Состав и функции микросхем системной поддержки

Современные системные платы невозможно представить без микросхем системной поддержки. Набор микросхем системной логики включает в себя интерфейс шины процессора, контроллеры памяти, контроллеры шины, контроллеры ввода-вывода и т.п. Все схемы системной платы также содержатся в наборе микросхем. Набор микросхем, в свою очередь, обеспечивает соединение процессора с различными компонентами компьютера. Процессор не может взаимодействовать с памятью, платами адаптера и различными устройствами без помощи микросхем или контроллеров системной поддержки.
От типа используемого на СП набора системных микросхем (чипсета) зависят многие важные характеристики ПК. Микросхемы управляют интерфейсом компьютера. Поэтому они определяют, в конечном счете, тип и быстродействие используемого процессора, рабочую частоту шины, скорость, тип и объем памяти. В сущности, набор микросхем относится к числу наиболее важных компонентов системы, даже, наверное, более важных, чем процессор и включает в себя контроллеры прерываний, прямого доступа к памяти, микросхемы управления памятью и шиной. Обычно в одну из микросхем набора входят также часы реального времени с CMOS-памятью и иногда — контроллер клавиатуры, однако эти блоки могут присутствовать и в виде отдельных чипов. В последних разработках в состав микросхем наборов для интегрированных плат стали включаться и контроллеры внешних устройств.

Тип набора определяет следующие функциональные возможности системных микросхем:

– типы поддерживаемых процессоров;

– структуру и объем кэш-памяти;

– возможные сочетания типов и объемов модулей памяти;

– поддержку режимов энергосбережения;

– возможность программной настройки параметров и т. п.

Современные системные наборы состоят из двух базовых микросхем с условными именами северный мост (North bridge) и южный мост (South bridge).

Северный мост (North Bridge) обеспечивает управление четырьмя компонентами: шиной оперативной памяти, интерфейсными шинами PCI, AGP и системной шиной МП, поэтому его иногда называют 4-портовым контроллером. Он соединяет быстродействующие шины процессора (400/266/200/133/100/66 МГц) с более медленными шинами AGP (533/266/133/66 МГц) и PCI (33 МГц).

Южный мост (South Bridge) имеет в своем составе контроллеры (адаптеры) дисководов, клавиатуры, мыши; управляет интерфейсными шинами IDE/ATA, SCSI, USB, IEEE1294, его также называют функциональным контроллером. Этот компонент является мостом между шиной PCI (66/33 МГц) и более медленной шиной ISA (8 МГц).

South Bridge - компонент в наборе микросхем системной логики с более низким быстродействием; он всегда находился на отдельной микросхеме.
Микросхема Super I/O, которая является третьим компонентом системной платы, соединена с шиной ISA (8 МГц) и содержит все стандартные периферийные устройства, встроенные в системную плату. Например, большая часть микросхем Super I/O поддерживает параллельный порт, два последовательных порта, контроллер гибких дисков, интерфейс клавиатура/мышь. К числу дополнительных компонентов могут быть отнесены CMOS RAM/Clock, контроллеры IDE, а также интерфейс игрового порта. Системы, содержащие порты IEEE-1394 и SCSI, используют для портов этого типа отдельные микросхемы.

Такое разделение не случайно. Вообще, применение двух микросхем диктуется следующим соображением: чем ближе разъем к контроллеру, тем стабильнее работает интерфейс (или шина) и проще развести дорожки на плате. Поэтому Северный мост, расположенный в окрестности разъемов процессора, памяти и AGP (либо PCI Express xl6), содержит в себе соответствующие контроллеры. Южный мост, в свою очередь, находится близко к слотам периферийной шины, разъемам РАТА, SATA, часть разъемов USB также размещается с ним рядом.
Есть у такой архитектуры и недостатки - это, прежде всего, сложность в организации стабильной работы быстрой межмостовой шины, поскольку при такой компоновке между мостами чаще всего имеется значительное расстояние, а значит, труднее обеспечить передачу сигнала высокой частоты. К примеру, некоторые чипсеты фирмы SiS состоят из 1 чипа, в свое время это решение позволило SiS применить самую быструю на тот момент межмостовую шину - MuTiOL с пропускной способностью 1 Гбайт/с. Замечу, что организованы эти чипсеты по классической схеме, с Северным и Южным мостами, просто оба они реализованы в одной микросхеме. Впрочем, техника не стоит на месте, и ныне повсеместно распространены двухмикросхемные чипсеты с еще более быстрыми межмостовыми шинами.

Hub-архитектура

В серии 800 набора микросхем используется hub-архитектура, в которой компонент North Bridge получил название Memory Controller Hub (MCH), а компонент South Bridge - I/O Controller Hub (ICH). В результате соединения компонентов посредством шины PCI образуется стандартная конструкция North/South Bridge. В hub-архитектуре соединение компонентов выполняется с помощью выделенного hub-интерфейса, скорость которого вдвое выше скорости шины PCI. Hub-архитектура имеет следующие преимущества по отношению к традиционной конструкции North/South Bridge:

– увеличенная пропускная способность;

– уменьшенная загрузка PCI;

– уменьшение монтажной схемы.

Hub-архитектура предусматривает увеличение пропускной способности устройств PCI, что связано с отсутствием компонента South Bridge, передающего поток данных от микросхемы Super I/O и загружающего тем самым шину PCI. Благодаря обходу PCI hub-архитектура позволяет увеличить пропускную способность устройств, непосредственно соединенных с I/O Controller Hub (ранее South Bridge), к которым относятся новые быстродействующие интерфейсы ATA-100 и USB 2.0