峰值帶寬

百科解釋

帶寬這個(gè)詞在電子學(xué)領(lǐng)域里很常用，它的意思是指波長(zhǎng)、頻率或能量帶的范圍，特指以每秒周數(shù)表示頻帶的上、下邊界頻率之差�？梢燥@見帶寬是用來描述頻帶寬度的，但是在數(shù)字傳輸方面，也常用帶寬來衡量傳輸數(shù)據(jù)的能力。用它來表示單位時(shí)間內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)容量的大小，表示吞吐數(shù)據(jù)的能力。

在很多文章里往往看見關(guān)于帶寬的各種描述，那么怎么計(jì)算有關(guān)存儲(chǔ)器的帶寬呢？對(duì)于存儲(chǔ)器的帶寬計(jì)算有下面的方法：

B表示帶寬，F(xiàn)表示存儲(chǔ)器時(shí)鐘頻率，D表示存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)總線位數(shù)，則帶寬為：

B=F×D/8

例如，PC-100的SDRAM帶寬計(jì)算如下：

100MHZ×64BIT/8=800MB/S

當(dāng)然，這個(gè)計(jì)算方法是針對(duì)僅靠上升沿信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)的SDRAM而言的，對(duì)于上升沿和下降沿都傳輸數(shù)據(jù)的DDR來說計(jì)算方法有點(diǎn)變化，應(yīng)該在最后乘2，因?yàn)樗膫鬏斝适请p倍的，這也是DDR能夠有如此高性能的重要原因。

對(duì)于和存儲(chǔ)器帶寬關(guān)系很大的總線帶寬也同樣可以利用這個(gè)方法來計(jì)算，例如PCI和AGP等總線。比如，PCI帶寬=33MHz×32BIT／8=133MB/S，AGP1X總線的帶寬為66MHz×64BIT／8=528MB/S，AGP4X帶寬=528MHz×4=2.1GB/秒。

通過這樣的計(jì)算我們不難看出，總線的發(fā)展伴隨著帶寬的擴(kuò)展，只有高帶寬的總線才能不斷的滿足當(dāng)前各種硬件對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊�。比如顯卡當(dāng)年從PCI總線到AGP，正是因?yàn)镻CI總線的133MB/S傳輸速率早已不能滿足各種圖形處理的要求。而從AGP1X到AGP4X直到AGP8X都使得傳輸帶寬不斷的得到了擴(kuò)展。

通過計(jì)算出的帶寬是理論值，既它們可以達(dá)到的最大峰值帶寬，通過對(duì)峰值帶寬的比較我們可以了解各種內(nèi)存的性能，下表就給出了常見內(nèi)存的峰值帶寬。

常見的內(nèi)存峰值帶寬表

PC-66SDRAM

528MB/s

PC-100SDRAM

800MB/s

PC-133SDRAM

1064MB/s

PC-150SDRAM

1200MB/s

PC-600RDRAM

1200MB/s

PC-800RDRAM

1600MB/s

PC-1600DDR

1600MB/s

PC-2100DDR

2100MB/s

在實(shí)際工作時(shí)這些存儲(chǔ)單元未必能達(dá)到峰值帶寬，影響帶寬的因素還很多。比如，因?yàn)閿?shù)據(jù)寫入和讀出存儲(chǔ)單元總要有一定的延遲時(shí)間。除了延遲時(shí)間影響帶寬外，所存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的命中率也有重要關(guān)系。當(dāng)把這些因素考慮在內(nèi)，即便是100%的命中率，PC100的SDRAM的實(shí)際帶寬只有峰值帶寬的40%。

從上面給出的帶寬計(jì)算方法可知，帶寬不僅和時(shí)鐘頻率有關(guān)還和存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)總線位數(shù)有關(guān)。而我們面對(duì)各種顯卡顯存的時(shí)候關(guān)注的是它的時(shí)鐘頻率，計(jì)算帶寬還需要顯存的位數(shù)。顯存在顯卡上發(fā)揮著重要的作用，而各種顯卡芯片支持顯存的位數(shù)也是有差異的，廠商們也是在擴(kuò)展顯存位數(shù)，以達(dá)到提升顯存帶寬的目的。

峰值帶寬=工作頻率*內(nèi)存總線寬度，如PC100內(nèi)存峰值帶寬＝100MHz*64bit=800MByte，DDR266內(nèi)存峰值帶寬＝266MHz*64bit=2.1GByte，PC800的Rambus內(nèi)存峰值帶寬＝800MHz*16bit=1.6GByte。

在許多人眼中，前端總線帶寬是一個(gè)常量，在這個(gè)總線通道內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)總是恒定在一定的數(shù)值上。而這個(gè)恒定的數(shù)值也稱為“理論峰值帶寬”，在其自身數(shù)據(jù)傳輸過程中被固定在一定值之上而是不受數(shù)據(jù)傳輸媒介的影響。

當(dāng)人們這樣談?wù)摽偩€帶寬時(shí)，他們確實(shí)是這樣描述的，但是這僅僅是帶寬的一種類型：總線的理論峰值帶寬。一個(gè)系統(tǒng)的總線最大帶寬是很容易計(jì)算，你能通過二個(gè)部分(即：中央處理器和隨機(jī)存貯器)確定在一個(gè)周期內(nèi)相關(guān)的帶寬數(shù)值和在一個(gè)時(shí)間周期內(nèi)有多少數(shù)據(jù)交換。但這數(shù)值僅僅是在大多數(shù)產(chǎn)品技術(shù)文檔中的理論值，而在實(shí)際應(yīng)用中很少達(dá)到這個(gè)值！現(xiàn)在還是讓我們進(jìn)行一步探討一下這個(gè)數(shù)值是如何計(jì)算和代表哪方面的意義。

以上是一個(gè)簡(jiǎn)單的概念示意圖，表示主存儲(chǔ)器發(fā)送4組8字節(jié)的數(shù)據(jù)到中央處理器上，在主存儲(chǔ)器時(shí)鐘上升（或下降）沿傳輸一次數(shù)據(jù)，每次可傳送一組8字節(jié)數(shù)據(jù)。每8個(gè)字節(jié)我們稱為一個(gè)Word，因此上面的情況是系統(tǒng)通過主存儲(chǔ)器向中央處理器發(fā)送4個(gè)Word的過程。（注意：在這個(gè)例子中，我們假設(shè)內(nèi)存數(shù)據(jù)總線位寬是64bit或者說8字節(jié)），如果內(nèi)存總線位寬縮小到32bit，那么每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)僅僅可以傳送4個(gè)字節(jié)。同樣如果總線位寬是128bit，那么它將以在每個(gè)時(shí)鐘周期發(fā)送16個(gè)字節(jié)）

雖然內(nèi)存總線總是按照設(shè)定的時(shí)鐘頻率運(yùn)行，在主存儲(chǔ)器時(shí)鐘上升（或下降）沿時(shí)都進(jìn)行一次傳輸一次數(shù)據(jù)的動(dòng)作，但并不是每次都可以傳送一組8字節(jié)數(shù)據(jù)。因?yàn)閷?shí)際應(yīng)用中存在數(shù)據(jù)傳輸率與時(shí)鐘頻率不同步的問題，于是就出現(xiàn)了這種沒有數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)鐘周期。而這個(gè)空閑的時(shí)鐘周期，對(duì)于內(nèi)存總線和中央處理器來說都是無用的，反而浪費(fèi)了帶寬。最理想的狀況，是系統(tǒng)帶寬應(yīng)該能得到充分利用，但要實(shí)現(xiàn)這種情況則是相當(dāng)困難的。所以后面我將解釋其中的原因。

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