頻寬

頻寬

頻寬套用的領域非常多,可以用來標識信號傳輸的數據傳輸能力、標識單位時間內通過鏈路的數據量、標識顯示器的顯示能力。

1. 在模擬信號系統又叫頻寬,是指在固定的時間可傳輸的資料數量,亦即在傳輸管道中可以傳遞數據的能力。通常以每秒傳送周期或赫茲(Hz)來表示。

2. 在數字設備中,頻寬指單位時間能通過鏈路的數據量。通常以bps來表示,即每秒可傳輸之位數。

基本介绍

  • 中文名:頻寬
  • 外文名:Band Width
  • 別名:頻頻寬度、頻寬
  • 單位:bps或Hz
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頻寬在計算機系統中的意義

在計算機系統中,用頻寬作為標識匯流排和記憶體性能的指標之一。
  • 匯流排頻寬指的是匯流排在單位時間內可以傳輸的數據總量,等於匯流排位寬工作頻率的乘積。例如:對於64位、800MHz的前端匯流排,它的數據傳輸率就等於64bit×800×1000×1000Hz÷8(Byte)÷1024÷1024÷1024≈6.0GB/s
  • 記憶體頻寬指的是記憶體匯流排所能提供的數據傳輸能力。例如:DDR400記憶體的數據傳輸頻率為400MHz,那么單條模組就擁有64bit×400×1000×1000Hz÷8(Byte)÷1024÷1024÷1024≈3.0GB/s的頻寬。

頻寬的套用

一、表示頻頻寬度
信號的頻寬是指該信號所包含的各種不同頻率成分所占據的頻率範圍頻寬對基本輸出入系統 (BIOS ) 設備尤其重要,如快速磁碟驅動器會受低頻寬的匯流排所阻礙。
二、表示通信線路所能傳送數據的能力
在單位時間內從網路中的某一點到另一點所能通過的“最高數據率”。對於頻寬的概念,比較形象的一個比喻是高速公路。單位時間內能夠線上路上傳送的數據量,常用的單位是bps(bit per second)。計算機網路的頻寬是指網路可通過的最高數據率,即每秒多少比特
頻寬頻寬
嚴格來說,數字網路的頻寬應使用波特率來表示(baud),表示每秒的脈衝數。而比特是信息單位,由於數字設備使用二進制,則每位電平所承載的信息量是以2為底2的對數,如果是四進制,則是以2為底的4的對數,每位電平所承載的信息量為2。因此,在數值上,波特與比特是相同的。由於人們對這兩個概念分的並不是很清楚,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頻寬事實的標準叫法了。
bit/s=1Kbit/s
bit/s=1Mbit/s
bit/s=1Gbit/s
描述頻寬時常常把“比特/秒”省略。例如,頻寬是1M,實際上是1Mbps,這裡的Mbps是指兆位/s。
在網路中有兩種不同的速率:
1、信號(即電磁波)在傳輸媒體上的傳播速率(米/秒,或公里/秒)。
2、計算機向網路傳送比特的速率(比特/秒)。
這兩種速率的意義和單位完全不同。
在理解頻寬這個概念之前,我們首先來看一個公式:頻寬=時鐘頻率x匯流排位數/8,從公式中我們可以看到,頻寬和時鐘頻率、匯流排位數是有著非常密切的關係的。其實在一個計算機系統中,不僅顯示器、記憶體有頻寬的概念,在一塊板卡上,頻寬的概念就更多了,完全可以說是頻寬無處不在。
那到底什麼是頻寬呢?頻寬的意義又是什麼?為了更形象地理解頻寬、位寬時鐘頻率的關係,我們舉個比較形象的例子,工人加工零件,如果一個人乾,在大家單個加工速度相同的情況下,肯定不如兩個人幹的多,頻寬就像是工人能夠加工零件的總數量,位寬仿佛工人數量,時鐘工作頻率相當於加工單個零件的速度,位寬越寬,時鐘頻率越高則匯流排頻寬越大,其好處也是顯而易見的。
主機板上通常會有兩塊比較大的晶片,一般將靠近CPU的那塊稱為北橋,遠離CPU的稱為南橋北橋的作用是在CPU與記憶體顯示卡之間建立通信接口,它們與北橋連線的頻寬大小很大程度上決定著記憶體與顯示卡效能的大小。南橋是負責計算機的I/O設備、PCI設備和硬碟,對頻寬的要求,相比較北橋而言,是要小一些的。而南北橋之間的連線頻寬一般就稱為南北橋頻寬。隨著計算機越來越向多媒體方向發展,南橋的功能也日益強大,對於南北橋間的連線匯流排頻寬也是提出了新的要求,在INTEL的9X5系列主機板上,南北橋的頻寬將從以前一直為人所詬病的266MB/S發展到空前的2GB/S,一舉解決了南北橋間的頻寬瓶頸
頻寬頻寬

顯示卡中的頻寬

再來說說顯示卡,玩遊戲的朋友都知道,當玩一些大製作遊戲的時候,畫面有時候會卡的比較厲害。其實這就是顯示卡頻寬不足的問題,再具體點說,這是顯存頻寬不足。眾所周知,當道的AGP接口是AGP 8X,而AGP匯流排的頻率是PCI匯流排的兩倍,也就是266MHz,很容易就可以換算出它的頻寬是2.1Gbps,這樣的頻寬就顯得很微不足道了,因為連最普通的ATI R9000的顯存頻寬都要達到400MHz*128Bit/8=6.4GB/s,其餘的高端顯示卡更是不用說了。正因為如此,INTEL在最新的9X5晶片組中,採用了PCI-Express匯流排來替代老態龍鐘的AGP匯流排,與傳統PCI以及更早期的計算機匯流排的共享並行架構相比,PCI Express最大的特點是在設備間採用點對點串列連線,如此一來即允許每個設備都有自己的專用連線,不需要向整個匯流排請求頻寬,同時利用串列的連線特點將能輕鬆將數據傳輸速度提到一個很高的頻率。在傳輸速度上,由於PCI Express支持雙向傳輸模式,因此連線的每個裝置都可以使用最大頻寬。AGP所遇到的頻寬瓶頸也迎刃而解。
頻寬頻寬

匯流排中的頻寬

計算機系統中,匯流排的作用就好比是人體中的神經系統,它承擔的是所有數據傳輸的職責,而各個子系統間都必須籍由匯流排才能通訊,例如,CPU和北橋間有前端匯流排、北橋與顯示卡間為AGP匯流排、晶片組間有南北橋匯流排,各類擴展設備通過PCI、PCI-X匯流排與系統連線;主機外部設備的連線也是通過匯流排進行,流行的USB2.0、IEEE1394匯流排等等,一句話,在一部計算機系統內,所有數據交換的需求都必須通過匯流排來實現!
按照工作模式不同,匯流排可分為兩種類型,一種是並行匯流排,它在同一時刻可以傳輸多位數據,好比是一條允許多輛車並排開的寬敞道路,而且它還有雙向單向之分;另一種為串列匯流排,它在同一時刻只能傳輸一個數據,好比只容許一輛車行走的狹窄道路,數據必須一個接一個傳輸、看起來仿佛一個長長的數據串,故稱為“串列”。
對串列匯流排來說,頻寬工作頻率的概念與並行匯流排完全相同,只是它改變了傳統意義上的匯流排位寬的概念。在頻率相同的情況下,並行匯流排比串列匯流排快得多,但它存在並行傳輸信號間的干擾現象,頻率越高、位寬越大,干擾就越嚴重,因此要大幅提高現有並行匯流排的頻寬是非常困難的;而串列匯流排不存在這個問題,匯流排頻率可以大幅向上提升,這樣串列匯流排就可以憑藉高頻率的優勢獲得高頻寬。而為了彌補一次只能傳送一位數據的不足,串列匯流排常常採用多條管線(或通道)的做法實現更高的速度——管線之間各自獨立,多條管線組成一條匯流排系統,從表面看來它和並行匯流排很類似,但在內部它是以串列原理運作的。對這類匯流排,頻寬的計算公式就等於“匯流排頻率×管線數”,這方面的例子有PCIExpress和HyperTransport,前者有×1、×2、×4、×8、×16和×32多個版本,在第一代PCIExpress技術當中,單通道的單向信號頻率可達2.5GHz,我們以×16舉例,這裡的16就代表16對雙向匯流排,一共64條線路,每4條線路組成一個通道,二條接收,二條傳送。這樣我們可以換算出其匯流排的頻寬為2.5GHz×16/10=4GB/s(單向)。除10是因為每位元組採用10位編碼
頻寬頻寬
並行匯流排和串列匯流排的描述參數存在一定差別。對並行匯流排來說,描述的性能參數有以下三個:匯流排寬度、時鐘頻率、數據傳輸頻率。其中,匯流排寬度就是該匯流排可同時傳輸數據的位數,好比是車道容許並排行走的車輛的數量;例如,16位匯流排在同一時刻傳輸的數據為16位,也就是2個位元組;而32位匯流排可同時傳輸4個位元組,64位匯流排可以同時傳輸8個位元組......顯然,匯流排的寬度越大,它在同一時刻就能夠傳輸更多的數據。不過匯流排的位寬無法無限制增加。
匯流排的頻寬指的是這條匯流排在單位時間內可以傳輸的數據總量,它等於匯流排位寬工作頻率的乘積。例如,對於64位、800MHz的前端匯流排,它的數據傳輸率就等於64bit×800MHz÷8(Byte)=6.4GB/s;32位、33MHzPCI匯流排的數據傳輸率就是32bit×33MHz÷8=133MB/s,等等,這項法則可以用於所有並行匯流排上面——看到這裡,讀者應該明白我們所說的匯流排頻寬指的就是它的數據傳輸率,其實“匯流排頻寬”的概念同“電路頻寬”的原始概念已經風馬牛不相及

記憶體中的頻寬

匯流排之外,記憶體也存在類似的頻寬概念。其實所謂的記憶體頻寬,指的也就是記憶體匯流排所能提供的數據傳輸能力,但它決定於記憶體晶片記憶體模組而非純粹的匯流排設計,加上地位重要,往往作為單獨的對象討論。
頻寬頻寬
SDRAM、DDR和DDRⅡ的匯流排位寬為64位,RDRAM的位寬為16位。而這兩者在結構上有很大區別:SDRAM、DDR和DDRⅡ的64位匯流排必須由多枚晶片共同實現,計算方法如下:記憶體模組位寬=記憶體晶片位寬×單面晶片數量(假定為單面單物理BANK);如果記憶體晶片的位寬為8位,那么模組中必須、也只能有8顆晶片,多一枚、少一枚都是不允許的;如果晶片的位寬為4位,模組就必須有16顆晶片才行,顯然,為實現更高的模組容量,採用高位寬的晶片是一個好辦法。而對RDRAM來說就不是如此,它的記憶體匯流排為串聯架構,匯流排位寬就等於記憶體晶片的位寬。
並行匯流排一樣,記憶體的頻寬等於位寬與數據傳輸頻率的乘積,例如,DDR400記憶體的數據傳輸頻率為400MHz,那么單條模組就擁有64bit×400MHz÷8(Byte)=3.2GB/s的頻寬;PC800標準RDRAM的頻率達到800MHz,單條模組頻寬為16bit×800MHz÷8=1.6GB/s。為了實現更高的頻寬,在記憶體控制器中使用雙通道技術是一個理想的辦法,所謂雙通道就是讓兩組記憶體並行運作,記憶體的總位寬提高一倍,頻寬也隨之提高了一倍!頻寬可以說是記憶體性能最主要的標誌,業界也以記憶體頻寬作為主要的分類標準,但它並非決定性能的唯一要素,在實際套用,記憶體延遲的影響並不亞於頻寬。如果延遲時間太長的話相當不利,此時即便頻寬再高也無濟於事。

頻寬匹配的問題

計算機系統中存在形形色色的匯流排,這不可避免帶來匯流排速度匹配問題,其中最常出問題的地方在於前端匯流排記憶體南北橋匯流排和PCI匯流排
前端匯流排與記憶體匹配與否對整套系統影響最大,最理想的情況是前端匯流排頻寬與記憶體頻寬相等,而且記憶體延遲要儘可能低。在Pentium4剛推出的時候,Intel採用RDRAM記憶體以達到同前端匯流排匹配,但RDRAM成本昂貴,嚴重影響推廣工作,Intel曾推出搭配PC133SDRAM的845晶片組,但SDRAM僅能提供1.06GB/s的頻寬,僅相當於400MHz前端匯流排頻寬的1/3,嚴重不匹配導致系統性能大幅度下降;後來,Intel推出支持DDR266的845D才勉強好轉,但仍未實現與前端匯流排匹配;接著,Intel將P4前端匯流排提升到533MHz、頻寬增長至5.4GB/s,雖然配套晶片組可支持DDR333記憶體,可也僅能滿足1/2而已;P4的前端匯流排提升到800MHz,而配套的865/875P晶片組可支持雙通道DDR400——這個時候才實現匹配的理想狀態,當然,這個時候繼續提高記憶體頻寬意義就不是特別大,因為它超出了前端匯流排的接收能力。
南北橋匯流排頻寬曾是一個尖銳的問題,早期的晶片組都是通過PCI匯流排來連線南北橋,而它所能提供的頻寬僅僅只有133MB/s,若南橋連線兩個ATA-100硬碟、100M網路、IEEE1394接口......區區133MB/s頻寬勢必形成嚴重的瓶頸,為此,各晶片組廠商都發展出不同的南北橋匯流排方案,如Intel的Hub-Link、VIA的V-Link、SiS的MuTIOL,還有AMD的HyperTransport等等,它們的頻寬都大大超過了133MB/s,最高紀錄已超過1GB/s,瓶頸效應已不復存在。
PCI匯流排頻寬不足還是比較大的矛盾,PC上使用的PCI匯流排均為32位、33MHz類型,頻寬133MB/s,而這區區133MB/s必須滿足網路、硬碟控制卡(如果有的話)之類的擴展需要,一旦使用千兆網路,瓶頸馬上出現,業界打算自2004年開始以PCIExpress匯流排來全面取代PCI匯流排,屆時PCI頻寬不足的問題將成為歷史。

頻寬在數位訊號系統中的意義

數位訊號系統中,頻寬用來標識通訊線路所能傳送數據的能力,即在單位時間內通過網路中某一點的最高數據率,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頻寬時常常把bps省略掉,例如:頻寬為4M,完整的稱謂應為4Mbps。
針對於頻寬成本降低,用戶接入速率也是越來越高,從最初的撥接,到20M甚至100M光纖。
但是隨著計算機的發展,用戶對‘頻寬’的認識也應該有更大的提高。
一般來說,頻寬是以 bit(比特)表示,而電信,聯通,移動等運營商在推廣的時候往往忽略了這個單位。
正常換算情況如下:
1Mbit=128KB
2Mbit=256KB
(以此類推)
而換算後的速度才是您真實上網的速度
也就是說,如果你從你的運營商開通的頻寬是10M,那么代入計算公式,以上面換算的1M來計量
則為:
(1M=1024K)
1M/128K=1024/128=8
10/8=1.25M
也就是說你如果開通10M頻寬,可以達到最高1.25M的速度
一般來說,一台計算機觀看電影,玩遊戲等,4M頻寬足夠。但是如果你需要經常下載大檔案,建議還是使用更高頻寬

在模擬信號系統中的意義

在模擬信號系統中,頻寬用來標識傳輸信號所占有的頻率寬度,這個寬度由傳輸信號的最高頻率和最低頻率決定,兩者之差就是頻寬值,因此又被稱為信號頻寬或者載頻頻寬,單位為Hz。
頻寬其實就是信號所占用的頻譜的度量,可以看做是一種與空間相關的量。與之相比,信號的傳輸速率就是一種與空間和時間都相關的物理量,定義為單位時間內在信道上傳輸的數據量。
為了合理使用頻譜資源,國際電信聯盟(ITU)為每種通信系統都規定了頻率範圍,這種頻率範圍又稱為頻段,而頻段的頻譜寬度又被稱之為工作頻寬。例如GSM的工作頻寬為25 MHz,WCDMA和CDMA均為30 MHz。

頻寬在人力資源領域中的意義

所謂“頻寬”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間。一般而言,由於職位高低不同,職位或職層所涉及技能與職責的複雜性程度也會有所不同,因此,各職等級的薪資頻寬也就應該有所不同(薪資頻寬應當能反應一個職位或職層的任職者由一個初入者到能力與業績十分突出者所需要的難度大小)。如果職位或職層所涉及的技能與職責能在較短時間內得以掌握,則此等級薪資的頻寬較窄;而如果職位或職層所涉及的技能和職責需要學習的時間較長,繼續提升的機會也較小,則其相應的頻寬較大。根據這個理論,變革者在設計職等頻寬時應當堅持的原則是:職等越高,其頻寬就應越大,因為職等越高,任職者勝任的速度就越慢。

頻寬在顯示器系統中的意義

在採用正弦輸入研究感測器頻率動態特性時,常用頻率特性和相頻特性來描述感測器的動態特性,其重要指標是頻頻寬度,簡稱頻寬。
頻寬(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掃描過像素(Pixel)的總個數,即單位時間內所有行(水平方向)掃描線和場(豎直方向)掃描線上顯示出的像素個數之總和,單位是MHz。
頻寬的詳細計算公式: B=r(x) ×r(y) ×V
  • B表示顯示器的頻寬
  • r(x)表示每條水平掃描線上的圖素個數
  • r(y)表示每幀畫面的水平掃描線數
  • V 表示每秒畫面刷新率(即場頻

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