Какие две основные большие микросхемы чипсета содержат современные компьютеры
Обновлено: 04.07.2024
Магистрально-модульный принцип построения компьютера . В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип. Модульность позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами.
К магистрали, которая представляет собой три различные шины, подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и хранения информации, которые обмениваются информацией в форме последовательностей нулей и единиц, реализованных электрическими импульсами.
Многие необходимые дополнительные устройства интегрированы в современные материнские (системные) платы: сетевая карта, внутренний модем, сетевой адаптер беспроводной связи Wi - Fi , контроллер I ЕЕЕ 1394 для подключения цифровой видеокамеры, звуковая плата и др. Раньше эти устройства подключались к материнской плате с помощью слотов расширения и разъемов.
Чипсет . Важнейшей частью материнской платы является чипсет, который во многом определяет архитектуру современного персонального компьютера. Современные компьютеры содержат две основные большие микросхемы чипсета (рис. 1.12):
контроллер-концентратор памяти, или Северный мост (англ. N orth Bridge ), который обеспечивает работу процессора с оперативной памятью и с видеоподсистемой;
контроллер-концентратор ввода/вывода, или Южный мост (англ. South Bridge ), обеспечивающий работу с внешними устройствами.
Пропускная способность шины . Быстродействие процессора, оперативной памяти и периферийных устройств существенно различается. Быстродействие устройства зависит от тактовой Частоты обработки данных (обычно измеряется в мегагерцах — МГц) и разрядности, т. е. количества битов данных, обрабатываемых за один такт. (Такт — это промежуток времени между подачами электрических импульсов, синхронизирующих работу устройств компьютера.)
Соответственно, скорость передачи данных (пропускная способность) соединяющих эти устройства шин также должна различаться. Пропускная способность шины (измеряется в бит/с) равна произведению разрядности шины (измеряется в битах) и частоты шины (измеряется в горцах — Гц, 1 Гц = 1 такт в секунду):
пропускная способность шины = разрядность шины х частота шины .
Системная шина (см. рис. 1.12). Между Северным мостом и процессором данные передаются по системной шине ( FSB от англ. FrontSide Bus ). В наиболее быстрых компьютерах (2008 год> частота системной шины составляет 400 МГц. Однако между Северным мостом и процессором эффективная частота передачи данных в 4 раза выше. Таким образом, процессор может получать и передавать данные с частотой 400 МГц · 4 = 1600 МГц. Так как разрядкость системной шины равна разрядности процессора и составляет 64 бита, то пропускная способность системной шины равна:
64 бита · 1600 МГц = 102 400 Мбит/с = 100 Гбит/с = 12,5 Гбайт/с.
Частота процессора . В процессоре используется внутреннее умножение частоты, поэтому частота процессора в несколько раз больше, чем частота системной шины. Например, в современных процессорах используется коэффициент умножения частоты 8. Это означает, что процессор за один такт шины способен генерировать 8 своих внутренних тактов и, следовательно, частота процессора составляет 400 МГц · 8 = 3,2 ГГц.
Шина памяти (см. рис. 1.12). Обмен данными между северным мостом и оперативной памятью производится по шине памяти, частота которой может быть больше (например, в 4 раза), чем частота системной шины. У современных модулей памяти ( DDRS от англ. double - data - rate ) ‘Частота шины памяти может составлять 400 МГц · 4 = 1600 МГЦ, т. е. оперативная память получает данные с такой же частотой, что и процессор. Так как разрядность шины памяти равна разрядности процессора и составляет 64 бита, то пропускная способность шины памяти также равна:
64 бита · 1600 МГц = 102 400 Мбит/с = 100 Гбит/с = 12,5 Гбайт/с = 12 800 Мбайт/с.
Модули памяти маркируются своей пропускной способностью, выраженной в Мбайт/с: РС4200, РС8500, РС12800 и др.
Шина РС I Express ( см . рис . 1.12). По мере усложнения графики приложений требования к быстродействию шины, связывающей видеопамять с процессором и оперативной памятью, возрастают.
В настоящее время для подключения видеоплаты к северному мосту все большее распространение получает шина РС I Express ( Peripherial Component Interconnect bus Express —- ускоренная шина взаимодействия периферийных устройств). Пропускная способность этой шины может достигать 32 Гбайт/с.
К видеоплате с помощью аналогового разъема VGA ( Video Graphics Array — графический видеоадаптер) или цифрового разъема DVI ( Digital Visual Interface – цифровой видеоинтерфейс) подключается электронно-лучевой или жидкокристаллический монитор или проектор.
Шина S АТА (см. рис. 1.12]. Устройства внешней памяти (жесткие диски, С D - и DVD -дисководы) подключаются к южному мосту по шине S АТА (англ. Serial Advanced Technology Attachment — последовательная шина подключения накопителей), скорость передачи данных по которой может достигать 300 Мбайт/с.
Шина US В (см. рис. 1.12). Для подключения принтеров, сканеров, цифровых камер и других периферийных устройств обычно используется шина US В ( Universal Serial Bus — универсальная последовательная шина). Эта шина обладает пропускной способностью до 60 Мбайт/с и обеспечивает подключение к компьютеру одновременно до 127 периферийных устройств (принтер, сканер, цифровая камера, Web -камера, модем и др.).
Увеличение производительности процессора . Увеличение производительности процессоров за счет увеличения частоты имеет свой предел из-за тепловыделения. Выделение процессором теплоты Q пропорционально потребляемой мощности Р, которая, в свою очередь, пропорциональна квадрату частоты v 2 :
Рис. 1.12. Архитектура персонального компьютера
Уже в настоящее время для отвода тепла от процессора используются массивные воздушные кулеры, состоящие из вентилятора и металлических теплоотводящих ребер.
Увеличение производительности процессора, а значит и компьютера, достигается за счет увеличения количества ядер процессора (арифметических логических устройств). Вместо одного ядра процессора используются два или четыре ядра, что позволяет распараллелить вычисления и повысить производительность процессора.
Основные характеристики ПК
Производительность (быстродействие) ПК – возможность компьютера обрабатывать большие объёмы информации. Определяется быстродействием процессора, объёмом ОП и скоростью доступа к ней (например, Pentium III обрабатывает информацию со скоростью в сотни миллионов операций в секунду)
Производительность (быстродействие) процессора – количество элементарных операций выполняемых за 1 секунду.
Тактовая частота процессора (частота синхронизации) - число тактов процессора в секунду, а такт – промежуток времени (микросекунды) за который выполняется элементарная операция (например, сложение). Таким образом, т актовая частота - это число вырабатываемых за секунду импульсов, синхронизирующих работу узлов компьютера. Именно ТЧ определяет быстродействие компьютера
Разрядность процессора – max длина (кол-во разрядов) двоичного кода, который может обрабатываться и передаваться процессором целиком.
Время доступа - быстродействие модулей ОП, это период времени, необходимый для считывания min порции информации из ячеек памяти или записи в память. Современные модули обладают скоростью доступа свыше 10нс (1нс=10 -9 с)
Объем памяти (ёмкость) – max объем информации, который может храниться в ней.
Плотность записи – объем информации, записанной на единице длины дорожки (бит/мм)
Скорость обмена информации – скорость записи/считывания на носитель, которая определяется скоростью вращения и перемещения этого носителя в устройстве
Задания по теме « Архитектура компьютеров. Основные характеристики компьютеров »
Задание 1. Ответьте на вопросы
1. Какой принцип положен в основу архитектуры современных ПК? Опишите его.
2. Что является важнейшей частью материнской платы?
3. Какие две основные большие микросхемы чипсета содержат современные компьютеры?
4. Как узнать пропускную способность шины?
5. По какой шине данные передаются между Северным мостом и процессором?
6. По какой шине производится обмен данными между северным мостом и оперативной памятью?
7. Какую шину используют для подключения видеоплаты к северному мосту?
8. По какой шине устройства внешней памяти подключаются к южному мосту?
9. Какую шину используют для подключения принтеров, сканеров, цифровых камер и других периферийных устройств?
Задание 2. Зарисуйте схему архитектуры ПК
Задание 3.Запишите основные характеристики ПК
Задания по теме « Архитектура компьютеров. Основные характеристики компьютеров »
Задание 1. Ответьте на вопросы
1. Какой принцип положен в основу архитектуры современных ПК? Опишите его.
2. Что является важнейшей частью материнской платы?
3. Какие две основные большие микросхемы чипсета содержат современные компьютеры?
4. Как узнать пропускную способность шины?
5. По какой шине данные передаются между Северным мостом и процессором?
6. По какой шине производится обмен данными между северным мостом и оперативной памятью?
7. Какую шину используют для подключения видеоплаты к северному мосту?
8. По какой шине устройства внешней памяти подключаются к южному мосту?
9. Какую шину используют для подключения принтеров, сканеров, цифровых камер и других периферийных устройств?
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.
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.
контроллер шин
генератор тактовой частоты
системный таймер
контроллер прерываний
контроллер прямого доступа к памяти
CMOS
тип и быстродействие процессора, который можно подключить к материнской плате;
тип и максимально допустимый объем оперативной памяти;
тип и количество устройств PCI и AGP, которые могут работать с данным компьютером;
тип и количество устройств, подключаемых к шинам SCSI/ISA (жесткие диски, приводы CD-ROM, DVD и т. д.);
модели подключаемой к компьютеру клавиатуры и мыши (USB, PS/2);
тип поддерживаемых платой портов компьютера.
В ранних моделях компьютеров (PC , XT) роль чипсета выполнял набор логических микросхем общего применения малой степени интеграции (< 100 транзисторов). Разумеется, в машине стояли и чипы с большей степенью интеграции, но они не были специализированы для РС. Это были, например, контроллер последовательного порта, контроллер дисплея, контроллер клавиатуры, которые были одинаковыми для всех типов ЭВМ – как РС, так и больших машин, например, VAX. Связано это было с тем, что раньше количество выпускаемых РС было небольшим, а производство микросхемы (как и любого электронного компонента) какого-то одного специального типа в партии менее нескольких миллионов штук невыгодно из-за больших затрат средств на разработку и технологическое оборудование для выпуска.
Но дальше из-за увеличения количества выпускаемых PC, стало выгодным выпускать и использовать специализированные микросхемы. В 286 машинах чипсет состоял из десятка микросхем средней степени интеграции (> 1000 транзисторов), каждая из которых отвечала за относительно небольшой участок взаимодействия, например, интерфейс шины ISA. В дальнейшем с совершенствованием технологии полупроводников стало дешевле совмещать все функции в одном чипе большой (> 10000 транзисторов) степени интеграции (множество чипсетов для 386), что помимо удешевления собственно чипсета позволило уменьшить задержки при передаче сигнала от одного чипа к другому и уменьшить площадь материнской платы.
Однако такая тенденция продержалась недолго. Причиной является различие в скорости работы различных компонентов системы. Например, для работы с оперативной памятью чипсет должен работать очень быстро, на пределе возможностей существующей технологии, в то время как для работы с последовательными портами такая скорость работы не требуется. Совместить в одном кристалле технологии различных уровней (например, 0.13 и 0.5 мкМ) нельзя. Можно, конечно, сделать весь кристалл по технологии 0.13, но он получится очень дорогим, так как компоненты, не требующие высокой скорости работы, занимают 80-90% от общего объема кристалла. Поэтому сейчас типичный чипсет содержит 2 логически обособленных блока, каждый в отдельном чипе. Между ними существует высокоскоростной канал связи.
Упрощенная схема материнской платы на основе i440BX показана на рисунке
Набор системной логики состоит из двух микросхем (еще говорят: имеет двухуровневую архитектуру):
Читайте также: