6. Набор микросхем системной платы (чипсет)

Chipset, или «PCIset»,  совокупность микросхем, размещенных на системной плате, которые организуют потоки команд и данных в ПЭВМ. Сюда входят  основная память, вторичная кэш-память и устройства, связанные с шинами ISA и PCI. Кроме того, чипсет контролирует потоки данных НЖМД и других устройств, соединен­ных с каналом IDE. Иногда в состав чипсет включают и сам микро­процессор.

Архитектура «Северный мост/Южный мост»

Классический чипсет состоит, как правило, из двух (реже  од­ной или трех) микросхем, в которых одна, поддерживающая кон­троллер памяти, AGP, и какую-либо вспомогательную шину (PCI либо любую другую) между микросхемами чипсета, обычно называ­ется Northbridge. Соответственно, контроллеры ввода-вывода, а в по­следнее время и контроллер шины РСI. интегрируются в Southbridge. Northbridge и Southbridge соединяются той или иной шиной. Приме­ром Northbridge/Southbridge является Triton 430 ТХ (см. рис. 1.10).

На рис. 1.33 приведена структура чипсета AMD 750, который имеет аналогичную архитектуру и ориентирован на процессор Athlon. Набор микросхем состоит из двух устройств: системного контроллера AMD-751 и контроллера периферийных устройств AMD 756.

Функции системного контроллера (Northbridge):

• поддержка шинного интерфейса с процессором на частоте 200 МГц;

• поддержка шины PCI 2.2 с подключением до шести устройств;

• поддержка до 768 Мбайт ОП SDRAM DIMM;

• совместимость со спецификациями AGP (1-х и 2-х графика).

Функции периферийного контроллера (Southbridge):

• поддержка устройств Plug-n-Play и стандартов управления питанием ACPI 1.0 и АРМ 1.2;

• поддержка контроллера клавиатуры и мыши;

• функции IDE-контроллера с поддержкой возможностей Ultra DMA-33/66;

• интегрированный контроллер шины ISA и мост ISA-PCI, удовлетворяющий спецификациям РС-97;

• контроллер USB и концентратор на четыре порта.

Архитектура AGPset

Предусматривает ускоренное взаимодействие с портом AGP (2-х графика), и предназначена для использования в серверах и рабочих станциях на процессорах Xeon. Выпущенный в одно время с про­цессором Pentium II Xeon в середине 1998 г., чипсет 440GX является развитием более раннего варианта 440ВХ.

Чипсет поддерживает два типа разъемов для процессора  Slot 1 и Slot 2, слот расширения 2х AGP, подключение 2-х ЦП и макси­мум 2 Гбайта памяти (рис. 1.34). Поддерживается также работа вто­ричной шины процессора с полной частотой ЦП, что позволяет кэш-памяти 2-го уровня процессора Pentium II Xeon работать на частоте ЦП.

Архитектура «Accelerated hub»

В дальнейшем рассмотренный тип архитектуры использовался в чипсетах Intel Triton 440LX, EX, BX, ZX, GX, 450 NX, а затем был заменен (чипсеты 820, 815, 850 и др.) на архитектуру «Accelerated hub», включающую три компонента (рис. 1.35):

• контроллер памяти (Memory Controller Hub);

• контроллер ввода-вывода (I/O Controller Hub);

• постоянную память (ПЗУ  Firmware Hub).

Контроллер памяти обеспечивает высокоскоростное взаимодей­ствие между ЦП, ОЗУ и AGP и позволяет управлять памятью разме­ром до 1 Гбайт. При этом в системе могут использоваться как один, так и несколько процессоров. Контроллер ввода-вывода поддержи­вает прямую связь между внешними устройствами и ОЗУ; кроме того, он выполняет функции контроллера USB, IDE и АС'97. Сис­тема ПЗУ содержит схемы BIOS и видеоBIOS, а также в нее вмон­тирован датчик случайных чисел (Intel RNG). В отличие от про­граммных датчиков псевдослучайных чисел (ПСЧ), Intel RNG гене­рирует числа действительно случайные, при этом используется эффект теплового шума.

«Неоклассические» архитектуры для AMD K8

Как уже отмечалось выше, в ЦП К8 контроллер памяти интег­рирован в самом процессоре и часть классических функций «север­ного моста» воплощены в процессоре. Поэтому чипсету остается только реализовать контроллеры ввода-вывода, PCI и AGP.

VIA-чипсет для процессоров AMD (VIA K8T800), выполнен в почти классическом варианте (рис. 1.36, 1.37)  с «Северным мостом» (не загруженным взаимодействием с памятью) и «Южным», которые соединены шиной 8Х V-Link с пропускной способностью 533 МБайт/с. В качестве «Южного моста» используется чип VT8237, который под­держивает:

• восемь портов USB 2.0;

• два порта Parallel ATA133/100/66 с поддержкой до четырех устройств;

• звуковые решения от VIA  VIA Vinyl 5.1 & Vinyl Gold 7.1;

• два порта SATA с поддержкой RAID;

• интегрированный 10/100 BaseT сетевой контроллер;

• подключение контроллера Gigabit Ethernet.

Архитектура AMD-8000. AMD разработана набор из трех мик­росхем, называемых туннелями, под общим наименованием AMD-8000. С помощью комбинаций этих микросхем можно созда­вать чипсеты как для дешевых настольных моделей, так и для высо­копроизводительных рабочих станций и даже для многопроцессор­ных систем. Набор микросхем AMD-8000 можно сравнить с набо­ром кубиков, из которых можно создавать любые по сложности решения (рис. 1.38).

AMD-8151 Graphics Tunnel представляет собой кон­троллер AGP 8х с пропускной способностью 2,1 Гбайт/с. Кроме того, данный туннель имеет два встроенных порта HyperTransport  Link А (входной) и Link В (выходной). Первый интерфейс (Link A) является 16-битным с полосой пропускания 6,4 Гбайт/с (по 3,2 Гбайт/с в каждом направлении). Второй (Link В)  уже 8-бито­вый с полосой пропускания 1,6 Гбайт/с (по 0,8 Гбайт/с в каждом направлении).

АМD-8131 I/О Bus Tunnel  контроллер шины, пред­назначенный для использования в серверных системах. Туннель обладает двумя интерфейсами HyperTransport (Link А и Link В), как и у AMD-8151. Сам контроллер РСI-Х поддерживает две независи­мые PCI-X-шины с возможностью установки до пяти устройств на каждую.

АМD-8111 I/O Hub  контроллер ввода-вывода, без кото­рого вообще невозможно построить систему  он должен обяза­тельно присутствовать на плате. В минимально возможной конфи­гурации плата может содержать лишь один туннель AMD-8111 I/O Hub (при этом предполагается, что система будет без поддержки AGP). Туннель AMD-8111 I/O Hub обладает одним-единственным 8-битовым интерфейсом HyperTransport с пропускной способно­стью 800 Мбайт/с и содержит все необходимые контроллеры ввода-вывода, как и классический «Южный мост»  поддерживает до восьми устройств PCI (32 бит/33 МГц), шесть портов USB 2.0, два канала IDE с поддержкой ATA 33/66/100/I33, сетевой адаптер 10/100 Мбит/с, модем АС'97, шестиканальное аудио и LPC-шину.

Архитектура AMD8000 позволяет, кроме однопроцессорных систем, создавать многопроцессорные (рис. 1.39).

В табл. 1.13 приводятся характеристики некоторых наборов микросхем Intel, Via и AMD.

Таблица 1. 13. Основные характеристики некоторых вариантов чипсетов

	Тип	Характеристики
		Процессор	Частота систем­ной шины, МГц	Модули памяти	Тип памяти	Графика	Порт IDE/ATA	USB	Звук
	i865PE	Pentium IV	800/533/400	4 DIMMs	DDR 400/333/266	AGP8x	2 порта ATA 150	8 портов USB 2.0	AC'97
	i875P	Pentium IV	533/400	4 DIMMs	DDR 400/333/266	AGP8x	2 порта ATA 150	8 портов USB 2.0	AC'97
	i845PE	Pentium IV Celeron	533/400	2 двухсто­ронних DIMMs	DDR 333/266	AGP4x	PATA	8 портов Hi-Speed USB 2.0	AC'97
	AMD8000	AMD K8	НТ 800 Мбайт/с			AGP 8x/PCI-X	ATA 33/133	6 портов USB 2.0
	Intel P965 Express	Core 2 Duo Pentium D Pentium 4 LGA775	1066/800	2 DIMM, 2 channels	DDR2 800/677/533	PCI Express x16 (1x16)	SATA (3 Гбит/с) External SATA	8 портов USB 2.0	Intel HDAudio, AC'97/20 бит
	VIA K8T800 + VTB237	AMD Athlon 64, Socket 754	НТ 1,6 Гбайт/с		3DDR до 3 ГБ	AGP/5 PCI/ ASUS Win	2 порта PATA (ATA133), 2 порта SATA	2 разъема no 2 USB 2.0	VIA AudioVinyl 5.1
	NVIDIA nFогсеЗ Pro 150	AMD Opteron, Athlon 64 FX, Socket 940			4 DDR до 4 ГБ	AGP/5 PCI	2 канала PATA/IDE с под­держкой UltraATA 133 и RAID	4 USB 2.0 + 1 разъ­ем на 2 USB 2.0	АС'97-кодек Avarice Logic ALC650

Контрольные вопросы

1. Перечислите основные типы ПК.

2. Что такое «зеленый компьютер»?

3. Охарактеризуйте технологии производства процессоров.

4. Что такое CMOS-транзисторы?

5. Перечислите основные компоненты ПК.

6. Какие типы системных плат вам известны?

7. Что такое ризер-архитектура?

8. Какова структура ЦП?

9. Какие типы процессоров вам известны?

10. Что такое супескаляризация?

11. В чем преимущества конвейерных вычислений?

12. Охарактеризуйте технологию динамического исполнения.

13. Что такое 3D Now?

14. Перечислите основные этапы развития процессоров Intel.

15. Перечислите основные этапы развития процессоров AMD.

16. Перечислите основные этапы развития процессоров Cyrix.

17. Что входит в состав чипсет?

18. Что такое архитектура Northbridge/Southbridge?