU 和 内存之间大量交换数据,慢速的 I/O 总线已经无法满足图形设备的巨大需求。 如图2-1 所示:

                        --------参考文献   余甲子,石凡,潘爱民.程序员自我修养[M].北京:电子工业出版社,2009.4:5-8.

图2-1 北桥出现前

有了(高速的)北桥芯片之后,local bus(局域总线)频率达到和北桥芯片频率一样,故而瓶颈转变成北桥的频率达不到CPU的频率。但是北桥的频率是高于内存的频率的,相比于北桥出现之前,下限提高了。

图2-2 北桥出现后

Any problem in computer science can be solved by another layer of indirection.计算机科学领域的任何问题都可以通过增加一个间接的中间层来解决。

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