帶寬

帶寬在計算機系統(tǒng)中的意義

在計算機系統(tǒng)中，用帶寬作為標(biāo)識總線和內(nèi)存性能的指標(biāo)之一。
總線帶寬指的是總線在單位時間內(nèi)可以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總量，等于總線位寬與工作頻率的乘積。例如：對于64位、800MHz的前端總線，它的數(shù)據(jù)傳輸率就等于64bit×800MHz÷8(Byte)=6.4GB/s
內(nèi)存帶寬指的是內(nèi)存總線所能提供的數(shù)據(jù)傳輸能力。例如：DDR400內(nèi)存的數(shù)據(jù)傳輸頻率為400MHz，那么單條模組就擁有64bit×400MHz÷8(Byte)=3.2GB/s的帶寬。
帶寬的應(yīng)用

一、表示頻帶寬度
信號的帶寬是指該信號所包含的各種不同頻率成分所占據(jù)的頻率范圍。頻寬對基本輸出入系統(tǒng) (BIOS ) 設(shè)備尤其重要，如快速磁盤驅(qū)動器會受低頻寬的總線所阻礙。
二、表示通信線路所能傳送數(shù)據(jù)的能力
在單位時間內(nèi)從網(wǎng)絡(luò)中的某一點到另一點所能通過的“最高數(shù)據(jù)率”。對于帶寬的概念，比較形象的一個比喻是高速公路。單位時間內(nèi)能夠在線路上傳送的數(shù)據(jù)量，常用的單位是bps(bit per second)。計算機網(wǎng)絡(luò)的帶寬是指網(wǎng)絡(luò)可通過的最高數(shù)據(jù)率，即每秒多少比特。
嚴(yán)格來說，數(shù)字網(wǎng)絡(luò)的帶寬應(yīng)使用波特率來表示（baud），表示每秒的脈沖數(shù)。而比特是信息單位，由于數(shù)字設(shè)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(shù)，如果是四進制，則是以2為底的4的對數(shù)，每位電平所承載的信息量為2。因此，在數(shù)值上，波特與比特是相同的。由于人們對這兩個概念分的并不是很清楚，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帶寬事實的標(biāo)準(zhǔn)叫法了。
描述帶寬時常常把“比特/秒”省略。例如，帶寬是1M，實際上是1Mbps，這里的Mbps是指位/s。[2]
在網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)發(fā)送比特的速率（比特/秒）。
這兩種速率的意義和單位完全不同。
在理解帶寬這個概念之前，我們首先來看一個公式：帶寬=時鐘頻率x總線位數(shù)/8，從公式中我們可以看到，帶寬和時鐘頻率、總線位數(shù)是有著非常密切的關(guān)系的。其實在一個計算機系統(tǒng)中，不僅顯示器、內(nèi)存有帶寬的概念，在一塊板卡上，帶寬的概念就更多了，完全可以說是帶寬無處不在。
那到底什么是帶寬呢？帶寬的意義又是什么？為了更形象地理解帶寬、位寬、時鐘頻率的關(guān)系，我們舉個比較形象的例子，工人加工零件，如果一個人干，在大家單個加工速度相同的情況下，肯定不如兩個人干的多，帶寬就像是工人能夠加工零件的總數(shù)量，位寬仿佛工人數(shù)量，時鐘工作頻率相當(dāng)于加工單個零件的速度，位寬越寬，時鐘頻率越高則總線帶寬越大,其好處也是顯而易見的。
主板上通常會有兩塊比較大的芯片，一般將靠近CPU的那塊稱為北橋，遠(yuǎn)離CPU的稱為南橋。北橋的作用是在CPU與內(nèi)存、顯卡之間建立通信接口，它們與北橋連接的帶寬大小很大程度上決定著內(nèi)存與顯卡效能的大小。南橋是負(fù)責(zé)計算機的I/O設(shè)備、PCI設(shè)備和硬盤，對帶寬的要求，相比較北橋而言，是要小一些的。而南北橋之間的連接帶寬一般就稱為南北橋帶寬。隨著計算機越來越向多媒體方向發(fā)展，南橋的功能也日益強大，對于南北橋間的連接總線帶寬也是提出了新的要求，在INTEL的9X5系列主板上，南北橋的帶寬將從以前一直為人所詬病的266MB/S發(fā)展到空前的2GB/S，一舉解決了南北橋間的帶寬瓶頸。
 

顯卡中的帶寬

再來說說顯卡，玩游戲的朋友都知道，當(dāng)玩一些大制作游戲的時候，畫面有時候會卡的比較厲害。其實這就是顯卡帶寬不足的問題，再具體點說，這是顯存帶寬不足。眾所周知，當(dāng)?shù)赖腁GP接口是AGP 8X，而AGP總線的頻率是PCI總線的兩倍，也就是266MHz,很容易就可以換算出它的帶寬是2.1Gbps，這樣的帶寬就顯得很微不足道了，因為連最普通的ATI R9000的顯存帶寬都要達到400MHz*128Bit/8=6.4GB/s,其余的高端顯卡更是不用說了。正因為如此，INTEL在最新的9X5芯片組中，采用了PCI-Express總線來替代老態(tài)龍鐘的AGP總線，與傳統(tǒng)PCI以及更早期的計算機總線的共享并行架構(gòu)相比，PCI Express最大的特點是在設(shè)備間采用點對點串行連接,如此一來即允許每個設(shè)備都有自己的專用連接，不需要向整個總線請求帶寬，同時利用串行的連接特點將能輕松將數(shù)據(jù)傳輸速度提到一個很高的頻率。在傳輸速度上，由于PCI Express支持雙向傳輸模式，因此連接的每個裝置都可以使用最大帶寬。AGP所遇到的帶寬瓶頸也迎刃而解。
 

總線中的帶寬

在計算機系統(tǒng)中，總線的作用就好比是人體中的神經(jīng)系統(tǒng)，它承擔(dān)的是所有數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆氊?zé)，而各個子系統(tǒng)間都必須籍由總線才能通訊，例如，CPU和北橋間有前端總線、北橋與顯卡間為AGP總線、芯片組間有南北橋總線，各類擴展設(shè)備通過PCI、PCI-X總線與系統(tǒng)連接；主機與外部設(shè)備的連接也是通過總線進行，流行的USB2.0、IEEE1394總線等等，一句話，在一部計算機系統(tǒng)內(nèi)，所有數(shù)據(jù)交換的需求都必須通過總線來實現(xiàn)！
按照工作模式不同，總線可分為兩種類型，一種是并行總線，它在同一時刻可以傳輸多位數(shù)據(jù)，好比是一條允許多輛車并排開的寬敞道路，而且它還有雙向單向之分；另一種為串行總線，它在同一時刻只能傳輸一個數(shù)據(jù)，好比只容許一輛車行走的狹窄道路，數(shù)據(jù)必須一個接一個傳輸、看起來仿佛一個長長的數(shù)據(jù)串，故稱為“串行”。
對串行總線來說，帶寬和工作頻率的概念與并行總線完全相同，只是它改變了傳統(tǒng)意義上的總線位寬的概念。在頻率相同的情況下，并行總線比串行總線快得多，但它存在并行傳輸信號間的干擾現(xiàn)象，頻率越高、位寬越大，干擾就越嚴(yán)重，因此要大幅提高現(xiàn)有并行總線的帶寬是非常困難的；而串行總線不存在這個問題，總線頻率可以大幅向上提升，這樣串行總線就可以憑借高頻率的優(yōu)勢獲得高帶寬。而為了彌補一次只能傳送一位數(shù)據(jù)的不足，串行總線常常采用多條管線（或通道）的做法實現(xiàn)更高的速度——管線之間各自獨立，多條管線組成一條總線系統(tǒng)，從表面看來它和并行總線很類似，但在內(nèi)部它是以串行原理運作的。對這類總線，帶寬的計算公式就等于“總線頻率×管線數(shù)”，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(shù)當(dāng)中，單通道的單向信號頻率可達2.5GHz，我們以×16舉例，這里的16就代表16對雙向總線，一共64條線路，每4條線路組成一個通道，二條接收，二條發(fā)送。這樣我們可以換算出其總線的帶寬為2.5GHz×16/10=4GB/s（單向）。除10是因為每字節(jié)采用10位編碼。
并行總線和串行總線的描述參數(shù)存在一定差別。對并行總線來說，描述的性能參數(shù)有以下三個：總線寬度、時鐘頻率、數(shù)據(jù)傳輸頻率。其中，總線寬度就是該總線可同時傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù)，好比是車道容許并排行走的車輛的數(shù)量；例如，16位總線在同一時刻傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為16位，也就是2個字節(jié)；而32位總線可同時傳輸4個字節(jié)，64位總線可以同時傳輸8個字節(jié)......顯然，總線的寬度越大，它在同一時刻就能夠傳輸更多的數(shù)據(jù)。不過總線的位寬無法無限制增加。
總線的帶寬指的是這條總線在單位時間內(nèi)可以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總量，它等于總線位寬與工作頻率的乘積。例如，對于64位、800MHz的前端總線，它的數(shù)據(jù)傳輸率就等于64bit×800MHz÷8(Byte)=6.4GB/s；32位、33MHzPCI總線的數(shù)據(jù)傳輸率就是32bit×33MHz÷8=133MB/s，等等，這項法則可以用于所有并行總線上面——看到這里，讀者應(yīng)該明白我們所說的總線帶寬指的就是它的數(shù)據(jù)傳輸率，其實“總線帶寬”的概念同“電路帶寬”的原始概念已經(jīng)風(fēng)馬牛不相及。
 

內(nèi)存中的帶寬

除總線之外，內(nèi)存也存在類似的帶寬概念。其實所謂的內(nèi)存帶寬，指的也就是內(nèi)存總線所能提供的數(shù)據(jù)傳輸能力，但它決定于內(nèi)存芯片和內(nèi)存模組而非純粹的總線設(shè)計，加上地位重要，往往作為單獨的對象討論。
SDRAM、DDR和DDRⅡ的總線位寬為64位，RDRAM的位寬為16位。而這兩者在結(jié)構(gòu)上有很大區(qū)別：SDRAM、DDR和DDRⅡ的64位總線必須由多枚芯片共同實現(xiàn)，計算方法如下：內(nèi)存模組位寬=內(nèi)存芯片位寬×單面芯片數(shù)量（假定為單面單物理BANK）；如果內(nèi)存芯片的位寬為8位，那么模組中必須、也只能有8顆芯片，多一枚、少一枚都是不允許的；如果芯片的位寬為4位，模組就必須有16顆芯片才行，顯然，為實現(xiàn)更高的模組容量，采用高位寬的芯片是一個好辦法。而對RDRAM來說就不是如此，它的內(nèi)存總線為串聯(lián)架構(gòu)，總線位寬就等于內(nèi)存芯片的位寬。
和并行總線一樣，內(nèi)存的帶寬等于位寬與數(shù)據(jù)傳輸頻率的乘積，例如，DDR400內(nèi)存的數(shù)據(jù)傳輸頻率為400MHz，那么單條模組就擁有64bit×400MHz÷8(Byte)=3.2GB/s的帶寬；PC800標(biāo)準(zhǔn)RDRAM的頻率達到800MHz，單條模組帶寬為16bit×800MHz÷8=1.6GB/s。為了實現(xiàn)更高的帶寬，在內(nèi)存控制器中使用雙通道技術(shù)是一個理想的辦法，所謂雙通道就是讓兩組內(nèi)存并行運作，內(nèi)存的總位寬提高一倍，帶寬也隨之提高了一倍！帶寬可以說是內(nèi)存性能最主要的標(biāo)志，業(yè)界也以內(nèi)存帶寬作為主要的分類標(biāo)準(zhǔn)，但它并非決定性能的唯一要素，在實際應(yīng)用，內(nèi)存延遲的影響并不亞于帶寬。如果延遲時間太長的話相當(dāng)不利，此時即便帶寬再高也無濟于事。
 

帶寬匹配的問題

計算機系統(tǒng)中存在形形色色的總線，這不可避免帶來總線速度匹配問題，其中最常出問題的地方在于前端總線和內(nèi)存、南北橋總線和PCI總線。
前端總線與內(nèi)存匹配與否對整套系統(tǒng)影響最大，最理想的情況是前端總線帶寬與內(nèi)存帶寬相等，而且內(nèi)存延遲要盡可能低。在Pentium4剛推出的時候，Intel采用RDRAM內(nèi)存以達到同前端總線匹配，但RDRAM成本昂貴，嚴(yán)重影響推廣工作，Intel曾推出搭配PC133SDRAM的845芯片組，但SDRAM僅能提供1.06GB/s的帶寬，僅相當(dāng)于400MHz前端總線帶寬的1/3，嚴(yán)重不匹配導(dǎo)致系統(tǒng)性能大幅度下降；后來，Intel推出支持DDR266的845D才勉強好轉(zhuǎn)，但仍未實現(xiàn)與前端總線匹配；接著，Intel將P4前端總線提升到533MHz、帶寬增長至5.4GB/s，雖然配套芯片組可支持DDR333內(nèi)存，可也僅能滿足1/2而已；P4的前端總線提升到800MHz，而配套的865/875P芯片組可支持雙通道DDR400——這個時候才實現(xiàn)匹配的理想狀態(tài)，當(dāng)然，這個時候繼續(xù)提高內(nèi)存帶寬意義就不是特別大，因為它超出了前端總線的接收能力。
南北橋總線帶寬曾是一個尖銳的問題，早期的芯片組都是通過PCI總線來連接南北橋，而它所能提供的帶寬僅僅只有133MB/s，若南橋連接兩個ATA-100硬盤、100M網(wǎng)絡(luò)、IEEE1394接口......區(qū)區(qū)133MB/s帶寬勢必形成嚴(yán)重的瓶頸，為此，各芯片組廠商都發(fā)展出不同的南北橋總線方案，如Intel的Hub-Link、VIA的V-Link、SiS的MuTIOL，還有AMD的HyperTransport等等，它們的帶寬都大大超過了133MB/s，最高紀(jì)錄已超過1GB/s，瓶頸效應(yīng)已不復(fù)存在。
PCI總線帶寬不足還是比較大的矛盾，PC上使用的PCI總線均為32位、33MHz類型，帶寬133MB/s，而這區(qū)區(qū)133MB/s必須滿足網(wǎng)絡(luò)、硬盤控制卡（如果有的話）之類的擴展需要，一旦使用千兆網(wǎng)絡(luò)，瓶頸馬上出現(xiàn)，業(yè)界打算自2004年開始以PCIExpress總線來全面取代PCI總線，屆時PCI帶寬不足的問題將成為歷史。
 

帶寬在數(shù)字信號系統(tǒng)中的意義

數(shù)字信號系統(tǒng)中，帶寬用來標(biāo)識通訊線路所能傳送數(shù)據(jù)的能力，即在單位時間內(nèi)通過網(wǎng)絡(luò)中某一點的最高數(shù)據(jù)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帶寬時常常把bps省略掉，例如：帶寬為4M，完成的稱為應(yīng)為4Mbps。
針對于帶寬成本降低，用戶接入速率也是越來越高，從最初的撥號上網(wǎng)，到20M甚至100M光纖。
但是隨著計算機的發(fā)展，用戶對‘帶寬’的認(rèn)識也應(yīng)該有更大的提高。
一般來說，帶寬是以 bit（比特）表示，而電信，聯(lián)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）
而換算后的速度才是您真實上網(wǎng)的速度
也就是說，如果你從你的運營商開通的帶寬是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帶寬，可以達到最高1.25M的速度
一般來說，一臺計算機觀看電影，玩游戲等，4M帶寬足夠。但是如果你需要經(jīng)常下載大文件，建議還是使用更高帶寬

在模擬信號系統(tǒng)中的意義

在模擬信號系統(tǒng)中，帶寬用來標(biāo)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，兩者之差就是帶寬值，因此又被稱為信號帶寬或者載頻帶寬，單位為Hz。
帶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(guān)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(guān)的物理量，定義為單位時間內(nèi)在信道上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。
為了合理使用頻譜資源，國際電信聯(lián)盟（ITU）為每種通信系統(tǒng)都規(guī)定了頻率范圍，這種頻率范圍又稱為頻段，而頻段的頻譜寬度又被稱之為工作帶寬。例如GSM的工作帶寬為25 MHz，WCDMA和CDMA均為30 MHz。
 

帶寬在人力資源領(lǐng)域中的意義

所謂“帶寬”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(qū)間。一般而言，由于職位高低不同，職位或職層所涉及技能與職責(zé)的復(fù)雜性程度也會有所不同，因此，各職等級的薪資帶寬也就應(yīng)該有所不同（薪資帶寬應(yīng)當(dāng)能反應(yīng)一個職位或職層的任職者由一個初入者到能力與業(yè)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(zé)能在較短時間內(nèi)得以掌握，則此等級薪資的帶寬較窄；而如果職位或職層所涉及的技能和職責(zé)需要學(xué)習(xí)的時間較長，繼續(xù)提升的機會也較小，則其相應(yīng)的帶寬較大。根據(jù)這個理論，變革者在設(shè)計職等帶寬時應(yīng)當(dāng)堅持的原則是：職等越高，其帶寬就應(yīng)越大，因為職等越高，任職者勝任的速度就越慢。
 

帶寬在顯示器系統(tǒng)中的意義

在采用正弦輸入研究傳感器頻率動態(tài)特性時，常用頻率特性和相頻特性來描述傳感器的動態(tài)特性，其重要指標(biāo)是頻帶寬度，簡稱帶寬。
帶寬（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(nèi)掃描過像素（Pixel）的總個數(shù)，即單位時間內(nèi)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(shù)之總和，單位是MHz。[1]
帶寬的詳細(xì)計算公式： B=r(x) ×r(y) ×V
B表示顯示器的帶寬
r(x)表示每條水平掃描線上的圖素個數(shù)
r(y)表示每幀畫面的水平掃描線數(shù)
V 表示每秒畫面刷新率（即場頻）