计算机基础知识-硬件篇

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Byte、bit、bps、位、字、字节单位名词详解B是Byte(字节)的意思,Byte是字节的意思,是存储空间的基本计量单位。

bit是bit(位,比特)的意思,是说二进制数的长度单位,比如10011001就是8位二进制数。

这个bit就是网速的基本计量单位bps里的b,bps的意思是bits per Second,即每秒传输多少位数(二进制)。

二进制数是计算机内部使用的基本表达语言,所以位(bit)是计算机中最小的数据单位。

1字节在计算机里存储为一个8位进制数,这是固定的。

说到usb2.0标准接口传输速率。

许多人都将“480mbps”误解为480兆/秒。

其实,这是错误的,事实上“480mbps”应为“480兆比特/秒”或“480兆位/秒”,它等于“60兆字节/秒”,大家看到差距了吧。

byte=字节即1byte=8bits,两者换算是1:8的关系。

mbps=mega bits per second(兆位/秒)是速率单位,所以正确的说法应该是说usb2.0的传输速度是480兆位/秒,即480mbps。

mb=mega bytes(兆比、兆字节)是量单位,1mb/s(兆字节/秒)=8mbps(兆位/秒)。

传输速度有关的b一般指的是bit与容量有关的b一般指的是byte一般代表byte时用大写的B,代表bit时用小写的b。

因此,GB=Giga Byte,Gb=Giga bit,1 byte (B) = 8 bit1 kbit/s = 1,000 bit/s1 Mbit/s = 1,000,000 bit/s1 Gbit/s = 1,000,000,000 bit/s1 kB/s = 1,000 byte/s1 MB/s = 1,000,000 byte/s1 GB/s = 1,000,000,000 byte/s1 TB/s = 1,000,000,000,000 byte/s在数据通讯领域,都是按照上面的规则换算。

这与内存和存储的容量的转换不同。

Front Side Bus(前端总线)FSB是Intel使用的,AMD使用HyperTransport。

Within a multi-core processor, the back-side bus is often internal, with front-side bus for external communication.FSB担当的是连接CPU与北桥芯片的任务。

不过在新的Nehalem微架构中,北桥的功能被大大地减负了,由于不再集成内存控制器,所以名字也从MCH –Memory Controller Hub变成了IOH,而连接CPU和IOH的数据总线正是这个新生的QPI。

FSB也好,QPI也好,其性质都是数据总线,但同样作为数据总线,为什么FSB采用MHz 而QPI采用的是GT/s作为单位。

让我们先来追根寻源一下这个问题。

Intel 的FSB前端总线之所以采用"MHz" 作为单位,更多其实是为了籍此来明确表示出总线的频率,(举例而言1333MHz FSB)。

而QPI所采用的"GT/s" 则着意在表达总线的速率上。

那为什么会有这样的转变呢?让我们溯源到386,486的时代,那个时候,总线频率和数据的传输速率是一样的,一个33MHz的总线的时钟频率就是33MHz,而那个时候,大部分的人都懂得频率的意思,所以,总线的速度就被定义为MHz了而不是MT/s。

到后来,从Pentium Pro开始, FSB采用"quad pumped"四倍并发技术做了改良,所谓quad pumped 就是说在每个总线时钟周期内传送四次数据,在这种情况下,如果驱动FSB的时钟频率是100MHz的话,那么实际的数据传输速率则四倍该速率,达到4 x 100MHz = 400MT/s。

但既然每个人都习惯MHz来定义总线频率,估计是为了不推翻认知的惯性,Intel也就将当时FSB定义做了400MHz,而时值今日,今天的FSB已经发展到了1333MHz,1600MHz,同理我们也可以知道1333MHz FSB,其实际的总线时钟频率是333MHz,而其数据传输速率则是1333MT/s,或者说1.333GT/s。

随着业界的发展,总线也在不断的发生着变化,最明显的变化就是串行高速总线不断出现在各种连接当中,从AGP到PCIe,从PATA到SATA,而数据总线的时钟频率与实际的数据传输速率之间的比率关系也不一而足,所以以前那种单纯采用频率表示的办法显然变得有些不清楚了,所以这个时候,直接标识总线速率可谓是回归到了本质,这就是为什么在这一次的酷睿i7上我们看到了GT/s,它正是明确地表明了QPI总线实际的数据传输速率而不是时钟频率。

(参考说明:Intel’s的QPI总线采用的是2:1比率,意思就是实际的数据传输速率两倍于实际的总线时钟速率。

所以6.4GT/s的总线速率其实际的总线时钟频率是3.2GHz。

其实从这一点上,我们也能够发现另外一个事实,就是QPI生来的高速能力。

为你做个比较,用你Intel上一代至尊处理器QX9770的1600MHz的前端总线来比较,换算成大家都熟悉的GB/s,FSB 1600MHz * 8 Byte/T = 12.8GB/s,而双向的QPI则6.4GT/s * 2 Byte/T * 2 = 25.6GB/s,我们不难发现,目前的QPI比以前最宽最快的FSB,还要快上一倍。

南桥与北桥chipset包括北桥和南桥芯片北桥:高速数据传输,MCH–Memory Controller Hub,连接内存和显卡变成了IOH南桥:低速,IOH–I/O Controller Hub,网卡,硬盘,USB,BIOS,低速PCI,键盘,鼠标等在Lynnfield 酷睿i7/酷睿i5处理器内部,除了像i7那样整合了以往北桥的主要模块——内存控制器外,Intel连PCI-E控制器也整合进了Lynnfield Core i7/i5当中,因此英特尔过去的三芯片结构CPU + GMCH + ICH演变成为了CPU + PCH的双芯片结构。

由于PCI-E控制器是集成在处理器内部的,所以在与显卡通信的时候就不需要绕过北桥了,延迟自然会非常之低。

这是否会带来明显的性能提升还不确认,但总归没有坏处。

由于内存控制器和PCI-E控制器都转移到了处理器内部,芯片组的功能就大大弱化了,届时会改用单芯片设计,只有一颗被称为平台控制器中心(PCH)的P55 Express,综合了原有南桥的功能。

将PCIe控制器集成在CPU内部能够减少延迟/提高性能,降低平台设计的复杂度(不在需要传统意义上的北桥)。

比如2010年发布专门针对存储和通讯的Xeon C5500/3500系列就已经整合了x16 PCIe 2.0控制器(在台式机的LGA1156平台上还要更早),另外还可以连接IOH芯片进一步扩展PCIe连接数量。

Xeon E5芯片结构上图,LGA2011插座(Socket R)的Sandy Bridge-EP代号的正式名称应该是XeonE5-2600/4600系列,定位更加高端。

除了支持4个内存通道之外,QPI连接也增加为2条,因此能够实现双路/四路配置。

Sandy Bridge-EP的PCIe 3.0控制器将会扩展到40 lane(10个),这样单个处理器就可以支持2块PCI Express x16接口的显卡或者GPGPU(通用计算图形处理器),2~4个CPU插槽的服务器则能够提供更强的PCIe扩展能力。

下图使用LGA1356插座(Socket B2)的Sandy Bridge-EN处理器对应的正式名称应该是Xeon E5-2400系列,最多8个物理核心,3通道DDR3内存控制器(最高频率1600MHz);只有1条QPI用于连接DP平台中的另一颗CPU,但速率有6.4/7.2/8 GT/s三种;通过PCIe Gen2 x4或者DMI2 x4连接代号为Patsburg的PCH芯片组(类似于传统南桥的功能,但集成了8端口6Gb/s SAS控制器)。

我们在这里最关心的就是Sandy Bridge-EN整合了总共24 lane的6个PCIe 3.0控制器,应该可以拆分为x16 + x8、3个x8或者6个x4 PCI Express 3.0插槽。

数据传输单位GT/s的解释GT/S是QPI(QuickPath Interconnect)的数据传输单位。

类似于MHz相对于FSB。

QPI的中文意思是快速通道相联。

QPI是intel推出i7时所使用的数据总线。

FSB与QPI都是前端数据总线,它们之间的区别是:QPI的传输速率比FSB的传输速率快一倍。

QPI总线采用的是2:1比率,意思就是实际的数据传输速率两倍于实际的总线时钟速率。

所以6.4GT/s的总线速率其实际的总线时钟频率是3.2GHz。

FSB的传输速率单位实际上是MT/S,通常我们所说的总线传输速率单位MHz是我们习惯上的称呼,是对时钟频率单位的挪用。

一开始的时候总线频率是与数据传输速率一致的,比如33MHz的总线的总线时钟频率是33MHz。

但是后来从Pentium Pro开始, FSB采用"quad pumped"四倍并发技术做了改良,所谓quad pumped 就是说在每个总线时钟周期内传送四次数据,也就是说总线的数据传输速率等于总线时钟频率的4倍,如果是333MHz的时钟频率的总线那么其数据传输速率为1333MT/S,即是1.333GT/S,但是我们习惯上称为1333MHz。

GT/s,它明确地表明的是QPI总线实际的数据传输速率而不是时钟频率。

2.5GT/S等于2500MT/S,时钟频率为1250MHz。

相当于现在说法的1250MHz的总线频率。

Width in bits: 位宽clock frequency clock rate: 时钟频率是指同步电路中时钟的基础频率,它以“若干次周期每秒”来度量,单位是赫兹(Hz)传输速率根据总线最大时钟频率,和传输使用的位数(16bit,32bit)计算得出。

GT/s与Gbps的关系transfer rate:每秒传输多少bit,单位是GT/s.Transfer rate is expressed in GT/s instead of Gb/s because the number includes the overhead bitsWhen announcing version 2.0 of the PCI Express (PCIe) standard in January, the PCI Special Interest Group (PCI-SIG) said that the new version “doubles the interconnect bit rate from 2.5 GT/s to 5 GT/s.” Most of us are used to seeing bus speeds specif ied in Gbps, or gigabits per second, but GT/s stands for gigatransfers per second. What’s the difference?The difference has to do with the encoding of the data. Because PCIe is a serial bus with the clock embedded in the data, it needs to ensure that enough level transitions (1 to 0 and 0 to 1) occur for a receiver to recover the clock. To increase level transitions, PCIe uses “8b/10b” encoding, where every eight bits are encoded into a 10-bit symbol that is then decoded at the receiver. Thus, the bus needs to transfer 10 bits to send 8 bits of encoded data.Looking at a single PCIe 1.1 lane, the bidirectional bus can transfer 2.5 Gbps in each direction, or 5 Gbps in total. Because the bus needs to send 10 bits of encoded data for every 8 bits of unencoded data, the effective bit rate is:5 Gbps • (8/10), or 4 GbpsA 16-lane PCIe 1.1 bus can transfer 80 Gbps of encoded data or 64 Gbps of unencoded data. Because PCIe 2.0 doubles the transfer rate, a single lane can transfer 5 Gbps of unencoded data in each di rection, or 10 Gbps of unencoded data in total. That’s 8 Gbps encoded. Thus, a 16-lane PCIe 2.0 bus transfers 160 Gbps unencoded, which is 128 Gbps of encoded data. That’s 16 Gbytes/s of encoded data.So, when the PCI-SIG announced the new rate of 5 GT/s, it was referring to raw data rate—the number of bps that the bus can move, or transfer. The encoding process reduces the rate of useful data transferred over the bus to 80% of the bus’s raw speed.参考《/electronics-news/4380071/What-does-GT-s-mean-anyway-》所以GT/s是裸数据的传输率(原始数据传输率),有效带宽还要乘以它的编码率(encode),PCI-E 3.0以前的编码是8b/10b,PCI-E 3.0使用的是128b/130b编码。