Тема 4.4. Чипсеты Intel для процессоров шестого поколения.

Как уже упоминалось, начиная с 1993 года, Intel представляет новые наборы микросхем системной логики (и даже готовые системные платы) одновременно с новыми процессорами. Первым процессором шестого поколения, как мы помним, был процессор Pentium Pro. Все последующие процессоры 6-го поколения: Pentium II, Pentium !!!, Celeron - по сути являются модифицированными потомками Pentium Pro, отличающимися только кэшем второго уровня. Поэтому те чипсеты, которые разрабатывались для процессора Pentium Pro можно было применять для построения Pentium II систем, и именно так производители материнских плат поначалу и делали. Давайте рассмотрим чипсет, сконструированный Intel для процессора Pentium Pro, который затем применялся в первых Pentium II системах.

Intel 440FX (Natoma)

Набор микросхем для системных плат Р6 (Pentium Pro или Pentium II) 440FX имел кодовое название Natoma. Он поддерживает параллельные операции (в соответствии со стандартом PCI 2.1), универсальную последовательную шину (USB), а также коды коррекции ошибок, что повышает надежность системы.

Описываемый набор микросхем системной логики поддерживает:

* память EDO объемом до 1 Гбайт;

* кэширование памяти объемом до 1 Гбайт (кэш-память второго уровня и тэги находятся в процессоре);

* USB;

* IDE (UDMA 33 не поддерживался);

* контроль четности и коды коррекции ошибок.

Компонент North Bridge в 440FX состоит из двух микросхем. Основные составляющие - 82441FX PCI Bridge, контроллер памяти и акселератор шины данных для PCI 82442FX. В этом наборе используется микросхема 82371 SB (компонент South Bridge РIIХЗ), которая поддерживает быстродействующие интерфейсы прямого доступа к памяти, IDE и USB. Она используется в качестве моста между шинами PCI и ISA. Обратите внимание: это был первый набор микросхем системной логики Р6, который поддерживал память EDO; его недостаток состоял в том, что он не поддерживал быстродействующую память SDRAM. Кроме того, микросхема РIIXЗ, используемая в этом наборе, не поддерживала жесткие диски Ultra DMA 33 IDE.

Набор микросхем 440FX использовался в первых системных платах для Pentium II, которые имели ту же самую архитектуру, что и платы для Pentium Pro. Pentium II был выпущен несколько раньше набора микросхем системной логики 440LX, который предназначался для него. Поэтому, когда был готов Pentium II, в системных платах использовали более старый набор микросхем 440FX, который не был рассчитан на Pentium II. Но 440FX не поддерживал оперативную память SDRAM, еще не существовало чипсетов с AGP, и только следующий чипсет (440LX) поддерживал эту шину. В общем, применение чипсета 440FX вместе с первыми Pentium II - временная мера, и такая система не полностью реализует возможности нового процессора.

Intel 440LX

Практически сразу же после своего появления в начале 1998 года набор микросхем 440LX завоевал колоссальную популярность. Это был первый набор микросхем, который действительно полностью использовал все преимущества процессора Pentium II. Набор микросхем системной логики 440LX имеет следующие преимущества перед 440FX:

* поддержка AGP;

* поддержка памяти SDRAM на частоте 66 МГц;

* поддержка интерфейса Ultra DMA IDE;

* поддержка универсальной последовательной шины (USB);

* максимальная частота системной шины 66 МГц.

440LХ состоит из микросхемы 82443LХ PCI AGP, являющейся компонентом North Bridge, и микросхемы 82371 АВ (PIIX4), представляющей собой компонент South Bridge, такой же как и у 430TX.

Чипсет 440LX был крайне популярен, благодаря тому, что в нем были реализованы все технологии того времени: поддержка SDRAM, UDMA 33, новая, очень быстро завоевавшая популярность шина AGP. Кроме того, чипсет поддерживал двухпроцессорность, позволял установить на материнской плате 512 Мб оперативной памяти типа SDRAM и всю ее кэшировать.

Intel 440ЕX

Набор микросхем системной логики 440ЕХ - более дешевый вариант набора 440LX. Он был выпущен в апреле 1998 года вместе с дешевым вариантом процессора Intel Pentium II - Celeron. В отличие от 440LX, 440ЕХ не поддерживает двухпроцессорный режим, коды коррекции ошибок и контроль четности в памяти. Этот набор микросхем в основном предназначен для дешевых компьютеров с шиной, работающей на частоте 66 МГц, в которых используется процессор Intel Celeron. Платы с 440ЕХ полностью поддерживают Pentium II. Перечислим отличия 440ЕХ от 440LX:

* не поддерживает коды коррекции ошибок и контроль четности в памяти;

* поддерживает только один процессор;

* поддерживает 256 Мб оперативной памяти;

* поддерживает возможность установки на материнской плате 3 разъемов шины PCI (440LX поддерживал 5 разъемов).

Хотя набор микросхем системной логики 440ЕХ создан с использованием технологий, применяемых Intel в наборе 440LX, тем не менее он обладает меньшими возможностями.

440ЕХ состоит из микросхемы 82443ЕХ PCI AGP, являющейся компонентом North Bridge, и новой микросхемы 82371 ЕВ (PIIX4E), представляющей собой компонент South Bridge. Эта микросхема непринципиально отличается от применявшегося ранее 82371 АВ (PIIX4).

Intel 440BX

Н абор микросхем системной логики Intel 440BX был представлен в апреле 1998 года. Этот набор микросхем отличался от 440LX в первую очередь тем, что поддерживал, наконец, новую частоту системной шины: 100 МГц. Это значило, что пропускная способность системной шины и пропускная способность оперативной памяти увеличиваются в полтора раза! Новый набор микросхем произвел революцию в мире PC, важность этого чипсета трудно переоценить. Чипсет был разработан специально для поддержки новых процессоров Pentium II на ядре Deschutes, работающих на тактовых частотах 350, 400, 450 МГц. Набор микросхем может работать на частоте 66 или 100 МГц, поэтому на системную плату с этим набором можно установить практически любой процессор из семейств Pentium II и Celeron, работающий на частотах от 233 до 450 МГц и выше.

Я думаю, что останавливаться особо на важности перехода на 100 МГц шину нет смысла: эта важность ясна и так. Интересным представляется вопрос: а нельзя ли было использовать 100 МГц системную шину БЕЗ выпуска нового чипсета, используя имеющийся на то время чипсет 440LX?

Что значит: система поддерживает 100 МГц системную шину? Этот вопрос распадается на несколько вопросов.

1. Могут ли производители материнских плат делать изделия, готовые к работе на 100 МГц, иными словами можно ли делать достаточно качественные материнские платы?

2. Есть ли оперативная память, работающая на 100 МГц, или можно реализовать поддержку памяти на частоте ниже, чем системная шина (второе, разумеется, плохо, почти бессмысленно)?

3. Есть ли процессоры с подходящими коэффициентами умножения, которые смогут работать на более высокой частоте системной шины, т.е. с более низкими множителями?

4. Будут ли сами микросхемы чипсета работать на повышенной частоте?

5. Будет ли такая плата совместима с имеющимся оборудованием?

Давайте разбираться. Предположим, что чипсет 440ВХ не выходит и производители плат хотят делать 100 МГц изделия с использованием 440LX.

1. Производители материнских плат, безусловно обладают необходимыми технологиями изготовления своих продуктов, иначе как бы они делали материнские платы для вышедшего 440ВХ :). (Ведь это не зависит от чипсета, либо плата сделана технически грамотно и работает на 100 МГц, подчеркиваю, сама по себе просто электрически готова работать на 100 МГц, либо при разработке дизайна платы не учтены столь высокие частоты работы, и плата не готова работать на 100 МГц). Основные особенности набора Intel 440BX:

2. Безусловно, в то время существовал 100 МГц SDRAM в достаточном количестве, иначе, опять же, на чем же работали платы с 440ВХ?

3. Выпустить процессор с новым коэффициентом умножения для Intel, разумеется элементарно, смена множителя процессора при изготовлении самая что ни на есть это вполне штатная ситуация, случается при выходе нового процессора всегда.

4. Вообще говоря, 440LX никому не обязан сам по себе работать на 100 МГц системной шины, однако микросхемы сделаны с запасом, и вероятно, вполне могли бы, по крайней мере специально подобранные партии, с применением вентиляторов :) работать на 100 МГц.

6. Странный вопрос? Почему плата на базе 440LX не будет совместима с имеющимся оборудованием? Почему на все предыдущие вопросы не было серьезных НЕТ, а даный вопрос - последний? Что же на самом деле так кардинально изменилось в 440BX по сравнению с 440LX? Все эти вопросы имеют ответ, и он настолько прост, что становится даже странно, какие нюансы стоят на пути технического прогресса :).

Действительно, платы на базе 440LX на 100 МГц системной шины будут несовместимы с имеющимся оборудованием. И происходит это вот почему. Частоты шин PCI и AGP берутся не из собственных генераторов, они являются производными частоты системной шины! Частота шины PCI в чипсете 440LX получается делением частоты системной шины на 2, а частота шины AGP делением на 1. Что будет, если мы используем частоту системной шины 100 МГц вместе с чипсетом 440LX, ведь никто не мешает производителю платы установить на нее соответствующий генератор? Частоты шины PCI будет равна 100*(1/2)=50 МГц, частота шины AGP равна 100*(1/1)=100 МГц. Будут ли платы расширения, установленные в PCI и AGP работать на таких частотах? Нет, не будет. Разумеется, и PCI и AGP можно разгонять (вообще, все можно разгонять:)), но как? Предел разгона шины PCI определяется даже не установленными платами расширения. Вспомним, что IDE контроллер подключается именно к этой шине. И именно контроллер жестких дисков является тем устройством, которое первым откажется работать при избыточном разгоне шины PCI. На какой частоте шины PCI это происходит? Если применяются современные протоколы работы с жестким диском, такие как UDMA, то опытным путем обнаружено, что примерный предел работоспособности шины PCI лежит около 38,5 МГц. Но это не значит, что любая система будет нормально работать при PCI равной 38,5 МГц, как и не значит, что работоспособность на высших частотах невозможна. Это некоторое среднехарактерное число. Если вы разгоните PCI таким образом, что IDE контроллер перестанет адекватно работать, то, к сожалению, результатом этого обычно становится повреждение информации на жестком диске, поэтому с разгоном системной шины следует быть осторожным и не делать этого бездумно. Что же касается шины AGP, то здесь в некотором роде проще, а в некотором - сложнее. Если контроллеры жесткого диска в каждой системе очень близки и перестают работать примерно в одинаковых условиях, то видеокарта AGP у Вас в системе одна, и она может быть самой различной. Есть AGP видеоплаты, которые не работают при AGP равной уже 75-77 Мгц (правда таких мало, и они обычно старые), есть видеоплаты, работающие на 89-92 МГц (многие новые), но в общем случае Вы никогда не знаете, до какой частоты Вам удастся разогнать шину AGP. Абсолютно безопасно обычно установить частоту AGP не более 75-77 МГц.

Принципиально новым в чипсете 440ВХ было наличие делителя для PCI равного 1/3, а для AGP равного 2/3. Это и позволяло в совокупности с другими перечисленными факторами добиться работы системной шины на 100 МГц.

Давайте построим табличку зависимости частоты PCI и AGP от частоты системной шины для чипсета 440BX:

Системная шина	Делитель PCI	Частота PCI	Делитель AGP	Частота AGP	Штатный ?	Допустим ?
66 МГц	1/2	33 МГц	1/1	66 МГц	Да	Да
75 МГц	1/2	37.5	1/1	75 МГц	Нет	Да
83 МГц	1/2	41,5 МГц	1/1	83 МГц	Нет	Обычно нет
100 МГц	1/3	33 МГц	2/3	66 МГц	Да	Да
112 МГц	1/3	37 МГц	2/3	75 МГц	Нет	Да
133 МГц	1/3	44 МГц	2/3	89МГц	Нет	Нет

Т.е. официально 440ВХ поддерживает только частоты 66 и 100 МГц, но, естественно, в некоторых предлах частоту системной шины можно увеличивать.

Прочие особенности 440ВХ:

* поддерживает память SDRAM при частоте 100 МГц;

* поддерживает системную шину и память при частоте 100 и 66 МГц;

* поддерживает объем памяти до 1 Гбайт в четырех банках (четыре модуля D1MM);

* поддерживает коды коррекции ошибок в памяти;

* поддерживает двухпроцессорные конфигурации;

* поддерживает интерфейс Ultra DMA IDE;

* поддерживает универсальную последовательную шину (USB).

Intel 440BX состоит из одной микросхемы North Bridge, называемой 82443ВХ Host Bridge/Controller, которая соединена с новой микросхемой 82371 ЕВ PCI-ISA/IDE Xcelerator (PIIX4E), представляющей собой компонент South Bridge.

Intel 440ZX

Набор микросхем Intel 440ZX является более дешевой версией набора 440ВХ. Он работает на частоте 66 или 100 МГц и предназначен для компьютеров на базе процессоров Celeron и Pentium II. По расположению выводов наборы 440ZX и 440ВХ идентичны, поэтому можно разрабатывать сразу же две модели системных плат. Набор 440ZX является относительно 440BX таким же упрощением, как и 440ЕХ относительно 440ZX, т.е.

* не поддерживает коды коррекции ошибок и контроль четности в памяти;

* поддерживает только один процессор;

* поддерживает 256 Мб оперативной памяти;

* поддерживает возможность установки на материнской плате 3 разъемов шины PCI (440ВX поддерживает 5 разъемов).

Но тем не менее набор 440ZX позволяет строить менее дорогие чем с использованием 440BX материнские платы, поддерживающие 100 МГц системную шину.