Архитектуры набора микросхем системной платы (чипсет)

Chipset, или «PCIset», — совокупность микросхем, размещенных на системной плате, которые организуют потоки команд и данных в ПЭВМ. Сюда входят основная память, вторичная кэш-память и устройства, связанные с шинами ISA и PCI. Кроме того, чипсет контролирует потоки данных НЖМД и других устройств, соединенных с каналом IDE. Иногда в состав чипсет включают и сам процессор.

Архитектура «Северный мост — Южный мост»

Классический чипсет состоит, как правило, из двух (реже — одной или трех) микросхем, в которых одна, поддерживающая контроллер памяти, AGP, и какую-либо вспомогательную шину (PCI либо любую другую) между микросхемами чипсета, обычно называется Northbridge. Соответственно, контроллеры ввода-вывода, а в последнее время и контроллер шины PCI, интегрируются в Southbridge. Northbridge и Southbridge соединяются той или иной шиной. Примером Northbridge — Southbridge является Triton 430 ТХ (рис. 2.24, г). На рис. 4.26 приведена структура чипсета AMD 750, который имеет аналогичную архитектуру и ориентирован на процессор Athlon. Набор микросхем состоит из двух устройств: системного контроллера AMD-751 и контроллера периферийных устройств AMD 756.

Процессор

Athlon

Системная Данные 64 бит + 8 бит контроль

шина

Системный

контроллер

Контроллер

периферии

Частота 200 МГц

Шина памяти

Данные 64 бит +8 бит контроль

Данные 32 бит

Шина PCI Данные 32 бит

-16 bit data

U DMA/66

Шина ISA

Рис. 4.26. Архитектура «Северный мост — Южный мост» (чипсет АМО 750)

Функции системного контроллера (Northbridge):

• • поддержка шинного интерфейса с процессором на частоте 200 МГц;
• • поддержка шины PCI 2.2 с подключением до шести устройств;
• • поддержка до 768 Мбайт ОП SDRAM DIMM;
• • совместимость со спецификациями AGP (1-х и 2-х графика).

Функции периферийного контроллера (Southbridge):

• • поддержка устройств Plug-n-Play и стандартов управления питанием ACPI 1.0 и АРМ 1.2;
• • поддержка контроллера клавиатуры и мыши;
• • функции IDE-контроллера с поддержкой возможностей Ultra DMA-33/66;
• • интегрированный контроллер шины ISA и мост ISA-PCI, удовлетворяющий спецификациям РС-97;
• • контроллер USB и концентратор на четыре порта.

Архитектура AGPset

Предусматривает ускоренное взаимодействие с портом AGP (2-х графика) и предназначена для использования в серверах и рабочих станциях на процессорах Xeon. Выпущенный в одно время с процессором Pentium II Xeon в середине 1998 г., чипсет 440GX является развитием более раннего варианта 440ВХ.

Ядро 400 МГц

Кэш

Процессоры Xeon

3200

MBps

Ядро 400 МГц

800

Мбайт/с

Системная шина 100 МГц

AGP 2-х графика

Мбайт/с

• 800
• 440GX Мбайт/с SDRAM

AGPset ZZZZZ ¹0°° ^мГч

2 Гбайт

Рис. 4.27. Архитектура AGPSet (чипсет Intel Triton 440GX)

Шина PCI 33 МГц 133 Мбайт/с

Чипсет поддерживает два типа разъемов для процессора — Slot 1 и Slot 2, слот расширения 2х AGP, подключение 2-х ЦП и максимум 2 Гбайта памяти (рис. 4.27). Поддерживается также работа вторичной шины процессора с полной частотой ЦП, что позволяет кэш-памяти 2-го уровня процессора Pentium II Xeon работать на частоте ЦП.

«Неоклассические» архитектуры для AMD К8

Как уже отмечалось ранее, в архитектуре К8 контроллер памяти интегрирован в ЦП и тем самым часть функций «Северного моста» воплощены в процессоре. Поэтому чипсету остается только реализовать контроллеры ввода-вывода, PCI и AGP.

VIA-чипсет для процессоров AMD (VIA К8Т800) выполнен в почти классическом варианте (рис. 4.28, 4.29) — с «Северным мостом» (не загруженным взаимодействием с памятью) и «Южным», которые соединены шиной 8Х V-Link с пропускной способностью 533 Мбайт/с. В качестве «Южного моста» используется чип VT8237, который поддерживает:

• • восемь портов USB 2.0;
• • два порта Parallel АТА133/100/66 с поддержкой до четырех устройств;
• • звуковые решения от VIA — VIA Vinyl 5.1 & Vinyl Gold 7.1;
• • два порта SATA с поддержкой RAID;

Рис. 4.28. Чипсет VIA К8Т800:

а — «Северный мост» К8Т800; б — «Южный мост» VT8237; в — системная плата

ASUS K8V Deluxe с чипсетом VIA К8Т800

Fast/Gigabit

Последовательный

3IIIIIIIIIIIIIIIIIIII

Оперативная

память

1IIIIIIHIIIIIIIIIIIII

Процессор Opteron/Athlon 64

ГиперТранспорт 1,6 Гбайт/с

Клавиатура, мышь

Рис. 4.29. Архитектура чипсета VIA К8Т800

• • интегрированный 10/100 BaseT сетевой контроллер;
• • подключение контроллера Gigabit Ethernet.

Архитектура AMD-8000. AMD разработала набор из трех

микросхем, называемых туннелями, под общим наименованием AMD-8000. С помощью комбинаций этих микросхем можно создавать как чипсеты для дешевых настольных моделей, так и для высокопроизводительных рабочих станций и даже для многопроцессорных систем. Набор микросхем AMD-8000 можно сравнить с набором кубиков, из которых можно создавать любые по сложности решения (рис. 4.30).

Рис. 4.30. Компоненты AMD-8000:

а — AMD-8151, HyperTransport-AGP tunnel; б — AMD-8131, Hyper-

Transport-PCI-X контроллер; в — AMD-8111, HyperTransport (контроллер ввода-вывода, шины PCI, BIOS и все оставшиеся функции — ЮЕ-контроллер,

USB 2.0, сеть и пр.)

AMD-8151 Graphics Tunnel представляет собой контроллер AGP 8х с пропускной способностью 2,1 Гбайт/с. Кроме того, данный туннель имеет два встроенных порта Hyper-Transport — Link А (входной) и Link В (выходной). Первый интерфейс (Link А) является 16-битовым с полосой пропускания

6,4 Гбайт/с (по 3,2 Гбайт/с в каждом направлении). Второй (Link В) — уже 8-битовый с полосой пропускания 1,6 Гбайт/с (по 0,8 Гбайт/с в каждом направлении).

AMD-8131 I/O Bus Tunnel— контроллер шины, предназначенный для использования в серверных системах. Туннель обладает двумя интерфейсами HyperTransport (Link А и Link В), как и в AMD-8151. Сам контроллер PCI-Х поддерживает две независимые PCI-X-шины с возможностью установки до пяти устройств на каждую.

А М D - 8111 I/O Hub — контроллер ввода-вывода, без которого вообще невозможно построить систему — он должен обязательно присутствовать на плате. В минимально возможной конфигурации плата может содержать лишь один туннель AMD-8111 I/O Hub (при этом предполагается, что система будет без поддержки AGP). Туннель AMD-81111/0 Hub обладает одним-един-ственным 8-битовым интерфейсом HyperTransport с пропускной способностью 800 Мбайт/с и содержит все необходимые контроллеры ввода-вывода, как и классический «Южный мост» поддерживает до восьми устройств PCI (32 бит/33 МГц), шесть портов USB 2.0, два канала IDE с поддержкой АТА 33/66/100/133, сетевой адаптер 10/100 Мбит/с, модем АС'97, шестиканальное аудио и LPC-шину.

Архитектура AMD-8000 позволяет, кроме однопроцессорных систем, создавать многопроцессорные (рис. 4.31, 4.32).

1-

о;

CD

С

S

X

CD

L?

1,6 Гбит/с

ГиперТранспорт 1,6 Гбит/с

н

CD

С

S

X

CD

ш

AMD 8131 Контроллер PCI-X

PCI-X

ГиперТранспорт 1,6 Гбит/с

Ethernet

SCSI

Разъемы

PCI-X

PCI-X

ГиперТранспорт 1,6 Гбит/с

AMD 8111 Контроллер ввода/вывода

VGA

-?

Графика

AMD 8131 Контроллер PCI-X

PCI-X

X

2 X й О

CD Q-0.

• — Клавиатура
• — Аудио

Рис. 4.31. Система на четырех процессорах Ор1егоп с использованием АМ0-8000

(архитектура «плоская решетка», см. рис. 2.41)

Рис. 4.32. Системная плата компьютера с четырьмя процессорами Opteron

В табл. 4.8 приводятся некоторые характеристики наборов микросхем Intel и Via.

Таблица 4.8. Основные характеристики некоторых вариантов чипсетов

458 Глава 4. Архитектуры обрамления. Интерфейсы...

Контрольные вопросы

• 1. Охарактеризуйте стратегии управления иерархической памятью.
• 2. Назовите две основные разновидности памяти компьютера.
• 3. Что представляет собой ОП? Каково его назначение?
• 4. В чем различие между статической и динамической памятью?
• 5. В чем суть принципа однородности памяти? Какие возможности он открывает?
• 6. В чем заключается принцип адресности?
• 7. Что такое «прямой» и «обратный» порядок байтов?
• 8. Опишите принципы открытой архитектуры 1ВМ РС.
• 9. Что такое интерфейсы? Каковы их классы?
• 10. Перечислите внутренние интерфейсы и дайте их краткие характеристики.
• 11. Перечислите интерфейсы накопителей и дайте их краткие характеристики.
• 12. Перечислите интерфейсы внешних устройств и дайте их краткие характеристики.
• 13. Что такое локальные шины?
• 14. Охарактеризуйте разновидности архитектуры чипсета.
• 15. Что входит в состав чипсет?
• 16. Что такое архитектура МоЛбЬпбде-Бои^Ьпбде?