Frente del lado del bus

Dentro de un procesador multi-core, el autobús trasero es a menudo interno, con bus frontal para comunicación externa.

El bus frontal (FSB) es una interfaz de comunicación de computadora (bus) que se usaba 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 suelen transportar datos entre la unidad central de procesamiento (CPU) y un concentrador de controlador de memoria, conocido como puente norte.

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 usa 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 de volumen modernas.

Historia

Intel Corporation empezó a utilizar el término 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 trasera, donde el bus de la parte trasera conecta la memoria caché (y potencialmente otras CPU).

Un bus frontal (FSB) se usa principalmente en placas base relacionadas con PC (incluyendo computadoras personales y servidores). Rara vez se utilizan en sistemas integrados o pequeñas computadoras similares. El diseño de FSB fue una mejora del rendimiento con respecto a los diseños de bus de sistema único de las décadas anteriores, pero estos buses del lado frontal a veces se denominan "bus de sistema".

Los buses del lado frontal generalmente conectan la CPU y el resto del hardware a través de un conjunto de chips, que Intel implementó como un puente norte y un 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 conjunto de chips para que los datos fluyan entre los dispositivos conectados. Estos buses del sistema secundario generalmente funcionan a velocidades derivadas del reloj del bus del lado 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. Antes de este anuncio, realizado en la primavera de 2007 en Intel Developer Forum en Beijing, Intel había vigilado muy de cerca quién tenía acceso al FSB, y solo permitía 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 e Intel-Altera-XtremeData (que se lanzó en 2008).

Velocidades de los componentes relacionados

Un diseño típico de chipset

CPU

La frecuencia a la que funciona 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 usando 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.

Memoria

La configuración de una velocidad FSB está directamente relacionada 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 buses deben operar a 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. Esto a menudo se conoce como un sistema 'asincrónico' sistema. Debido a las diferencias en la CPU y la arquitectura del sistema, el rendimiento general del sistema puede variar de manera inesperada con diferentes proporciones de FSB a memoria.

En imágenes, audio, video, juegos, síntesis de FPGA y aplicaciones científicas que realizan una pequeña cantidad de trabajo en cada elemento de un gran conjunto de datos, la velocidad de FSB se convierte en un problema de rendimiento importante. Un FSB lento hará que la CPU pase mucho tiempo esperando que lleguen datos de la memoria del sistema. Sin embargo, si los cálculos relacionados con cada elemento son más complejos, el procesador tardará más tiempo en realizarlos; por lo tanto, el FSB podrá mantener el ritmo porque se reduce la velocidad a la que se accede a la memoria.

Autobuses periféricos

Al igual que el 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 buses funcionan a una fracción establecida de la frecuencia del bus del lado frontal. Esta fracción fue establecida 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 temporización.

Overclocking

El overclocking es la práctica de hacer que los componentes de la computadora funcionen más allá de sus niveles de rendimiento estándar mediante la manipulación de las frecuencias a las que el componente está configurado para funcionar y, cuando sea necesario, modificando el voltaje enviado al componente para permitir que funcione en estos niveles más altos. frecuencias 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 multiplicadora preestablecida en el chip. Es posible desbloquear algunas CPU bloqueadas; por ejemplo, algunos procesadores AMD Athlon se pueden desbloquear conectando contactos eléctricos en puntos de la superficie de la CPU. Algunos otros procesadores de AMD e Intel están desbloqueados de fábrica y etiquetados como "grado entusiasta" procesadores por usuarios finales y minoristas debido a esta función. 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 a 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 que el usuario cambie la configuración del multiplicador o del FSB debido a la probabilidad de un comportamiento errático o una 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.

Evolución

El autobús de la parte delantera tenía la ventaja de una gran flexibilidad y un bajo costo cuando se diseñó por primera vez. Los multiprocesadores simétricos simples colocan una cantidad de CPU en un FSB compartido, aunque el rendimiento no pudo escalar linealmente debido a los cuellos de botella del ancho de banda.

El bus frontal se usó en todos los modelos de procesadores Intel Atom, Celeron, Pentium, Core 2 y Xeon hasta aproximadamente 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 obtener 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 de baja latencia a la memoria. AMD criticó el bus frontal por ser una tecnología antigua y lenta que limita el rendimiento del sistema.

Los diseños más modernos utilizan conexiones seriales y de punto a punto como AMD's HyperTransport y Intel's DMI 2.0 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.

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 por medio de 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 una escalabilidad superior en sistemas multiprocesador.

Tasas de transferencia

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 la cantidad 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 realiza 4 transferencias por ciclo tiene un ancho de banda de 3200 megabytes por segundo (MB/s):

8 bytes/transfer × 100 MHz × 4 transferencias/ciclo = 3200 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 establecido en 200 MHz y realiza 4 transferencias por ciclo de reloj, el FSB tiene una capacidad nominal de 800 MT/s.

A continuación se indican las especificaciones de varias generaciones de procesadores populares.

Procesadores Intel

Procesadores AMD