带宽-波特率-比特率的概念详解.pdfVIP

带宽、比特率、波特率、网络速度的各种概念 在各类电子设备和元器件中，我们都可以接触到带宽的概念，例如我们熟知的显示器的 带宽、内存的带宽、总线的带宽和网络的带宽等等；对这些设备而言，带宽是一个非常重要 的指标。不过容易让人迷惑的是，在显示器中它的单位是 MHz，这是一个频率的概念；而 在总线和内存中的单位则是 GB/s，相当于数据传输率的概念；而在通讯领域，带宽的描述 单位又变成了 MHz、GHz……这两种不同单位的带宽表达的是同一个内涵么？二者存在哪 些方面的联系呢？本文就带你走入精彩的带宽世界。 一、 带宽的两种概念 如果从电子电路角度出发，带宽（Bandwidth）本意指的是电子电路中存在一个固有通 频带，这个概念或许比较抽象，我们有必要作进一步解释。大家都知道，各类复杂的电子电 路无一例外都存在电感、电容或相当功能的储能元件，即使没有采用现成的电感线圈或电容， 导线自身就是一个电感，而导线与导线之间、导线与地之间便可以组成电容——这就是通常 所说的杂散电容或分布电容；不管是哪种类型的电容、电感，都会对信号起着阻滞作用从而 消耗信号能量，严重的话会影响信号品质。这种效应与交流电信号的频率成正比关系，当频 率高到一定程度、令信号难以保持稳定时，整个电子电路自然就无法正常工作。为此，电子 学上就提出了“带宽”的概念，它指的是电路可以保持稳定工作的频率范围。而属于该体系的 有显示器带宽、通讯/ 网络中的带宽等等。 而第二种带宽的概念大家也许会更熟悉，它所指的其实是数据传输率，譬如内存带宽、 总线带宽、网络带宽等等，都是以“字节/秒”为单位。我们不清楚从什么时候起这些数据传输 率的概念被称为“带宽”，但因业界与公众都接受了这种说法，代表数据传输率的带宽概念非 常流行，尽管它与电子电路中“带宽”的本意相差很远。 对于电子电路中的带宽，决定因素在于电路设计。它主要是由高频放大部分元件的特 性决定，而高频电路的设计是比较困难的部分，成本也比普通电路要高很多。这部分内容涉 及到电路设计的知识，对此我们就不做深入的分析。而对于总线、内存中的带宽，决定其数 值的主要因素在于工作频率和位宽，在这两个领域，带宽等于工作频率与位宽的乘积，因此 带宽和工作频率、位宽两个指标成正比。不过工作频率或位宽并不能无限制提高，它们受到 很多因素的制约，我们会在接下来的总线、内存部分对其作专门论述。 二、 总线中的带宽 在计算机系统中，总线的作用就好比是人体中的神经系统，它承担的是所有数据传输的 职责，而各个子系统间都必须籍由总线才能通讯，例如，CPU 和北桥间有前端总线、北桥 与显卡间为AGP 总线、芯片组间有南北桥总线，各类扩展设备通过PCI、PCI-X 总线与系 统连接；主机与外部设备的连接也是通过总线进行，如目前流行的USB 2.0、IEEE1394 总 线等等，一句话，在一部计算机系统内，所有数据交换的需求都必须通过总线来实现！ 按照工作模式不同，总线可分为两种类型，一种是并行总线，它在同一时刻可以传输多位数 据，好比是一条允许多辆车并排开的宽敞道路，而且它还有双向单向之分；另一种为串行总 线，它在同一时刻只能传输一个数据，好比只容许一辆车行走的狭窄道路，数据必须一个接 一个传输、看起来仿佛一个长长的数据串，故称为“串行”。 并行总线和串行总线的描述参数存在一定差别。对并行总线来说，描述的性能参数有以 下三个：总线宽度、时钟频率、数据传输频率。其中，总线宽度就是该总线可同时传输数据 的位数，好比是车道容许并排行走的车辆的数量；例如，16 位总线在同一时刻传输的数据 为16 位，也就是2 个字节；而32 位总线可同时传输4 个字节，64 位总线可以同时传输8 个字节显然，总线的宽度越大，它在同一时刻就能够传输更多的数据。不过总线的位宽 无法无限制增加。时钟频率和数据传输频率的概念在上一期的文章中有过详细介绍，我们就 不作赘述。 总线的带宽指的是这条总线在单位时间内可以传输的数据总量，它等于总线位宽与工作 频率的乘积。例如，对于 64 位、800MHz 的前端总线，它的数据传输率就等于 64bit×800MHz÷8(Byte)=6.4GB/s ；32 位、33MHz PCI 总线的数据传输率就是 32bit×33MHz÷8=133MB/s，等等，这项法则可以用于所有并行总线上面——看到这里，读 者应该明白我们所说的总线带宽指的就是它的数据传输率，其实“总线带宽”的概念同“电路带 宽”的原始概念已经风马牛不相及。 对串行