Чипсеты

Интенсивное развитие архитектуры процессоров, осно­ванное на использовании новейших технологий, породило большое количество разнообразных типов процессоров, от­личающихся как внутренней структурой, так и параметра­ми и особенностями подключения. Это, в свою очередь, потребовало соответствующего разнообразия специализи­рованных наборов — чипсетов.

Чипсет, включенный в состав материнской платы, содер­жит в своем составе набор контроллеров, через которые организуются работа и связь основных компонентов — про­цессора, памяти, видеоадаптера, а также компьютерных шин, портов и других элементов системы компьютера. Чипсет определяет возможности использования и замены различ­ных типов компонентов. От применяемого чипсета суще­ственно зависят параметры компьютера, включая уровень его производительности. При этом разброс производитель­ности при использовании одинаковых основных компо­нентов: процессора, оперативной памяти, видеоадаптера, жесткого диска и т. д., но разных материнских плат и чип­сетов может достигать 30 %.

Фирмы-производители чипсетов непрерывно работают над совершенствованием архитектуры своих чипсетов, расши­ряя их возможности и улучшая параметры.

Основные параметры чипсетов

Практически все чипсеты, на основе которых построены современные материнские платы, имеют в своем составе средства, обеспечивающие как минимум поддержку:

• Ø процессоров Pentium или Pentium II/III, а также их ана­логов;
• Ø шины процессора (FSB) с частотой 66 МГц;
• Ø памяти SDRAM объемом 256 Мбайт на модулях DIMM;
• Ø шины AGP 1X/2X;
• Ø клавиатуры и манипулятора мышь;
• Ø последовательных и параллельного портов;
• Ø двух портов IDE, обеспечивающих подключение до че­тырех IDE-устройств (жесткие диски, CD-ROM, DVD-ROM, ZIP, LS-120 и т. п.) с протоколом UltraDMA/33 (со скоростью передачи 33 Мбайт/с);
• Ø двух портов USB (со скоростью передачи до 12 Мбит\с);
• Ø до четырех устройств PCI.

Кроме перечисленных свойств для наиболее совершенных чипсетов к этому списку добавляется поддержка:

• Ø частот шины процессора 100 и 133 МГц;
• Ø асинхронных (псевдосинхронных) режимов для работы оперативной памяти, максимальный объем которой мо­жет превышать 1 Гбайт;
• Ø четырех DIMM PC133 SDRAM или трех RIMM DRDRAM;
• Ø шины AGP 2.0 с режимом AGP 4X (до 1 Гбайт/с);
• Ø до шести устройств PCI (PCI Rev. 2.2);
• Ø протокола UltraDMA/66 (со скоростью передачи инфор­мации 66 Мбайт\с);
• Ø протокола IEEE1394 (со скоростью передачи информа­ции до 400 Мбит/с);
• Ø более двух портов USB;
• Ø спецификации АС'97 2.1 (AC — Audio Codec) для про­граммной реализации аудиофункций и модема;
• Ø управление питанием ACPI 1.0 (Advanced Configuratin & Power Interface);
• Ø мониторинг аппаратных средств (Hardware Monitoring) и т. п.

Классическая архитектура чипсетов предусматривает ис­пользование основных микросхем набора, носящих назва­ния North Bridge (Северный мост) и South Bridge (Южный мост). При этом за параметры и функциональные возмож­ности, связанные с работой процессора, видеоадаптера, опе­ративной памяти и шины PCI, в основном отвечает первая микросхема из этого набора — North Bridge. А за устрой­ства с интерфейсами IDE и USB, последовательные и параллельный порты, шину ISA, связь с BIOS и перифе­рийными устройствами, работа которых характеризуется относительно низкими потоками информации, — вторая микросхема — South Bridge. Конечно, подобное деление функций является в значительной степени условным и мо­жет отличаться для различных чипсетов. Кроме того, в архитектуре современных чипсетов и реальных условиях работы существуют достаточно сложные перекрестные свя­зи, например, вызванные необходимостью обеспечения до­ступа центрального процессора и устройств шин PCI и AGP к оперативной памяти, функций plug-and-play для модулей DIMM, поддержкой ACPI, работой SMBus и т. д. Все это усложняет внутреннюю структуру микросхем чипсета, их взаимодействие и функциональную связь с остальными элементами системы компьютера, требует использования кэширования, арбитража и т. д.

Иногда микросхемы чипсета, выполняющие операции, при­сущие North Bridge и South Bridge, имеют иные наименова­ния, но от этого их значение и функции существенно не меняются. Как правило, специализированный набор систем­ной логики состоит именно из двух микросхем, соединен­ных шиной PCI. Так было до недавнего времени. Но в связи с общим ростом интенсивности информационных потоков, обрабатываемых и передаваемых между компонентами чип­сета, шина PCI перестает справляться с возложенной на нее функцией связи микросхем North Bridge и South Bridge. Поэтому современные тенденции, положенные в основу перспективных чипсетов, предусматривают постепенный отказ от этой шины как информационной магистрали, свя­зывающей основные микросхемы чипсета. Вместо шины PCI (33 МГц, 32 бит, 133 Мбайт/с) начинают использовать за­крытые высокоскоростные шины обеспечивающие пропускную способность 266 Мбайт/с — это реализовано в новей­ших чипсетах фирмы Intel, относящихся к линейке i8xx. Аналогичным образом строят свои новейшие изделия и другие фирмы, занимающиеся разработкой и выпуском чип­сетов. А что касается шины PCI, то для нее уготована роль шины контроллеров периферийных устройств, которую выполняла до недавнего времени постен но вытесняемая из архитектуры компьютеров шина ISA.

Информационные потоки

Кроме обработки информации различными элементами и подсистемами компьютера необходимо обеспечить своев­ременную передачу информации между компонентами си­стемы. И если тактовая частота процессора за последние несколько лет возросла в десятки раз, то подобного нельзя сказать о шинах компьютера, с помощью которых и осуще­ствляется передача данных и управляющих сигналов. Тем не менее именно шины обеспечивают основной поток ин­формации между элементами и подсистемами компьютера, включая процессор, оперативную память, видеоадаптер, контроллеры периферийных устройств. Именно от того, как быстро осуществляется обмен необходимой информацией, и зависит в значительной степени общая производитель­ность всей системы.

Признавая важность этого обстоятельства, для оценки ско­ростных параметров элементов архитектуры компьютера, участвующих в передачи данных между его компонентами, был введен такой параметр, как Bandwidth, обозначающий скорость передачи информации, определяемой в килоби­тах, мегабитах и гигабитах в секунду. Термин Bandwidth часто переводится как полоса пропускания, поток и т. п. Для оценки максимальных значений потока информации используется параметр Peak Bandwidth — пиковая полоса пропускания или пиковый поток. Bandwidth и Peak Band­width являются важными характеристиками системы, показывающими ее способность к совместной обработке ин­формации, основную долю которой порождает централь­ный процессор компьютера. Именно в соответствии скорости обработки данных и интенсивности информационных по­токов и заключается эффективность работы процессора, оперативной памяти и остальных компонентов компьютера. В противном случае компоненты, чья производительность превышает возможности остальных элементов, участвую­щих в обработке информации и в процессах передачи данных, будут простаивать, ожидая готовности других эле­ментов. В результате такого дисбаланса потенциальные воз­можности системы компьютера не могут быть реализованы в полной мере. К слову сказать, компоненты и архитектура современного компьютера проектируются таким образом, чтобы все его подсистемы работали с наибольшей эффек­тивностью. И центральным звеном, влияющим на согласо­ванность работы и определяющим общую производитель­ность системы, является материнская плата, основным эле­ментом которой является чипсет, оказывающий влияние не только на производительность отдельных компонентов, но и на пропускную способность шин, то есть на информаци­онные потоки.

Чипсеты фирмы Intel

В архитектуре большинства материнских плат используют­ся микросхемы, разработанные и выпущенные фирмой Intel, которая, кстати, является создателем первого в мире про­цессора, выпущенного в 1971 г. В результате она стала фактическим основателем целой отрасли электронной про­мышленности. Эта фирма занимается разработкой и произ­водством большой номенклатуры изделий, среди которых видное место занимают не только ее прославленные про­цессоры, но и специализированные наборы системной ло­гики — чипсеты. Фирма Intel уже сравнительно долгое время остается основным производителем чипсетов, ориентиро­ванных на различные сферы применения. Это и серверы, мощные рабочие станции (workstation), и высокопроизво­дительные компьютеры (Performance Desktop), и массовые компьютеры начального уровня (Value PC), и мобильные устройства, и даже игровые приставки. Чипсеты этой фир­мы отличаются высоким качеством, производительностью, стабильной работой. Создавая свои наборы, фирма Intel использует новейшие технологии, позволяющие ее разра­ботчикам доводить до совершенства внутреннюю архи­тектуру своих чипсетов. Разработки фирмы Intel часто становятся эталоном для остальных производителей спе­циализированных наборов и оказывают влияние на конст­рукторов материнских плат и компьютеров.

В качестве примеров удачных разработок фирмы Intel в области специализированных наборов логики, оказавших большое влияние на развитие компьютерных отраслей, мож­но назвать такие чипсеты, как i430TX, i440BX, i810, i820 и т. п.