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帶寬

帶寬應(yīng)用的領(lǐng)域非常多,可以用來標(biāo)識(shí)信號(hào)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸能力、標(biāo)識(shí)單位時(shí)間內(nèi)通過鏈路的數(shù)據(jù)量、標(biāo)識(shí)顯示器的顯示能力。 1. 在模擬信號(hào)系統(tǒng)又叫頻寬,是指在固定的時(shí)間可傳輸?shù)馁Y料數(shù)量,亦即在傳輸管道中可以傳遞數(shù)據(jù)的能力。通常以每秒傳送周期或赫茲(Hz)來表示。 2. 在數(shù)字設(shè)備中,帶寬指單位時(shí)間能通過鏈路的數(shù)據(jù)量。通常以bps來表示,即每秒可傳輸之位數(shù)。

帶寬在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的意義

在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中,用帶寬作為標(biāo)識(shí)總線和內(nèi)存性能的指標(biāo)之一。
總線帶寬指的是總線在單位時(shí)間內(nèi)可以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總量,等于總線位寬與工作頻率的乘積。例如:對于64位、800MHz的前端總線,它的數(shù)據(jù)傳輸率就等于64bit×800MHz÷8(Byte)=6.4GB/s
內(nèi)存帶寬指的是內(nèi)存總線所能提供的數(shù)據(jù)傳輸能力。例如:DDR400內(nèi)存的數(shù)據(jù)傳輸頻率為400MHz,那么單條模組就擁有64bit×400MHz÷8(Byte)=3.2GB/s的帶寬。
帶寬的應(yīng)用

一、表示頻帶寬度
信號(hào)的帶寬是指該信號(hào)所包含的各種不同頻率成分所占據(jù)的頻率范圍。頻寬對基本輸出入系統(tǒng) (BIOS ) 設(shè)備尤其重要,如快速磁盤驅(qū)動(dòng)器會(huì)受低頻寬的總線所阻礙。
二、表示通信線路所能傳送數(shù)據(jù)的能力
在單位時(shí)間內(nèi)從網(wǎng)絡(luò)中的某一點(diǎn)到另一點(diǎn)所能通過的“最高數(shù)據(jù)率”。對于帶寬的概念,比較形象的一個(gè)比喻是高速公路。單位時(shí)間內(nèi)能夠在線路上傳送的數(shù)據(jù)量,常用的單位是bps(bit per second)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的帶寬是指網(wǎng)絡(luò)可通過的最高數(shù)據(jù)率,即每秒多少比特。
嚴(yán)格來說,數(shù)字網(wǎng)絡(luò)的帶寬應(yīng)使用波特率來表示(baud),表示每秒的脈沖數(shù)。而比特是信息單位,由于數(shù)字設(shè)備使用二進(jìn)制,則每位電平所承載的信息量是以2為底2的對數(shù),如果是四進(jìn)制,則是以2為底的4的對數(shù),每位電平所承載的信息量為2。因此,在數(shù)值上,波特與比特是相同的。由于人們對這兩個(gè)概念分的并不是很清楚,因此常使用比特率來表示速率,也正是用比特的人太多,所以比特率也就成了一個(gè)帶寬事實(shí)的標(biāo)準(zhǔn)叫法了。
描述帶寬時(shí)常常把“比特/秒”省略。例如,帶寬是1M,實(shí)際上是1Mbps,這里的Mbps是指位/s。[2]
在網(wǎng)絡(luò)中有兩種不同的速率:
1、信號(hào)(即電磁波)在傳輸媒體上的傳播速率(米/秒,或公里/秒)。
2、計(jì)算機(jī)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送比特的速率(比特/秒)。
這兩種速率的意義和單位完全不同。
在理解帶寬這個(gè)概念之前,我們首先來看一個(gè)公式:帶寬=時(shí)鐘頻率x總線位數(shù)/8,從公式中我們可以看到,帶寬和時(shí)鐘頻率、總線位數(shù)是有著非常密切的關(guān)系的。其實(shí)在一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中,不僅顯示器、內(nèi)存有帶寬的概念,在一塊板卡上,帶寬的概念就更多了,完全可以說是帶寬無處不在。
那到底什么是帶寬呢?帶寬的意義又是什么?為了更形象地理解帶寬、位寬、時(shí)鐘頻率的關(guān)系,我們舉個(gè)比較形象的例子,工人加工零件,如果一個(gè)人干,在大家單個(gè)加工速度相同的情況下,肯定不如兩個(gè)人干的多,帶寬就像是工人能夠加工零件的總數(shù)量,位寬仿佛工人數(shù)量,時(shí)鐘工作頻率相當(dāng)于加工單個(gè)零件的速度,位寬越寬,時(shí)鐘頻率越高則總線帶寬越大,其好處也是顯而易見的。
主板上通常會(huì)有兩塊比較大的芯片,一般將靠近CPU的那塊稱為北橋,遠(yuǎn)離CPU的稱為南橋。北橋的作用是在CPU與內(nèi)存、顯卡之間建立通信接口,它們與北橋連接的帶寬大小很大程度上決定著內(nèi)存與顯卡效能的大小。南橋是負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)的I/O設(shè)備、PCI設(shè)備和硬盤,對帶寬的要求,相比較北橋而言,是要小一些的。而南北橋之間的連接帶寬一般就稱為南北橋帶寬。隨著計(jì)算機(jī)越來越向多媒體方向發(fā)展,南橋的功能也日益強(qiáng)大,對于南北橋間的連接總線帶寬也是提出了新的要求,在INTEL的9X5系列主板上,南北橋的帶寬將從以前一直為人所詬病的266MB/S發(fā)展到空前的2GB/S,一舉解決了南北橋間的帶寬瓶頸。
 

顯卡中的帶寬

再來說說顯卡,玩游戲的朋友都知道,當(dāng)玩一些大制作游戲的時(shí)候,畫面有時(shí)候會(huì)卡的比較厲害。其實(shí)這就是顯卡帶寬不足的問題,再具體點(diǎn)說,這是顯存帶寬不足。眾所周知,當(dāng)?shù)赖腁GP接口是AGP 8X,而AGP總線的頻率是PCI總線的兩倍,也就是266MHz,很容易就可以換算出它的帶寬是2.1Gbps,這樣的帶寬就顯得很微不足道了,因?yàn)檫B最普通的ATI R9000的顯存帶寬都要達(dá)到400MHz*128Bit/8=6.4GB/s,其余的高端顯卡更是不用說了。正因?yàn)槿绱耍琁NTEL在最新的9X5芯片組中,采用了PCI-Express總線來替代老態(tài)龍鐘的AGP總線,與傳統(tǒng)PCI以及更早期的計(jì)算機(jī)總線的共享并行架構(gòu)相比,PCI Express最大的特點(diǎn)是在設(shè)備間采用點(diǎn)對點(diǎn)串行連接,如此一來即允許每個(gè)設(shè)備都有自己的專用連接,不需要向整個(gè)總線請求帶寬,同時(shí)利用串行的連接特點(diǎn)將能輕松將數(shù)據(jù)傳輸速度提到一個(gè)很高的頻率。在傳輸速度上,由于PCI Express支持雙向傳輸模式,因此連接的每個(gè)裝置都可以使用最大帶寬。AGP所遇到的帶寬瓶頸也迎刃而解。
 

總線中的帶寬

在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中,總線的作用就好比是人體中的神經(jīng)系統(tǒng),它承擔(dān)的是所有數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆氊?zé),而各個(gè)子系統(tǒng)間都必須籍由總線才能通訊,例如,CPU和北橋間有前端總線、北橋與顯卡間為AGP總線、芯片組間有南北橋總線,各類擴(kuò)展設(shè)備通過PCI、PCI-X總線與系統(tǒng)連接;主機(jī)與外部設(shè)備的連接也是通過總線進(jìn)行,流行的USB2.0、IEEE1394總線等等,一句話,在一部計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi),所有數(shù)據(jù)交換的需求都必須通過總線來實(shí)現(xiàn)!
按照工作模式不同,總線可分為兩種類型,一種是并行總線,它在同一時(shí)刻可以傳輸多位數(shù)據(jù),好比是一條允許多輛車并排開的寬敞道路,而且它還有雙向單向之分;另一種為串行總線,它在同一時(shí)刻只能傳輸一個(gè)數(shù)據(jù),好比只容許一輛車行走的狹窄道路,數(shù)據(jù)必須一個(gè)接一個(gè)傳輸、看起來仿佛一個(gè)長長的數(shù)據(jù)串,故稱為“串行”。
對串行總線來說,帶寬和工作頻率的概念與并行總線完全相同,只是它改變了傳統(tǒng)意義上的總線位寬的概念。在頻率相同的情況下,并行總線比串行總線快得多,但它存在并行傳輸信號(hào)間的干擾現(xiàn)象,頻率越高、位寬越大,干擾就越嚴(yán)重,因此要大幅提高現(xiàn)有并行總線的帶寬是非常困難的;而串行總線不存在這個(gè)問題,總線頻率可以大幅向上提升,這樣串行總線就可以憑借高頻率的優(yōu)勢獲得高帶寬。而為了彌補(bǔ)一次只能傳送一位數(shù)據(jù)的不足,串行總線常常采用多條管線(或通道)的做法實(shí)現(xiàn)更高的速度——管線之間各自獨(dú)立,多條管線組成一條總線系統(tǒng),從表面看來它和并行總線很類似,但在內(nèi)部它是以串行原理運(yùn)作的。對這類總線,帶寬的計(jì)算公式就等于“總線頻率×管線數(shù)”,這方面的例子有PCIExpress和HyperTransport,前者有×1、×2、×4、×8、×16和×32多個(gè)版本,在第一代PCIExpress技術(shù)當(dāng)中,單通道的單向信號(hào)頻率可達(dá)2.5GHz,我們以×16舉例,這里的16就代表16對雙向總線,一共64條線路,每4條線路組成一個(gè)通道,二條接收,二條發(fā)送。這樣我們可以換算出其總線的帶寬為2.5GHz×16/10=4GB/s(單向)。除10是因?yàn)槊孔止?jié)采用10位編碼。
并行總線和串行總線的描述參數(shù)存在一定差別。對并行總線來說,描述的性能參數(shù)有以下三個(gè):總線寬度、時(shí)鐘頻率、數(shù)據(jù)傳輸頻率。其中,總線寬度就是該總線可同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù),好比是車道容許并排行走的車輛的數(shù)量;例如,16位總線在同一時(shí)刻傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為16位,也就是2個(gè)字節(jié);而32位總線可同時(shí)傳輸4個(gè)字節(jié),64位總線可以同時(shí)傳輸8個(gè)字節(jié)......顯然,總線的寬度越大,它在同一時(shí)刻就能夠傳輸更多的數(shù)據(jù)。不過總線的位寬無法無限制增加。
總線的帶寬指的是這條總線在單位時(shí)間內(nèi)可以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總量,它等于總線位寬與工作頻率的乘積。例如,對于64位、800MHz的前端總線,它的數(shù)據(jù)傳輸率就等于64bit×800MHz÷8(Byte)=6.4GB/s;32位、33MHzPCI總線的數(shù)據(jù)傳輸率就是32bit×33MHz÷8=133MB/s,等等,這項(xiàng)法則可以用于所有并行總線上面——看到這里,讀者應(yīng)該明白我們所說的總線帶寬指的就是它的數(shù)據(jù)傳輸率,其實(shí)“總線帶寬”的概念同“電路帶寬”的原始概念已經(jīng)風(fēng)馬牛不相及。
 

內(nèi)存中的帶寬

除總線之外,內(nèi)存也存在類似的帶寬概念。其實(shí)所謂的內(nèi)存帶寬,指的也就是內(nèi)存總線所能提供的數(shù)據(jù)傳輸能力,但它決定于內(nèi)存芯片和內(nèi)存模組而非純粹的總線設(shè)計(jì),加上地位重要,往往作為單獨(dú)的對象討論。
SDRAM、DDR和DDRⅡ的總線位寬為64位,RDRAM的位寬為16位。而這兩者在結(jié)構(gòu)上有很大區(qū)別:SDRAM、DDR和DDRⅡ的64位總線必須由多枚芯片共同實(shí)現(xiàn),計(jì)算方法如下:內(nèi)存模組位寬=內(nèi)存芯片位寬×單面芯片數(shù)量(假定為單面單物理BANK);如果內(nèi)存芯片的位寬為8位,那么模組中必須、也只能有8顆芯片,多一枚、少一枚都是不允許的;如果芯片的位寬為4位,模組就必須有16顆芯片才行,顯然,為實(shí)現(xiàn)更高的模組容量,采用高位寬的芯片是一個(gè)好辦法。而對RDRAM來說就不是如此,它的內(nèi)存總線為串聯(lián)架構(gòu),總線位寬就等于內(nèi)存芯片的位寬。
和并行總線一樣,內(nèi)存的帶寬等于位寬與數(shù)據(jù)傳輸頻率的乘積,例如,DDR400內(nèi)存的數(shù)據(jù)傳輸頻率為400MHz,那么單條模組就擁有64bit×400MHz÷8(Byte)=3.2GB/s的帶寬;PC800標(biāo)準(zhǔn)RDRAM的頻率達(dá)到800MHz,單條模組帶寬為16bit×800MHz÷8=1.6GB/s。為了實(shí)現(xiàn)更高的帶寬,在內(nèi)存控制器中使用雙通道技術(shù)是一個(gè)理想的辦法,所謂雙通道就是讓兩組內(nèi)存并行運(yùn)作,內(nèi)存的總位寬提高一倍,帶寬也隨之提高了一倍!帶寬可以說是內(nèi)存性能最主要的標(biāo)志,業(yè)界也以內(nèi)存帶寬作為主要的分類標(biāo)準(zhǔn),但它并非決定性能的唯一要素,在實(shí)際應(yīng)用,內(nèi)存延遲的影響并不亞于帶寬。如果延遲時(shí)間太長的話相當(dāng)不利,此時(shí)即便帶寬再高也無濟(jì)于事。
 

帶寬匹配的問題

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中存在形形色色的總線,這不可避免帶來總線速度匹配問題,其中最常出問題的地方在于前端總線和內(nèi)存、南北橋總線和PCI總線。
前端總線與內(nèi)存匹配與否對整套系統(tǒng)影響最大,最理想的情況是前端總線帶寬與內(nèi)存帶寬相等,而且內(nèi)存延遲要盡可能低。在Pentium4剛推出的時(shí)候,Intel采用RDRAM內(nèi)存以達(dá)到同前端總線匹配,但RDRAM成本昂貴,嚴(yán)重影響推廣工作,Intel曾推出搭配PC133SDRAM的845芯片組,但SDRAM僅能提供1.06GB/s的帶寬,僅相當(dāng)于400MHz前端總線帶寬的1/3,嚴(yán)重不匹配導(dǎo)致系統(tǒng)性能大幅度下降;后來,Intel推出支持DDR266的845D才勉強(qiáng)好轉(zhuǎn),但仍未實(shí)現(xiàn)與前端總線匹配;接著,Intel將P4前端總線提升到533MHz、帶寬增長至5.4GB/s,雖然配套芯片組可支持DDR333內(nèi)存,可也僅能滿足1/2而已;P4的前端總線提升到800MHz,而配套的865/875P芯片組可支持雙通道DDR400——這個(gè)時(shí)候才實(shí)現(xiàn)匹配的理想狀態(tài),當(dāng)然,這個(gè)時(shí)候繼續(xù)提高內(nèi)存帶寬意義就不是特別大,因?yàn)樗隽饲岸丝偩€的接收能力。
南北橋總線帶寬曾是一個(gè)尖銳的問題,早期的芯片組都是通過PCI總線來連接南北橋,而它所能提供的帶寬僅僅只有133MB/s,若南橋連接兩個(gè)ATA-100硬盤、100M網(wǎng)絡(luò)、IEEE1394接口......區(qū)區(qū)133MB/s帶寬勢必形成嚴(yán)重的瓶頸,為此,各芯片組廠商都發(fā)展出不同的南北橋總線方案,如Intel的Hub-Link、VIA的V-Link、SiS的MuTIOL,還有AMD的HyperTransport等等,它們的帶寬都大大超過了133MB/s,最高紀(jì)錄已超過1GB/s,瓶頸效應(yīng)已不復(fù)存在。
PCI總線帶寬不足還是比較大的矛盾,PC上使用的PCI總線均為32位、33MHz類型,帶寬133MB/s,而這區(qū)區(qū)133MB/s必須滿足網(wǎng)絡(luò)、硬盤控制卡(如果有的話)之類的擴(kuò)展需要,一旦使用千兆網(wǎng)絡(luò),瓶頸馬上出現(xiàn),業(yè)界打算自2004年開始以PCIExpress總線來全面取代PCI總線,屆時(shí)PCI帶寬不足的問題將成為歷史。
 

帶寬在數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)中的意義

數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)中,帶寬用來標(biāo)識(shí)通訊線路所能傳送數(shù)據(jù)的能力,即在單位時(shí)間內(nèi)通過網(wǎng)絡(luò)中某一點(diǎn)的最高數(shù)據(jù)率,常用的單位為bps(又稱為比特率---bit per second,每秒多少比特)。在日常生活中中描述帶寬時(shí)常常把bps省略掉,例如:帶寬為4M,完成的稱為應(yīng)為4Mbps。
針對于帶寬成本降低,用戶接入速率也是越來越高,從最初的撥號(hào)上網(wǎng),到20M甚至100M光纖
但是隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展,用戶對‘帶寬’的認(rèn)識(shí)也應(yīng)該有更大的提高。
一般來說,帶寬是以 bit(比特)表示,而電信,聯(lián)通,移動(dòng)等運(yùn)營商在推廣的時(shí)候往往忽略了這個(gè)單位。
正常換算情況如下:
1Mbit=128KB
2Mbit=256KB
(以此類推)
而換算后的速度才是您真實(shí)上網(wǎng)的速度
也就是說,如果你從你的運(yùn)營商開通的帶寬是10M,那么代入計(jì)算公式,以上面換算的1M來計(jì)量
則為:
(1M=1024K)
1M/128K=1024/128=8
10/8=1.25M
也就是說你如果開通10M帶寬,可以達(dá)到最高1.25M的速度
一般來說,一臺(tái)計(jì)算機(jī)觀看電影,玩游戲等,4M帶寬足夠。但是如果你需要經(jīng)常下載大文件,建議還是使用更高帶寬

在模擬信號(hào)系統(tǒng)中的意義

在模擬信號(hào)系統(tǒng)中,帶寬用來標(biāo)識(shí)傳輸信號(hào)所占有的頻率寬度,這個(gè)寬度由傳輸信號(hào)的最高頻率和最低頻率決定,兩者之差就是帶寬值,因此又被稱為信號(hào)帶寬或者載頻帶寬,單位為Hz。
帶寬其實(shí)就是信號(hào)所占用的頻譜的度量,可以看做是一種與空間相關(guān)的量。與之相比,信號(hào)的傳輸速率就是一種與空間和時(shí)間都相關(guān)的物理量,定義為單位時(shí)間內(nèi)在信道上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。
為了合理使用頻譜資源,國際電信聯(lián)盟(ITU)為每種通信系統(tǒng)都規(guī)定了頻率范圍,這種頻率范圍又稱為頻段,而頻段的頻譜寬度又被稱之為工作帶寬。例如GSM的工作帶寬為25 MHz,WCDMACDMA均為30 MHz。
 

帶寬在人力資源領(lǐng)域中的意義

所謂“帶寬”就是指各等級薪資的最大值與最小值之差,又將其成為薪值的分布區(qū)間。一般而言,由于職位高低不同,職位或職層所涉及技能與職責(zé)的復(fù)雜性程度也會(huì)有所不同,因此,各職等級的薪資帶寬也就應(yīng)該有所不同(薪資帶寬應(yīng)當(dāng)能反應(yīng)一個(gè)職位或職層的任職者由一個(gè)初入者到能力與業(yè)績十分突出者所需要的難度大?。H绻毼换蚵殞铀婕暗募寄芘c職責(zé)能在較短時(shí)間內(nèi)得以掌握,則此等級薪資的帶寬較窄;而如果職位或職層所涉及的技能和職責(zé)需要學(xué)習(xí)的時(shí)間較長,繼續(xù)提升的機(jī)會(huì)也較小,則其相應(yīng)的帶寬較大。根據(jù)這個(gè)理論,變革者在設(shè)計(jì)職等帶寬時(shí)應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持的原則是:職等越高,其帶寬就應(yīng)越大,因?yàn)槁毜仍礁?,任職者勝任的速度就越慢?
 

帶寬在顯示器系統(tǒng)中的意義

在采用正弦輸入研究傳感器頻率動(dòng)態(tài)特性時(shí),常用頻率特性和相頻特性來描述傳感器的動(dòng)態(tài)特性,其重要指標(biāo)是頻帶寬度,簡稱帶寬。
帶寬(Bandwidth)是顯示器視頻放大器通頻寬度的簡稱,指的是電子槍在一秒鐘內(nèi)掃描過像素(Pixel)的總個(gè)數(shù),即單位時(shí)間內(nèi)所有行(水平方向)掃描線和場(豎直方向)掃描線上顯示出的像素個(gè)數(shù)之總和,單位是MHz。[1]
帶寬的詳細(xì)計(jì)算公式: B=r(x) ×r(y) ×V
B表示顯示器的帶寬
r(x)表示每條水平掃描線上的圖素個(gè)數(shù)
r(y)表示每幀畫面的水平掃描線數(shù)
V 表示每秒畫面刷新率(即場頻)


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