Tính toán các tốc độ bus bộ xử lý

Vì mục đích của bus bộ xử lý là lấy thông tin vào và ra của CPU ở tốc độ nhanh nhất, nên bus này hoạt động đặc thù ở tốc độ nhanh hơn bất kỳ bus nào khác trong hệ thống.

Tổng quan về bus bộ xử lý

Bus bao gồm những mạch điện cho dữ liệu, những địa chỉ (bus địa chỉ) và dùng cho những mục đích kiểm soát. Phần lớn bộ xử lý từ Pentium đầu có bus dữ liệu 64 bit nên chúng truyền 64 bit (8 byte) cùng thời điểm qua bus CPU.

Bus bộ xử lý hoạt động cùng cơ số xung như CPU hoạt động ngoài. Điều này có thể sai lạc bởi vì phần lớn CPU ngày nay có xung bên trong cao hơn CPU hoạt động ngoài. Cho ví dụ, hệ thống AMD Athlon 64 3800+ có bộ xử lý chạy bên trong 2.4GHz nhưng chỉ 400MHz thể hiện ngoài, trong khi Pentium 4 3.4GHz chạy bên trong 3.4GHz nhưng chỉ 800MHz thể hiện ngoài.

Trong những hệ thống mới hơn, tốc độ bộ xử lý thực sự là một số bội (2x, 2.5x, 3x và cao hon) của bus bộ xử lý.

Bus bộ xử lý được ràng buộc với những kết nối chân chốt bộ xử lý ngoài và có thể truyền 1 bit dữ liệu cho mỗi đường dữ liệu ở mỗi chu kỳ. Phần lớn bộ xử lý hiện đại truyền được 64 bit (8 byte) dữ liệu cùng thời điểm.

Để quyết định tốc độ truyền của bus bộ xử lý, bạn tăng lên nhiều lần dung lượng dữ liệu (64 bit hoặc 8 byte cho Celeron/Pentium III/4 hoặc Athlon/Duron/Athlon XP/Athlon 64) theo tốc độ xung của bus (tương tự như tốc độ xung cơ bản hoặc không tăng của CPU).

Cho thí dụ, nếu đang dùng bộ xử lý Pentium 4 3.6GHz chạy bus bộ xử lý 800MHz, bạn có tốc độ truyền tức thời tối đa đại để chừng 6400MBps. Bạn có kết quả này bằng cách dùng công thức dưới đây:

800MHz X 8 bytes (64 bits) = 6400MBps

Với phiên bản chậm hơn của Pentium 4, bạn có công thức này

533.33MHz X 8 bytes (64 bits) = 4266MBps

Hoặc công thức

400MHz X 8 bytes (64 bits) = 3200MBps Với Socket A (Athlon XP), bạn có 333.33MHz X 8 bytes (64 bits) = 2667MBps

Hoặc

266.66MHz X 8 bytes (64 bits) = 2133MBps

Hoặc

200MHz X 8 bytes (64 bits) = 1000 MBps Với Socket 370 (Pentium III). Bạn có 133.33MHz X 8 bytes (64 bits) = 1066MBps

Hoặc

100MHz X 8 bytes (64 bits) = 800MBps

Tốc độ truyền này, thường được gọi là băng thông của bus bộ xử lý, tương ứng với tốc độ tối đa mà dữ liệu có thể di chuyển.

Các loại bus I/O

Từ lần giới thiệu PC lần đầu tiên, nhiều bus I/O được ra đời. Lý do đơn giản là: những tốc độ I/O nhanh hơn cần thiết cho sự thực thi hệ thống tốt hơn. Điều cần thiết này liên quan đến ba lãnh vực:

Những CPU nhanh hơn
Gia tăng những yêu cầu về phần mềm.
Những yêu cầu đa phương tiện nhiều hơn.
Mỗi lãnh vực này đòi hỏi bus I/O càng nhanh càng tốt.

Một trong những lý do đầu tiên kiến trúc bus I/O mới chậm chạp ra mắt là tính tương hợp mà con người luôn khát khao mà không đạt được trong nhiều kỹ nghệ PC trong quá khứ. Một trong những dấu hiệu chất lượng thành công của PC là sự chuẩn hóa của nó. Sự chuẩn hóa này sinh ra hàng ngàn card I/O của bên thứ ba, mỗi cái cơ bản xây dựng cho những đặc điểm kỹ thuật bus đầu của PC. Nếu một hệ thống bus thực thi cao mới được giới thiệu, nó thường phải tương thích với những hệ thống bus cũ hơn nên những card I/O cũ hơn không lỗi thời. Do vậy, những công nghệ bus dường như liên quan với nhau hơn là làm ra định lượng đáp ứng.

Có thể xác định nhiều loại khác nhau của bus I/O bằng kiến trúc của chúng. Những sự khác biệt chính trong số những bus bao gồm đầu tiên là số lượng dữ liệu mà chúng có thế truyền trong cùng thời điểm và những tốc độ mà chúng có thể đạt được.

Bus ISA

Kiến trúc tiêu chuẩn công nghiệp (ISA: Industry Standard Architecture) là kiến trúc bus được giới thiệu như bus 8 bit với IBM PC đầu tiên năm 1981; sau đó nó được mở rộng đến 16 bit với IBM PC/AT năm 1984. ISA là cơ sở của máy tính cá nhân hiện đại và là kiến trúc đầu tiên được dùng trong đại đa số những hệ thống PC cho đến cuối những năm 1990. Đáng kinh ngạc có lẽ một kiến trúc lỗi thời được sử dụng quá lâu, nhưng nó cho độ tin cậy, khả năng chi trà và tính tương hợp, cộng thêm bus cũ này vẫn chạy nhanh hơn nhiều thiết bị ngoại vi mà chúng ta kết nối vào nó!

Ghi chú:

Bus ISA biến mất khỏi tất cả những hệ thống máy tính để bàn hiện nay, một số ít công ty không còn sản xuất hay bán card ISA nữa. Bus ISA tiếp tục phổ biến với những thiết kế máy tính công nghiệp (PICMG), nhưng triển vọng là cuối cùng cũng biến mất.

Hai phiên bản của bus ISA tồn tại, dựa trên số bit dữ liệu được truyền đi trên bus cùng thời. Nhưng phiên bản cũ hơn là bus 8 bit; phiên bản mới hơn là bus 16 bit. Phiên bản 8 bit cơ bản chạy 4.77MHz ở PC và XT, phiên bàn 16 bit dùng trong AT chạy ở 6MHz và kế tiếp 8MHz. Sau đó, kỹ nghệ đạt đến tốc độ tiêu chuẩn tối đa 8.33MHz cho những phiên bản 8/16 bit của bus ISA cho tính tương hợp ngược (backward-compatibility). Một số hệ thống có khả năng chạy bus ISA nhanh hơn tốc độ này, nhưng một số card tiếp hợp không hoạt động chính xác ở những tốc độ cao hơn. Những dịch chuyển dữ liệu ISA đòi hỏi bất kỳ chỗ nào từ hai đến tám chu kỳ. Do vậy, tốc độ dữ liệu tối đa theo lý thuyết của bus ISA khoảng 8MBps, như công thức dưới đây thể hiện:

8.33MHz X 2 bytes (16 bits) -i-2 cycles cho mỗi lần truyền = 8.33MBps

Băng thông của bus 8 bit sẽ bằng ½ con số (4.17MBps). Nên nhớ rằng, tuy nhiên, những số liệu này là tối đa theo lý thuyết. Do những giao thức bus I/O, băng thông hữu hiệu thì khá chậm hơn đặc trưng hầu như một nửa. Tuy vậy, tại khoảng 8MBps, bus ISA vẫn nhanh hơn nhiều thiết bị ngoại vi kết nối vào nó, như là các cổng serial, các cổng Parallel, những bộ điều khiển ổ mềm, những bộ điều khiển bàn phím và những thiết bị khác.