全方位讲述带宽概念详细讲解资料大全

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1、全方位讲述带宽概念 在各类电子设备和元器件中，我们都可以接触到带宽的概念，例如我们 熟知的显示器的带宽、内存的带宽、总线的带宽和网络的带宽等等；对 这些设备而言，带宽是一个非常重要的指标。不过容易让人迷惑的是， 在显示器中它的单位是MHz，这是一个频率的概念；而在总线和内存中 的单位则是GB/s，相当于数据传输率的概念；而在通讯领域，带宽的描 述单位又变成了MHz、GHz这两种不同单位的带宽表达的是同一个内 涵么？二者存在哪些方面的联系呢？本文就带你走入精彩的带宽世界。 一、 带宽的两种概念 如果从电子电路角度出发，带宽（Bandwidth）本意指的是电子电路中 存在一个固有通频带，这个概念或

2、许比较抽象，我们有必要作进一步解 释。大家都知道，各类复杂的电子电路无一例外都存在电感、电容或相 当功能的储能元件，即使没有采用现成的电感线圈或电容，导线自身就 是一个电感，而导线与导线之间、导线与地之间便可以组成电容这 就是通常所说的杂散电容或分布电容；不管是哪种类型的电容、电感， 都会对信号起着阻滞作用从而消耗信号能量，严重的话会影响信号品 质。这种效应与交流电信号的频率成正比关系，当频率高到一定程度、 令信号难以保持稳定时，整个电子电路自然就无法正常工作。为此，电 子学上就提出了“带宽”的概念，它指的是电路可以保持稳定工作的频 率范围。而属于该体系的有显示器带宽、通讯/网络中的带宽等等。

3、 而第二种带宽的概念大家也许会更熟悉，它所指的其实是数据传输率， 譬如内存带宽、总线带宽、网络带宽等等，都是以“字节/秒”为单 位。我们不清楚从什么时候起这些数据传输率的概念被称为“带宽”， 但因业界与公众都接受了这种说法，代表数据传输率的带宽概念非常流 行，尽管它与电子电路中“带宽”的本意相差很远。 对于电子电路中的带宽，决定因素在于电路设计。它主要是由高频放大 部分元件的特性决定，而高频电路的设计是比较困难的部分，成本也比 普通电路要高很多。这部分内容涉及到电路设计的知识，对此我们就不 做深入的分析。而对于总线、内存中的带宽，决定其数值的主要因素在 于工作频率和位宽，在这两个领域，带宽等于

4、工作频率与位宽的乘积， 因此带宽和工作频率、位宽两个指标成正比。不过工作频率或位宽并不 能无限制提高，它们受到很多因素的制约，我们会在接下来的总线、内 存部分对其作专门论述。 二、 总线中的带宽 在计算机系统中，总线的作用就好比是人体中的神经系统，它承担的是 所有数据传输的职责，而各个子系统间都必须籍由总线才能通讯，例 如，CPU和北桥间有前端总线、北桥与显卡间为AGP总线、芯片组间有南 北桥总线，各类扩展设备通过PCI、PCI-X总线与系统连接；主机与外部 设备的连接也是通过总线进行，如目前流行的USB 2.0、IEEE1394总线 等等，一句话，在一部计算机系统内，所有数据交换的需求都必须

5、通过 总线来实现！ 按照工作模式不同，总线可分为两种类型，一种是并行总线，它在同一 时刻可以传输多位数据，好比是一条允许多辆车并排开的宽敞道路，而 且它还有双向单向之分；另一种为串行总线，它在同一时刻只能传输一 个数据，好比只容许一辆车行走的狭窄道路，数据必须一个接一个传 输、看起来仿佛一个长长的数据串，故称为“串行”。 并行总线和串行总线的描述参数存在一定差别。对并行总线来说，描述 的性能参数有以下三个：总线宽度、时钟频率、数据传输频率。其中， 总线宽度就是该总线可同时传输数据的位数，好比是车道容许并排行走 的车辆的数量；例如，16位总线在同一时刻传输的数据为16位，也就是 2个字节；而32

6、位总线可同时传输4个字节，64位总线可以同时传输8个 字节显然，总线的宽度越大，它在同一时刻就能够传输更多的数 据。不过总线的位宽无法无限制增加。时钟频率和数据传输频率的概念 在上一期的文章中有过详细介绍，我们就不作赘述。 总线的带宽指的是这条总线在单位时间内可以传输的数据总量，它等于 总线位宽与工作频率的乘积。例如，对于64位、800MHz的前端总线，它 的数据传输率就等于64bit800MHz8(Byte)=6.4GB/s；32位、33MHz PCI总线的数据传输率就是32bit33MHz8=133MB/s，等等，这项法则 可以用于所有并行总线上面看到这里，读者应该明白我们所说的总 线带宽

7、指的就是它的数据传输率，其实“总线带宽”的概念同“电路带 宽”的原始概念已经风马牛不相及 对串行总线来说，带宽和工作频率的概念与并行总线完全相同，只是它 改变了传统意义上的总线位宽的概念。在频率相同的情况下，并行总线 比串行总线快得多，那么，为什么现在各类并行总线反而要被串行总线 接替呢？原因在于并行总线虽然一次可以传输多位数据，但它存在并行 传输信号间的干扰现象，频率越高、位宽越大，干扰就越严重，因此要 大幅提高现有并行总线的带宽是非常困难的；而串行总线不存在这个问 题，总线频率可以大幅向上提升，这样串行总线就可以凭借高频率的优 势获得高带宽。而为了弥补一次只能传送一位数据的不足，串行总线常

8、 常采用多条管线（或通道）的做法实现更高的速度管线之间各自独 立，多条管线组成一条总线系统，从表面看来它和并行总线很类似，但 在内部它是以串行原理运作的。对这类总线，带宽的计算公式就等 于“总线频率管线数”，这方面的例子有PCI Express和 HyperTransport，前者有1、2、4、8、16和32多个版本， 在第一代PCI Express技术当中，单通道的单向信号频率可达2.5GHz， 我们以16举例，这里的16就代表16对双向总线，一共64条线路，每4 条线路组成一个通道，二条接收，二条发送。这样我们可以换算出其总 线的带宽为2.5GHz16/10=4GB/s（单向）。除10是因

9、为每字节采用10 位编码。 三、 内存中的带宽 除总线之外，内存也存在类似的带宽概念。其实所谓的内存带宽， 指的也就是内存总线所能提供的数据传输能力，但它决定于内存芯片和 内存模组而非纯粹的总线设计，加上地位重要，往往作为单独的对象讨 论。 SDRAM、DDR和DDR的总线位宽为64位，RDRAM的位宽为16位。而这两者 在结构上有很大区别：SDRAM、DDR和DDR的64位总线必须由多枚芯片 共同实现，计算方法如下：内存模组位宽=内存芯片位宽单面芯片数 量（假定为单面单物理BANK）；如果内存芯片的位宽为8位，那么模组 中必须、也只能有8颗芯片，多一枚、少一枚都是不允许的；如果芯片 的位宽为

10、4位，模组就必须有16颗芯片才行，显然，为实现更高的模组 容量，采用高位宽的芯片是一个好办法。而对RDRAM来说就不是如此， 它的内存总线为串联架构，总线位宽就等于内存芯片的位宽。 和并行总线一样，内存的带宽等于位宽与数据传输频率的乘积，例如， DDR400内存的数据传输频率为400MHz，那么单条模组就拥有 64bit400MHz8(Byte)=3.2GB/s的带宽；PC 800标准RDRAM的频率达 到800MHz，单条模组带宽为16bit800MHz 8=1.6GB/s。为了实现更 高的带宽，在内存控制器中使用双通道技术是一个理想的办法，所谓双 通道就是让两组内存并行运作，内存的总位宽提

11、高一倍，带宽也随之提 高了一倍！ 带宽可以说是内存性能最主要的标志，业界也以内存带宽作为主要的分 类标准，但它并非决定性能的唯一要素，在实际应用中，内存延迟的影 响并不亚于带宽。如果延迟时间太长的话相当不利，此时即便带宽再高 也无济于事。 四、 带宽匹配的问题 计算机系统中存在形形色色的总线，这不可避免带来总线速度匹配 问题，其中最常出问题的地方在于前端总线和内存、南北桥总线和PCI 总线。 前端总线与内存匹配与否对整套系统影响最大，最理想的情况是前端总 线带宽与内存带宽相等，而且内存延迟要尽可能低。在Pentium4刚推出 的时候，Intel采用RDRAM内存以达到同前端总线匹配，但RDRA

12、M成本昂 贵，严重影响推广工作，Intel曾推出搭配PC133 SDRAM的845芯片组， 但SDRAM仅能提供1.06GB/s的带宽，仅相当于400MHz前端总线带宽的 1/3，严重不匹配导致系统性能大幅度下降；后来，Intel推出支持 DDR266的845D才勉强好转，但仍未实现与前端总线匹配；接着，Intel 将P4前端总线提升到533MHz、带宽增长至5.4GB/s，虽然配套芯片组可 支持DDR333内存，可也仅能满足1/2而已；现在，P4的前端总线提升到 800MHz，而配套的865/875P芯片组可支持双通道DDR400这个时候才 实现匹配的理想状态，当然，这个时候继续提高内存带宽

13、意义就不是特 别大，因为它超出了前端总线的接收能力 南北桥总线带宽曾是一个尖锐的问题，早期的芯片组都是通过PCI总线 来连接南北桥，而它所能提供的带宽仅仅只有133MB/s，若南桥连接两 个ATA-100硬盘、100M网络、IEEE1394接口区区133MB/s带宽势必 形成严重的瓶颈，为此，各芯片组厂商都发展出不同的南北桥总线方 案，如Intel的Hub-Link、VIA的V-Link、SiS 的MuTIOL，还有AMD的 HyperTransport等等，目前它们的带宽都大大超过了133MB/s，最高纪 录已超过1GB/s，瓶颈效应已不复存在。 PCI总线带宽不足还是比较大的矛盾，目前PC

14、上使用的PCI总线均为32 位、33MHz类型，带宽133MB/s，而这区区133MB/s必须满足网络、硬盘 控制卡（如果有的话）之类的扩展需要，一旦使用千兆网络，瓶颈马上 出现，业界打算自2004年开始以PCI Express总线来全面取代PCI总线， 届时PCI带宽不足的问题将成为历史。 五、 显示器中的带宽 以上我们所说的“带宽”指的都是速度概念，但对CRT显示器来 说，它所指的带宽则是频率概念、属于电路范畴，更符合“带宽”本来 的含义。 要了解显示器带宽的真正含义，必须简单介绍一下CRT显示器的工作原 理由灯丝、荫极、控制栅组成的电子枪，向外发射电子流，这些电 子流被拥有高电压的加速器

15、加速后获得很高的速度，接着这些高速电子 流经过透镜聚焦成极细的电子束打在屏幕的荧光粉层上，而被电子束击 中的地方就会产生一个光点；光点的位置由偏转线圈产生的磁场控制， 而通过控制电子束的强弱和通断状态就可以在屏幕上形成不同颜色、不 同灰度的光点在某一个特定的时刻，整个屏幕上其实只有一个点可 以被电子束击中并发光。为了实现满屏幕显示，这些电子束必须从左到 右、从上到下一个一个象素点进行扫描，若要完成800600分辨率的画 面显示，电子枪必须完成800600=480000个点的顺序扫描。由于荧光 粉受到电子束击打后发光的时间很短，电子束在扫描完一个屏幕后必须 立刻再从头开始这个过程其实十分短暂，在

16、一秒钟时间电子束往往 都能完成超过85个完整画面的扫描、屏幕画面更新85次，人眼无法感知 到如此小的时间差异会“误以为”屏幕处于始终发亮的状态。而每秒钟 屏幕画面刷新的次数就叫场频，或称为屏幕的垂直扫描频率、以Hz（赫 兹）为单位，也就是我们俗称的“刷新率”。以800600分辨率、85Hz 刷新率计算，电子枪在一秒钟至少要扫描80060085=40800000个点 的显示；如果将分辨率提高到1024768，将刷新率提高到100Hz，电子 枪要扫描的点数将大幅提高。 按照业界公认的计算方法，显示器带宽指的就是显示器的电子枪在一秒 钟内可扫描的最高点数总和，它等于“水平分辨率垂直分辨率场频 （画面刷新次数）”，单位为MHz(兆赫)；由于显像管电子束的扫描过 程是非线性的，为避免信号在扫描边缘出现衰减影响效果、保证图像的 清晰度，总是将边缘扫描部分忽略掉，但在电路中它们依然是存在的。 因此，我们在计算显示器带宽的时候还应该除一个取值为0.60.8 的“有效扫描系数”，故得出带宽计算公式如下：“带宽水平