内部总线

内部总线是一种内部结构，是cpu、内存、输入、输出设备传递信息的公用通道。

定义内部总线，将处理器的所有结构单元内部相连。它的宽度可以是8、16、32、64或128位。

如在CPU内部，寄存器之间和算术逻辑部件ALU与控制部件之间传输数据所用的总线称为片内总线(即芯片内部的总线)1。

内部总线技术比较流行的几种内部总线技术：

1、I2C总线

I2C（Inter-IC）总线1982年由Philips公司推出，是近年来在微电子通信控制领域广泛采用的一种新型总线标准。它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简化，器件封装形式小，通信速率较高等优点。在主从通信中，可以有多个I2C总线器件同时接到I2C总线上，通过地址来识别通信对象。

2、SPI总线

串行外围设备接口SPI（serial peripheral interface）总线技术是Motorola公司推出的一种同步串行接口。Motorola公司生产的绝大多数MCU（微控制器）都配有SPI硬件接口，如68系列MCU。SPI总线是一种三线同步总线，因其硬件功能很强，所以，与SPI有关的软件就相当简单，使CPU有更多的时间处理其他事务。

3、SCI总线

串行通信接口SCI（serial communication interface）也是由Motorola公司推出的。它是一种通用异步通信接口UART，与MCS-51的异步通信功能基本相同2。

内部总线发展外频与FSB 总线（Front Side Bus）

外频和前端总线是两个不同的概念，之所以大家会混淆不清，就是因为在古老的Pentium年代，二者的频率值往往是相同的。

外频指的是CPU外部的时钟频率，CPU主频=外频X倍频。在Pentium时代，CPU的外频一般是60/66MHz，从Pentium II 350开始，CPU外频提高到100MHz。

而前端总线的速度指的是CPU和北桥芯片间总线的速度，表示了CPU和外界数据传输的速度。

之所以前端总线与外频这两个概念容易混淆，主要的原因是在以前的很长一段时间里（主要是在Pentium 4出现之前和刚出现Pentium 4时），前端总线频率与外频是相同的，因此往往直接称前端总线为外频，最终造成这样的误会。

随着计算机技术的发展，人们发现前端总线频率需要高于外频，因此产生了DDR（Double Date Rate）技术和QDR（Quad Date Rate）技术，使得前端总线的频率成为外频的2倍（AMD的K7处理器）、4倍（Intel的奔腾处理酷睿处理器），从此之后前端总线和外频的区别才开始被人们重视起来。

“前端总线FSB”这个名称是由AMD 在推出K7 CPU时提出的概念，前端总线的速度指的是数据传输的速度，由于数据传输最大带宽取决于所有同时传输的数据的宽度和传输频率，即数据带宽=（总线频率X数据位宽）÷8。

PC机上所能达到的前端总线频率有266MHz（AMD ）、333MHz（AMD & Intel ）、400MHz（AMD & Intel ）、533MHz（Intel ）、800MHz（Intel ）、1066MHz（Intel ）、1333MHz（Intel ）、1600MHz（Intel ）等几种，Intel 最新的至尊版处理器QX9770采用了1600MHz的前端总线，最大带宽为：1600×64÷8=12.8G/s。

前端总线频率越大，代表着CPU与北桥之间的数据传输量越大，更能充分发挥出CPU的功能。相反，较低的前端总线将无法供给足够的数据给CPU，这样就限制了CPU性能得发挥，成为系统瓶颈。

HT总线（Hyper Transport）

从AMD 的K8处理其开始，AMD 和Intel 两家内部总线发展开始分道扬镳，Intel 继续沿用FSB的酷睿2CPU，而AMD 则开发出了HT总线（Hyper Transport）对抗Intel 。

HT总线是AMD 为K8平台专门设计的高速串行总线，它的发展历史可回溯到1999年，原名为“LDT总线”（Lightning Data Transport，闪电数据传输）。2001年7月，这项技术正式推出，AMD 同时将它更名为Hyper Transport。随后，Broadcom、Cisco、Sun、NVIDIA、ALi、ATI、Apple、Transmete等许多企业均决定采用这项新型总线技术，而AMD 也借此组建Hyper Transport开放联盟，从而将Hyper Transport推向产业界。

第一代：HT的工作频率在200MHz―800MHz范围，双向16位模式下，最大带宽可以达到6.4GB/s。

第二代：2004年2月，Hyper Transport技术联盟又正式发布了HT2.0规格，由于采用了Dual-data技术，使频率成功提升到了1.0GHz、1.2GHz和1.4GHz，双向16bit模式的总线带宽提升到了8.0GB/s、9.6GB/s和11.2GB/s。

第三代：2007年11月19日，AMD 正式发布了HT3.0 总线规范，提供了1.8GHz、2.0GHz、2.4GHz、2.6GHz几种频率，最高可以支持32通道。32位通道下，双向带宽最高可以达到41.6GB/s。

QPI总线

由于AMD 的HT3.0提供的最大带宽远远超过Intel 1600 FSB的带宽，为了对抗HT 3.0，Intel 另辟蹊径，提出了QPI总线。

我们前面计算过，1600FSB能够提供12.8G/s的带宽，但是如此高的带宽也仅仅只能满足DDR2 800双通道的内存的带宽要求（800 X 64 X 2 / 8=12.8G/s），如果此时搭配1066甚至更高的1333内存的话，FSB需要提高到更高的频率，且不说还有PCI总线、PCI-E总线、USB、SATA等多种设备也要占据一定的带宽。而在当前制作工艺和框架下，提升频率变的难上加难，即便有些玩家将FSB提高到了2400，带来的发热量也是十分恐怖的。

随着处理器核心性能的提高，以及核心数量的急剧增长，FSB正在日益成为瓶颈，必须加以解决。Intel 要想在多核心时代处于不败之地，首要问题就是顺利解决系统资源的分配难题、充分发挥多核心的优势，这就是英特尔推出QPI总线技术的最终目的。

QPI最大的改进是提供了惊人的输出传输能力，在4.8至6.4GT/s之间。一个连接的每个方向的位宽可以是5、10、20bit。因此每一个方向的QPI全宽度链接可以提供12至16BG/s的带宽，那么每一个QPI链接的带宽为24至32GB/s，相当于1600FSB的2-3倍，基本和HT 3.0带宽持平。

此外，QPI另一个亮点就是支持多条系统总线连接，Intel 称之为multi-FSB。系统总线将会被分成多条连接，并且频率不再是单一固定的，也无须如以前那样还要再经过FSB进行连接。

QPI总线相对于FSB的革命意义是重大的，带来了PC机制造结构上的革新，抛弃了以往北桥南桥的概念3。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学