Чипсеты

🕛 15.02.2009, 22:35

Основным устройством, определяющим производительность и возможности компьютера, является процессор. Но для создания компьютерной системы требуются и другие компоненты, например различные контроллеры, буферы адреса и данных, таймеры и т.п. В первых персональных компьютерах все эти функции реализовались в нескольких интегральных микросхемах (чипах). Под каждый тип процессора разрабатывается и производится набор таких микросхем, называемый чипсетом. Чипсет определяет основные возможности системной платы и, как следствие, всего компьютера. Чипсет в современном компьютере является фундаментом, на базе
которого строится взаимодействие процессора с его окружением и, в первую очередь, с памятью, видеосистемой и устройствами ввода-вывода.
Основой всех современных чипсетов являются контроллеры, жаргонно называемые северным и южным мостами. Двух-чиповая архитектура с микросхемами северного и южного мостов является классической, однако имеются и одночиповые решения. Но сути архитектуры это не меняет, и в этом случае один чип сочетает в себе возможности и южного, и северного мостов, которые, в свою очередь, связаны между собой.
Северный мост подключается к внешней шине центрального процессора (FSB) и по своей сути является связующим звеном, контролирующим потоки данных от различных шин, позволяющим процессору обмениваться данными с видеосистемой, памятью и другими устройствами. Южный мост отвечает за периферийные устройства и различные внешние шины. К нему подключены: слоты расширения шин PCI и PCI Express, порты USB, IDE-контроллер, обслуживаются контроллеры IDE, SATA дисководов, контроллеры Fire Wire, аудиоуст-ройства, устройства, подключаемые к портам ввода-вывода. С появлением новых типов памяти, внешних устройств и интерфейсов, увеличением их быстродействия совершенствуются и контроллеры южного и северного мостов.
Поскольку основными производителями процессоров для персональных компьютеров являются в настоящее время фирмы Intel и AMD, существуют чипсеты под процессоры Intel и AMD. Среди производителей чипсетов можно отметить такие фирмы как Asus, Gigabyte, MSI и, разумеется, Intel. Среди прочих известных компаний можно назвать Albatron, AOpen, ECS, Iwill, NVIDIA, VIA, SiS.
Чипсеты для платформы Intel
Чипсеты для процессоров Intel или, как говорят, для платформы Intel, имеют архитектурное отличие от чипсетов для платформ AMD. Отличие заключается в принципе обмена данными процессора с памятью. В процессорах Intel используется классический принцип обмена через северный мост чипсета, тогда как у AMD процессор имеет непосредственную связь с памятью, что упрощает северный мост чипсета.

Семейство чипсетов /915/925 Express
В состав семейства чипсетов i915/925 Express, производимых фирмой Intel для процессоров Pentium, входят 925Х, 915Р и интегрированный 915G. Все они оснащены двухканальным универсальным контроллером памяти (работающим как с памятью DDR2-533, так и с обычной памятью DDR400), а также интерфейсами PCI Express х1б для графических адаптеров, и PCI Express xl для плат расширения.
Чипсеты i915/925 имеют следующие характеристики:
> частота шины FSB - 800 МГц;
> универсальный двухканальный контроллер памяти (работает с DDR2-533 и с обычной памятью DDR400);
> шина PCI Express - 20 каналов (16 из которых задействованы в графическом интерфейсе PCI-E х1б);
> контроллер SerialATA - два независимых двухканальных контроллера с пропускной способностью 150 Мб/с;
> USB2.0 - 8 портов;
> аудиоконтроллер - Intel HDA, поддерживающий 24-разрядный, 8-канальный звук (при частоте дискретизации 192 кГц).
В стандарте HDA имеется замечательная особенность -функция Jack Retasking, позволяющая автоматическое определение подключенного к аудиоразъему устройства и перенастройку конфигурации аудиовходов (выходов) в зависимости от типа подключенного устройства. В новом контроллере памяти самое серьезное внимание было уделено удобству организации двухканального режима для пользователей. Так называемая технология Flex Memory позволяет устанавливать три модуля памяти при сохранении двухканальности, требуется лишь одинаковый суммарный объем памяти в обоих каналах. Система работоспособна и при несимметричном заполнении слотов в разных каналах, но тогдазаметно упадет скорость работы.
Между базовым чипсетом 915Р и усовершенствованным чипсетом 925Х каких-либо особых архитектурных различий нет. Но последний не поддерживает устаревшие модели процессоров Pentium 4 с 533 МГц шиной и поддерживает память только типа DDR2. По производительности чипсет 925Х
несколько превосходит 915-й. Дисковая подсистема Intel Matrix Storage Technology, реализованная в «южных мостах» с индексом «R» в маркировке, позволяет использовать RAID технологию при наличии двух винчестеров в составе компьютера. Возможно создание двухдискового RAID-массива, использующего технологии RAID0 и RAID1.
В усовершенствованном варианте 900-го семейства - наборе микросхем 925ХЕ (рис. 2.12), увеличена до 1066 МГц частота системной шины и введена поддержка более производительной памяти DDR2-667.
Intel Pentium 4 , Processor Extreme Edition
8.5 GB/s
8.0 GB/s I
8.5 GB/s
2.0 GB/s DMI
Definion Audio
4 PCI Expressxl
500 MB/sl
60
150 I MB/s 1
4 Serial ATA Ports
Intel Matrix Storage Technology
Рис.2.12 т Блок-схема чипсета Intel 925XE
Южный мост ICH6/ICH6R соединяется с северным посредством двунаправленной полнодуплексной шины DMI (Direct Media Interface), являющейся электрически измененной версией PCI Express x4. Шина обеспечивает пропускную
способность до 2048 Мбит/с. Южный мост имеет поддержку четырех портов PCI Express xl, предназначенных для работы с традиционной периферией, и аудиоконтроллер Intel HDA.
Дисковая подсистема Intel Matrix Storage Technology, используемая в «южных мостах» с индексом «R», позволяет создавать двухдисковый RAID-массив, объединяющий преимущества технологий RAID 0 и RAID 1.
Семейство чипсетов i945/955 Express
Чипсеты Intel 945/955 Express (рис. 2.13), представленные тремя продуктами: базовым 945Р, интегрированным 945G и усовершенствованным 955Х, являются развитием линейки 915/925 Express. Небольшие улучшения коснулись, по сути, только поддержки более скоростных шин, главная же задача чипсетов - обеспечивать поддержку для двуядерных процессоров Intel.
Северный мост 945Р обеспечивает поддержку процессоров Intel Celeron D, Pentium 4, Pentium 4 Extreme Edition, Pentium D с частотой системной шины 533/800/1066 МГц; его двухка-нальный контроллер памяти может работать с памятью DDR2-400/533/667 суммарным объемом до 4 Гб. Пиковая производительность подсистемы памяти 8,5 Гбит/с с DDR2-533 до 10,8 Гбит/с с DDR2-667. Не поддерживается память DDR.
Интегрированный чипсет 945G имеет графическое ядро GMA 950, представляющее собой несколько ускоренное ядро GMA 900 предыдущего поколения.
Усовершенствованный i955X, в отличие от «массового» i945P, не поддерживает «низкоскоростных» процессоры (с шиной 533 МГц) и память (DDR2400). При этом он может работать с большим объемом (до 8 Гб) памяти (возможно применение модулей с ЕСС) и оснащен фирменной системой повышения производительности подсистемы памяти Memory Pipeline.
С целью максимальной популяризации двуядерной архитектуры в бюджетном секторе, компания Intel планирует в скором времени расширить 945-ю серию чипсетами бюджетного уровня. Это должны быть интегрированный (без графического порта PCI Express xl6) чипсет 945GZ с одноканальным контроллером памяти DDR2-533/400 и дискретный 945PL. Как следует из названия, последний чипсет будет упрощенным
вариантом 945Р, в котором максимальная частота системной шины ограничена 800 МГц, а двухканальный контроллер памяти будет поддерживать только DDR2-533/400. Таким образом, от обыкновенного 915Р новый 945PL будет отличаться лишь официальной поддержкой двуядерных процессоров Pentium D (если не принимать во внимание отказ от DDR).
Новая линейка южных мостов ICH7 также не особо отличается от ICH6: в них реализован более скоростной (300 Мб/с) вариант интерфейса Serial ATA, практически полностью соответствующий стандарту SATA-II. В версии ICH7R имеется поддержка технологии RAID для SATA-винчестеров, причем, по сравнению с мостом ICH6R, эта поддержка рас.шрена: теперь в дополнение к RAID 0 и RAID 1 доступны еще и уровни 0+1 (10) и 5. Кроме того, в ICH7R количество портов
PCI-E xl увеличено до б, что может оказаться полезным в случае объединения двух PCI-E-видеокарт в режиме SLI.
Чипсет NVIDIA nForce4 SLI Intel Edition
Чипсет nForce4 SLI Intel Edition (рис. 2.14) по существу является тем же самым nForce4 SLI только для платформы AMD, в нем изменена лишь процессорная шина и добавлен контроллер памяти. Известно, что в архитектуре AMD64 контроллер памяти интегрирован в процессор, поэтому во включении его с состав чипсета нет необходимости, что существенно упрощает северный мост. Именно поэтому в чипсетах семейства nForce3/4, в отличие от Intel Edition, используется один мост.
Option 1 SI Х8 PCI-E (GP
Х8РС1-Г'""
Pentium, Pentium D, Pentium Extreme Edition
FSB 1065, FSB800
Dual Channel DDR2-533/667
1 GigE w/ Active Armo
Рис.2.14 т Блок-схема чипсета NVIDIA nForce4 SLI Intel Edition
Северный мост SPP (System Platform Processor) nForce4 SLI Intel Edition объединяет контроллер памяти, процессорный интерфейс и контроллер шины PCI Express. Он поддерживает любые процессоры Intel Pentium 4/Celeron D с частотой системной шины 400/533/800/1066 МГц, включая двуядерные.
Двухканальный контроллер памяти DDR2-400/533/667 способен работать асинхронно относительно шины FSB
(технология QuickSync). Его архитектура представляет собой два независимых 64-битных контроллера с перекрестной коммутацией между ними, а также выделенными шинами данных и адреса для каждого из установленных модулей DIMM. Такое решение позволяет ускорить доступ процессора к данным в памяти, что, наряду с использованием усовершенствованного блока предвыборки и кэширования данных DASP (Dynamic Adaptive Speculative Preprocessor), позволяет nForce4 SLI Intel Edition на равных конкурировать с аналогичными решениями от Intel.
Чипсеты nForce4 SLI Intel Edition имеют следующие характеристики:
> частота шины FSB - 400/533/800/1066 МГц;
> двухканальный контроллер памяти (работает с DDR2-400/533/667 и с обычной памятью DDR400);
> шина PCI - Express - 20 каналов (16 из которых задействованы в графическом интерфейсе PCI-E х16);
> SerialATA - два независимых двухканальных контроллера с пропускной способностью 150Мб/с;
> АТА133 - два двухканальных контроллера;
> USB2.0 - 10 портов;
> сетевой контроллер 10/100/1000 Мбит/с с технологией Firewall ActiveArmor;
> 8-канальный звуковой контроллер стандарта АС97.
Следует отметить интерфейс PCI Express, включающий 20 произвольно комбинируемых линий PCI-E xl, различные комбинации которых позволяют реализовать как единую графическую шину PCI-E х16, так и разбить ее на два отдельных канала PCI-E х8, необходимых для организации SLI. В обычном режиме nForce4 SLI Intel Edition обладает одной шиной PCI-E х16 и четырьмя - PCI-E xl. При включении режима SLI чипсет поддерживает две графические шины PCI-E х8 и три PCI-E xl для дополнительной периферии.
Южный мост МСР (Media and Communication Processor) соединен с северным 800-мегагерцовой двунаправленной шиной HyperTransport и отличается максимальной функциональностью среди всех современных устройств такого рода.

Помимо стандартного двухканального контроллера АТА133 он поддерживает до 4 полноценных портов SerialATA II. При этом имеется возможность организации RAID-массива уровней 0, 1, 0+1, 5 из дисков, подключенных к любым из встроенных АТА-контроллеров (даже имеющих различные типы интерфейсов). Имеющийся в составе чипсета сетевой контроллер 10/100/1000 Мбит/с (Gigabit Ethernet) выполнен по технологии ActiveArmor и поддерживает функцию программно-аппаратного брандмауэра (Firewall), очень важную в настоящее время.
Чипсеты для платформы AMD
В основе семейства процессоров Athlon 64 лежит чрезвычайно удачная архитектура К8, отличительные черты которой - совместимость с 64-бит расширениями AMD64, связь процессора с «внешним миром» посредством высокоскоростной шины Hyper Transport и, пожалуй, самое главное - наличие в процессорном ядре встроенного контроллера памяти. Встроенный в процессор контроллер DDR-памяти минимизирует время обращения к памяти и обеспечивает самую высокую скорость обмена данными эффективность выполнения практически любых приложений.
Платформа Socket 754, предназначена для создания недорогих вычислительных систем на базе процессоров Athlon 64/Sempron с одноканальным контроллером памяти, а более функциональная платформа - Socket 939 - для процессоров среднего класса Athlon 64 с двухканальной памятью, обеспечивающих высочайшую производительность. Материнские платы для процессоров Athlon 64 и Sempron выпускаются на основе нескольких наборов логики таких производителей, как NVIDIA, VIA, ATI, SiS. Лидером розничного рынка для Athlon 64 является чипсет nVidia nForce4, имеющий прекрасный набор функций. ATi сегодня предлагает линейку чипсетов Radeon Xpress 200. Важную роль играют чипсеты VIA и SiS.
Чипсет NVIDIA nForce4
Чипсет NVIDIA nForce4 стал не только первым реально появившемся на рынке чипсетом для платформы AMD K8 с поддержкой
шины PCI Express но и наиболее функциональным среди всех известных конкурентов. А именно функциональными возможностями и определяется «лицо» чипсетов для AMD64, ведь из-за того, что контроллер памяти у них интегрирован в процессор, производительность всех современных чипсетов практически одинакова. Именно отличная функциональность чипсетов nForce4 и стала причиной того, что они в настоящее время являются наиболее популярной основой материнских плат для процессоров Athlon 64 в исполнении Socket 939.
Чипсет nForce 4 - это развитие чипсета nForce 3 Ultra. В nForce 4 реализованы шины PCI-Express, а также интерфейс Serial ATA II, отсутствовавшие в nForce 3 Ultra. Чипсет состоит из одной микросхемы МСР, содержащей в себе все периферийные и коммуникационные контроллеры. Линейка чипсетов NVIDIA nForce4 имеет три исполнения. Базовая версия именуется nForce4, версия с расширенной функциональностью - nForce4 Ultra, и, наконец, наиболее функциональная версия - nForce4 SLI.
Два независимых двухканальных контроллера SerialATA с пропускной способностью 150 Мб/с позволяют значительно расширить функциональные возможности по настройке и использованию RAID-массивов. В частности, чипсет nForce4 поддерживает технологии RAID Morphing и Cross-Controller RAID. RAID Morphing значительно облегчает задачи конфигурирования RAID-массивов, позволяя пользователю добавлять «налету» в RAID-массив новые диски, а также изменять уровень RAID-массива, например преобразовать массив из RAID 1 в RAID 0. Вторая функция, как видно из названия (Cross-Controller RAID), позволяет объединять в RAID-массивы как Serial ATA, так и Parallel ATA. Еще одна интересная функция называется Disk Alert. Она позволяет отслеживать корректность подключения жестких дисков и при возникновении какой-либо проблемы сообщать об ошибке. Чипсет имеет следующие характеристики:

> шина FSB - HyperTransport 800 МГц (ширина шины 16 бит в каждом направлении);
> шина PCI - Express 20 каналов (16 из которых задействованы в графическом интерфейсе PCI-E х16);
> SerialATA - два независимых двухканальных контроллера с пропускной способностью 150 Мб/с;
> USB2.0 - 10 портов;
> сетевой контроллер 10/100/1000 Мбит/с с Firewall ActiveArmor;
> 8-канальный звуковой контроллер стандарта АС97.
Версия nForce4 Ultra отличается от базовой более скоростной 1000-мегагерцовой шиной HyperTransport, а также сетевым гигабитным контроллером, содержащим аппаратный ускоритель обработки сетевых пакетов по технологии Active Armor. Интегрированный блок фильтрации TCP/UDP пакетов на аппаратном уровне освобождает центральный процессор от значительной части работы по фильтрации сетевого трафика, а простой в обращении программный брандмауэр обеспечивает защиту системы от вирусов или атак из Интернета.
Пропускная способность контроллеров SATA увеличена до 300 Мб/с. В чипсет введена поддержка жестких дисков с технологией NCQ (Native Command Queuing, - оптимизированное исполнение запросов), а также функция «Hot Swap» («горячая» замена SATA-дисков).
Самая мощная модификация - nForce4 SLI обеспечивает использование в системе одновременно двух PCI Express видеокарт NVIDIA в режиме SLI. Возможность появления «двух графических интерфейсов» в случае PCI Express реализуется достаточно просто: обычный канал PCI-E х16 физически «расщепляется» на два слота (формата PCI-E х8).
В чипсете используется классическая двух мостовая схема, состоящая из двух северных мостов типа - МСР (функционально не отличается от nForce4 Ultra) и его изрядно «усеченного» варианта SPP, имеющего только один канал PCI Express х16 и два - PCI Express xl (рис.2.15).

Чипсет VIA K8T890
В отличие от производительных решений NVIDIA, K8T890 позиционируется компанией VIA в качестве недорогого решения, обладающего современными возможностями. Контроллер интерфейса PCI Express имеет 20 независимых линий. Из них 16 приходятся на графический порт PCI Express х16, а остальные четыре могут быть использованы производителями материнских плат произвольным образом.
Чипсет К8Т890 (рис.2.16) имеет классическую двухчипо-вую архитектуру и состоит из северного и южного мостов, которые соединяются фирменной шиной Ultra V-Link с пропускной способностью 1066 Мб/с. В качестве южного моста в чипсете используется VT8237R.
Чипсет имеет следующие характеристики:
> шина FSB - HyperTransport 1 ГГц (ширина шины 16 бит в каждом направлении);
> шина PCI - Express 20 каналов (16 из которых задействованы в графическом интерфейсе PCI-E х16);
> SerialATA - два независимых двухканальных контроллера с пропускной способностью 150 Мб/с;
> USB2.0 - 8 портов;
> сетевой контроллер 10/100/1000 Мбит/с с Firewall ActiveArmor;
> 8-канальный звуковой контроллер стандарта АС97.
Support for Dua/single AND Opteron or Single Athlon 64, Sempron
K8T890 Chipset
Рис.2.16 т Блок-схема чипсета VIA K8T890
Немаловажным плюсом К8Т890 при этом является тот факт, что он способен обеспечивать независимое от HyperTransport
тактирование шин PCI и PCI Express. В VIA K8T890 Pro реализована технология DualGFX Express, обеспечивающая одновременную работу двух графических карт. Суть DualGFX Express заключается в возможности конфигурирования 20 линий PCI Express, присутствующих в северном мосте, таким образом, чтобы получить один полноценный порт PCI Express х1б и один PCI Express x4, который по своим электрическим параметрам будет совместимым с видеокартами PCI-E.
Интегрированный вариант чипсета - VIA K8M890 с встроенным видеоядром DeltaChrome IGP, обеспечивает полную поддержку DirectX 9. В чипсете К8Т900 реализована поддержка SATA/2, технологии NCQ, возможность создания массива RAID уровня 5. Имеются дополнительные порты PCI Express для периферии и встроенный 8-канальный звук по технологии HDA.