Основні функції Північного моста.

Північний міст, як випливає з його назви, виконує функції контролю та напрямку потоку даних з 4-х шин:

Шини зв'язку з процесором або системної шини.

Шини зв'язку з пам'яттю.

Шини зв'язку з графічним адаптером.

Шини зв'язку з південним мостом.

У відповідності з виконуваними функціями і влаштований північний міст. Він складається з інтерфейсу системної шини, інтерфейсу шини зв'язку з південним мостом, контролера пам'яті, інтерфейсу шини зв'язку з графічною картою. На даний момент багато процесорів мають вбудований контроллер пам'яті, так що функцію контролера пам'яті можна вважати для північного моста застарілою.

У бюджетних ЕОМ іноді в північний міст вбудовують графічну систему. Проте на даний момент більш поширену практику має установка графічної системи безпосередньо в процесор, так що цю функцію північного моста можна вважати застарілою.

Таким чином, основне завдання чіпсета - грамотно і швидко розподіляти всі запити від процесора, відеокарти і південного моста, розставляти пріоритети і створювати, якщо це необхідно, черговість. Причому він повинен бути настільки збалансований, щоб якомога сильніше скоротити простої при спробі доступу компонентів ПК до тих чи інших ресурсів.

Останнім часом з'явилася тенденція об'єднання північного і південного моста в єдиний компонент, так як контролер пам'яті все частіше вбудовують безпосередньо в процесор, тим самим розвантажуючи північний міст, і з'являються все більш швидкі канали зв'язку з периферійними пристроями та платами розширення. А також розвивається технологія виробництва інтегральних схем, що дозволяє робити їх більш мініатюрними, дешевими і малопотужними.

Об'єднання північного і південного моста в один чіпсет дозволяє підняти продуктивність системи, за рахунок зменшення часу взаємодії з периферійними пристроями та внутрішніми компонентами, що раніше підключалися до південного мосту, але значно ускладнює конструкцію чіпсета, робить його більш складним для модернізації і збільшує вартість материнської плати.

Узагальнена структура процесора.

ПРОЦЕСОРОМ називають основну функціональну частину комп'ютера, яка безпосередньо реалізує програмно — керуючий процес обробки даних. МІКРОПРОЦЕСОРОМ (МП) називають процесор, складові частини якого мінітюаризовані і розміщені в одній або де-кільках мікросхемах. Процесор включає наступні важливі пристрої, які знаходяться на його кристалі:

• Власне, процесор, головний обчислювальний пристрій, що складається з мільйонів логічних елементів;

• Співпроцесор — спеціальний блок для операцій з «плаваючою комою», який застосовується для особливо точних і складних розрахунків, а також для роботи з рядом графічних програм;

• Кеш-пам'ять першого рівня — невелика (кілька десятків кілобайт) надшвидка пам'ять, призначена для зберігання проміжних результатів обчислень;

• Кеш-пам'ять другого рівня — ця пам'ять трохи повільніша, зате більша по ємності і має від 128 Кбайт до 2048 Кбайт.

• ЯДРОМ ПРОЦЕСОРА називають ту частину процесорного кристала, яка є головним обчислювальним пристроєм.

ФОРМ-ФАКТОРОМ ПРОЦЕСОРА називають тип виконання процесора, його «зовнішності» і способу підключення до системної плати. Коефіцієнтом множення процесора називають число, на яке множиться частота системної шини, в результаті чого виходить робоча частота процесора. Заблокований коефіцієнт означає, що процесор буде множити системну шину завжди на одну і ту саму цифру. Тобто розгін без збільшення частоти шини для такого процесора неможливий. Майже у всіх процесорів INTEL, які зараз є у продажу, коефіцієнт заблокований і розблокуванню не піддається. Швидкістю роботи процесора називають його тактову частоту, яка вимірюється в мегагерцах і показує, скільки інструкцій здатний виконати процесор протягом секунди. Тактова частота позначається цифрою в назві процесора (наприклад, PENTIUM 4-2400, тобто процесор покоління PENTIUM 4 з тактовою частотою 2400 МГц або 2.4 ГГц). Для поліпшення показників швидкості при виконанні операцій з плаваючою

комою, використовується спеціальний пристрій — математичний співпроцесор. Ця інтегральна схема, що працює у взаємодії з центральним процесором, призначена тільки для виконання математичних операцій.

Основою розмаїття сучасних підходів до розробки процесорів є класифікація обчислювальних систем Флінна. Згідно неї критерієм класифікації є поняття потоку, під яким розуміється послідовність команд або даних, що обробляється процесором. На основі числа потоків команд і потоків даних Флінн виділяє чотири класи архітектур: SISD, MISD, SIMD, MIMD.

	SISD (single instruction stream / single data stream) - одиночний потік команд і одиночний потік даних. До цього класу належать класичні послідовні машини фон-неймановского типу. У таких машинах є тільки один потік команд, всі команди обробляються послідовно один за одним і кожна команда ініціює одну операцію з одним потоком даних. Не має значення той факт, що для збільшення швидкості обробки команд і швидкості виконання арифметичних операцій може застосовуватися конвеєрна обробка - як машина CDC 6600 зі скалярними функціональними пристроями, так і CDC 7600 з конвеєрними потрапляють в цей клас.
	SIMD (single instruction stream / multiple data stream) - одиночний потік команд і множинний потік даних. У архитектурах подібного роду зберігається один потік команд, що включає, на відміну від попереднього класу, векторні команди. Це дозволяє виконувати одну арифметичну операцію відразу над багатьма даними - елементами вектора. Спосіб виконання векторних операцій не обмовляється, тому обробка елементів вектора може виробляється або процесорної матрицею, як в ILLIAC IV, або за допомогою конвеєра, як в машині CRAY-1.
	MISD (multiple instruction stream / single data stream) - множинний потік команд і одиночний потік даних. Визначення передбачає наявність в архітектурі багатьох процесорів, що обробляють один і той же потік даних. Проте ні Флінн, ні інші фахівці в галузі архітектури комп'ютерів дотепер не змогли представити переконливий приклад реально існуючої обчислювальної системи, побудованої на даному принципі. Вважається, що поки даний клас порожній.
	MIMD (multiple instruction stream / multiple data stream) - множинний потік команд і множинний потік даних. Цей клас припускає, що в обчислювальній системі є кілька пристроїв обробки команд, об'єднаних в єдиний комплекс і працюючих кожне зі своїм потоком команд і даних.

Багатопотоковість виконання програм і обумовила бурхливий розвиток засобів паралельних обчислень та їх апаратної реалізації, що насамперед є умовою побудови сучасних процесорів.

Інтерфейси зв'язку з процесором - FSB, DMI, HyperTransport, QPI.

FSB(Front Site Bus) - системна шина, використовувана для зв'язку центрального процесора з північним мостом. ФСБ розроблена компанією Intel і вперше використовувалася в комп'ютерах на базі процесорів Pentium. Частота роботи шини FSB є одним з найважливіших параметрів роботи ПК і багато в чому визначає продуктивність всієї системи. Зазвичай вона - у кілька разів менше частоти роботи процесора. Частоти, на яких працюють центральний процесор і системна шина, мають загальну опорну частоту і в спрощеному вигляді розраховуються, як Vп = Vo * K, де Vп - частота роботи процесора, Vo-опорна частота, K- множник. Зазвичай в сучасних системах опорна частота дорівнює частоті шини FSB. Більшість материнських плат дозволяють вручну збільшувати частоту системної шини або множник, змінюючи налаштування в BIOS. Однак у більшості сучасних процесорів середньої цінової категорії множник заблокований, і єдиний спосіб підняти продуктивність обчислювальної системи - це збільшити частоту системної шини.

Частота системної шини FSB поступово зростала з 50 МГц, для процесорів класу Intel Pentium і AMD K5 на початку 1990-х років, до 400 МГц, для процесорів класу Xeon і Core 2 в кінці 2000-х. При цьому пропусканная здатність зростала з 400 Мбіт / с до 12800 Мбіт / с. Шина FSB використовувалася в процесорах типу Атом, Celeron, Pentium, Core 2, і Xeon аж до 2008 року. На даний момент ця шина витіснена системними шинами DMI, QPI і Hyper Transport.

HyperTransport - універсальна високошвидкісна шина типу точка-точка, що використовується для зв'язку процесора з північним мостом. Шина HyperTransport - двохнаправлена, тобто для обміну в кожну сторону виділена своя лінія зв'язку. До того ж вона працює за технологією DDR (Double Data Rate), передаючи дані, як по фронту, так і по спаду тактового імпульсу.Технологія розроблена консорціумом HyperTransport Technology на чолі з компанією AMD. Варто відзначити, що стандарт HyperTransport - відкритий, що дозволяє використовувати його в своїх пристроях різним компаніям. Перша версія HyperTransport була представлена ​​в 2001 році, і дозволяла проводити обмін зі швидкістю 800 МТР /с (800 Мега Транзакцій в секунду або 838 860 800 обмінів в секунду) з максимальною пропускною здатністю - 12,8 Гбайт /с. Але вже в 2004 році була випущена нова модифікація шини HyperTransport (v.2.0), що забезпечує 1,4 ГТР / с з максимальною пропускною здатністю - 22,4 Гбайт /с, що майже в 14 разів перевищувало можливості шини FSB. 18 серпня 2008 була випущена модифікація 3.1, що працює зі швидкістю 3,2 ГТР/с, з пропускною здатністю - 51,6 Гбайт/ с. На даний момент це - найшвидша версія шини HyperTransport. Технологія HyperTransport - дуже гнучка, і дозволяє варіювати, як частоти шини, так і її розрядність. Це дозволяє використовувати її не тільки для зв'язку процесора з північним мостом і ОЗУ, але і в повільних пристроях. При цьому можливість зменшення розрядності і частоти веде до економії енергії. Мінімальна тактова частота шини - 200 МГц, при цьому дані будуть передоватись зі швидкістю - 400 МТР /с, (технологія DDR).

DMI (Direct Interface Медіа) - послідовна шина типу точка-точка, яка використовується для зв'язку процесора з чіпсетом і для зв'язку південного моста чіпсета з північним. Розроблена компанією Intel в 2004 році. Для зв'язку процесора з чіпсетом зазвичай використовується 4 канали DMI, що забезпечують максимальну пропускну здатність до 10 Гбайт/с, для версії DMI 1.0, і 20 Гбайт/с, для версії DMI 2.0, представленої в 2011 році. У бюджетних мобільних системах може використовуватися шина з двома каналами DMI, що в два рази знижує пропускну здатність у порівнянні з 4-х канальним варіантом.

QPI (QuickPath Interconnect) - послідовна шина типу точка-точка, яка використовується для зв'язку процесорів між собою і з чіпсетом. Представлена ​​компанією Intel в 2008 році і використовується в процесорах типу Xeon, Itanium і Core i7. Шина QPI - двох направлена, тобто для обміну в кожну сторону передбачений свій канал, кожен з яких складається з 20 ліній зв'язку. Отже, кожен канал - 20-розрядний, з яких на корисне навантаження припадає тільки 16 розрядів. Працює шина QPI зі швидкістю - 4,8 і 6,4 ГТР/с, при цьому максимальна пропускна здатність становить 19,2 і 25,6 Гбайт/с відповідно.

Ми з вами коротко розглянули основні інтерфейси зв'язку процесора з чіпсетом.