5 изучить назначение и конструкция микросхем чипсет для управления обменом данными
Обновлено: 02.07.2024
Чипсет ( chIPset ) - это набор БИС (обычно 1-3 микросхемы), функционально эквивалентный микросхемам, входящим в стандартную конфигурацию микропроцессорной системы .
Как правило, чипсет интегрирует в себе функции следующих устройств:
- контроллера оперативной памяти;
- контроллеров кэш-памяти 2-го и/или 3-го уровня;
- контроллеров ПДП ;
- контроллеров приоритетных прерываний ;
- контроллера клавиатуры;
- контроллера мыши PS /2 ;
- контроллера инфракрасного порта;
- таймера реального времени;
- моста шины PCI ;
- моста шины ISA и др.
Обычно в составе чипсета выделяют:
- северный мост (North Bridge) - системный контроллер, в который входит контроллер системной шины, шин AGP и PCI , ОЗУ и кэш-памяти (для наборов под обычный Pentium);
- южный мост (SOUTh Bridge) - периферийный контроллер, включающий контроллеры EIDE, клавиатуры, моста PCI -to- PCI , последовательных/параллельных портов, шины USB и других подобных устройств.
Выбор чипсета во многом определяет конфигурацию МПС и ее производительность . Если МП можно заменить, а емкость ОЗУ увеличить, то замена чипсета однозначно связана с заменой системной платы, а ограничения чипсета также однозначно ограничивают возможности замены других элементов МПС: МП, ОЗУ , внешних устройств.
Чипсет накладывает ограничения на следующие функциональные характеристики системы в целом: тип памяти, тип кэш-памяти второго и/или третьего уровня, тип МП, максимальная частота системной шины, тип шины PCI (32- или 64-разрядная); поддержка многопроцессорной конфигурации и некоторые другие характеристики.
Практика показывает, что разница в производительности системных плат разных фирм, построенных с применением одного и того же чипсета, составляет от силы несколько процентов, между тем как тот же параметр для различных чипсетов может отличаться на порядок.
Рассмотрим использование чипсета на примере организации микропроцессорной системы на базе МП Pentium III на ядре Katmai (рис. 8.7).
Рис. 8.7. Структура микропроцессорной системы с использованием чипсета
Частота шины PCI составляет 33 МГц и при частоте системной шины и 66, и 100 МГц (используется деление частоты на 2 и 3 соответственно). AGP ( Accelerated GraphiCS Port ) - 32-разрядная шина ( тактовая частота всегда 66 МГц), используемая для подключения графического адаптера и позволяющая ускорить обмен данными между графическим адаптером и основной памятью. В режиме AGP 2х эффективная частота в 133
МГц обеспечивается использованием обоих фронтов импульсов частоты 66 МГц. Шина ISA работает на частоте 8 МГц. За ее функционирование отвечает мост PCI / ISA , являющийся обычным PCI -устройством (просто встроенным в чипсет).
Системная шина может работать на разной частоте, но все эти варианты совместимы по разводке и электрически, что создает почву для "разгона".
Таким образом, при смене частоты системной шины, например, с 66 на 100 МГц замене подлежат лишь три устройства: процессор , чипсет и память . Никакие другие устройства не заметят подмены шины - ни AGPвидеоадаптеры, ни любой из PCI -контроллеров, ни старые ISA -карты. В этом и заключается принципиальное отличие шины 100 МГц от шины 66
МГц, разогнанной до 75/83 МГц. В первом случае новый чипсет обеспечивает работу PCI на частоте 33 (100/3) МГц, во втором старый чипсет и не подозревает о "разгоне" и продолжает делить частоту системной шины на 2, а в итоге частота PCI -шины равна 37,5 или 41,5 МГц, что может привести к неправильной работе некоторых PCI -устройств.
Краткие итоги. В лекции рассмотрены вопросы организации микропроцессорных систем, взаимодействия входящих в нее устройств. Подробно изложен режим прямого доступа в память и используемый, представлена структура контроллера ПДП . Описаны функции чипсета в микропроцессорной системе.
Чипсет (англ. chipset) — набор микросхем, спроектированных для совместной работы с целью выполнения набора каких-либо функций. Так, в компьютерах чипсет, размещаемый на материнской плате, выполняет роль связующего компонента, обеспечивающего совместное функционирование подсистем памяти, центрального процессора (ЦП), ввода-вывода и других. Чипсеты встречаются и в других устройствах, например, в сотовых телефонах.
Как правило, чипсет интегрирует в себе функции следующих устройств:
• контроллера оперативной памяти;
• контроллеров кэш-памяти 2-го и/или 3-го уровня;
• контроллеров ПДП;
• контроллеров приоритетных прерываний;
• контроллера клавиатуры;
• контроллера мыши PS/2;
• контроллера инфракрасного порта;
• таймера реального времени;
• моста шины PCI;
• моста шины ISA и др.
Обычно в составе чипсета выделяют:
ü северный мост (North Bridge) - системный контроллер, в который входит контроллер системной шины, шин AGP и PCI, ОЗУ и кэш-памяти (для наборов под обычный Pentium);
ü южный мост (SOUTh Bridge) - периферийный контроллер, включающий контроллеры EIDE, клавиатуры, моста PCI-to-PCI, последовательных/параллельных портов, шины USB и других подобных устройств.
Выбор чипсета во многом определяет конфигурацию МПС и ее производительность. Если МП можно заменить, а емкость ОЗУ увеличить, то замена чипсета однозначно связана с заменой системной платы, а ограничения чипсета также однозначно ограничивают возможности замены других элементов МПС: МП, ОЗУ, внешних устройств.
Чипсет накладывает ограничения на следующие функциональные характеристики системы в целом: тип памяти, тип кэш-памяти второго и/или третьего уровня, тип МП, максимальная частота системной шины, тип шины PCI (32- или 64-разрядная); поддержка многопроцессорной конфигурации и некоторые другие характеристики.
Практика показывает, что разница в производительности системных плат разных фирм, построенных с применением одного и того же чипсета, составляет от силы несколько процентов, между тем как тот же параметр для различных чипсетов может отличаться на порядок. Рассмотрим использование чипсета на примере организации микропроцессорной системы на базе МП Pentium III на ядре Katmai (см. рис. ниже).
Структура микропроцессорной системы с использованием чипсета
Частота шины PCI составляет 33 МГц и при частоте системной шины и 66, и 100 МГц (используется деление частоты на 2 и 3 соответственно). AGP (Accelerated GraphiCS Port) - 32-разрядная шина (тактовая частота всегда 66 МГц), используемая для подключения графического адаптера и позволяющая ускорить обмен данными между графическим адаптером и основной памятью. В режиме AGP 2х эффективная частота в 133 МГц обеспечивается использованием обоих фронтов импульсов частоты 66 МГц. Шина ISA работает на частоте 8 МГц. За ее функционирование отвечает мост PCI/ISA, являющийся обычным PCI-устройством (просто встроенным в чипсет).
Системная шина может работать на разной частоте, но все эти варианты совместимы по разводке и электрически, что создает почву для "разгона".
Таким образом, при смене частоты системной шины, например, с 66 на 100 МГц замене подлежат лишь три устройства: процессор, чипсет и память. Никакие другие устройства не заметят подмены шины - ни AGP видеоадаптеры, ни любой из PCI-контроллеров, ни старые ISA-карты. В этом и заключается принципиальное отличие шины 100 МГц от шины 66 МГц, разогнанной до 75/83 МГц. В первом случае новый чипсет обеспечивает работу PCI на частоте 33 (100/3) МГц, во втором старый чипсет и не подозревает о "разгоне" и продолжает делить частоту системной шины на 2, а в итоге частота PCI-шины равна 37,5 или 41,5 МГц, что может привести к неправильной работе некоторых PCI-устройств.
Чипсет (от англ. ChipSet), который иногда называют системной логикой или набором микросхем, представляет собой связующий компонент платы, обеспечивающий совместную работу подсистем оперативной памяти, процессора, системы ввода-вывода и множества других.
Практически во всех случаях чипсет является комбинацией двух микросхем — северного и южного мостов.
| Северный мост(Northbridge) работает напрямую с процессором и осуществляет поддержку оперативной памяти и видеокарты. Он также задаёт частоту системной шины (FSB), максимальный объём и тип ОЗУ. |  |
| Южный мост (Southbridge) — микросхема, обеспечивающая взаимодействие ЦП с другими компонентами компьютера — винчестерами, картами расширения, интерфейсами SATA, USB и др. В отличие от северного моста, южный мост обычно не подключается напрямую к процессору, поэтому они расположены на отдельных микросхемах. |  |
На рынке существует множество моделей чипсетов разных производителей. Самые популярные на сегодняшний день:
Без встроенной видеокарты: P31, P35, P43, P45, P55, X38, X48, X58
Со встроенной видеокартой: G31, G41, G43, G45
Рекомендуется покупать материнские платы без встроенной видеокарты на чипсетах P45 (для всех типов конфигураций) или на P55, X58 (для «экстремальных» геймеров и энтузиастов технологий). Естественно, что последние значительно дороже.
Чипсеты от AMD:
Без встроенной видеокарты: 770, 790X, 790FX
Со встроенной видеокартой: 740G, 760G, 780G, 785G, 780V, 790GX
Рекомендуется брать платы с чипсетами 770 (подходит для всех конфигураций), 790X (для геймеров), 790FX (для «экстремальных» геймеров и оверклокеров). Цена последних несколько выше.
Оверклокинг (англ. Overclocking) — разгон центральных процессоров или других компьютерных комплектующих, таких, как, например, видеокарта или оперативная память, путём повышения рабочих частот или питающего напряжения на компоненте.
Чипсеты от NVIDIA:
Прежде чем представить список наиболее распространённых чипсетов от компании NVIDIA, следует предупредить, что если Вы не собираетесь устанавливать в компьютер две видеокарты NVIDIA GeForce в режиме SLI, то покупать плату с чипсетом от NVIDIA нецелесообразно. Тем более, что Intel уже официально добавила поддержку SLI в свои чипсеты X58 и P55.
Компания NVIDIA производит чипсеты как для процессоров Intel, так и для процессоров от AMD. При покупке необходимо проверить, для какого процессора предназначена материнская плата.
Серия GeForce (со встроенной видеокартой): 7025, 7050, 7100, 8200, 8300
Серия nForce:
· nForce 500: 570, 590
· Для AMD: 630a, 680a
· Для AMD: 750a, 780a, 980a
Чем выше серия чипсета, тем современней, но и дороже материнские платы, выполненные на его основе.
Можно покупать платы на любых чипсетах серии nForce. Выбор делайте исходя из имеющейся у вас суммы денег.
Следует отметить, что с недавнего времени не только чипсеты от компании NVIDIA поддерживают режим одновременной работы двух (трёх) видеокарт — NVIDIA SLI, но и наборы системной логики Intel X58 и P55.
Не мало важным параметром является частота шины процессора (FSB). FSB процессора должна совпадать с частотой шины, поддерживаемой чипсетом материнской платы. Например, процессор с частотой шины 800 МГц не будет работать на плате, поддерживающей только процессоры с частотой шины 533 МГц.
Вернуться к списку элементов
Сокет
Еще одна не менее важная часть – процессорный сокет - гнездо для процессора. Он должен соответствовать некоторым требованиям:
Рамка должна быть выполнена из толстого прочного пластика.
Снизу под сокетом очень желательно, что бы была металлическая пластина, оберегающая материнскую плату от прогибания.
Вокруг сокета должно быть просторно. Никаких высоко торчащих толстых конденсаторов. Они помешают поставить хороший кулер на мощный процессор. Более того, сейчас в продаже распространены материнские платы с цифровым управлением преобразователями питания и твёрдотелыми низкорослыми конденсаторами.
Это позволяет не только повысить долговечность, но и увеличить стабильность работы системы.
Для процессоров от разных производителей требуются разные сокеты. Для современных процессоров фирмы Intel требуются материнские платы с сокетами «LGA775» (Land Grid Array, Socket 775), «LGA1366» (Socket 1366) или «LGA1156» (Socket 1156), для процессоров AMD – «Socket AM2», «Socket AM2+» или «Socket AM3». До выпуска сокета «LGA775» фирма Intel использовала «Socket 478». Из названия ясно, что в нём использовались 478 контактных отверстий. Соответственно на самом процессоре находились 478 контактных ножек (PGA478, Pin Grid Array). Теперь же в сокете «LGA775» используется 775 ножек, а на процессоре, соответственно 775 контактных площадок. Тоже самое касается и LGA1366.
Компания AMD, в свою очередь, использовала сокеты «Socket 754» (754 контакта) и «Socket 939» (939 контактов). Внешне изменилось только количество контактов. У «Socket AM2» их — 940.
Вернуться к списку элементов
Физически, чипсет представляет собой одну или несколько больших микросхем на материнской плате и несколько вспомогательных микросхем, размерами поменьше. Эти микросхемы в процессе работы нагреваются, поэтому производители материнских плат устанавливают на них радиаторы для охлаждения.
Блок-схема чипсета
В силу сложившихся инженерных традиций, основные микросхемы чипсета получили название: Северный мост и Южный мост.
Основная функция Северного моста:
Связь процессора с памятью, видеокартой и южным мостом.
Основная функция Южного моста:
Обеспечивает связь процессора, со всеми остальными устройствами (жесткие диски, карты расширения, usb устройства и т.д).
В настоящее время существуют процессоры, которые сами могут выполнять функции северного моста. Поэтому в материнских платах для таких процессоров, северного моста нет, есть только южный!
Основные производители чипсетов:
Характеристики чипсета, которые влияют на производительность компьютера
Скорость работы шины данных:
Шина данных имеет две характеристики, частота и ширина.
Например: 1333 МГц, 1600 МГц
Например: 1 Байт, 2 Байта.
Пропускная способность шины данных
Трансферы в секунду
Этот параметр так же относится к пропускной способности но уже означает не объем, а количество операций, которая шина может передать в секунду.
Обычно число трансферов в секунду, в два раза больше частоты шины данных.
Например: 5200 MT/с, 5200 MT/s (Мегатрансферы в секунду)
5.2 ГТ/с, 5.2 GT/s (Гигатрансферы в секунду)
В описании материнской платы, указывается максимально возможная скорость работы шины данных, которая связывает процессор и чипсет. В действительности, скорость работы шины будет зависеть от установленного процессора. Это связано с тем, что процессор имеет такую же характеристику, как частота шины или скорость работы шины. Если она ниже чем у чипсета, то скорость работы шины данных будет такая, как у процессора.
Как обозначается чипсет в описании платы
Характеристики чипсета в кратком описании:
ASUS P7 H55 -V;S1156; без FFD!; Поддержка Core i3,i5,i7; HH5 ; 4DDR3(2200*); 1xP-Ex16, 3xP-Ex1; 3xP; 8ch-Sound; GigaLan; 6xSATAII; 1xATA100; ATX
Обычно чипсет уже указан в названии материнской платы: ASUS P7 H55 -V и далее он указан в кратком описании после сокета, и уже более подробно в полном описании платы.
Как вы, уже наверное, знаете, основными устройствами компьютера являются процессор и оперативная память (ОЗУ), а располагаются они на материнской плате. Но помимо них на системной плате находится и еще один важный компонент, а именно, чипсет материнской платы. Чипсет представляет собой комплект из нескольких микросхем, предназначенных для управления работой всех функциональных элементов материнской платы. Помимо этого, чипсет является элементом, в котором «зашит» тот или иной набор функций и возможностей, которыми располагает материнская плата.
Чипсеты в современном понимании этого слова впервые появились в персональных компьютерах платформы Amiga Atari. На платформе Intel первый чипсет появился в компьютерах PC/AT (на базе процессоров i80286).
Вообще говоря, слово «чипсет» (chipset) в переводе с английского переводится как «набор микросхем». Как правило, однако, в современных компьютерах этот набор состоит из небольшого числа элементов – обычно это 2, иногда 3 микросхемы. А многие современные чипсеты, в частности некоторые чипсеты Intel, вообще обходятся всего лишь одним контроллером.
В традиционной схеме чипсет состоит из двух микросхем со вполне устоявшимся набором функций. Традиционно эти две микросхемы носят название «южный мост» и «северный мост». Это название пошло от того, что обычно «северный» чип располагается в верхней части материнской платы, а «южный» – соответственно, в нижней. Мостами эти микросхемы называются не случайно, поскольку именно через них идет связь между всеми элементами компьютера, такими как процессор, оперативная память, шины ввода-вывода, шины накопителей, и.т.д. Но северный и южный мосты – это, скорее, обиходный термин. Формальное название, которое носит северный мост – контроллер-концентратор памяти, а южный – контроллер-концентратор ввода/вывода.
Северный и южный мост связывает специальная шина для обмена данными. Если раньше эти данные передавались по шине ввода-вывода, такой как PCI, то сейчас у каждого производителя чипсетов для этой цели существует высокоскоростная шина своего собственного формата.
Схема взаимодействия чипсета со всеми элементами материнской платы.
Основные функции
Как уже было сказано, в функции chipset-а входит интеграция различных устройств, расположенных на системной плате – памяти, процессора, шин в/в, портов, и.т.д. и координация их взаимодействия. Также чипсет часто содержит встроенную систему видео- и аудиовывода и сетевой контроллер.
Южный и северный мосты отвечают за различные функции. В ведении северного моста находятся высокоскоростные устройства, такие, как процессор, память, шина PCI-E. Также в северном мосту располагается встроенная видеосистема. Южный мост ответственен за всю остальную периферию, как правило, низкоскоростную. Это шины PCI, SATA, USB и многие другие. Кстати, если вспомнить, что северный мост зовется контроллером памяти, то часто это правило не соблюдается, поскольку во многих моделях чипсетов управление памятью не входит в функции северного моста, а осуществляется за счет возможностей центрального процессора.
На многих материнских платах существует также небольшая микросхема Super I/O, ответственная за низкоскоростные порты, такие, как LPT и PS/2. Южный мост и контроллер Super I/O соединяет специальная шина.
Северный мост, chipset Intel 815
Производители и модели
Производство чипсета – это высокотехнологичный процесс, немногим менее сложный, чем производство процессоров, поскольку от качества чипсета и от набора тех функций, которые он поддерживает, зависят характеристики компьютера, а также его бесперебойная работа. Поэтому их производителей этих наборов микросхем сейчас в мире не так уж много – как правило, это фирмы, производящие сами процессоры – Intel и AMD, а также компании NVIDIA, VIA и SIS.
В настоящее время разработано очень много различных моделей чипсетов. Как правило, определенные модели чипсетов предназначены для работы с определенными процессорами или линейками процессоров. Если вы хотите узнать название модели чипсета своей материнской платы, то следует помнить, что название модели чипсета пишется на микросхеме северного моста.
Заключение
Чипсет – это набор микросхем, обеспечивающий интеграцию и координирующий работу основных систем персонального компьютера, расположенных на системной плате. Чипсет определяет возможности персонального компьютера и те функции, которые он поддерживает, кроме того, от надежной работы чипсета зависит производительность компьютера и его бесперебойная работа.
Компьютер (микрокомпьютер) — это набор электронных устройств, который выполняет обработку информации (данных). Концепция обработки данных очень широка, поскольку она охватывает как обработку простых и сложных текстов, так и организацию баз данных, выполнение финансовых расчетов, а также обработку графики и звука практически в любой форме. Используя компьютер, можно управлять другими устройствами.
Чтобы правильно и эффективно использовать компьютер, требовались обширные знания в области электроники. Многие ведущие компании в этой области разработали и усовершенствовали интегральные схемы, использованные в первых компьютерах, и создали системы крупномасштабной интеграции, называемые чипсетами. Какую серьезную и ответственную роль они играют в компьютерах?
Взаимодействие отдельных систем, таких как центральный блок, базовая оперативная память и специальная память, требует дополнительных логических систем, которые координируют их работу. Целью этих систем является, среди прочего, декодирование адресов для генерации сигналов синхронизации и управления для конкретных систем. В ранних решениях для материнских плат эти схемы были построены с использованием множества интегральных схем, что привело к их большому количеству на материнской плате. С развитием технологий все больше и больше этих систем подвергались масштабной интеграции и назывались чипсетами.
Чипсет обычно представляет собой две самые большие интегральные схемы, называемые северным и южным мостами, чипсет контролирует всю плату и контролирует связь между всеми компонентами компьютера. Наиболее популярными компаниями-производителями чипсетов являются Intel, Via, AMD, Ali, SIS.
Наборы микросхем представляют собой набор специализированных интегральных микросхем с очень высокой степенью интеграции, которые при проектировании материнских плат отвечают за обеспечение взаимодействия отдельных элементов, составляющих компьютерную систему. Его задача — организовать обмен информацией между отдельными компонентами компьютера. Он действует как посредник между процессором и совместимыми с ним устройствами. Все данные, отправляемые из основной памяти на процессор, «проходят» через чипсет.
Чипсет обычно состоит из одной или четырех отдельных систем (чипов), иногда распределенных по разным частям платы. В зависимости от типа чипсет может содержать следующее:
- контроллер кеша L2;
- контроллер процессора, включающий поддержку кэша первого уровня L1 (каждый набор микросхем адаптирован для работы только с процессорами определенного типа (типов), поэтому процессор сначала разрабатывается в процессе производства, а затем для него создается подходящий набор микросхем, используя его возможности такие как тактовая частота);
- контроллер шины PCI, ISA — ширина шины, тактовая частота;
- контроллер IDE / EIDE;
- контроллер прерываний IRQ;
- контроллер канала DMA;
- часы реального времени RTC;
- контроллер мыши — порт (PS / 2);
- контроллер гибких дисков (FDD);
- контроллер параллельного порта (разъем Centronics);
- контроллер последовательного порта (RS232, USB);
- экономное управление энергопотреблением.
Чипсет также включает в себя поддержку систем, состоящих из более чем одного процессора (архитектура SMP Symmetric Multi-Processing). Роль чипсета заключается в том, чтобы управлять процессорами, чтобы они одновременно использовали разные задачи и не «мешали друг другу». Это решение в основном используется на сетевых серверах, которые требуют высокой эффективности и скорости.
Производители стремятся к тому, чтобы все больше и больше контроллеров встраивались непосредственно в чип (ы) чипсета, а также стремятся уменьшить количество чипсетов, которые в нем содержатся, сохраняя при этом его технические возможности. Чипсет как неотъемлемая часть всей платы неразрывно связан с ней, соединением, с которым его невозможно заменить, как это происходит с другими элементами компьютера. Поэтому замена чипсета эквивалентна замене всей материнской платы.
Читайте также: