Моя профессиональная деятельность на инженерном уровне (специальность 220200) (стр. 3 из 6)

МИКРОПРОЦЕССОРНЫЙ ЧИПСЕТ

Вряд ли для кого-нибудь станет откровением тот факт, что основой любого компьютера, его фундаментом служит системная плата. И от того насколько прочен этот фундамент и насколько продумана его конструкция, во многом будет зависеть функциональные возможности создаваемой вычислительной системы. Также ни для кого не секрет, что основой любой материнской платы является чипсет (Chipset), или набор микросхем системной логики. Именно посредством чипсета происходит взаимодействие всех подсистем персонального компьютера; его возможности во многом определяют интерфейсы, предоставляемые пользователю для подключения различных устройств.

На заре компьютерной эры чипсет представлял собой набор значительного количества микросхем – контроллеров отдельных устройств. Нынешние чипсеты, обладая высокой степенью интеграции, чаще всего представляют собой две микросхемы (реже встречается однокристальное решение), в которых реализованы интегрированные контроллеры, обеспечивающие работу и взаимодействие основных подсистем компьютера.

Что же такое современный набор микросхем системной логики? Согласно классической двухмостовой архтектуре, положенной в основу практически всех современных чипсетов, набор системной логики состоит из двух микросхем: северного и южного мостов. Такое название микросхем обусловлено их положением относительно шины PCI: северный мост – выше, южный – ниже . Слово «мост» очень точно передает назначение микросхем, которые, как уже отмечалось выше, служат связующим звеном между различными шинами и интерфейсами, наводят, так сказать, «мосты взаимопонимания» между устройствами компьютера.Микросхема северного моста обеспечивает работу с наиболее скоростными подсистемами. Северный мост содержит контроллер системной шины, посредством которой происходит взаимодействие с процессором, контроллер памяти, осуществляющий работу с системной памятью, контроллер графической шины AGP, обеспечивающий взаимодействие с графической подсистемой (сегодня большинством чипсетов поддерживаются интерфейсы AGP 1x/2x/4x, но в ближайшее время будет реализована поддержка уже анонсированная поддержка уже анонсированного AGP 8x), и наконец, контроллер шины связи с южным мостом ( PCI – шины в классическом понимании.)

К современному северному мосту предъявляются очень жесткие требования: он должен представлять собой хорошо сбалансированную систему, основная задача которой – с минимальными задержками организовать обслуживание запросов к системной памяти. Для решения этой задачи производители системной логики используют различные подходы, но все они основаны на реализации контроллера памяти, позволяющего одновременно обрабатывать большое количество запросов и

данных, расставляя приоритеты и создавая очередность доступа к основной памяти. Для более эффективного использования шины памяти применяется буферизация данных, обеспечивающая одновременную работу с памятью нескольких устройств в режиме разделения времени доступа.

Теперь поговорим о том, как осуществляется взаимодействие северного и южного мостов. Как уже упоминалось ранее, классический вариант двухмостовой архитектуры подразумевает использование PCI – шины в качестве канала связи между мостами. Но 32 – битная PCI – шина, работающая на частоте 33 Мгц, имеет пиковую пропускную способность лишь 133 Мбайт/с, что уже недостаточно для обеспечения потребностей современных периферийных устройств. Именно поэтому большинство производителей системной логики сегодня, для связи микросхем чипсета используют другие интерфейсы, что, в свою очередь, позволило вывести контроллер PCI – шины из северного моста в южный. Пионером в этой области стала хаб –архитектура, примененная инженерами компании Intel в 800 – серии чипсетов. Суть её сводится к переходу на соединение мостов по схеме «точка – точка» . При этом была использована специальная 8 – битная шина, обеспечивающая полосу пропускания 266 Мбайт/с. Контроллер этой шины, используя фирменные технологии, оптимизирует работу с запросами от периферийных устройств к основной памяти. Все это делает работу хабов (северного и южного мостов) более неависимой и снимает ограничения, которые налагают использование PCI – шины в качестве связуещего звена. Подобные технологии реализованы сегодня и в чипсетах компании VIA (V – Link Hub – архитектура), и в двухпроцессорных решениях компании SIS (MuTIOL – шина)

Южный мост обеспечивает работу с более медленными компонентами системы и периферийными устройствами. Для южного моста современного чипсета стандартом де – факто стало наличие следующих контроллеров и устройств:

• двухканальный ( Primary и Secondary) IDE – контроллер, обеспечивающий работу с внутренними (то есть оасположенными внутри системного блока) накопителями, в частности жесткими дисками(HDD) и оптическими дисководами (CD-ROM, DVD-ROM, CD-R/RW и.т.п. с интерфейсом IDE)
• USB – контроллер (один или более), обеспечивающий работу с устройствами, подключаемыми к универсальной последовательной шине.
• контроллер шины LPC (Low Pin Cout Interface)

Большинство современных чипсетов реализуют в своем южном мосту аудиоконтроллер AC’97(A udio Codec). Спецификация AC’97 подразумевает разделение процессов обработки цифрового и аналогового, каждый из которых выполняется отдельной микросхемой; при этом определяется интерфейс для их взаимодействия – AC–

Link. Таким образом, в южном мосту осуществляется обработка звукового сигнала в цифровом виде – иными словами. в нем реализована цифровая часть (Digital AC'97 Controller).Для реализации всех возможностей, предоставляемых спецификацией AC’97, в микросхему южного моста интегрирован контроллер AMR. На поддерживаемых им AMR – картах (Audio/ Modem Riser Card) располагаются аналоговые цепи аудиокодека AC’97 и/или модемного кодека ( MC’97 (Modem Codec).

В заключение хотелось бы привести еще один аргумент в пользу двухкристального чипсета. Данный подход позволяет использовать различные комбинации северных и южных мостов – разумеется, при условии что они поддерживают один и тот же интерфейс. Это дает возможность создавать наиболее производительные системы с минимальными затратами и в кратчайшее время, поскольку для внедрения последних спецификаций достаточно модернизировать лишь одну

ШИННЫЕ ИНТЕРФЕЙСЫ МАТЕРИНСКОЙ ПЛАТЫ

Связь между всеми собственными и подключаемыми устройствами материнской платы выполняют её шины и логические устройства, размещенные в микросхемах микропроцессорного чипсета. От архитектуры этих элементов во многом зависит производительность компьютера.

· ISA. Историческим достижением компьютеров платформы IBM PC стало внедрение 20 лет назад архитектуры, получившей статус промышленного стандарта ISA (Industry Standard Architecture). Она не только позволила связать все устройства системного блока между собой, но и обеспечила простое подключение новых устройств через стандартные разъемы (Слоты). Пропускная способность шины, выполненной по такой архитектуре, составляет до 5,5 Мбайт/с, но, несмотря на низкую пропускную способность, эта шина продолжает использоваться в компьютерах для подключения сравнительно «медленных» внешних уст - ройств, например звуковых карт и модемов.

• EISA. Расширением стандарта ISA стал стандарт EISA (Extended ISA), отличающийся увеличенной производительностью (до 32 Мбайт/с). Как и ISA, в настоящее время стандарт считается устаревшим. С 2000 года выпуск материнских плат с разъемами ISA/EISA и устройств, подключаемых к ним, прекращен.
• VLB Название интерфейса переводится, как локальная шина стандарта VESA (VESA Local

Bus). Понятие «локальной шины» впервые появилось в конце 80-х годов. Оно связано с тем, что при внедрении процессоров 3-го и 4-го поколений (Intel386 и Intel486) частоты основной шины (в качестве основной использовалась шина ISA/EISA) стало недостаточно для обмена между процессором и оперативной памятью. Локальная шина, имеющая повышенную частоту, связала между собой процессор и память в обход основной шины. В последствии в эту шину «врезали» интерфейс для подключения видеоадаптера, который тоже требует повышенной пропускной способности,- так появился стандарт VLB , который позволил поднять тактовую частоту локальной шины до 50 МГц и обеспечил пиковую пропускную способность до 130 Мбайт/с. Основным недостатком интерфейса стало то, что предельная частота локальной шины и, соответственно, её пропускная способность зависят от числа устройств, подключенных к шине. Так, например, при частоте 50 МГц к шине может быть подключено только одно устройство (видеокарта). Для сравнения скажем, что при частоте 40МГц возможно подключение 2-х, а при частоте 33МГц 3-х устройств.

• PCI Интерфейс PCI (Peripheral Component Interconnect- стандарт подключения внешних компонентов) был введен в персональных компьютерах, выполненных на базе процессоров Intel Pentium. По своей сути это тоже интерфейс локальной шины, связывающей процессор с оперативной памятью, в которую врезаны разъемы для подключения внешних устройств. Для связи с основной шиной компьютера (ISA/EISA) используются специальные интерфейсные преобразователи – мосты PCI (PCI Bridge).В современных компьютерах функции моста PCI выполняют микросхемы чипсета. Данный интерфейс поддерживает частоту шины 33МГц и обеспечивает пропускную способность 132 Мбайт/с для 64 разрядных данных. Важным нововведением, реализованным этим стандартом, стала поддержка так называемого режима plug-and-play, впоследствии оформившегося в промышленный стандарт на самонастраивающиеся устройства

· FSB Шина PCI, появившаяся в компьютерах на базе процессоров Intel Pentium как локальная шина, предназначенная для связи процессора с оперативной памятью, но недолго оставалась в этом качестве. Сегодня она используется только как шина для подключения внешних устройств, а для связи процессора с оперативной памятью сейчас используется специальная шина, получившая название FSB (Front Side Bus). Эта шина работает на очень высоких частотах 100-125 МГц. В настоящее время внедряются материнские платы с частотой шины FSB 133МГц и ведутся разработки плат с частотой до 200 МГц. Пропускная способность шины FSB является