10. Чіпсети. Історія розвитку чіпсетів. Конфігурація систем.

Чіпсе́т, чипсе́т (англ. chipset, буквально набір чипів) — це набір мікросхем у складі персонального комп'ютера, що керують його центральним процесором, оперативною пам'яттю і постійним запам'ятовуючим пристроєм, кеш-пам'яттю, системними шинами й інтерфейсами передачі даних, а також низкою периферійних пристроїв. Розміщується на материнській платі персонального комп'ютера.Чіпсет конструктивно прив'язаний до типу процесора; він зазвичай, складається з декількох спеціалізованих інтегральних мікросхем. До появи чіпсетів їх функції виконували набори мікросхем, що складалися з багатьох контролерів середнього ступеня інтеграції. Використання чіпсету дозволяє спростити конструкцію і зменшити вартість материнських плат^[1].

Історія [ред]

Перші чіпсети в сучасному розумінні цього терміну з'явилися в середині 1980-х. Першопрохідцями стали розробники комп'ютерів серії Amiga з чіпсетом OCS (пізніше його змінив ECS і AGA). Трохи пізніше компанія Chips & Technologies запропонувала чіпсет CS8220 (основний чіп 82C206) для IBM PC / AT-сумісних систем. Приблизно тоді ж з'явилися комп'ютери серії Atari ST, також створені з використанням чіпсета.

На розвиток радянської обчислювальної техніки, при існуючих самобутніх школах (Глушкова, Лебедєва, Петрова, Єршова, Абрамова, Брусенцова, Каляєва, Шура-Бура та ін), істотний вплив зробили успішні розробки зарубіжної мікроелектроніки, в першу чергу американської. Специфіка використання обчислювальної техніки в СРСР та її розробки зіграли свою роль і в розробці вітчизняних «чіпсетів» - ними стали так звані «набори мікросхем» і «мікропроцесорні комплекти». Враховуючи стан розвитку технологій на момент розпаду СРСР і наступні події в країні, в даний час в Росії існує помітну перевагу теоретичних розробок над практичними.

Чіпсет материнської плати визначає всі основні характеристики настільних комп'ютерів: від списку сумісних процесорів і типів пам'яті до кількості USB-інтерфейсів.

Чіпсет складається з 2-х основних мікросхем:

MCH — контролер-концентратор пам'яті — Північний міст (Northbridge) — забезпечує взаємодію ЦП з пам'яттю і відеоадаптером. У нових чіпсетах часто є інтегрована відеопідсистема.

ICH — контролер-концентратор вводу-виводу — Південний міст (Southbridge) — забезпечує взаємодію між ЦП і порівняно повільною периферією: жорстким диском, слотами PCI, USB тощо.

Також іноді до чіпсетів відносять мікросхему Super I/O, яка підмикається до південного моста і відповідає за низькошвидкісні порти RS-232, LPT, PS/2.

На сайті фірми Intel приведені блок-схеми всіх її чіпсетів і їх докладний опис ^[2][3].

В даний час основними виробниками чіпсетів для настільних комп'ютерів є фірми Intel, nVidia, AMD (яка придбала фірму ATi і зараз випускає чіпсети під своїм ім'ям), VIA, SiS, Broadcom Broadcom, ServerWorks, Uli.

Intel [

Фірма «Intel» випускає чіпсети тільки для власних процесорів.

P67 — підтримує процесори Core i3, i5, i7 з ядрами «Sandy Bridge». Цей чіпсет не дозволяє використовувати вбудовану в процесор графічну систему, проте дає великі можливості для розгону і збірки конфігурацій з декількома відеокартами.

H67 — підтримує процесори Core i3, i5, i7 з ядрами «Sandy Bridge». Цей чіпсет дає можливість використовувати вбудоване в процесор відеоядро (таким чином, комп'ютер зможе виводити зображення без окремої відеокарти), але можливості розгону і встановлення декількох відеокарт в системах на H67 вкрай обмежені або взагалі відсутні.

Z68 — підтримує процесори Core i3, i5, i7 з ядрами «Sandy Bridge». Цей чіпсет уможливлює:

використовувати вбудоване в процесор графічне ядро;

динамічно перемикатися з графічного ядра на дискретну відеокарту;

реалізована нова фірмова технологія пришвидшення роботи жорстких дисків за рахунок роботи в парі з твердотільним диском Intel Smart Response.

материнські плати на цьому чіпсеті мають досить високий розгінний потенціал.

AMD [ред.]

Для процесорів фірми AMD найпоширенішими є чіпсети від самої AMD, також досить популярними є чіпсети від «nVidia» (що випускаються, як правило, під торговою маркою «nForce»)

VIA [ред.]

Чіпсети фірм VIA і SIS популярні в основному в секторі low end, а також в офісних системах, оскільки вбудована графіка у них за 3D можливостями значно поступається nVidia і AMD. SIS найчастіше випускає чіпсети для процесорів Intel, а VIA для AMD. До виходу на ринок чіпсетів фірми nVidia, VIA, з такими продуктами як KT133, KT266 іKT400 була лідером з виробництва чіпсетів для процесорів AMD.

11. Північний міст (North bridge, системний контроллер) - це частина системної логіки материнської плати, що забезпечує роботу основних вузлів комп'ютера - центрального процесора, оперативної пам'яті, відеокарти. Саме він керує роботою шини процесора, контролера оперативної пам'яті та шини PCI Express, до якої приєднується відеокарта. У деяких випадках північний міст може містити інтегрований графічний процесор.

Північний міст влаштований набагато простіше. За визначенням це контролер – концентратор пам’яті. Він управляє всього лише процесором, оперативною пам’яттю і відеокартою. Також на рівних з’єднаний з південним мостом для передачі інформації. 

Південний міст (Міст, ICH (I/O controller hub), периферійний контролер, контролер введення-виведення) - забезпечує підключення до системи менш швидкісних пристроїв, які не вимагають високої пропускної здатності - жорсткого диска, мережевих плат, аудіоплати і т.д., а також шин PCI, USB та ін., в які встановлюються різного роду додаткові пристрої. Клавіатура і миша також замикаються на південний міст.

Південний міст управляє такими пристроями, як: контролери шин PCI і PCI Express (роз’єми для підключення периферії ПК.Наприклад, додаткових мережевих карт. На материнській платі знаходяться зліва внизу і займають велику область), DMA контролер (з його допомогою здійснюється обмін між оперативною пам’яттю і пристроєм, минаючи процесор. За рахунок цього прискорюється робота ПК), PATA (IDE) і SATA контролери (Ці контролери служать для підключення до ПК жорстких дисків і дисководів. Розташовуються зазвичай ближче до центру нижньої половини материнської плати), годинник (без коментарів), управління живленням (на ті пристрої, доступ до яких має), незалежну пам’ять BIOS (базова система вводу-виводу. В якій- то мірою основа ПК), звуковий контролер (не використовується при підключеній до PCI звукової карти). Також південний міст може працювати з пристроями на зразок USB, клавіатурою та мишею (останні два – в разі, якщо відсутній контролер, керуючий цими компонентами). Той контролер також працює через південний міст)

Хабова архітектура інтел

З введенням високошвидкісних режимів UltraDMA (ATA/66, ATA/100, а потім і АТА/133) зв'язок двоканального контролера IDE з пам'яттю через шину PCI стала вже дуже сильно навантажувати цю шину. Крім того, з'явилися високошвидкісні інтерфейси Gigabit Ethernet, FireWire (100/200/400/800 Мбіт/с) і USB 2.0 (480 Мбіт/с). Відповіддю на ці зміни в розстановці сил став перехід на хабову архітектуру чіпсета У даному контексті хаби – це спеціалізовані мікросхеми, що забезпечують передачу даних між своїми зовнішніми інтерфейсами. Цими інтерфейсами є «прикладні» інтерфейси підключення процесорів, модулів пам'яті, шин розширення і периферійні інтерфейси (ATA, SATA, USB, FireWire, Ethernet). Оскільки до однієї мікросхеми всі ці інтерфейси не підключаються, чіпсет будується, як правило, з пари основних хабів (північного і південного), пов'язаних між собою високопродуктивним каналом.

 

12. Шина HyperTransport (HT), раніше відома як Lightning Data Transport (LDT), - це двонаправлена ​​послідовно / паралельна комп'ютерна шина з високою пропускною здатністю і малими затримками. Для розробки і просування даної шини був утворений консорціум HyperTransport Technology. Технологія використовується компаніями AMD і Transmeta в x86-процесорах; PMC-Sierra, Broadcom і Raza Microelectronics - в процесорах AMD, MIPS; nVidia, VIA, SiS, ULi / ALi, Apple Computer і HP - у наборах системної логіки для ПК; HP, Sun Microsystems, IBM і iWill - в серверах; Cray, Newisys і PathScale - в суперкомп'ютерах.

HyperTransport працює на частотах від 200 МГц до 3,2 ГГц (у шини PCI - 33 і 66 МГц). Крім того, вона використовує DDR, що означає, що дані посилаються як по фронту так і по зрізу сигналу синхронізації, що дозволяє здійснювати до 5200000000 посилок в секунду при частоті сигналу синхронізації 2,6 ГГц; частота сигналу синхронізації налаштовується автоматично.

HyperTransport підтримує автоматичне визначення ширини шини, від 2-х до 32 біт. Повнорозмірна, полноскоростная, 32-бітна шина в двунаправленном режимі здатна забезпечити пропускну здатність до 51 600 Мбайт / с = 2 (DDR) × 2 × 32/8 (байт) × 3200 (МГц) (максимум в одному напрямку - 25 800 Мбайт / с), будучи, таким чином, найшвидшою шиною серед собі подібних. Шина може бути використана як в підсистемах з високими вимогами до пропускної здатності (оперативна пам'ять і ЦПУ), так і в підсистемах з низькими вимогами (периферійні пристрої). Дана технологія також здатна забезпечити низькі затримки для інших застосувань в інших підсистемах.

Шина HyperTransport заснована на передачі пакетів. Кожен пакет складається з 32-розрядних слів, незалежно від фізичної ширини шини (кількості інформаційних ліній). Перше слово в пакеті - завжди керуюче слово. Якщо пакет містить адресу, то останні 8 біт керуючого слова зчеплені з наступним 32-бітним словом, в результаті утворюючи 40-бітний адресу. Шина підтримує 64-розрядну адресацію - в цьому випадку пакет починається зі спеціального 32 розрядного керуючого слова, яке зазначає на 64 розрядну адресацію, і містить розряди адреси з 40 по 63 (розряди адреси нумеруються починаючи з 0). Решта 32-бітові слова пакета містять безпосередньо передані дані. Дані завжди передаються 32-бітними словами, незалежно від їх реальної довжини. Пакети HyperTransport передаються по шині послідовно. Збільшення пропускної здатності тягне за собою збільшення ширини шини. HyperTransport може використовуватися для передачі службових повідомлень системи, для передачі переривань, для конфігурування пристроїв, підключених до шини і для передачі даних.

Операція запису на шині буває двох видів - posted і non-posted. Posted-операція запису полягає в передачі єдиного пакета, що містить адресу, за якою необхідно провести запис, і дані. Ця операція зазвичай використовується для обміну даними з високошвидкісними пристроями, наприклад, для DMA-передачі. Non-posted операція запису складається з посилки двох пакетів: пристрій, що ініціює операцію запису посилає влаштуванню-адресату пакет, що містить адресу і дані. Пристрій-адресат, отримавши такий пакет, проводить операцію запису і відсилає влаштуванню-ініціатору пакет, що містить інформацію про те, чи успішно зроблена запис. Таким чином, posted-запис дозволяє отримати максимальну швидкість передачі даних а non-posted-запис дозволяє забезпечити надійну передачу даних (прихід пакету-підтвердження гарантує, що дані дійшли до адресата).