الحافلة من الجهة الأمامية
ناقل النظام الأمامي ( FSB ) هو واجهة اتصال حاسوبية ( ناقل ) كانت شائعة الاستخدام في الحواسيب التي تعتمد على معالجات إنتل خلال التسعينيات والألفية الجديدة. وقد أدى ناقل EV6 الوظيفة نفسها في معالجات AMD المنافسة. ينقل كلا الناقلين البيانات عادةً بين وحدة المعالجة المركزية (CPU) ووحدة تحكم الذاكرة، المعروفة باسم الجسر الشمالي . [ 1 ]
بحسب التصميم، قد تحتوي بعض الحواسيب على ناقل خلفي يربط وحدة المعالجة المركزية بالذاكرة المؤقتة . هذا الناقل والذاكرة المؤقتة المتصلة به أسرع من الوصول إلى ذاكرة النظام (أو ذاكرة الوصول العشوائي) عبر الناقل الأمامي. تُستخدم سرعة الناقل الأمامي غالبًا كمقياس مهم لأداء الحاسوب.
تم استبدال بنية ناقل النظام الأمامي الأصلية بتقنية HyperTransport و Intel QuickPath Interconnect و Direct Media Interface ، تلتها تقنية Intel Ultra Path Interconnect و Infinity Fabric من AMD .
تاريخ
بدأ استخدام هذا المصطلح من قبل شركة إنتل في نفس الوقت تقريبًا الذي تم فيه الإعلان عن منتجات Pentium Pro و Pentium II ، في التسعينيات.
يشير مصطلح "الجانب الأمامي" إلى الواجهة الخارجية من المعالج إلى بقية نظام الحاسوب، على عكس الجانب الخلفي، حيث يربط ناقل الجانب الخلفي ذاكرة التخزين المؤقت (وربما وحدات المعالجة المركزية الأخرى). [ 2 ]
تُستخدم ناقلة النظام الأمامية (FSB) في الغالب على اللوحات الأم الخاصة بالحواسيب الشخصية (بما في ذلك الحواسيب الشخصية والخوادم). ونادرًا ما تُستخدم في الأنظمة المدمجة أو الحواسيب الصغيرة المماثلة. وقد مثّل تصميم ناقلة النظام الأمامية تحسينًا في الأداء مقارنةً بتصميمات ناقلة النظام الفردية في العقود السابقة، ولكن يُشار إلى هذه الناقلات أحيانًا باسم "ناقلة النظام".
تربط ناقلات النظام الأمامية عادةً وحدة المعالجة المركزية وبقية مكونات الجهاز عبر مجموعة شرائح ، والتي نفذتها إنتل على شكل جسر شمالي وجسر جنوبي . وتتصل ناقلات أخرى، مثل ناقل المكونات الطرفية (PCI) وناقل الرسومات المُسرّع (AGP) وناقلات الذاكرة، بمجموعة الشرائح لضمان تدفق البيانات بين الأجهزة المتصلة. وتعمل ناقلات النظام الثانوية هذه عادةً بسرعات مُستمدة من ساعة ناقل النظام الأمامي، ولكنها ليست بالضرورة متزامنة معها.
استجابةً لمبادرة تورينزا من AMD ، فتحت إنتل مقبس وحدة المعالجة المركزية (CPU) الخاص بناقل النظام الأمامي (FSB) لأجهزة الطرف الثالث. [ 3 ] قبل هذا الإعلان، الذي صدر في ربيع عام 2007 في منتدى مطوري إنتل في بكين، كانت إنتل تحرص بشدة على تحديد من يمكنه الوصول إلى ناقل النظام الأمامي، حيث كانت تسمح فقط لمعالجات إنتل بتركيب مقبس وحدة المعالجة المركزية. وكان أول مثال على ذلك هو المعالجات المساعدة لمصفوفة البوابات المنطقية القابلة للبرمجة الميدانية (FPGA)، وهي نتاج تعاون بين إنتل وزيلينكس ونالاتيك [ 4 ] وإنتل وألترا وإكستريم داتا (التي طُرحت في الأسواق عام 2008). [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]
سرعات المكونات ذات الصلة
وحدة المعالجة المركزية
يُحدد تردد تشغيل المعالج (CPU) في بعض الحالات بتطبيق مُضاعِف تردد على سرعة ناقل النظام الأمامي (FSB). على سبيل المثال، قد يستخدم معالج يعمل بتردد 3200 ميجاهرتز ناقل نظام أمامي بتردد 400 ميجاهرتز. هذا يعني وجود إعداد داخلي لمُضاعِف التردد (يُسمى أيضًا نسبة الناقل/النواة) بقيمة 8. أي أن المعالج مُعدّ للعمل بتردد يساوي 8 أضعاف تردد ناقل النظام الأمامي: 400 ميجاهرتز × 8 = 3200 ميجاهرتز. يُمكن الحصول على سرعات مختلفة للمعالج بتغيير تردد ناقل النظام الأمامي أو مُضاعِف تردد المعالج، ويُشار إلى ذلك بزيادة تردد التشغيل أو خفضه .
ذاكرة
يرتبط تحديد سرعة ناقل النظام الأمامي (FSB) ارتباطًا مباشرًا بسرعة الذاكرة التي يجب أن يستخدمها النظام. يربط ناقل الذاكرة بين الجسر الشمالي وذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، تمامًا كما يربط ناقل النظام الأمامي بين وحدة المعالجة المركزية (CPU) والجسر الشمالي. غالبًا ما يجب أن يعمل هذان الناقلان بنفس التردد. زيادة سرعة ناقل النظام الأمامي إلى 450 ميجاهرتز تعني في معظم الحالات تشغيل الذاكرة بنفس السرعة.
في الأنظمة الحديثة، قد نرى نسبًا للذاكرة مثل "4:5". في هذه الحالة، تعمل الذاكرة بسرعة تعادل 5/4 ضعف سرعة ناقل النظام الأمامي (FSB)، ما يعني أن ناقلًا بسرعة 400 ميجاهرتز يمكن أن يعمل مع ذاكرة تعمل بسرعة 500 ميجاهرتز. يُشار إلى هذا غالبًا باسم النظام "غير المتزامن". ونظرًا لاختلافات بنية المعالج والنظام، قد يتباين أداء النظام بشكل غير متوقع مع اختلاف نسب FSB إلى الذاكرة.
في تطبيقات معالجة الصور والصوت والفيديو والألعاب وتوليف البيانات باستخدام FPGA والتطبيقات العلمية التي تُجري عمليات حسابية صغيرة على كل عنصر من عناصر مجموعة بيانات كبيرة ، تُصبح سرعة ناقل النظام الأمامي (FSB) عاملاً حاسماً في الأداء. فبطء ناقل النظام الأمامي يُجبر وحدة المعالجة المركزية على قضاء وقت طويل في انتظار وصول البيانات من ذاكرة النظام . مع ذلك، إذا كانت العمليات الحسابية التي تتضمن كل عنصر أكثر تعقيداً، فسيستغرق المعالج وقتاً أطول لإجرائها؛ وبالتالي، سيتمكن ناقل النظام الأمامي من مواكبة هذا التعقيد نظراً لانخفاض معدل الوصول إلى الذاكرة.
الحافلات الطرفية
على غرار ناقل الذاكرة، يمكن تشغيل ناقلي PCI وAGP بشكل غير متزامن من ناقل الواجهة الأمامية. في الأنظمة القديمة، كان يتم تشغيل هذين الناقلين بتردد محدد من تردد ناقل الواجهة الأمامية، وكان هذا التردد يُحدد بواسطة نظام الإدخال والإخراج الأساسي (BIOS) . أما في الأنظمة الأحدث، فغالبًا ما تتلقى نواقل PCI وAGP و PCI Express الطرفية إشارات ساعة خاصة بها ، مما يُلغي اعتمادها على ناقل الواجهة الأمامية لتحديد التوقيت.
كسر سرعة المعالج
كسر السرعة هو ممارسة جعل مكونات الكمبيوتر تعمل بما يتجاوز مستويات أدائها الأصلية عن طريق التلاعب بالترددات التي تم ضبط المكون على العمل بها، وعند الضرورة، تعديل الجهد المرسل إلى المكون للسماح له بالعمل عند هذه الترددات الأعلى بمزيد من الاستقرار.
تتيح العديد من اللوحات الأم للمستخدم ضبط مُضاعِف التردد وإعدادات ناقل النظام الأمامي (FSB) يدويًا عن طريق تغيير وصلات التوصيل أو إعدادات BIOS. وتقوم معظم شركات تصنيع المعالجات المركزية (CPU) حاليًا بتثبيت إعداد مُضاعِف مُسبق في الشريحة. ويمكن فك قفل بعض المعالجات المُقفلة؛ على سبيل المثال، يمكن فك قفل بعض معالجات AMD Athlon عن طريق توصيل نقاط كهربائية على سطح المعالج. كما أن بعض المعالجات الأخرى من AMD وIntel تُفك قفلها من المصنع، ويُطلق عليها المستخدمون النهائيون وتجار التجزئة اسم معالجات "للمحترفين" نظرًا لهذه الميزة. وبالنسبة لجميع المعالجات، يُمكن زيادة سرعة ناقل النظام الأمامي (FSB) لتعزيز سرعة المعالجة عن طريق تقليل زمن الاستجابة بين المعالج والجسر الشمالي.
تُؤدي هذه الممارسة إلى تجاوز المكونات لمواصفاتها، مما قد يُسبب سلوكًا غير منتظم، أو ارتفاعًا في درجة الحرارة، أو عطلًا مُبكرًا. حتى لو بدا الكمبيوتر يعمل بشكل طبيعي، فقد تظهر مشاكل عند التحميل الزائد. لا تسمح معظم أجهزة الكمبيوتر الشخصية المُشتراة من تجار التجزئة أو الشركات المُصنّعة، مثل هيوليت-باكارد أو ديل ، للمستخدم بتغيير إعدادات المُضاعِف أو ناقل النظام الأمامي (FSB) نظرًا لاحتمالية حدوث سلوك غير منتظم أو عطل. أما اللوحات الأم التي تُشترى بشكل منفصل لبناء جهاز مُخصّص، فمن المُرجّح أن تسمح للمستخدم بتعديل إعدادات المُضاعِف وناقل النظام الأمامي (FSB) في نظام الإدخال والإخراج الأساسي (BIOS) الخاص بالكمبيوتر.
تطور
كان ناقل النظام الأمامي (FSB) يتميز بمرونة عالية وتكلفة منخفضة عند تصميمه لأول مرة. تضع المعالجات المتعددة المتناظرة البسيطة عددًا من وحدات المعالجة المركزية على ناقل النظام الأمامي المشترك، إلا أن الأداء لم يكن قابلاً للتوسع بشكل خطي بسبب اختناقات عرض النطاق الترددي .
تم استخدام ناقل الجانب الأمامي في جميع طرازات معالجات Intel Atom و Celeron و Pentium و Core 2 و Xeon حتى عام 2008 تقريبًا [ 8 ] وتم التخلص منه في عام 2009. [ 9 ] في الأصل، كان هذا الناقل نقطة اتصال مركزية لجميع أجهزة النظام ووحدة المعالجة المركزية.
تُهدر إمكانات وحدة المعالجة المركزية الأسرع إذا لم تتمكن من جلب التعليمات والبيانات بالسرعة الكافية لتنفيذها. قد تقضي وحدة المعالجة المركزية وقتًا طويلًا في وضع الخمول أثناء انتظار قراءة البيانات أو كتابتها في الذاكرة الرئيسية، ولذلك تتطلب المعالجات عالية الأداء نطاقًا تردديًا عاليًا وزمن استجابة منخفضًا للوصول إلى الذاكرة. وقد انتقدت شركة AMD ناقل النظام الأمامي باعتباره تقنية قديمة وبطيئة تحد من أداء النظام. [ 10 ]
تستخدم التصاميم الحديثة اتصالات من نقطة إلى نقطة واتصالات تسلسلية مثل تقنية HyperTransport من AMD وتقنية DMI 2.0 أو QuickPath Interconnect (QPI) من Intel . وتستغني هذه التطبيقات عن الجسر الشمالي التقليدي لصالح وصلة مباشرة من وحدة المعالجة المركزية إلى ذاكرة النظام، والأجهزة الطرفية عالية السرعة، ووحدة التحكم المركزية ، أو الجسر الجنوبي ، أو وحدة التحكم في الإدخال/الإخراج. [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]
في البنية التقليدية، كانت ناقلة البيانات الأمامية بمثابة وصلة البيانات المباشرة بين وحدة المعالجة المركزية وجميع الأجهزة الأخرى في النظام، بما في ذلك الذاكرة الرئيسية. أما في الأنظمة القائمة على تقنيتي HyperTransport وQPI، فيتم الوصول إلى ذاكرة النظام بشكل مستقل عبر وحدة تحكم ذاكرة مدمجة في وحدة المعالجة المركزية، مما يتيح استخدام عرض النطاق الترددي لوصلة HyperTransport أو QPI لأغراض أخرى. يزيد هذا من تعقيد تصميم وحدة المعالجة المركزية، ولكنه يوفر إنتاجية أعلى وقابلية توسع فائقة في أنظمة المعالجات المتعددة.
أسعار التحويل
يُحدد عرض النطاق الترددي أو الحد الأقصى النظري لمعدل نقل البيانات لناقل النظام الأمامي بضرب عرض مسار البيانات، وتردد الساعة (دورات في الثانية)، وعدد عمليات نقل البيانات التي يُجريها في كل دورة ساعة. على سبيل المثال، ناقل نظام أمامي بعرض 64 بت (8 بايت ) يعمل بتردد 100 ميجاهرتز ويُجري 4 عمليات نقل في كل دورة، يكون عرض نطاقه الترددي 3200 ميجابايت في الثانية (MB/s).
- 8 بايت/نقلة × 100 ميجاهرتز × 4 نقلات/دورة = 3200 ميجابايت/ثانية
يعتمد عدد عمليات النقل في كل دورة ساعة على التقنية المستخدمة. على سبيل المثال، تُجري تقنية GTL+ عملية نقل واحدة في كل دورة، بينما تُجري تقنية EV6 عمليتي نقل في كل دورة، وتُجري تقنية AGTL+ أربع عمليات نقل في كل دورة. تُطلق إنتل على تقنية النقل أربع مرات في كل دورة اسم "الضخ الرباعي" .
ينشر العديد من المصنّعين تردد ناقل النظام الأمامي (FSB) بالميغاهرتز، لكن مواد التسويق غالبًا ما تذكر معدل الإشارة الفعلي النظري (والذي يُعرف عادةً باسم ميغا نقل في الثانية أو MT/s). على سبيل المثال، إذا كانت اللوحة الأم (أو المعالج) مضبوطة على تردد ناقل 200 ميغاهرتز وتُجري 4 عمليات نقل في كل دورة ساعة، فإن معدل نقل البيانات عبر ناقل النظام الأمامي (FSB) يُقدّر بـ 800 ميغا نقل في الثانية.
تم توضيح مواصفات عدة أجيال من المعالجات الشائعة أدناه.
معالجات إنتل
| وحدة المعالجة المركزية | تردد FSB (ميجاهرتز) | عمليات النقل لكل دورة | عرض الحافلة | معدل التحويل (ميغابايت/ثانية) |
|---|---|---|---|---|
| بنتيوم | 50–66 | 1 | 64 بت | 400–528 |
| بنتيوم أوفر درايف | 25-66 | 1 | 32 أو 64 بت | 200–528 |
| بنتيوم برو | 60 / 66 | 1 | 64 بت | 480–528 |
| بنتيوم إم إم إكس | 60 / 66 | 1 | 64 بت | 480–528 |
| بنتيوم إم إم إكس أوفر درايف | 50 / 60 / 66 | 1 | 64 بت | 400–528 |
| بنتيوم 2 | 66 / 100 | 1 | 64 بت | 528 / 800 |
| بنتيوم 2 زيون | 100 | 1 | 64 بت | 800 |
| بنتيوم 2 أوفر درايف | 60 / 66 | 1 | 64 بت | 480–528 |
| بنتيوم 3 | 100 / 133 | 1 | 64 بت | 800 / 1064 |
| بنتيوم 3 زيون | 100 / 133 | 1 | 64 بت | 800 / 1064 |
| بنتيوم 3-م | 100 / 133 | 1 | 64 بت | 800 / 1064 |
| بنتيوم 4 | 100 / 133 | 4 | 64 بت | 3200–4256 |
| بنتيوم 4-M | 100 | 4 | 64 بت | 3200 |
| بنتيوم 4 إتش تي | 133 / 200 | 4 | 64 بت | 4256 / 6400 |
| بنتيوم 4 إتش تي الإصدار المتطرف | 200 / 266 | 4 | 64 بت | 6400 / 8512 |
| بنتيوم دي | 133 / 200 | 4 | 64 بت | 4256–6400 |
| إصدار بنتيوم إكستريم | 200 / 266 | 4 | 64 بت | 6400 / 8512 |
| بنتيوم إم | 100 / 133 | 4 | 64 بت | 3200 / 4256 |
| معالج بنتيوم ثنائي النواة | 200 / 266 | 4 | 64 بت | 6400 / 8512 |
| هاتف محمول ثنائي النواة بنتيوم | 133–200 | 4 | 64 بت | 6400–8512 |
| سيليرون | 66–200 | 1-4 | 64 بت | 528–6400 |
| سيليرون موبايل | 133–200 | 1-4 | 64 بت | 4256–6400 |
| سيليرون دي | 133 | 4 | 64 بت | 4256 |
| سيليرون إم | 66–200 | 1-4 | 64 بت | 528–6400 |
| معالج سيليرون ثنائي النواة | 200 | 4 | 64 بت | 6400 |
| هاتف محمول ثنائي النواة من سيليرون | 133–200 | 4 | 64 بت | 4256–6400 |
| إيتانيوم | 133 | 2 | 64 بت | 2133 |
| إيتانيوم 2 | 200–333 | 2 | 128 بت | 6400–10666 |
| زيون | 100–400 | 4 | 64 بت | 3200–12800 |
| كور سولو | 133 / 166 | 4 | 64 بت | 4256 / 5312 |
| الثنائي الأساسي | 133 / 166 | 4 | 64 بت | 4256 / 5312 |
| Core 2 Solo | 133–200 | 4 | 64 بت | 4256–6400 |
| Core 2 Duo | 200–333 | 4 | 64 بت | 6400–10656 |
| هاتف كور 2 ديو | 133–266 | 4 | 64 بت | 4256–8512 |
| معالج Core 2 رباعي النواة | 266 / 333 | 4 | 64 بت | 8512 / 10656 |
| هاتف محمول بمعالج Core 2 رباعي النواة | 266 | 4 | 64 بت | 8512 |
| كور 2 إكستريم | 266–400 | 4 | 64 بت | 8512–12800 |
| Core 2 Extreme Mobile | 200 / 266 | 4 | 64 بت | 6400 / 8512 |
| الذرة | 100–166 | 4 | 64 بت | 3200–5312 |
معالجات AMD
| وحدة المعالجة المركزية | تردد FSB (ميجاهرتز) | عمليات النقل لكل دورة | عرض الحافلة | معدل التحويل (ميغابايت/ثانية) |
|---|---|---|---|---|
| K5 | 50–66 | 1 | 64 بت | 400–528 |
| K6 | 66 | 1 | 64 بت | 528 |
| K6-II | 66–100 | 1 | 64 بت | 528–800 |
| K6-III | 66 / 100 | 1 | 64 بت | 528–800 |
| أثلون | 100 / 133 | 2 | 64 بت | 1600–2128 |
| أثلون إكس بي | 100 / 133 / 166 / 200 | 2 | 64 بت | 1600–3200 |
| أثلون إم بي | 100 / 133 | 2 | 64 بت | 1600–2128 |
| أثلون موبايل 4 | 100 | 2 | 64 بت | 1600 |
| أثلون إكس بي-إم | 100 / 133 | 2 | 64 بت | 1600–2128 |
| دورون | 100 / 133 | 2 | 64 بت | 1600–2128 |
| سيمبرون | 166 / 200 | 2 | 64 بت | 2656–3200 |
مراجع
- ↑ سكوت مولر (2003). ترقية وإصلاح أجهزة الكمبيوتر الشخصية (الطبعة الخامسة عشرة ) . دار نشر كيو. ص 314. ISBN 978-0-7897-2974-3.
- ↑ تود لانغلي وروب كوالتشيك (يناير 2009). "مقدمة إلى معمارية إنتل: الأساسيات" (ملف PDF) . ورقة بيضاء . شركة إنتل. مؤرشفة من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 12 يوليو 2009. تم الاطلاع عليها بتاريخ 28 مايو 2011 .
- ↑ تشارلي ديميرجيان (17 أبريل 2007). "إنتل تفتح ناقلها الأمامي للعالم + كلب: مؤتمر IDF Spring 007، زيلينكس تُبشّر بمفاجأة مدوية" . صحيفة ذا إنكوايرر . مؤرشف من الأصل في 7 أكتوبر 2012. تم الاطلاع عليه في 28 مايو 2011 .
- ↑ «نالاتيك تطلق برنامج الوصول المبكر لأول وحدة FSB-FPGA في الصناعة» . بيان صحفي من بزنس واير . نالاتيك. ١٨ سبتمبر ٢٠٠٧. تم الاطلاع عليه بتاريخ ١٤ يونيو ٢٠١١ .
- ↑ "شركة XtremeData تُقدّم وحدة Stratix III Intel FSB القائمة على معالج FPGA" . بيان صحفي من Business Wire . مجلة Chip Design. 18 سبتمبر 2007. مؤرشف من الأصل في 23 يوليو 2011. تم الاطلاع عليه في 14 يونيو 2011 .
- ↑ آشلي فانس (17 أبريل 2007). "النظام الغذائي الغني بالألياف يمنح إنتل "الانتظام" اللازم للتغلب على AMD" . ذا ريجستر . تم الاطلاع عليه في 28 مايو 2011 .
- ↑ "بدأت شركة XtremeData شحن وحدة ناقل النظام الأمامي (FSB) من إنتل، القائمة على معالج Altera Stratix III FPGA بتردد 1066 ميجاهرتز" . بيان صحفي من Business Wire . XtremeData. 17 يونيو 2008. تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 يونيو 2011 .
- ↑ "معالج Intel X38 Tango - هل يستحق رفع تردد التشغيل العالي لناقل النظام الأمامي كل هذا العناء؟" . مؤرشف من الأصل في 13 يوليو 2010.
- ↑ "مراجعة معالج Core i7 975 (الصفحة 4)" . 2 يونيو 2009.
- ↑ آلان ماكناوتون (29 سبتمبر 2003). "ناقل النقل الفائق من AMD: انقل تطبيقك إلى أداء فائق" . AMD. مؤرشف من الأصل في 25 مارس 2012. تم الاطلاع عليه في 14 يونيو 2011 .
- ↑ "مقدمة إلى تقنية الربط البيني Intel QuickPath" (ملف PDF) . شركة إنتل. 30 يناير 2009. تم الاطلاع عليه في 14 يونيو 2011 .
- ↑ "إنتل تطلق بنية حاسوب شخصي جديدة كلياً مع معالجات Core i5/I7" . 8 سبتمبر 2009.
- ↑ "مراجعة معالج Core i7 975 (الصفحة 4)" . 2 يونيو 2009.
- حافلات الكمبيوتر
- اللوحة الأم