Autobús de la parte delantera

Tipo de interfaz de comunicación de computadora
Dentro de un procesador multinúcleo , el bus posterior suele ser interno, y el bus frontal para la comunicación externa.

El bus frontal ( FSB ) es una interfaz de comunicación informática ( bus ) que se utilizó a menudo en los ordenadores basados ​​en chips Intel durante los años 1990 y 2000. El bus EV6 cumplía la misma función para las CPU AMD de la competencia. Ambos suelen transportar datos entre la unidad central de procesamiento (CPU) y un concentrador de controlador de memoria, conocido como puente norte . [1]

Dependiendo de la implementación, algunas computadoras también pueden tener un bus posterior que conecta la CPU a la memoria caché . Este bus y la memoria caché conectada a él son más rápidos que el acceso a la memoria del sistema (o RAM) a través del bus frontal. La velocidad del bus frontal se utiliza a menudo como una medida importante del rendimiento de una computadora.

La arquitectura de bus frontal original fue reemplazada por HyperTransport , Intel QuickPath Interconnect y Direct Media Interface , seguida por Intel Ultra Path Interconnect y Infinity Fabric de AMD .

Historia

El término comenzó a utilizarse por Intel Corporation aproximadamente en la época en que se anunciaron los productos Pentium Pro y Pentium II , en la década de 1990.

"Lado frontal" se refiere a la interfaz externa del procesador con el resto del sistema informático, a diferencia del lado posterior, donde el bus del lado posterior conecta la memoria caché (y potencialmente otras CPU). [2]

El bus frontal (FSB) se utiliza principalmente en placas base relacionadas con PC (incluidos ordenadores personales y servidores). Rara vez se utilizan en sistemas integrados o en ordenadores pequeños similares. El diseño del FSB supuso una mejora del rendimiento con respecto a los diseños de bus de sistema único de las décadas anteriores, pero a estos buses frontales a veces se los denomina "bus de sistema".

Los buses frontales suelen conectar la CPU y el resto del hardware a través de un chipset , que Intel implementó como puente norte y puente sur . Otros buses, como el de interconexión de componentes periféricos (PCI), el puerto de gráficos acelerados (AGP) y los buses de memoria, se conectan al chipset para que los datos fluyan entre los dispositivos conectados. Estos buses secundarios del sistema suelen funcionar a velocidades derivadas del reloj del bus frontal, pero no están necesariamente sincronizados con él.

En respuesta a la iniciativa Torrenza de AMD , Intel abrió su zócalo de CPU FSB a dispositivos de terceros. [3] Antes de este anuncio, realizado en la primavera de 2007 en el Intel Developer Forum en Pekín, Intel había vigilado muy de cerca quién tenía acceso al FSB, permitiendo únicamente procesadores Intel en el zócalo de CPU. El primer ejemplo fueron los coprocesadores de matriz de puertas programables en campo (FPGA), resultado de la colaboración entre Intel- Xilinx - Nallatech [4] e Intel- Altera -XtremeData (que se comercializaron en 2008). [5] [6] [7]

Un diseño típico de chipset de la era Pentium II/III

UPC

La frecuencia a la que opera un procesador (CPU) se determina aplicando un multiplicador de reloj a la velocidad del bus frontal (FSB) en algunos casos. Por ejemplo, un procesador que funciona a 3200 MHz podría estar usando un FSB de 400 MHz. Esto significa que hay una configuración de multiplicador de reloj interno (también llamada relación bus/núcleo) de 8. Es decir, la CPU está configurada para funcionar a 8 veces la frecuencia del bus frontal: 400 MHz × 8 = 3200 MHz. Se logran diferentes velocidades de CPU variando la frecuencia del FSB o el multiplicador de CPU, esto se conoce como overclocking o underclocking .

Memoria

La configuración de la velocidad del FSB está directamente relacionada con el grado de velocidad de la memoria que debe utilizar un sistema. El bus de memoria conecta el puente norte y la RAM, de la misma manera que el bus frontal conecta la CPU y el puente norte. A menudo, estos dos buses deben funcionar a la misma frecuencia. Aumentar el bus frontal a 450 MHz en la mayoría de los casos también significa ejecutar la memoria a 450 MHz.

En sistemas más nuevos, es posible ver relaciones de memoria de "4:5" y similares. La memoria funcionará 5/4 veces más rápido que el FSB en esta situación, lo que significa que un bus de 400 MHz puede funcionar con la memoria a 500 MHz. Esto se conoce a menudo como un sistema "asincrónico". Debido a las diferencias en la CPU y la arquitectura del sistema, el rendimiento general del sistema puede variar de formas inesperadas con diferentes relaciones FSB a memoria.

En las aplicaciones científicas, de síntesis de FPGA, de audio y de vídeo, de juegos y de imágenes que realizan una pequeña cantidad de trabajo en cada elemento de un gran conjunto de datos , la velocidad del FSB se convierte en un problema de rendimiento importante. Un FSB lento hará que la CPU dedique una cantidad significativa de tiempo a esperar a que lleguen los datos desde la memoria del sistema . Sin embargo, si los cálculos que involucran a cada elemento son más complejos, el procesador tardará más en realizarlos; por lo tanto, el FSB podrá seguir el ritmo porque se reduce la velocidad a la que se accede a la memoria.

Autobuses periféricos

De manera similar al bus de memoria, los buses PCI y AGP también pueden funcionar de manera asincrónica desde el bus frontal. En sistemas más antiguos, estos buses funcionan a una fracción establecida de la frecuencia del bus frontal. Esta fracción la establecía el BIOS . En sistemas más nuevos, los buses periféricos PCI, AGP y PCI Express suelen recibir sus propias señales de reloj , lo que elimina su dependencia del bus frontal para la sincronización.

Overclocking

El overclocking es la práctica de hacer que los componentes de una computadora funcionen más allá de sus niveles de rendimiento originales manipulando las frecuencias en las que el componente está configurado para funcionar y, cuando es necesario, modificando el voltaje enviado al componente para permitirle funcionar a estas frecuencias más altas con mayor estabilidad.

Muchas placas base permiten al usuario configurar manualmente el multiplicador de reloj y la configuración del FSB modificando los puentes o la configuración del BIOS. Casi todos los fabricantes de CPU ahora "bloquean" una configuración predeterminada del multiplicador en el chip. Es posible desbloquear algunas CPU bloqueadas; por ejemplo, algunos procesadores AMD Athlon se pueden desbloquear conectando contactos eléctricos a través de puntos en la superficie de la CPU. Algunos otros procesadores de AMD e Intel se desbloquean de fábrica y los usuarios finales y los minoristas los etiquetan como procesadores "de nivel entusiasta" debido a esta característica. Para todos los procesadores, se puede aumentar la velocidad del FSB para aumentar la velocidad de procesamiento al reducir la latencia entre la CPU y el puente norte.

Esta práctica fuerza los componentes más allá de sus especificaciones y puede causar un comportamiento errático, sobrecalentamiento o falla prematura. Incluso si la computadora parece funcionar normalmente, pueden aparecer problemas bajo una carga pesada. La mayoría de las computadoras compradas a minoristas o fabricantes, como Hewlett-Packard o Dell , no permiten al usuario cambiar la configuración del multiplicador o FSB debido a la probabilidad de un comportamiento errático o una falla. Las placas base compradas por separado para construir una máquina personalizada tienen más probabilidades de permitir al usuario editar la configuración del multiplicador y FSB en el BIOS de la computadora.

Evolución

Cuando se diseñó por primera vez, el bus frontal tenía la ventaja de una gran flexibilidad y un bajo costo. Los multiprocesadores simétricos simples colocan una cantidad de CPU en un bus frontal compartido, aunque el rendimiento no podía escalar linealmente debido a cuellos de botella en el ancho de banda.

El bus frontal se utilizó en todos los modelos de procesadores Intel Atom , Celeron , Pentium , Core 2 y Xeon hasta aproximadamente 2008 [8] y se eliminó en 2009. [9] Originalmente, este bus era un punto de conexión central para todos los dispositivos del sistema y la CPU.

El potencial de una CPU más rápida se desperdicia si no puede obtener instrucciones y datos tan rápido como puede ejecutarlos. La CPU puede pasar un tiempo significativo inactiva mientras espera leer o escribir datos en la memoria principal, y por lo tanto, los procesadores de alto rendimiento requieren un gran ancho de banda y un acceso de baja latencia a la memoria. AMD criticó el bus frontal por ser una tecnología antigua y lenta que limita el rendimiento del sistema. [10]

Los diseños más modernos utilizan conexiones punto a punto y en serie, como HyperTransport de AMD y DMI 2.0 o QuickPath Interconnect (QPI) de Intel . Estas implementaciones eliminan el puente norte tradicional en favor de un enlace directo desde la CPU a la memoria del sistema, los periféricos de alta velocidad y el concentrador de controladores de plataforma , el puente sur o el controlador de E/S. [11] [12] [13]

En una arquitectura tradicional, el bus frontal servía como enlace de datos inmediato entre la CPU y todos los demás dispositivos del sistema, incluida la memoria principal. En los sistemas basados ​​en HyperTransport y QPI, se accede a la memoria del sistema de forma independiente mediante un controlador de memoria integrado en la CPU, lo que deja el ancho de banda en el enlace HyperTransport o QPI para otros usos. Esto aumenta la complejidad del diseño de la CPU, pero ofrece un mayor rendimiento y una escalabilidad superior en sistemas multiprocesador.

Tasas de transferencia

El ancho de banda o caudal teórico máximo del bus frontal se determina por el producto del ancho de su ruta de datos, su frecuencia de reloj (ciclos por segundo) y el número de transferencias de datos que realiza por ciclo de reloj. Por ejemplo, un bus frontal de 64 bits (8 bytes ) de ancho que opera a una frecuencia de 100 MHz y realiza 4 transferencias por ciclo tiene un ancho de banda de 3200 megabytes por segundo (MB/s):

8 bytes/transferencia × 100 MHz × 4 transferencias/ciclo = 3200 MB/s

La cantidad de transferencias por ciclo de reloj depende de la tecnología utilizada. Por ejemplo, GTL+ realiza 1 transferencia/ciclo, EV6 2 transferencias/ciclo y AGTL+ 4 transferencias/ciclo. Intel denomina a la técnica de cuatro transferencias por ciclo Quad Pumping .

Muchos fabricantes publican la frecuencia del bus frontal en MHz, pero los materiales de marketing suelen indicar la tasa de señalización efectiva teórica (que comúnmente se denomina megatransferencias por segundo o MT/s). Por ejemplo, si una placa base (o procesador) tiene su bus configurado a 200 MHz y realiza 4 transferencias por ciclo de reloj, el FSB se calcula en 800 MT/s.

A continuación se indican las especificaciones de varias generaciones de procesadores populares.

Procesadores Intel

UPCFrecuencia FSB (MHz)Traslados/CicloAncho del busVelocidad de transferencia (MB/seg)
Pentium50 - 66164 bits400 - 528
Pentium Overdrive25 - 66132 o 64 bits200 - 528
Pentium Pro60 / 66164 bits480 - 528
Pentium MMX60 / 66164 bits480 - 528
Sobremarcha Pentium MMX50 / 60 / 66164 bits400 - 528
Pentium II66 / 100164 bits528 / 800
Pentium II Xeon100164 bits800
Pentium II con sobremarcha60 / 66164 bits480 - 528
Pentium III100 / 133164 bits800 / 1064
Pentium III Xeon100 / 133164 bits800 / 1064
Pentium III-M100 / 133164 bits800 / 1064
Pentium 4100 / 133464 bits3200 - 4256
Pentium 4-M100464 bits3200
Pentium 4 HT133 / 200464 bits4256 / 6400
Pentium 4 HT Edición extrema200 / 266464 bits6400 / 8512
Pentium D133 / 200464 bits4256 - 6400
Edición Pentium Extreme200 / 266464 bits6400 / 8512
Pentium M100 / 133464 bits3200 / 4256
Pentium de doble núcleo200 / 266464 bits6400 / 8512
Pentium de doble núcleo para dispositivos móviles133 - 200464 bits6400 - 8512
Celeron66 - 2001-464 bits528 - 6400
Celeron Móvil133 - 2001-464 bits4256 - 6400
Celeron D133464 bits4256
Celeron M66 - 2001-464 bits528 - 6400
Celeron de doble núcleo200464 bits6400
Celeron Dual-Core Móvil133 - 200464 bits4256 - 6400
Itanio133264 bits2133
Itanium 2200 - 3332128 bits6400 - 10666
Xeón100 - 400464 bits3200 - 12800
Solo básico133 / 166464 bits4256 / 5312
Dúo central133 / 166464 bits4256 / 5312
Núcleo 2 Solo133 - 200464 bits4256 - 6400
Núcleo 2 Duo200 - 333464 bits6400 - 10656
Core 2 Duo Móvil133 - 266464 bits4256 - 8512
Núcleo 2 cuádruple266 / 333464 bits8512 / 10656
Móvil Core 2 Quad266464 bits8512
Núcleo 2 extremo266 - 400464 bits8512 - 12800
Móvil Core 2 Extreme200 / 266464 bits6400 / 8512
Átomo100 - 166464 bits3200 - 5312

Procesadores AMD

UPCFrecuencia FSB (MHz)Traslados/CicloAncho del busVelocidad de transferencia (MB/seg)
K550 - 66164 bits400 - 528
K666164 bits528
K6-II66 - 100164 bits528 - 800
K6-III66 / 100164 bits528 - 800
Atlón100 / 133264 bits1600 - 2128
Athlon XP100 / 133 / 166 / 200264 bits1600 - 3200
Diputado de Athlon100 / 133264 bits1600 - 2128
Athlon 4 móvil100264 bits1600
Athlon XP-M100 / 133264 bits1600 - 2128
Durón100 / 133264 bits1600 - 2128
Semprón166 / 200264 bits2656 - 3200

Referencias

  1. ^ Scott Mueller (2003). Actualización y reparación de PC (15.ª ed.). Que Publishing. pág. 314. ISBN 978-0-7897-2974-3.
  2. ^ Todd Langley y Rob Kowalczyk (enero de 2009). "Introducción a la arquitectura Intel: conceptos básicos" (PDF) . Libro blanco . Intel Corporation. Archivado desde el original (PDF) el 7 de junio de 2011. Consultado el 28 de mayo de 2011 .
  3. ^ Charlie Demerjian (17 de abril de 2007). «Intel abre su bus frontal al mundo+perro: IDF Spring 007 Xilinx anuncia la bomba». The Inquirer . Archivado desde el original el 7 de octubre de 2012. Consultado el 28 de mayo de 2011 .{{cite news}}: CS1 maint: URL no apta ( enlace )
  4. ^ "Nallatech lanza un programa de acceso anticipado para el primer módulo FSB-FPGA de la industria". Comunicado de prensa de Business Wire . Nallatech. 18 de septiembre de 2007. Consultado el 14 de junio de 2011 .
  5. ^ "XtremeData ofrece el módulo FSB de Intel basado en FPGA Stratix III". Comunicado de prensa de Business Wire . Revista Chip Design. 18 de septiembre de 2007. Archivado desde el original el 23 de julio de 2011. Consultado el 14 de junio de 2011 .
  6. ^ Ashlee Vance (17 de abril de 2007). "Una dieta rica en fibra le da a Intel la 'regularidad' necesaria para vencer la DMAE". The Register . Consultado el 28 de mayo de 2011 .
  7. ^ "XtremeData comienza a distribuir el módulo FSB basado en FPGA Altera Stratix III de 1066 MHz de Intel". Comunicado de prensa de Business Wire . XtremeData. 17 de junio de 2008. Consultado el 14 de junio de 2011 .
  8. ^ "Intel X38 Tango: ¿Vale la pena el overclocking con FSB alto?"
  9. ^ "Análisis del Core i7 975 (página 4)". 2 de junio de 2009.
  10. ^ Allan McNaughton (29 de septiembre de 2003). «AMD HyperTransport Bus: transporte de aplicaciones a un rendimiento superior». AMD. Archivado desde el original el 25 de marzo de 2012. Consultado el 14 de junio de 2011 .
  11. ^ "Introducción a la interconexión Intel QuickPath" (PDF) . Intel Corporation. 30 de enero de 2009 . Consultado el 14 de junio de 2011 .
  12. ^ "Intel lanza una nueva arquitectura de PC con CPU Core i5/I7". 8 de septiembre de 2009.
  13. ^ "Análisis del Core i7 975 (página 4)". 2 de junio de 2009.
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