新手充电：“带宽”家族的故事

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新手充电：“带宽”家族的故事

一天，菜鸟笨笨红肿着眼睛跑进Q博士诊所，说“挨打”了，Q博士当即义愤填膺，表示要替菜鸟笨笨出这口气，菜鸟笨笨却破涕为笑：“偶跟人家打CS，画面的速度和精度总是比不上人家，结果每次被BT（爆头）的都是偶，还有屏幕一闪一闪的，几个回合下来，眼睛就受不了了……明明大家使用的都是MX440显卡嘛，呜呜！”Q博士笑得前俯后仰：“呵呵！原来是‘带宽’欺负了你，下面就让我给你补上这一课吧。”

一、无处不在的带宽

　　菜鸟笨笨：带宽这个名词听上去很抽象哦，究竟何谓带宽呢？它跟硬件性能又有什么样的关系？

　　Q博士：这里我打个比喻，带宽其实就像高速公路的路面宽度和允许的最大车速，而数据流则相当于公路上的车流（图1）。当车的数量很少时，路面宽一些和窄一些，对车速都没有任何影响；随着车流的逐渐增大，直至某个临界点，路面宽度对车流量的影响才一下子凸现出来，路面窄的话，就不能让更多的车辆在同一时间内通过，甚至造成大塞车。当然，我们也可以提高允许的最大车速，这样也能使得在单位时间内通过更多的车。

图1

　　有了上面这个形象的比喻，相信你就不难理解带宽了吧，从专业的角度去描述，带宽的意思是指波长、频率或能量带的范围，特指以每秒周数表示频带的上、下边界频率之差。也就是说带宽是用来描述频带宽度的，但是在数字传输方面，也常用带宽来衡量传输数据的能力，例如用它来表示单位时间内传输数据容量的大小、数据吞吐的能力。

对于很多配件来说，带宽都是决定其性能的重要参数之一，从机箱内主板的总线频率、内存、显卡，机箱外的显示器乃至网络，带宽的身影可谓无处不在。

二、系统总线和内存的带宽

　　菜鸟笨笨：先给我具体解释一下系统总线和内存的带宽吧。

　　Q博士：好的。首先我们来看系统的工作过程。当CPU接收到用户的指令后，它会最先向CPU中的一级缓存（L1 Cache）去寻找相关的数据，一级缓存里没有的数据，CPU会继续向下一级的二级缓存（L2 Cache）寻找，由于一、二级缓存的容量有限，命中率很低，因此再向下就到达内存，最后才是硬盘。这里我们可以将内存看作是内存控制器（一般位于北桥芯片中）与CPU之间的桥梁或仓库。显然，内存的容量决定“仓库”的大小，而内存的带宽决定“桥梁”的宽窄，两者缺一不可，这也就是我们常常说道的“内存容量”与“内存速度”。

　　由于目前系统处理的数据量都是相当巨大的，几乎每一步操作都得经过内存，它也是整个系统中工作最为频繁的部件。因此在内存容量一定的前提下，内存的带宽就在一定程度上决定了这个系统的表现。可光有内存的高带宽还不行，既然主板是CPU和内存的载体，因此其对内存带宽存在着一个“高度限制”，这就是我们平常所说的外部总线频率，或前端总线（FSB）。

　　菜鸟笨笨：哦，这就是说，前端总线（FSB）频率是直接影响CPU与内存数据交换的速度，我买了高带宽的内存条子，还得有“高带宽”主板来支持，是这样吗？

　　Q博士：聪明！这就涉及到CPU、主板和内存之间的搭配问题。目前PC机上所能达到的前端总线频率有266MHz、333MHz、400MHz、533MHz、800MHz几种，FSB与内存带宽相等的情况下，则不存在瓶颈问题，如果内存带宽小于FSB则形成内存带宽瓶径，就无法完全发挥系统的性能（图2）。

图2

因此对于Intel的主流平台，如赛扬4和老P4的外频均为为100 MHz，其FSB为400 MHz，数据带宽为3.2GB/s，应该使用DDR400或双通道DDR200以上；P4B和赛扬D的外频为133 MHz，其FSB为533 MHz，数据带宽为4.2GB/s，应该使用DDR533或双通道DDR266以上；P4C、P4E已及新P4A的外频为200 MHz，其FSB为800 MHz，数据带宽为6.4GB/s，应该使用双通道DDR400以上。对于AMD的主流平台，Athlon XP外频分为133 MHz、166 MHz、200 MHz，应该分别使用DDR266、DDR333、DDR400内存。
菜鸟笨笨：上面你提到FSB为400MHz的时候，数据带宽为3.2GB/s，具体是怎么计算的呢？

　　Q博士：这里给你一个计算数据带宽的公式：带宽＝工作频率×总线宽度/8（计算带宽时位和字节的换算）。SDR和DDR都是64bit的总线宽度，只是DDR可以在时钟信号的上升沿和下降沿都传送数据，因此计算得到的相应带宽要×2。因此我们可以得到以下结果：

　　DDR266，运行频率为133MHz，带宽为133×2×64/8=2100MB/s=2.1GB/s

　　DDR333，运行频率为166MHz，带宽为166×2×64/8=2700MB/s=2.7GB/s

　　DDR400，运行频率为200MHz，带宽为200×2×64/8=3200MB/s=3.2GB/s

　　另外，所谓双通道DDR（图3），就是芯片组可以在两个不同的数据通道上分别寻址、读取数据。这两个相互独立工作的内存通道是依附于两个独立并行工作的，位宽为64bit的内存控制器下，因此使普通的DDR内存可以达到128bit的位宽，因此，内存带宽是单通道的两倍，因此：

图3

　　双通道DDR266的带宽为133×2×64/8×2=4200MB/s=4.2GB/s

　　双通道DDR333的带宽为166×2×64/8×2=5400MB/s=5.4GB/s

　　双通道DDR400的带宽为200×2×64/8×2=6400MB/s=6.4GB/s

菜鸟笨笨：经你这么一说我就明白许多了，呵呵！但我在选购内存的时候，如何识别产品的内存带宽呢？

Q博士：这比较简单，例如对于目前主流的DDR内存来说，可分为DDR266、DDR333、DDR400，一直到DDR533。其中后三位数字代表其工作频率。通过内存条上的标识（图4），可以很方便地识别出其规格。需要指出的是，超过400MHz的都是非标准的内存规格，例如DDR533，目前还没有可与之配合的CPU推出，只能通过超频实现。

图4

三、显存带宽

　　菜鸟笨笨：还是回到我那个麻烦事吧，为什么被“爆头”的总是我？难道这也与带宽有关？

　　Q博士：哈！这就是我正想说的，关于显存带宽的问题。从上面给出的带宽计算方法可知，带宽不仅和时钟频率有关，还和存储单元的数据总线位数有关。显存在显卡上发挥着重要的作用，而各种显卡芯片支持显存的位数也是有差异的。现在让我来看看你的显卡……嗯，采用图形芯片是GeForce 4 MX440（图5），理论上支持128bit的显存，可是……

图5

　　菜鸟笨笨：可是什么了？你快说说吧！

　Q博士：说出来你可别生气。有些厂家为了把产品的市场价格打得更低，吸引贪图便宜的消费者注意，就在显存上进行“缩水”，推出了显存位数仅有标准产品一半的“经济型”显卡。例如你用的这款显卡，虽然和标准版一样是使用6ns的显存，但由于显存位数是64位，显卡的显存带宽只有166MHz ×64位/8＝1.3GB /s。因此其性能在理论上只有标准产品的一半，在运行要求较高的3D游戏时，纹理、材质的渲染速度跟不上，画面出现延迟的现象就不足为怪了。

　　菜鸟笨笨：呜呜！原来是上了JS的当，可现在什么都晚了，Q博士快教我以后怎么识别这种缩水显卡啊。

　　Q博士：亡羊补牢，未为晚也。这里教你认识两种不同封装的显存：MicroBGA封装的显存颗粒，基本成正方形，并没有引脚外露（图6）。为TSOP封装的显存颗粒，成矩形，引脚是外露的（图7），因此从外观上我们就可以很轻易地区分出这两种显存。就目前市场上的产品来说，采用MicroBGA封装的显存颗粒，每颗的带宽一般是32bit，板载4颗的话，一共就是足量的128bit了；而采用TSOP封装的显存一般都是16bit的，这样一共需要8颗才能达到标准的128bit，通常是平均分布在PCB板的正反两面。像你这块显卡，采用的是TSOP封装的显存，但只在正面集成了四颗，故一共只有16bit×4＝64bit。

图6

图7

四、显示器的带宽

　　菜鸟笨笨：我发现我的屏幕也很闪啊，看一会眼睛就觉得累，这又是怎么回事？

　　Q博士：这种现象一般是由于屏幕的刷新率太低造成的。排除用户设置的原因，刷新率主要受显示器带宽的制约。

　　何谓显示器的带宽呢？它是指显示器每秒钟所扫描的像素数量，也就是说在单位时间内，每条扫描线上显示的像素点的总和，单位是MHz（兆赫兹）。带宽代表的是显示器的一个综合指标，也是衡量一台显示器好坏的重要指标。这里指的主要是CRT显示器，液晶显示器因为采用了不同的显示原理，所以带宽的重要性并没有CRT突出。

　　菜鸟笨笨：那显示器的高带宽对我们到底有什么好处呢？

　　Q博士：高带宽意味着在同一分辨率下（例如1024×768）可以实现更高的屏幕刷新率。大家知道，在使用CRT的时候，为

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