Какие две основные большие микросхемы чипсета содержат современные компьютеры кратко

Обновлено: 04.07.2024

Чипсет (англ. chipset ) — набор микросхем, спроектированных для совместной работы с целью выполнения набора каких-либо функций. Так, в компьютерах чипсет, размещаемый на материнской плате, выполняет роль связующего компонента, обеспечивающего совместное функционирование подсистем памяти, центрального процессора (ЦП), ввода-вывода и других. Чипсеты встречаются и в других устройствах, например, в сотовых телефонах.

Содержание

История

Первые чипсеты в современном понимании этого термина появились в середине 1980-х. Первопроходцами стали разработчики компьютеров серии Amiga с чипсетом OCS (позже его сменил ECS и AGA). Немногим позже компания Chips & Technologies предложила чипсет CS8220 (основной чип 82C206) для IBM PC/AT-совместимых систем. Примерно тогда же появились компьютеры серии Atari ST, также созданные с использованием чипсета.

Чипсеты современных компьютеров

Чаще всего чипсет материнских плат современных компьютеров состоит из двух основных микросхем (иногда объединяемых в один чип, т. н. системный контроллер-концентратор (англ. System Controller Hub , SCH):

контроллер-концентратор памяти (англ. Memory Controller Hub , MCH [1][2] ) или северный мост (англ.northbridge ) — обеспечивает взаимодействие ЦП с памятью. Соединяется с ЦП высокоскоростной шиной (FSB, HyperTransport или QPI). В современных ЦП (например Opteron, Itanium, Nehalem, UltraSPARC T1) контроллер памяти может быть интегрирован непосредственно в ЦП. В MCH некоторых чипсетов может интегрироваться графический процессор[3] ;
контроллер-концентратор ввода-вывода (англ. I/O Controller Hub , ICH [4] ) или южный мост (англ.southbridge ) — обеспечивает взаимодействие между ЦП и жестким диском, картами PCI, низкоскоростными интерфейсами PCI Express, интерфейсами IDE, SATA, USB и пр.

Иногда в состав чипсета включают микросхему Super I/O, которая подключается к южному мосту по шине Low Pin Count и отвечает за низкоскоростные порты: RS232, LPT, PS/2.

Существуют и чипсеты, заметно отличающиеся от традиционной схемы. Например, у процессоров для разъёма LGA 1156 функциональность северного моста (соединение с видеокартой и памятью) полностью встроена в сам процессор, и следовательно, чипсет для LGA 1156 состоит из одного южного моста, соединенного с процессором через шину DMI [5] .

Создание полноценной вычислительной системы для персонального и домашнего компьютера на базе, состоящих из столь малого количества микросхем (чипсет и микропроцессор) является следствием развития техпроцессов микроэлектроники развивающихся по закону Мура (см. историю вычислительной техники).

Чипсеты для современных x86-процессоров

В создании чипсетов, обеспечивающих поддержку новых процессоров, в первую очередь заинтересованы фирмы-производители процессоров. Поэтому ведущими производителями процессоров (Intel и AMD) выпускаются пробные наборы (так называемые англ. reference -чипсеты) специально для производителей материнских плат. После обкатки на таких чипсетах, выпускаются новые серии материнских плат, и по мере продвижения на рынок лицензии (а учитывая глобализацию мировых производителей, кросс-лицензии) выдаются разным фирмам-производителям и, иногда, субподрядчикам производителей материнских плат.

Список основных производителей чипсетов для архитектуры x86:

Чипсеты ARM

Для систем, использующих процессоры ARM, также создавались и создаются чипсеты. И если первые образцы (такие как ARM2 для Acorn Archimedes в составе собственно процессора и чипов IOC, MEMC, VIDC, VIDC20 и более поздний ARM3) были в целом похожи на современные им чипсеты IBM PC, то современные (такие как Qualcomm Snapdragon и Texas Instruments DaVinci), из-за ориентированности на мобильные устройства, заметно отличаются как по структуре, так и по техническим особенностям.

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.

13. Архитектура компьютеров. Основные характеристики компьютеров

Магистрально-модульный принцип построения компьютера . В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип. Модульность позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами.

К магистрали, которая представляет собой три различные шины, подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и хранения информации, которые обмениваются информацией в форме последовательностей нулей и единиц, реализованных электрическими импульсами.

Многие необходимые дополнительные устройства интегрированы в современные материнские (системные) платы: сетевая карта, внутренний модем, сетевой адаптер беспроводной связи Wi - Fi , контроллер I ЕЕЕ 1394 для подключения цифровой видеокамеры, звуковая плата и др. Раньше эти устройства подключались к материнской плате с помощью слотов расширения и разъемов.

Чипсет . Важнейшей частью материнской платы является чипсет, который во многом определяет архитектуру современного персонального компьютера. Современные компьютеры содержат две основные большие микросхемы чипсета (рис. 1.12):

контроллер-концентратор памяти, или Северный мост (англ. N orth Bridge ), который обеспечивает работу процессора с оперативной памятью и с видеоподсистемой;

контроллер-концентратор ввода/вывода, или Южный мост (англ. South Bridge ), обеспечивающий работу с внешними устройствами.

Пропускная способность шины . Быстродействие процессора, оперативной памяти и периферийных устройств существенно различается. Быстродействие устройства зависит от тактовой Частоты обработки данных (обычно измеряется в мегагерцах — МГц) и разрядности, т. е. количества битов данных, обрабатываемых за один такт. (Такт — это промежуток времени между подачами электрических импульсов, синхронизирующих работу устройств компьютера.)

Соответственно, скорость передачи данных (пропускная способность) соединяющих эти устройства шин также должна различаться. Пропускная способность шины (измеряется в бит/с) равна произведению разрядности шины (измеряется в битах) и частоты шины (измеряется в горцах — Гц, 1 Гц = 1 такт в секунду):

пропускная способность шины = разрядность шины х частота шины .

Системная шина (см. рис. 1.12). Между Северным мостом и процессором данные передаются по системной шине ( FSB от англ. FrontSide Bus ). В наиболее быстрых компьютерах (2008 год> частота системной шины составляет 400 МГц. Однако между Северным мостом и процессором эффективная частота передачи данных в 4 раза выше. Таким образом, процессор может получать и передавать данные с частотой 400 МГц · 4 = 1600 МГц. Так как разрядкость системной шины равна разрядности процессора и составляет 64 бита, то пропускная способность системной шины равна:

64 бита · 1600 МГц = 102 400 Мбит/с = 100 Гбит/с = 12,5 Гбайт/с.

Частота процессора . В процессоре используется внутреннее умножение частоты, поэтому частота процессора в несколько раз больше, чем частота системной шины. Например, в современных процессорах используется коэффициент умножения частоты 8. Это означает, что процессор за один такт шины способен генерировать 8 своих внутренних тактов и, следовательно, частота процессора составляет 400 МГц · 8 = 3,2 ГГц.

Шина памяти (см. рис. 1.12). Обмен данными между северным мостом и оперативной памятью производится по шине памяти, частота которой может быть больше (например, в 4 раза), чем частота системной шины. У современных модулей памяти ( DDRS от англ. double - data - rate ) ‘Частота шины памяти может составлять 400 МГц · 4 = 1600 МГЦ, т. е. оперативная память получает данные с такой же частотой, что и процессор. Так как разрядность шины памяти равна разрядности процессора и составляет 64 бита, то пропускная способность шины памяти также равна:

64 бита · 1600 МГц = 102 400 Мбит/с = 100 Гбит/с = 12,5 Гбайт/с = 12 800 Мбайт/с.

Модули памяти маркируются своей пропускной способностью, выраженной в Мбайт/с: РС4200, РС8500, РС12800 и др.

Шина РС I Express ( см . рис . 1.12). По мере усложнения графики приложений требования к быстродействию шины, связывающей видеопамять с процессором и оперативной памятью, возрастают.

В настоящее время для подключения видеоплаты к северному мосту все большее распространение получает шина РС I Express ( Peripherial Component Interconnect bus Express —- ускоренная шина взаимодействия периферийных устройств). Пропускная способность этой шины может достигать 32 Гбайт/с.

К видеоплате с помощью аналогового разъема VGA ( Video Graphics Array — графический видеоадаптер) или цифрового разъема DVI ( Digital Visual Interface – цифровой видеоинтерфейс) подключается электронно-лучевой или жидкокристаллический монитор или проектор.

Шина S АТА (см. рис. 1.12]. Устройства внешней памяти (жесткие диски, С D - и DVD -дисководы) подключаются к южному мосту по шине S АТА (англ. Serial Advanced Technology Attachment — последовательная шина подключения накопителей), скорость передачи данных по которой может достигать 300 Мбайт/с.

Шина US В (см. рис. 1.12). Для подключения принтеров, сканеров, цифровых камер и других периферийных устройств обычно используется шина US В ( Universal Serial Bus — универсальная последовательная шина). Эта шина обладает пропускной способностью до 60 Мбайт/с и обеспечивает подключение к компьютеру одновременно до 127 периферийных устройств (принтер, сканер, цифровая камера, Web -камера, модем и др.).

Увеличение производительности процессора . Увеличение производительности процессоров за счет увеличения частоты имеет свой предел из-за тепловыделения. Выделение процессором теплоты Q пропорционально потребляемой мощности Р, которая, в свою очередь, пропорциональна квадрату частоты v 2 :

Рис. 1.12. Архитектура персонального компьютера

Уже в настоящее время для отвода тепла от процессора используются массивные воздушные кулеры, состоящие из вентилятора и металлических теплоотводящих ребер.

Увеличение производительности процессора, а значит и компьютера, достигается за счет увеличения количества ядер процессора (арифметических логических устройств). Вместо одного ядра процессора используются два или четыре ядра, что позволяет распараллелить вычисления и повысить производительность процессора.

Основные характеристики ПК

Производительность (быстродействие) ПК – возможность компьютера обрабатывать большие объёмы информации. Определяется быстродействием процессора, объёмом ОП и скоростью доступа к ней (например, Pentium III обрабатывает информацию со скоростью в сотни миллионов операций в секунду)

Производительность (быстродействие) процессора – количество элементарных операций выполняемых за 1 секунду.

Тактовая частота процессора (частота синхронизации) - число тактов процессора в секунду, а такт – промежуток времени (микросекунды) за который выполняется элементарная операция (например, сложение). Таким образом, т актовая частота - это число вырабатываемых за секунду импульсов, синхронизирующих работу узлов компьютера. Именно ТЧ определяет быстродействие компьютера

Разрядность процессора – max длина (кол-во разрядов) двоичного кода, который может обрабатываться и передаваться процессором целиком.

Время доступа - быстродействие модулей ОП, это период времени, необходимый для считывания min порции информации из ячеек памяти или записи в память. Современные модули обладают скоростью доступа свыше 10нс (1нс=10 -9 с)

Объем памяти (ёмкость) – max объем информации, который может храниться в ней.

Плотность записи – объем информации, записанной на единице длины дорожки (бит/мм)

Скорость обмена информации – скорость записи/считывания на носитель, которая определяется скоростью вращения и перемещения этого носителя в устройстве

Задание 1. Ответьте на вопросы

1. Какой принцип положен в основу архитектуры современных ПК? Опишите его.

2. Что является важнейшей частью материнской платы?

3. Какие две основные большие микросхемы чипсета содержат современные компьютеры?

4. Как узнать пропускную способность шины?

5. По какой шине данные передаются между Северным мостом и процессором?

6. По какой шине производится обмен данными между северным мостом и оперативной памятью?

7. Какую шину используют для подключения видеоплаты к северному мосту?

8. По какой шине устройства внешней памяти подключаются к южному мосту?

9. Какую шину используют для подключения принтеров, сканеров, цифровых камер и других периферийных устройств?

Задание 2. Зарисуйте схему архитектуры ПК

Задание 3.Запишите основные характеристики ПК

Задание 1. Ответьте на вопросы

1. Какой принцип положен в основу архитектуры современных ПК? Опишите его.

2. Что является важнейшей частью материнской платы?

3. Какие две основные большие микросхемы чипсета содержат современные компьютеры?

4. Как узнать пропускную способность шины?

5. По какой шине данные передаются между Северным мостом и процессором?

6. По какой шине производится обмен данными между северным мостом и оперативной памятью?

7. Какую шину используют для подключения видеоплаты к северному мосту?

8. По какой шине устройства внешней памяти подключаются к южному мосту?

9. Какую шину используют для подключения принтеров, сканеров, цифровых камер и других периферийных устройств?

Чипсет (ChipSets, МСЛ, микросхема системной логики). ПК состоит из устройств, которые подключены к материнской плате и занимаются приемом, обработкой и передачей какой-либо информации. Логической организацией этой работы (с помощью интегрированных в его состав контроллеров) и занимаются чипсеты, т.е. именно чипсет обеспечивает работу основных подсистем компьютера (центральный процессор, видеоадаптер, оперативная память).

Ранее материнские платы несли на себе до ста микросхем. Первая большая микросхема была выпущена в 1986 году фирмой "Chips & Technologies" и называлась 82С206. Она выполняла функции: 1. контроллера шин, 2. генератора тактовой частоты 3. системного таймера 4. контроллера прерываний 5. контроллера прямого доступа к памяти 6. CMOS-а. Вместе с еще 4-мя микросхемами в качестве буферов и контроллеров получился первый чипсет, названный CS8220. Следующий набор 82C836 Single Chip (SCAT) уже состоял из одной микросхемы. Внешне микросхемы Chipset'а выглядят, как самые большие чипы (после процессора), с количеством выводов от нескольких десятков до сотен. Сегодня на плате размещают 1–2 микросхемы.

Современные ChipSet-ы содержат в себе периферийный контроллер (содержащий два контроллера прерываний IRQ0–7 и IRQ8–15), два контроллера DMA (каналы 0–3 и 4–7), контроллер для Enhanced IDE устройств, часы реального времени с CMOS-памятью (около 100 байт), прямой доступ к памяти, таймер, систему управления памятью и шиной; поддерживают спецификацию шины PCI, синхронную и асинхронную кэш-память, EDO и FPM DRAM, AGP. Обычно в одну из микросхем набора входят также и клавиатурный контроллер (может присутствовать и в виде отдельных чипов). В последние годы в состав МСЛ стали включать и контроллеры внешних устройств.

Чипсет состоит из двух микросхем, называемых северным и южным мостами. Эти мосты выполняют функции связи различных шин и интерфейсов.

Северный мост всегда закрыт радиатором (иногда с вентилятором) и располагается рядом с процессором (северный мост гораздо "быстрее" южного и больше нагревается). Северный мост отвечает за взаимодействие с оперативной памятью (шина памяти), взаимодействие с центральным процессором (системная шина), взаимодействие с графической подсистемой (шина AGP) и взаимодействие с южным мостом. Т.е. северный мост контролирует потоки из четырех шин.

Южный мост соединен с достаточно медленными компонентами, а также с медленными периферийными устройствами (жесткий диск, интерфейс USB и т.д.). Управляя работой высокоскоростных шин, чипсет использует развитые механизмы арбитража, буферизации, очередей и т.о. оптимизирует основные информационные потоки в системе компьютера.

Название набора обычно происходит от маркировки основной микросхемы (напр. SiS471, i440BX). При этом используется только код микросхемы внутри серии: например, полное наименование SiS471 - SiS85C471. Последние разработки используют и собственые имена.

Раньше наборы системной логики (они же ChipSets) выпускали компании "Acer", "Chips & Technologies", "OPTi", "Erso", "Headland Technology", "PC Chips", "Suntac", "Symphony", "UMC", "VLSI".

Но в 1989 году "Compaq" разработала шину EISA, а предоставить контролер к ней отказалась. И в Intel-е за короткое время сами разработали контроллер. В 1994 году, выпустив процессор i486, фирме Intel пришлось ждать, когда производители чипсетов подготовят подходящий набор системной логики (МСЛ). Чтобы больше не терять время, при выпуске процессора Pentium (в 1995 году), Intel сразу же разработала и выпустила собственный набор.

Так на рынок ChipSets-ов вышел монстр Intel и . почти все другие фирмы-разработчики скоро закрылись. Даже прародитель чипсетов ("Chip&T") был выжит с этого рынка, а затем и вовсе куплен Intel’ом. С тех пор у Intel’а: вышел новый процессор – вышел к нему чипсет.

Хотя формально и появились новые фирмы-производители чипсетов (всего 12 компаний), но в основном МСЛ выпускают три "монстра" (выделены): Ali (Acer), AMD, ATI, IBM, Intel, Micron, NVidia, OPTi, ServerWorks, SiS, VIATechnologies, VLSI.

Именно ChipSets определяет функции, реализуемые на плате - тип оперативной памяти, поддержку частот, процессорного слота, типов шин и т. п.

Чипсет — набор микросхем материнской платы, который обеспечивает работу всех элементов компьютера. Так же чипсет определяет производительность и мощность компьютера.

Физически, чипсет представляет собой одну или несколько больших микросхем на материнской плате и несколько вспомогательных микросхем, размерами поменьше. Эти микросхемы в процессе работы нагреваются, поэтому производители материнских плат устанавливают на них радиаторы для охлаждения.

Блок-схема чипсета

В силу сложившихся инженерных традиций, основные микросхемы чипсета получили название: Северный мост и Южный мост.

Основная функция Северного моста:

Связь процессора с памятью, видеокартой и южным мостом.

Основная функция Южного моста:

Обеспечивает связь процессора, со всеми остальными устройствами (жесткие диски, карты расширения, usb устройства и т.д).

В настоящее время существуют процессоры, которые сами могут выполнять функции северного моста. Поэтому в материнских платах для таких процессоров, северного моста нет, есть только южный!

Основные производители чипсетов:

Основные производители чипсетов для настольных ПК — Intel и AMD. Некоторое время назад, также производила чипсеты фирма Nvidia.

Однозначно сказать, что какое-то направление лучше — нельзя. В обеих фирмах есть продукты, на основе которых можно собрать офисный и мощный игровой компьютер.

Поэтому при выборе архитектуры, то есть Intel или AMD, большую роль играет — личное предпочтение покупателя или продавца.

Характеристики чипсета, которые влияют на производительность компьютера

Скорость работы шины данных:

Шина данных — это шина, предназначена для передачи данных между узлами ПК.

Все компоненты компьютера взаимодействуют с чипсетом, через шины данных. Каждая шина работает со своей скоростью, но на производительность компьютера влияет, та шина — которая связывает чипсет и процессор. Этот параметр скорость работы шины данных, указывается как частота шины или пропускная способность шины.

Шина данных имеет две характеристики, частота и ширина.

Частота — это действительная скорость работы шины. Обычно измеряется в Мегагерцах или Гигагерцах. Чем выше частота, тем выше производительность системы.

Например: 1333 МГц, 1600 МГц

Ширина — это количество байт, которые шина может передать за один раз или за один такт. Чем больше ширина, тем больше информации может передать шина за один такт.

Например: 1 Байт, 2 Байта.

Пропускная способность шины данных

Произведение частоты на ширину, дает еще один параметр — пропускная способность шины данных.

Частота * Ширина = Пропускная способность шины данных — объем информации, который может передать шина в секунду.

То есть при меньшей частоте, но большей ширине — мы получим такую же пропускную способность шины данных. Для процессора эти два варианта по производительности — равнозначны.

В связи с тем, что в новых чипетах реализована новая архитектура шины данных. Был введен новый параметр работы шины — Трансферы в секунду.

Трансферы в секунду

Трансферы в секунду — это количество операций пересылки данных в секунду.

Этот параметр так же относится к пропускной способности но уже означает не объем, а количество операций, которая шина может передать в секунду.

Обычно число трансферов в секунду, в два раза больше частоты шины данных.

Например: 5200 MT/с, 5200 MT/s (Мегатрансферы в секунду)

5.2 ГТ/с, 5.2 GT/s (Гигатрансферы в секунду)

В описании материнской платы, указывается максимально возможная скорость работы шины данных, которая связывает процессор и чипсет. В действительности, скорость работы шины будет зависеть от установленного процессора. Это связано с тем, что процессор имеет такую же характеристику, как частота шины или скорость работы шины. Если она ниже чем у чипсета, то скорость работы шины данных будет такая, как у процессора.

Как обозначается чипсет в описании платы

Характеристики чипсета в кратком описании:

ASUS P7 H55 -V;S1156; без FFD!; Поддержка Core i3,i5,i7; HH5 ; 4DDR3(2200*); 1xP-Ex16, 3xP-Ex1; 3xP; 8ch-Sound; GigaLan; 6xSATAII; 1xATA100; ATX

Обычно чипсет уже указан в названии материнской платы: ASUS P7 H55 -V и далее он указан в кратком описании после сокета, и уже более подробно в полном описании платы.

Читайте также: