По какой шине устройства внешней памяти подключаются к южному мосту кратко

Обновлено: 05.07.2024

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?

Компьютеры состоят из системного блока, монитора, клавиатуры и мыши. Дополнительно по нужде добавляется периферийное оборудование – принтер, сканер, роутер для выхода в Интернет.

Системный блок является в компьютере главной частью. В нем располагаются все основные компоненты компьютера:

- материнская (системная) плата, к которой подключаются все остальные платы и микросхемы (микропроцессор, оперативная память, контроллеры различных устройств);

- блок питания, преобразующий напряжение сети в постоянный ток низкого напряжения для питания различных компонентов компьютера;

- накопитель на жестком магнитном диске (винчестер) или SSD накопитель;

- дисководы для чтения и записи компакт-дисков.

На заднюю панель системного блока выведены разъемы, через которые к компьютеру подключаются различные внешние устройства: монитор, клавиатура, принтер и т.д.

Каждое внешнее устройство подключаются к центральной части компьютера (микропроцессор и память) с помощью контроллеров (адаптеров). Контроллеры управляют внешними устройствами. Каждому внешнему устройству соответствует свой контроллер.

Пример современного ПК (системного блока)

· Процессор INTEL Celeron G4930, OEM + Устройство охлаждения(кулер) ZALMAN CNPS80G

· Материнская плата GIGABYTE H310M S2V 2.0

· Модуль памяти CRUCIAL CT8G4DFS8266 DDR4 - 8Гб

· SSD накопитель KINGSTON A400 SA400M8/120G 120Гб (под системный диск)

· Жесткий диск WD Caviar Blue WD10EZEX (под документы и архив данных – видео, фото)

· Корпус mATX LINKWORLD VC-13M171, черный + Блок питания THERMALTAKE TR2 S, черный

Параметры компьютера

Кроме производителя (бренда) функциональных узлов необходимо смотреть и другие параметры:

Тактовая частота процессора (частота синхронизации)- число тактов процессора в секунду, а такт – промежуток времени (микросекунды) за который выполняется элементарная операция (например, сложение). Таким образом, тактовая 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.

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.Прочитать и кратко законспектировать теоретическую часть.

Задание №2. 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 №3. Зарисуйте схему архитектуры ПК (Логическая схема системной платы)

Задание №4.Запишите основные характеристики Вашего ПК или смартфона.

Задание №5.Сделайте вывод о проделанной работе

Описание занятия

1. Прочитать и кратко законспектировать теоретическую часть.

⚡️📌 Требование на полях конспекта или перед заголовком обязательно записать: - 📖дату занятия, - группу и - ФИО.👋🏻

2. Выполнить контрольные задания.

3. Ответить на контрольные вопросы.

4. Сделайте вывод о проделанной работе

- накопитель на жестком магнитном диске (винчестер) или SSD накопитель;

- дисководы для чтения и записи компакт-дисков.

Пример современного ПК (системного блока)

· Процессор INTEL Celeron G4930, OEM + Устройство охлаждения(кулер) ZALMAN CNPS80G

· Материнская плата GIGABYTE H310M S2V 2.0

· Модуль памяти CRUCIAL CT8G4DFS8266 DDR4 - 8Гб

· SSD накопитель KINGSTON A400 SA400M8/120G 120Гб (под системный диск)

· Жесткий диск WD Caviar Blue WD10EZEX (под документы и архив данных – видео, фото)

· Корпус mATX LINKWORLD VC-13M171, черный + Блок питания THERMALTAKE TR2 S, черный

Параметры компьютера

Кроме производителя (бренда) функциональных узлов необходимо смотреть и другие параметры:

Тактовая частота процессора (частота синхронизации)- число тактов процессора в секунду, а такт – промежуток времени (микросекунды) за который выполняется элементарная операция (например, сложение). Таким образом, тактовая 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.

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.Прочитать и кратко законспектировать теоретическую часть.

Задание №2. 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 №3. Зарисуйте схему архитектуры ПК (Логическая схема системной платы)

Задание №4.Запишите основные характеристики Вашего ПК или смартфона.

Задание №5.Сделайте вывод о проделанной работе

Описание занятия

1. Прочитать и кратко законспектировать теоретическую часть.

Многим пользователям современных компьютеров будет полезно узнать, что такое южный мост на материнской плате (за что отвечает).

Мир дизайна чипсетов всегда был непростым. Производители систем вынуждены идти по тонкой грани между интеграцией новых технологий, сохраняя совместимость со старыми стандартами, спецификациями и периферийными устройствами. Увеличение скорости одной части машины может создать узкие места в других подсистемах. А наиболее быстро меняющаяся часть архитектуры чипсета – южный мост.

Южный мост

Южный мост (концентратор ввода-вывода или ICH) – это микросхема на материнской плате, отвечающая за контроллер жесткого диска, управляющий механизм ввода-вывода и вмонтированное оборудование. Интегрированное аппаратное обеспечение управляет:

звуковой картой и видеокартой;
USB;
PCI;
ISA;
IDE;
Audio;
Ethernet.

Этот путепровод получил такое название за то, что он расположен на юге PCI (взаимосвязь периферийных компонентов). Ниже приведена графическая иллюстрация материнской платы ASUS P5AD2-E и некоторые пояснения для главных частей материнской платы. Как показано на рисунке ниже, для северного и южного мостиков характерно наличие радиатора.

Хотя концентратор ввода-вывода управляет большинством инструментов ввода и вывода, менее приметные конструкции, такие как последовательный порт, клавиатура и мышь без USB, обрабатываются SIO (Super I/O или Супер ввод-вывод).

Некоторые более новые наборы чипов объединяют Southbridge и Super I/O в одну схему и называют ее Super Southbridge. Некоторые производители, такие как NVIDIA и SiS, даже объединили северный мост, ICH и Super I/O в один чип.

Не так давно разработчики систем поняли, что потребителям нужен более простой способ установки периферийных устройств, и что многие внешние приборы выиграют от более высокой скорости интерфейса системы.

Устаревший последовательный порт становился все длиннее, и с появлением таких приспособлений, как цифровые камеры и веб-камеры, передача данных через последовательный порт была мучительно медленной.

Так появился новый компонент – USB. Максимальная пропускная способность USB 1.1 составляет до 12 Мбит / с, что позволяет элементам с более высокой скоростью использовать гораздо больший конвейер. Компоненты USB выпускаются в двух разных вариантах.

Низкоскоростные устройства передают данные с использованием 1,5 Мбит / с, тогда как быстрые инструменты используют всю полосу пропускания: 12 МБ за секунду.

ПК подает 500 миллиампер мощности через каждый отдельный USB-порт. Это означает, что многие устройства с низким энергопотреблением, такие как новый Zip250, могут работать без вмонтированного источника питания. Это может снизить как стоимость, так и простоту использования.

Большинство современных микросхем South Bridge имеют один или два встроенных регулятора USB, которые могут обрабатывать до двух подключений материнской платы каждый. Некоторые из новейших (например, VIA 8233), поддерживают до шести портов.

Северный мост

Северный мост – это один из двух чипов в подборке микросхем основной логики на системной схеме ПК. В конструкции с коллекцией чипов Intel он называется концентратором контроллера памяти (MCH) или встроенным контроллером памяти (IMCH), если он оснащен встроенным VGA.

Встроенный контроллер памяти отвечает за обеспечение связи между процессорами, ОЗУ, BIOS и видеокартами PCI Express (или AGP), а также югом взаимосвязи периферийных компонентов. Некоторые MCH также содержат встроенные видеоконтроллеры, или графические регуляторы и коммутаторы запоминающего устройства (GMCH) в Intel.

Существует несколько наборов микросхем, которые поддерживают два типа оперативной памяти (обычно они доступны при переходе на новый стандарт). Например, компонент из комплекта микросхем Nvidia nForce2 будет работать только с процессорами Socket. A в сочетании с DDR SDRAM, набор микросхем Intel i875 будет работать только с системами, использующими процессоры Pentium 4 или Celeron.

Они должны иметь тактовую частоту выше 1,3 ГГц и использовать DDR SDRAM. Конфигурация чипов Intel i915g работают только с процессорами Intel Pentium 4 и Celeron, но он может использовать DDR или DDR2.

Разница между ICH и MCH

Современный набор микросхем для материнских плат был извлечен из чрезвычайно сложной конструкции в прошлом, в основном к двум ключевым элементам сегодня – северному и южному мостику (хотя часто существуют сопутствующие чипы для взаимодействия с устаревшими компонентами и ISA).

Обе части относятся к каналам передачи данных ЦП, памяти, а данные с жесткого диска поступают в ЦП с использованием MCH. А мышь, клавиатура, CD-ROM внешние данные поступают в процессор с помощью ICH.

Встроенный контроллер памяти – это часть центра чипсета, которая соединяет более быстрые шины ввода-вывода (например, AGP) с системной шиной.

ICH – это концентратор, который подключается к более медленным шинам ввода / вывода (например, ISA) и к системной шине.

Комплекс чипов управляет кэш-памятью, внешней шиной и некоторыми периферийными приборами. Существует быстрый и медленный конец коммутатора.

Самым быстрым концом концентратора является северный путепровод, содержащий регулятор графики и памяти, подключаемый к системной шине. Более медленный конец коммутатора – южный, содержащий концентратор регулятора ввода-вывода.

Заключение

Работая в тандеме, функции двоих мостиков радикально отличаются. ICH выступает в качестве точки подключения для ЦПУ, AGP, DRAM и юга PCI. Он направляет трафик от этих четырех интерфейсов, осуществляет арбитраж и контролирует доступ к подсистеме DRAM из ЦП и компонентам ввода-вывода.

Итак, что такое южный мост (southbridge), и почему у него такое странное архитектурное название?

Прежде всего, это чип, расположенный на главной плате компьютера. С процессором он связан не напрямую, а с помощью другой микросхемы, именуемой, по аналогии, северным мостом. В паре они образуют чипсет, который отвечает за координацию работы всех остальных компонентов ПК и их связь с CPU. При этом соединение северного и южного чипа с устройствами происходит по принципу моста: прямой канал с двусторонним обменом сигналами, не имеющий ответвлений и не пересекающийся с другими.

Свои географические названия эти микросхемы получили по взаиморасположению на материнской плате. Если ее рассматривать правильно (так чтобы основные надписи и маркировки были не вверх-ногами, и не боком), то северный мост всегда будет расположен выше, а южный – ниже.

Желающие убедиться в этом, и посмотреть, где находятся чипы, могут заглянуть под крышу системного блока своего компьютера, или посмотреть несколько изображений motherboard в интернете.

Круг обязанностей южного моста

Между мостами четкое разделение обязанностей. Северный обеспечивает связь чипсета с процессором, а так же контролирует видеоадаптер и оперативную память. В материнских платах последних моделей этот элемент уже отсутствует, так как переместился на кристалл процессора (!). А вот Southbridge как был, так и остался. И сейчас мы детально разберем, за что отвечает эта микросхема.

Южный мост это контроллер-концентратор устройств ввода-вывода, и связь с ними осуществляется с помощью различных шин.

соединение с северным мостом через PCI или hublink, DMI, HyperTranspor;
подключение жестких дисков посредством PATA (IDE) и SATA контроллеров;
через встроенные каналы платы обеспечивается считывание параметров настроек компьютера в энергонезависимой системной памяти BIOS;
контроллер DMA предоставляет устройствам, подключенным через ISA или LPC напрямую воспользоваться ресурсами оперативной памяти;
важной функцией, обеспечивающей работоспособность ПК, является управление питанием всех его компонентов. Это так же поручено южному мосту;
для коммутации медленных устройств (клавиатура, мышь, последовательный и параллельный порт) используются шины ISA, LPC, SPI и т.д. Они могут подключаться напрямую или через Super I/O;
обеспечивает связь внешними информационными каналами посредством таких контроллеров как Ethernet, RAID, USB, FireWire, Wi-Fi, Bluetooth;
мост поддерживает различные модификации PCI шины (традиционные, PCI-X, PCI Express);
внутренний контроллер SM позволяет обрабатывать локальную информацию о состоянии компьютера (температура, параметры памяти, работа кулеров) и идентифицировать устройства подключенные через COM или USB порты;

Коме того, южный чип напрямую работает с такими компонентами как аудиочип (или звуковая карта), контроллер прерываний, модуль обработки хронометрических данных, устройства APM или ACPI-функции, позволяющие использовать ПК в разных режимах энергопотребления.

Чип Southbridge, требующий особо бережного отношения

южный мост является буфером между остальными устройствами и процессором;
он отвечает за работу энергосистемы компьютера;
к нему подключено большое количество компонентов, часть из которых не имеет достаточной защищенности от воздействия внешних факторов;
как и любая, активно-работающая микросхема он нагревается.

В любых устройствах опасность для южного моста представляет неправильное использование портов, и первый в этом списке, конечно USB. Расшатанный разъем, кабели сомнительного качества, спешное извлечение флешек, накопление статического электричества – все это может вызвать скачок напряжения в сети и повреждение чипа.

Последствия повреждения южного моста могут быть самые неприятные, и я хочу познакомить вас с некоторыми из них:

На этом я заканчиваю свой рассказ о южном мосте на материнской плате. Надеюсь, что изложенной в нем информацией вы пополните свой багаж компьютерных знаний.

Читайте также: