El bus frontal ( FSB ) es una interfaz de comunicación de computadora ( bus ) que se usó a menudo en computadoras basadas en chips Intel durante las décadas de 1990 y 2000. El bus EV6 cumplió la misma función para las CPU AMD de la competencia. Ambos normalmente transportan datos entre la unidad central de procesamiento (CPU) y un concentrador controlador de memoria, conocido como puente norte . [1]
Dependiendo de la implementación, algunas computadoras también pueden tener un bus trasero que conecta la CPU al caché . Este bus y el caché conectado a él son más rápidos que acceder 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 ha sido reemplazada por HyperTransport , Intel QuickPath Interconnect o Direct Media Interface en las CPU modernas para computadoras personales.
El término empezó a ser utilizado por Intel Corporation cuando se anunciaron los productos Pentium Pro y Pentium II , en la década de 1990.
"Lado frontal" se refiere a la interfaz externa del procesador al resto del sistema informático, a diferencia de la parte posterior, donde el bus posterior conecta el caché (y potencialmente otras CPU). [2]
Un bus frontal (FSB) se utiliza principalmente en placas base relacionadas con PC (incluidas computadoras personales y servidores). Rara vez se utilizan en sistemas integrados o computadoras pequeñas similares. El diseño del FSB supuso una mejora en el rendimiento con respecto a los diseños de bus de sistema único de las décadas anteriores, pero estos buses frontales a veces se denominan "bus del 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 la 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 del sistema secundario generalmente funcionan a velocidades derivadas del reloj del bus frontal, pero no necesariamente están 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 Foro de Desarrolladores Intel en Beijing , Intel había vigilado muy de cerca quién tenía acceso al FSB, permitiendo sólo procesadores Intel en el zócalo de la 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 lanzó en 2008). [5] [6] [7]
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 utilizando 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 la CPU, esto se conoce como Overclocking o Underclocking .
La configuración de una velocidad FSB está relacionada directamente con el grado de velocidad de la memoria que debe usar un sistema. El bus de memoria conecta el puente norte y la RAM, al igual que el bus frontal conecta la CPU y el puente norte. A menudo, estos dos autobuses deben operar con 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 los sistemas más nuevos, es posible ver proporciones 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. A esto se le suele denominar sistema "asincrónico". Debido a las diferencias en la CPU y la arquitectura del sistema, el rendimiento general del sistema puede variar de maneras inesperadas con diferentes proporciones de FSB a memoria.
En imágenes , audio , vídeo , juegos , síntesis FPGA y aplicaciones científicas 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 pase mucho tiempo esperando que lleguen datos desde la memoria del sistema . Sin embargo, si los cálculos que involucran cada elemento son más complejos, el procesador tardará más en realizarlos; por lo tanto, el FSB podrá mantener el ritmo porque se reduce la velocidad a la que se accede a la memoria.
De manera similar al bus de memoria, los buses PCI y AGP también se pueden ejecutar de forma asíncrona desde el bus frontal. En los sistemas más antiguos, estos autobuses funcionan a una fracción determinada de la frecuencia de los autobuses delanteros. Esta fracción fue configurada por el BIOS . En los sistemas más nuevos, los buses periféricos PCI, AGP y PCI Express a menudo reciben sus propias señales de reloj , lo que elimina su dependencia del bus frontal para la sincronización.
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 a las que está configurado para funcionar y, cuando sea necesario, modificando el voltaje enviado al componente para permitirle operar a estas frecuencias más altas con más estabilidad.
Muchas placas base permiten al usuario configurar manualmente el multiplicador de reloj y la configuración del FSB cambiando los puentes o la configuración del BIOS. Casi todos los fabricantes de CPU ahora "bloquean" una configuración de multiplicador preestablecida en el chip. Es posible desbloquear algunas CPU bloqueadas; por ejemplo, algunos procesadores AMD Athlon se pueden desbloquear conectando contactos eléctricos entre puntos de la superficie de la CPU. Algunos otros procesadores de AMD e Intel están desbloqueados de fábrica y los usuarios finales y minoristas los etiquetan como procesadores de "grado para entusiastas" 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 empuja los componentes más allá de sus especificaciones y puede causar un comportamiento errático, sobrecalentamiento o fallas prematuras. Incluso si la computadora parece funcionar normalmente, pueden aparecer problemas bajo una carga pesada. La mayoría de las PC 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 falla. Es más probable que las placas base compradas por separado para construir una máquina personalizada permitan al usuario editar la configuración del multiplicador y FSB en el BIOS de la PC.
El autobús frontal tenía la ventaja de una gran flexibilidad y un bajo coste cuando se diseñó por primera vez. Los multiprocesadores simétricos simples colocan varias CPU en un FSB compartido, aunque el rendimiento no puede 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 aproximadamente hasta 2008. 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 recuperar instrucciones y datos tan rápido como puede ejecutarlos. La CPU puede pasar mucho tiempo 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 a la memoria de baja latencia. AMD criticó el bus frontal por ser una tecnología antigua y lenta que limita el rendimiento del sistema. [8]
Los diseños más modernos utilizan conexiones punto a punto y en serie como HyperTransport de AMD y DMI 2.0 de Intel o QuickPath Interconnect (QPI). Estas implementaciones eliminan el puente norte tradicional en favor de un enlace directo desde la CPU al concentrador del controlador de plataforma , el puente sur o el controlador de E/S. [9]
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, dejando 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 un escalamiento superior en sistemas multiprocesador.
El ancho de banda o rendimiento teórico máximo del bus frontal está determinado 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 FSB de 64 bits (8 bytes ) de ancho que opera a una frecuencia de 100 MHz y que realiza 4 transferencias por ciclo tiene un ancho de banda de 3200 megabytes por segundo (MB/s):
El número 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 llama 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 a menudo enumeran 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 tiene una potencia nominal de 800 MT/s.
A continuación se indican las especificaciones de varias generaciones de procesadores populares.
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