《带宽-波特率-比特率的概念详解》由会员分享，可在线阅读，更多相关《带宽-波特率-比特率的概念详解（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、带宽、比特率、波特率、网络速度的各种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。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，
2、这个概念或许比较抽象，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 一一这就是通常 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”勺概念，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
3、的带宽等等。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，带宽等于工
4、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。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通过总线来实现！ 按
5、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位总线可同时传输 4个字节，64位总线
6、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 64bit B00MHz 8(Byte)=6.4GB/s；32 位、33MHz PCI 总线的数据传输率就是32bit 33MHz 8=133MB/s，等等，这项法则可以用于所有并行总线上面一一看到这里，读者应该明白我们所说的总线带宽指的就是它的数据传输率，其实
7、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。X 1豆用谎行的主姿共行总线的仿充 处事 帝亮值I总竣從亞PCIPCI-X64 n133KH:l oea/s用于騒务熬/工榨圖河前遍尅鞍64IDOMBz. mHils3.i 2GB/s,E. 4GB/sAthlon XP64位I33NH：. 166MHz422. gj*、20OHH:3.2GB/SAGP BX32位6刖衍2, LCB/sATA-10025MHzLOOM8/BATA-133汗位133MS/*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
8、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，串行总线常常采用多条管线（或通道）的做法实现更高的速度一一管线之间各自独立，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X管线数”，这方面的例子有 PCIExpr
9、ess 和 HyperTransport ,前者有 X、X2、X4、X8、X16 和 X32 多个版本，在第一代 PCIExpress技术当中，单通道的单向信号频率可达2.5GHz，我们以X16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2.5GHzX 16/10=4GB/s （单向）。除10是因为每字节采用10位编码。表？高速串行总坝帯克总拔晏出！脣豈細丽軋玉和盖耳惟11 Exprtss x 16Z 5冏工164贡“現甬St Ob编玛HyperTransport 串行ATA L 0r SGHz326.-1
10、 GB/S喉据糧翌勺以丙多个版车1ISOXB/b8位并行总线结构示龙两个管线的点对点串荷总线 数駅!送端接收端按收站*并行总线与串行总线结构对比&位并行总线结构示鳶并行总线与串行总线结构对比二、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 H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 H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
11、 =内存芯片位宽X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 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。和芯片个数共同决定和并行总线一样，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 64bit冶00MH右8(Byte)=3.2GB/s 的带宽； PC 800标准RDRAM 的频率达
12、到 800MHz，单条模组带宽为 16bit B00MHz 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。最3至要内斤戏増及龙应芾至内存
13、共型(bio双迪週方奏带充PC1S3 SDRAM41NPC2100 DDK642. lGB/s4. 2GB/sPC2700 DDR642. 7GB/s5. 4GB/sPC3200 DDR64400Hz3, 3GB/s氐 4GB/ePC&00 RD Ran16SOONHz1.3. 2CB/s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RDRAM成本昂贵，严重影响推广工作，In tel曾推出搭配PC133SDRAM的845芯片组，但SDRAM仅能提供1
14、.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，In tel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意义就不是特别大，因为它超出了前端总线的接收能力。CPU北桥芯片I内存榛聊 /賢拐出理池线不叽SF.问趣前罐总线与内存总线童切相关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In tel的Hub-L ink、VIA的V-Li nk、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上使用的PCI总线均为32位、33MHz
