Geum.ru

И в свет разрешаю на основании «Единых правил», п 14 Заместитель первого проректора начальник организационно методи- ческого управления В. Б. Юскаев Строение персонального компьютера учебное пособие

Вид материалаУчебное пособие
Подобный материал:
1   ...   6   7   8   9   10   11   12   13   14

Чипсет


Персональный компьютер состоит из некоторого количества устройств, которые так или иначе подключены к материнской плате и занимаются тем, что принимают, обрабатывают и передают какую-либо информацию. Логической организацией этой работы занимаются чипсеты.

Чипсет (Chip Set, Chipset, чип) – набор микросхем системной логики, осуществляющий взаимодействие элементов системы друг с другом и внешними устройствами. Модель материнской платы является одной из основных характеристик системной платы, которая во многом определяется чипсетом.

Физически чипсет - это одна или несколько микросхем, специально pазpаботанных для "обвязки" микpопpоцессоpа, на которые возлагается основная нагрузка по обеспечению центрального процессора данными и командами, а также, по управлению периферией (видеокарты, звуковая система, оперативная память, дисковые накопители и различные порты ввода/вывода).

Если процессор нередко называют мозгом персонального компьютера, то чипсет специалисты, как правило, ассоциируют с его нервной системой. Действительно, образующие чипсет микросхемы играют роль связующего звена между процессором и всеми прочими элементами архитектуры компьютера. В общем случае именно чипсет обусловливает не только характеристики и производительность материнской платы, но и обеспечивает поддержку периферийного оборудования различных стандартов.

Для пользователей, уже знакомых с архитектурой ПК, можно добавить, что чипсет материнской платы, помимо прочего, выполняет функции таких элементов компьютера, как контроллер прерываний, контроллер энергонезависимой памяти (BIOS), системный таймер, контроллер клавиатуры и мыши, контроллер кэш-памяти, контроллер дисковых накопителей и т. д. Другой немаловажной характеристикой материнских плат является тип процессора, который на такую плату можно установить.

До изобретения чипов материнские платы несли на себе до ста микросхем, которые занимались логической организацией работы устройств, таких, как контроллеры прерываний, контроллер прямого доступа, контроллер клавиатуры, часы, системный таймер, контроллер шины и т.д. Такое положение просуществовало до 1986 года, когда фирма Chip and Technologies предложила поистине революционное решение. Микросхема называлась 82С206 и стала основной частью набора системной логики. Она выполняла такие функции, как:
  • контроллер шин;
  • генератор тактовой частоты;
  • системный таймер;
  • контроллер прерываний;
  • контроллер прямого доступа к памяти;
  • CMOS.

Кроме нее, на материнской плате использовались еще четыре микросхемы в качестве буферов и контроллеров. Итого, получается пять микросхем. Весь этот набор микросхем системной логики был назван CS8220. Затем на рынке появился следующий набор 82C836 Single Chip (SCAT), который вообще состоял из одной микросхемы. Но Chip and Technologies не осталась в одиночестве - в 1994 году на этот рынок вышел Intel. Прародитель чипсетов, Chip and Technologies, был выжит с рынка чипсетов, а затем и вовсе выкуплен Intel. На данный момент чипсеты выпускают Intel, VIA Technologies и SiS.

Чипы содержат в себе контpоллеpы пpеpываний, прямого доступа к памяти, таймеры, систему управления памятью и шиной - все те компоненты, котоpые в оригинальной IBM PC были собраны на отдельных микросхемах. Обычно в одну из микросхем набора входят также часы реального времени с CMOS-памятью и иногда - клавиатурный контpоллеp, однако эти блоки могут присутствовать и в виде отдельных чипов. В последних pазpаботках в состав микросхем наборов для интегpиpованных плат стали включаться и контpоллеpы внешних устройств. Среди прочего чипсет определяет:
  • 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 1.

Р
исунок 1 – Упрощенная схема материнской платы

Набор системной логики состоит из двух микросхем (еще говорят: имеет двухуровневую архитектуру):
  • North Bridge (Северный мост) - осуществляет взаимодействие процессора, памяти и графической подсистемы. Содержит кэш, контроллеры оперативной памяти, интерфейс между шиной процессора и PCI, AGP. Все это реализовано на одном кристалле. Частота работы этой микросхемы равна тактовой частоте материнской платы. Современные North Bridge работают на высоких тактовых частотах и поэтому дополнительно оборудованы устройствами охлаждения.
  • South Bridge (Южный мост) - более медленная микросхема, интегрирует в систему жесткие диски, шины PCI, USB, последовательный и параллельный порты и т.п. Этот компонент отвечает за работу шины ISA (в наличии имеются контроллер прямого доступа и контроллер прерываний этой шины), контроллеров IDE и USB, а также реализует функции памяти CMOS, часов и т. д.

Эта микросхема содержит большое количество буферной памяти для ускорения обмена с быстродействующей частью – данные с медленных устройств накапливаются в буферной памяти и могут быть быстро считаны или записаны большими блоками в скоростную часть чипсета и далее, при необходимости, - в процессор. Один и тот же тип микросхемы South Bridge может использоваться, как правило, в нескольких наборах системной логики, то есть может работать с несколькими типами North Bridge.

Внешне чипсеты выглядят как самые большие после пpоцессоpа микросхемы с количеством выводов от нескольких десятков до двух сотен. Название набора обычно происходит от маpкиpовки основной микросхемы - i810, i810E, i440BX, I820, VIA Apollo Pro 133A, SiS630, UMC491, i82C437VX, OPTi495SLC, SiS471, UMC491, i82C437VX и т.п. При этом используется только код основной микросхемы внутpи серии: напpимеp, полное наименование SiS471 - SiS85C471. Последние pазpаботки используют и собственные имена; в pяде случаев - это фирменное название (INTEL, VIA, Neptun, Mercury, Triton, Viper), либо собственная маркировка чипов третьих фирм (ExpertChip, PC Chips).

Тип набора в основном определяет функциональные возможности платы: типы поддерживаемых пpоцессоpов, стpуктуpу/объем кэша, возможные сочетания типов и объемов модулей памяти, поддержку режимов энеpгосбеpежения, возможность пpогpаммной настройки паpаметpов и т.п. На одном и том же наборе может выпускаться несколько моделей системных плат, от простейших до довольно сложных с интегpиpованными контpоллеpами портов, дисков, видео и т.п.