СТРУКТУРА МП З ЗАГАЛЬНОЮ ШИНОЮ ЗВ’ЯЗКУ З ВИКОРИСТАННЯМ МОСТІВ

Материнські плати: чіпсети

Материнська плата, яка лежить в основі архітектури комп'ютера, базується на основному наборі мікросхем - чіпсеті. Від параметрів чіпсета багато в чому залежать і технічні, і експлуатаційні характеристики комп'ютера - його продуктивність, багатофункціональність і стійкість. Чіпсет є сполучною ланкою між усіма компонентами МП і визначає, який процесор підтримується, яка пам'ять може бути використана і ряд інших характеристик.

Основними розробниками і виробниками чіпсетів є всього шість фірм - AMD, Intel, VIA, ALi, SiS і nVidia. Найчастіше, виробники CPU впливають на дизайн плат, призначених для їх процесорів, або самі розробляють свої чіпсети. Наприклад, корпорація Intel почала розробляти свої власні чіпсети з виходом процесора 486. AMD також була змушена випустити свій власний чіпсет для підтримки першого Athlon, архітектура якого вперше значно відрізнялася від звичної архітектури процесорів Intel. Це робиться, перш за все, для забезпечення кращої роботи процесора, забезпечення його стабільності і надійності, тому і вважається, що самі надійні чіпсети виробляються AMD і Intel, хоча це зовсім не обов'язково.

Перші мікрокомп'ютери виконували функцію контролерів для різних приладів, і представляли із себе окремі інтегральні схеми, встановлені на МП, але у зв'язку зі спрямованістю електроніки на зменшення розмірів компонентів, в остаточному підсумку вони вмістилися на одній або двох ASIC (спеціалізована інтегральна схема). У 1986 році компанія Chips and Technologies представила перший чіпсет 82С206, який замінив сотні ІМС від Intel. Він в собі поєднував функції генератора тактової частоти, контролера шини системного таймера, двох контролерів IRQ і DMA, а також CMOS-а. Хоча зараз структура принципово змінилася, але загальні принципи залишилися ті ж. Intel стала виробляти чіпсети з 1994 року. Протягом декількох років, Intel володіла приблизно 90% ринку чіпсетів, але ця ситуація змінилася. Чіпсети конкурентів зараз не менш стійкі, притому більш продуктивні і більш дешеві.

Для чого потрібен чіпсет?

Суть роботи чіпсета полягає в тому, щоб пов'язувати компоненти ПК, організовувати їх роботу та узгоджувати роботу CPU і інших пристроїв. Реалізується це обслуговуванням керуючих і конфігураційних сигналів, комутацією різних ліній і багаторівневим арбітражем шин. Так, шини - це те, головне, з чим взаємодіє чіпсет.

З чого ж вони полягають?

Отже, чипсет - набір мікросхем, архітектура яких залежить від покоління ПК і виробника. Зазвичай, він реалізується на мікросхемах, упакованих в два корпуси, але є і однокристальних рішення, (SiS635 (T), SiS 730S, SiS 740, SiS 745) і трьохчіпові (i430, i810 та ін.) Ці мікросхеми називаються мостами. Розрізняють мости північний і південний. Назви північний і південний - історичні. Вони означають розташування чіпсета моста щодо шини PCI на блок-схемах: північний знаходиться вище, а південний - нижче. Чому міст? Ця назва дали чіпсетам через те, що вони є «мостом» між різними інтерфейсами. Для проектувальника особливою складністю є північний міст, тому він працює з самими швидкісними пристроями, тому сам повинен працювати дуже швидко, забезпечуючи швидкий і надійний зв'язок процесора, пам'яті, шини AGP і південного мосту. Південний міст працює з повільними пристроями, такими як жорсткі диски, шина USB, PCI, ISA і т.п.

А для чого два мости?

Тут кілька причин. Перша і, напевно, сама випливає з того, що північний міст повинен працювати набагато швидше, ніж південний. Розробка ж обох мостів на одному чіпі значно ускладнює розробку і виробництво такого чіпсета. Крім того, оновлення стандартів периферії відбувається дуже часто. При використанні двох чіпів виробникам материнських плат немає необхідності повністю міняти весь набір логіки: досить поміняти південний міст. Ні для кого не секрет, що розмір самого ядра чіпсета набагато менше кремнієвої підкладки, на якій він знаходиться через те, що необхідно грамотно розвести виходи ІМС. Таким чином, в чіпсеті залишається досить багато місця, яке зникає при використанні замість двох чіпсетів одного. Ну а у вільне місце виробники вбудовують набори графіки, а в майбутньому тут планується розміщувати кеш-пам'ять третього рівня.

А що за хаби у Intel?

З недавнього часу (з чіпсета i810) корпорація Intel відмовилася від використання архітектури мостів, і перейшла до схожої архітектурі, в якій використовуються хаби. Колишній північний міст віддає контролер шини PCI колишньому південному, чіп BIOS'а отримує генератор випадкових чисел і з'єднується безпосередньо з «південним», шина ISA відкидається через непотрібність, а окремий чіп введення-виведення (контролер LPT, COM, клавіатури, миші) через додаткову шину LPC підключається до «південного». Отже, тут всі чіпи пов'язані між собою окремими спеціалізованими шинами, і прийнято говорити не про північному і південному мостах, а про хабах GMCH (контролер відео, пам'яті, системної шини), ICH (контролер жорстких дисків з підтримкою UltraDMA, контролер USB і PCI) і FWH (BIOS і генератор випадкових чисел). Чіпи стали більш незалежні, а інтерфейс зв'язку між ними являє собою зв'язок "точка-точка" по більш швидкою, ніж стандартна PCI, шині з пропускною спроможністю 266 МБ / с. Такий підхід виявився кращим, ніж класичний південний міст, який "садить" всі пристрої на шину PCI і по ній же передає дані в північний міст. В чіпсетах, починаючи з i 815 E, використовується ICH 2 хаб, який відрізняється підтримкою UATA / 100, 4 USB і 6-канального звуку. В i 845 E вперше був реалізований ICH 4, який підтримує USB 2.0 і 20-бітовий звук.

Детально про Північному ...

Північний міст

Чіпсет зазвичай маркується ім'ям його північного мосту. Існує невелика функціональне розходження між північними мостами шин EV6 і P6, укладає в різній реалізації роботи з пам'яттю, але основний принцип дії та призначення однакові. Функція чіпсета північного моста - контролювати і направляти потік даних з 4-х шин (пам'ять, AGP, системна шина процесора і шина зв'язку з південним мостом). Причому він повинен бути настільки збалансований, щоб якомога більше скоротити простої при спробі доступу до пам'яті, грамотно розставляти пріоритети і черговості. У ранніх виконаннях чіпсетів контролери пам'яті в них були дуже сильно підпорядковані процесору, а йому через це доводилося обробляти велику кількість даних і запитів на запис в пам'ять. У сучасних чіпсетах контролери пам'яті - цілком самостійні пристрої, що забезпечують прямий доступ до пам'яті майже всіх пристроїв комп'ютера.

Використання буферів для забезпечення одночасного доступу до пам'яті

Іноді прямий доступ до пам'яті (DMA) вимагають кілька пристроїв. У такому випадку канал передачі даних працює в режимі поділу часу, а дані, які очікують звільнення каналу, зберігаються в спеціальних буферах північного мосту. Хороший чіпсет повинен забезпечувати нормальну буферизацію а також раціональне використання каналу. Для прикладу, можна назвати один з кращих чіпсетів свого часу - це північний міст VIA KT133A, що забезпечує 16 рівнів (по 64 біта кожен) буферизації даних для передачі даних від шини PCI до пам'яті. Такий паралельний буфер дуже важливий для передачі даних з високою швидкістю до таких пристроїв, як жорсткий диск. На жаль, ефективність буфера значно залежить від ПЗ.

Тепер давайте поглянемо на інші 3 шини, що підключаються до північного моста.