计算机常用接口标准与速度的常识

发表于 更新于 本文字数： 2.7k 阅读时长 ≈ 2 分钟

常见接口协议速度

内存接口

DDR/DIMM

  • 内存的标准接口.
  • DDR与DIMM区别:
    • DIMM是指针脚插槽, 也就是物理结构方面的分类
    • 而SDRAM和DDR都是内部技术方面的分类

Spec

SDRAM/DDR 型號 資料寬度(bit) 內部時脈(MHz) 頻率速度 頻寬(頻率x寬度)
DDR DDR-266 64 133 266 2.1GBytes/sec
DDR DDR-400 64 200 400 3.2GBytes/sec
DDR DDR2-800 64 200 800 6.4GBytes/sec
DDR DDR3-1600 64 200 1600 12.8GBytes/sec
DDR DDR4-2133 64 200 2133 17.0GBytes/sec
DDR DDR4-2400 64 200 2400 19.2GBytes/sec
DDR DDR4-2666 64 200 2666 21.3GBytes/sec
DDR DDR4-3200 64 200 3200 25.6GBytes/sec

update 2022-10-9 23:03:35: 当前DDR5已经开始逐步铺货了, 可以知道未来两三年DDR5会成为主流.

DIMM接口图片

2021-11-19-throughput-dimm.png.png

疑问

  • by 2021年, DDR4是主流, 2021年9月, SK Hynix出产第一批DDR5内存
  • DDR2-800的速度基本上跟HDMI 2.1速度差不多了. 果然整体还是DDR速度最快

总线接口DMI

网络接口

RJ45

光纤

  • 百兆(100Mbps, 即10MB/s), 是当前(2022年)家用的主流, 是 SATA 1.0 标称速度的1/10;
  • 千兆(1Gbps, 即100MB/s), 是当前(2022年)服务器虚拟机的主流, 大约等于 SATA 1.0 的标称速度(所以在云上跑满带宽时, 磁盘大概率不会成为瓶颈);
  • 万兆(10Gbps, 即1GB/s), 是当前(2022年)物理服务器的主流, 已经大于的 SATA 3.0 的标称速度. 此时磁盘可能成为瓶颈;
  • 25G(25Gbps, 即2.5GB/s), 当前(2022年)物理服务器逐步在普及, 基本等于 DDR1 的标称速度, 是当前(by 2022年)主流的DDR4标称速度的1/10;
  • 50G(50Gbps, 即5GB/s), 当前(2022年)物理服务器的前沿(尚未上量), 基本等于 DDR2 的标称速度

硬盘接口

SATA

一般老的HDD硬盘(2021年), 都用SATA接口:

Spec

版本 頻寬 (Gbit/s) 速度 (MByte/s)
SATA 1.0 1.5 150
SATA 2.0 3 300
SATA 3.0 6 600

样例

自己组装电脑时单独安装了个SATA硬盘.

  • 分为数据线&供电线. 数据线7针
  • 需要单独供电
  • 与之对比的是PCIE M.2接口, 可以用来对接SSD硬盘, 类似于一个口香糖插在主板上, 无需单独供电, 整体集成度更高.
  • 个人实际使用下来, SATA 3.0 读取速度大概只能到150MB/s左右(远没有达到标称速度); 与之对比的是M.2 SSD 读取速度到600MB/s(也没有达到标称速度)

图片

2021-11-19-throughput-sata.png

PCIE/M.2接口

总结

  • 既是通道，也是接口

一般新的SSD硬盘(2021年), 显卡等, 都用PCIE接口:

  • PCI-E体积太大
  • M.2接口可以理解为就是PCI-E接口，只是换了个形状而已(但走的通道是PCIE通道)
  • PCI-E接口目前最大的作用就是插显卡，除了显卡还有无线网卡，万兆有线网卡这些高带宽设备
  • PCI-E接口也可以转接成很多接口，比如USB3.0，Type-c，雷电3，又或者U.2，M.2
  • 当前(2021年12月)主流的是PCIE3

Spec

規格 1x頻寬 16x頻寬
PCIe 1.0 250MByte/s
PCIe 2.0 500MByte/s
PCIe 3.0 ~1GByte/s
PCIe 4.0 ~2GByte/s

图片

2021-11-19-throughput-pcie.png

外设

USB

U盘等

Spec

版本 頻寬 (Gbit/s) 速度 (MByte/s)
USB 1.0 12 1.5
USB 2.0 480 60
USB 3.0 5G 500
USB 3.1 10G 1000

图片

IDE

视频接口

VGA

模拟信号

DP(DisplayPort)

雷电(ThunderBolt)

Spec

版本 頻寬 (Gbit/s) 速度 (MByte/s)
Thunderbolt 1 10000bps 1.25GB
Thunderbolt 2 20000bps 2.5GB

图片

2021-11-19-throughput-thunderbolt.png

HDMI

Spec

  • 2.1 标准: 48Gbps –> 6GB
  • 2.0 标准: 18Gbps –> 2.25GB
    2021-11-19-throughput-hdmi.png

图片

例子

HDMI传输分析

  • 单个像素点占用空间
    • 黑白二值图像, 一个像素只需要1bit
    • 256种状态的灰度图像, 需要8bit, 成为”真彩色”, 称为色深(Color Depth), 色深的位数越高，越能细腻诠释色彩的色阶变化。
    • 由于屏幕单个色块是由RGB组成, 因此 8*3=24bit
    • 因此色彩数量: 2^24=1670万色
      img.png

选购显示设备时，会经常看见6bit、8bit、10bit等.
当前(2021年)主流的是8bit

以4K清晰度, FPS 120Hz, 游戏为例, 需要传输的带宽是怎样的?

  • 4096216024*120 = 25,480,396,800 bps =23.73 Gbps 即HDMI 2.0不够

MacBook Pro分析

自己使用的电脑

  • MacBook Pro (Retina, 15-inch, Mid 2015),
    • 256GB的SSD硬盘, 接口使用的SATA
    • 内置键盘, 触摸板, 使用USB 3.0
    • 2块1600MHz的DDR3 内存
    • 2个ThunderBolt 2.0接口
  • MacBook Pro (Retina, 16-inch, Mid 2020), 使用的是256GB的SSD硬盘, 接口使用的Nvme

Z390总线样例分析

2021-11-19-throughput-intel-z390.png

  • CPU直连一条PCIE 3.0*16, 可以插入显卡/SSD
  • CPU直连2666MHz的4个DDR4 DIMM插槽
  • CPU直连3个独立的HDMI/DP接口, 具体标准? 速率?
  • CPU通过DMI 3.0连接到南桥芯片组(Intel Z390 Chipset),
    • 南桥芯片组也叫 PCH芯片
    • 通过南桥连接 PCIE3.0*24
    • SATA接口
    • USB接口
    • Optane Memory存储
    • 声卡
    • 无线网卡
    • PCIE存储设备
    • 蓝牙
    • PCIE千兆网卡
  • 所以有时候显卡虽然插入了PCIE插槽, 需要分清楚, 是直连CPU的PCIE还是走南桥绕道的PCIE
  • 雷电3，M.2，U.2目前都无法突破X4带宽，就是被这个DMI牙签总线限制了

Refs