Системные чипсеты и контроллеры

Системные чипсеты и контроллеры представляют собой логические схемы, которые образуют "интеллект" материнской платы. Они действуют как "регулировщики уличного движения", управляя передачами данных между процессором, кэшем, системными шинами, и периферийными устройствами, подключенными к шинам ISA и PCI. Кроме того, чипсет управляет обменом данными с жесткими дисками и другими устройствами, подключенным к каналам IDE. Таким образом, чипсет управляет передачами данных практически между всеми основными компонентами РС. Поскольку передачи данных влияют на работу и производительность стольких компонентов РС, чипсет определяет качество РС, его возможности и быстродействие.

Так что же такое чипсет? Этот термин подразумевает что-то сложное, но на самом деле это не так, хотя чипсет выполняет действительно сложные функции. Чипсет (chipset) - это просто набор микросхем (set of chips). В прошлом большинство функций чипсета выполняло множество меньших микросхем контроллеров. Для каждой функции (а часто и нескольких) применялся отдельный контроллер - для управления кэшем, выполнения прямого доступа к памяти (Direct Memory Access - DMA), обработки прерываний, передач данных по шинам ввода-вывода и т.д. Со временем эти микросхемы были интегрированы в набор микросхем, который и называется чипсетом. Ситуация напоминает эволюцию самого процессора - в прошлом многие компоненты процессора Pentium были представлены отдельными микросхемами.

Имеется несколько преимуществ такой интеграции, главными из которых являются снижение стоимости и лучшая совместимость - чем больше функций реализуются одной микросхемой или группой микросхем одного производителя, тем проще проектирование и тем меньше вероятность возникновения проблем. Иногда микросхемы чипсета называются специализированными интегральными схемами (Application-Specific Integrated Circuits - ASIC), но имеется и множество других типов таких микросхем. По существу чипсет представляет собой набор микросхем интеллектуальных контроллеров, который имеется на любой материнской плате. На практике оказалось, что при разработке нового процессора требовалось проектировать для него новый чипсет. На следующем рисунке наглядно показаны функции чипсета, которые сводятся к объединению множества компонентов РС.

Примечание: Фирма Intel также называет свои чипсеты "PCIsets" и "AGPsets" в соответствии с системной шиной, на которую рассчитаны чипсеты.

Контроллеры тесно взаимодействуют с центральным процессором, управляя шинами РС, как показано на рисунке слева. Без чипсета ни системная память, ни шины ввода-вывода не могли бы функционировать совместно с центральным процессором.

Обычно системный чипсет не интегрирует все схемы, требующиеся на материнской плате. Большинство материнских плат содержат следующие контроллеры: сам системный чипсет; контроллер клавиатуры, который управляет не только клавиатурой, но и мышью PS/2; микросхему "Super I/O", которая управляет вводом и выводом последовательных портов, параллельного порта, гибких дисков и жестких дисков с интерфейсом IDE; дополнительные встроенные контроллеры, которые обычно размещаются на платах расширения: наглядными примерами служат контроллеры видео, звука, сетевые контроллеры и SCSI-контроллеры.

Примечание: Термином "чипсет" часто называют также основные схемы обработки на многих видеокартах. Принцип здесь тот же: сверхбольшая интегральная схема используется для выполнения набора функций. Однако это совершенно другой тип чипсета, которые необходимо отличать от системного (находящегося на материнской плате) чипсета.

Чипсеты выпускают несколько компаний, например SIS, VIA и Opti, но наиболее популярны чипсеты Triton фирмы Intel. Появление чипсетов Triton произвело революцию на рынке материнских плат и почти все производители стали ориентироваться на чипсеты Triton. Эти чипсеты позволяют максимально использовать возможности процессора Pentium и шины PCI, имеют встроенную поддержку ведущего интерфейса EIDE, улучшенный мост шины ISA и могут работать с различными видами системной памяти RAM. Конечно, расширенные возможности чипсета должны поддерживаться системой BIOS. Фирма Intel выпускает также чипсеты для портативных компьютеров.

Функции и возможности чипсета

Рассмотрим разнообразные функции, реализуемые системным чипсетом, а также различные возможности РС, в поддержке которых чипсет играет ключевую роль. Выбранный производителем материнской платы чипсет определяет многие возможности РС, которые далее разделены на несколько категорий.

Примечание: Описание функций и возможностей чипсета ориентируется на компьютеры класса Pentium, так как структура предыдущих чипсетов, особенно не использующих локальную шину PCI, была совершенно другой.

Поддержка чипсетом процессора

Самым важным решением при выборе или сборке РС оказывается определение нужного процессора. Здесь приходится выбирать, какой процессор и даже сколько процессоров и с каким быстродействием используется на материнской плате, а также какой чипсет применяется для управления платой. Далее более подробно рассмотрены факторы, определяющие, какие процессоры могут использоваться чипсетом.

Поддержка класса процессора и оптимизация

Чипсет разрабатывается для конкретного набора процессоров. В общем, большинство чипсетов поддерживает только один класс, или поколение, процессоров: многие чипсеты рассчитаны на системы класса 486, системы класса Pentium, системы класса Pentium Pro/Pentium II или системы класса Pentium III/Pentium IV. Объяснение этому простое: для каждого семейства процессоров требуются разные схемы управления, так как они по-разному используют кэш, обращаются к памяти и т.п. Например, процессоры Pentium Pro и Pentium II имеют L2-кэш в корпусе процессора и им требуются другие схемы управления по сравнению с процессором Pentium, у которого L2-кэш находится на материнской плате.

Большинство хороших материнских плат, которые поддерживают процессоры Pentium, поддерживают также их эквиваленты (или почти эквиваленты) компаний AMD (K5 и K6) и Cyrix (the 6x86 and 6x86MX). Так как эти процессоры проектируются как альтернатива процессорам фирмы Intel, они (в большинстве случаев) работают с чипсетами фирмы Intel, хотя иногда для этого требуется другая установка перемычек. Разумеется, фирма Intel имеет преимущество над другими производителями чипсетов, потому что ее специалисты досконально знают процессоры и при разработке чипсета могут эффективно использовать все его возможности.

Примечание: Возможность материнской платы работать с процессорами, имеющими два напряжения питания, определяется только преобразователями напряжения, а не чипсетом.

Выпуск процессора K6 компанией AMD и процессора 6x86MX компанией Cyrix несколько запутало определение поколения процессоров. Функционально оба эти процессора относятся к процессорам шестого поколения, но рассчитаны на материнские платы пятого поколения (класса Pentium).

Поддержка быстродействия (скорости) процессора

При повышении скорости процессора требуется, чтобы схемы управления чипсета работали с соответствующей скоростью. Скорость процессора определяется двумя параметрами: скорость шины памяти и множитель (частоты) процессора. Напомним, что шина процессора и шина памяти объединяют процессор, чипсет и память.

Скорость шины памяти определяет внешнюю скорость процессора, т.е. скорость, с какой он взаимодействует с остальными компонентами РС (в отличие от внутренней скорости процессора). Скорость шины памяти обычно определяет и скорость локальной шины PCI, которая в большинстве материнских плат работает с половинной скоростью шины памяти. Типичные скорости современных шин памяти составляют 50, 60, 66, 75, 100 и 133 МГц. Множитель представляет собой коэффициент, на который процессор умножает скорость шины памяти для получения свой внутренней скорости. Множители в современных РС равны 3x, 3.5x, 4x, 4.5x, 5x, 8x, 10x и даже больше.

Диапазон поддерживаемых чипсетом скоростей процессора определяется по диапазону поддерживаемых скоростей шины памяти и множителей. Например, чипсет классического процессора Pentium поддерживает скорости шины от 50 до 66 МГц с диапазоном множителя от 1.5x до 3x. В результате получаются скорости процессора 75, 90, 100, 120, 133, 150, 166 и 200 МГц (некоторые приведенные значения не соответствуют выпущенным процессорам).

Примечание: Иногда ограничивающим фактором скорости процессора оказывается не чипсет, а физический сокет. Например, процессор Pentium 166 МГц не подходит для сокета Socket 5, поэтому материнская плата с таким сокетом ограничена процессорами Pentium с меньшими скоростями.

Примечание: Некоторые компании, выпускающие Intel-совместимые процессоры, используют в названии процессоров так называемые "эквивалентные параметры", которые не соответствуют истинной скорости процессора. Например, процессор Cyrix 6x86-PR166+ фактически работает на частоте 133 МГц.

Поддержка нескольких процессоров

Некоторые чипсеты поддерживают возможность размещения на материнской плате двух или четырех процессоров. Схемы чипсета координируют действия процессоров таким образом, что они не "мешают" друг другу, а совместно с операционной системой разделяют нагрузку между несколькими процессорами ради повышения производительности. Сейчас имеется только один стандарт мультипроцессорной обработки в РС с процессорами Pentium и Pentium Pro - версия SMP (Symmetric MultiProcessing) фирмы Intel.

Конечно, для совместной работы нескольких процессоров требуется не только поддержка чипсетом. Процессоры должны быть совместимыми, а в операционной системе должны быть средства повышения общей производительности системы за счет дополнительных процессоров.

Поддержка чипсетом кэша

В этом разделе рассмотрены средства чипсета, относящиеся к системному, или вторичному, кэшу, называемому также L2-кэшем. Кэш буферирует недавние обращения процессора к памяти, что значительно повышает производительность РС, так как кэш работает намного быстрее системной памяти.

Емкость (размер) вторичного кэша

Чипсет определяет, каким образом поддерживается L2-кэш. Большинство современных чипсетов поддерживают кэш емкостью 256КБ или 512 КБ. Отметим, что в процессоре Pentium Pro данное обстоятельство не играет роли, так как L2-кэш находится в том же корпусе, что и процессор.

Тип вторичного кэша

Сейчас применяются три типа L2-кэша; в порядке повышения производительности ими являются: асинхронный кэш, синхронно-пакетный кэш и конвейерно-пакетный кэш. Для каждого типа кэша требуются различные схемы управления, поэтому каждый тип должен явно поддерживаться чипсетом.

Политика записи вторичного кэша

Имеются две "политики" (policy) управления записью в память в кэшируемой системе: кэш со сквозной записью (write through cache) означает, что записываемые в память данные передаются в память, как только процессор выдает данные; кэш с обратной записью (write back cache) означает, что процессор записывает данные только в кэш, а затем в благоприятное время они записываются в память. Производительность кэша с обратной записью выше, чем кэша со сквозной записью.

Кэшируемость системной памяти

Характеристики чипсета управляют максимальной емкостью памяти, которую может кэшировать система. Емкость кэшируемой памяти отличается от общей емкости памяти РС. К сожалению, многие чипсеты поддерживают большую общую память по сравнению с той, которую они могут кэшировать с помощью L2-кэша. Емкость кэшируемой памяти зависит от схем управления чипсета и емкости тэговой памяти RAM на материнской плате. Эта емкость не зависит от общей емкости памяти.

Примечание: Некоторые чипсеты, например Intel 82430HX (Triton II), могут кэшировать 64 МБ или 512 МБ памяти. Большая емкость обеспечивается при установке на материнской плате микросхемы тэговой памяти RAM. В большинстве случаев производители материнских плат устанавливают эту микросхему на плату.

Использование большей памяти, чем может кэшировать система, приводит к значительному снижению производительности.

Поддержка чипсетом памяти

Сейчас имеется много типов и емкостей системной памяти RAM, а также технологий производства микросхем памяти. Чипсет определяет многие характеристики памяти, используемой на материнской плате.

Поддержка максимальной памяти

Чипсет определяет максимальную емкость памяти RAM на материнской плате. Для современных РС эта емкость составляет от 64 МБ до 4 ГБ. Она может превышать (иногда значительно) максимальную емкость кэшируемой памяти.

Технология DRAM

Чипсет определяет, можно ли использовать на материнской плате память FPM, EDO, BEDO или SDRAM. Изменение типа памяти влияет на операции считывания и записи, которыми управляет чипсет. Кроме того, некоторые чипсеты работают лучше других с конкретными типами памяти; чипсет может быть оптимизирован на достижение более быстрого обращения к памяти конкретного типа и обеспечивать меньшую эффективность для памяти другого типа.

Конструктивное оформление DRAM

Память для настольных РС выпускается в виде модулей SIMM (Single In-line Memory Module), имеющих 30 (устарели) или 72 контакта и DIMM (Dual In-line Memory Module), имеющих 168 контактов. Эти корпуса отличаются не только физическими размерами, но и шириной данных, которые они могут считывать и записывать одновременно. 30-контактные модули SIMM имеют ширину 8 битов, 72-контактные модули SIMM - 32 бита, а модули DIMM - 64 бита.

Ширина памяти для материнской платы зависит от того, как чипсет обращается к памяти, а также от ширины шины данных процессора. В общем, РС класса 486 требуют память шириной 32 бита, а класса Pentium - 64 бита. Однако некоторые материнские платы с процессором Pentium могут работать с 32-битовой памятью, изменяя способ обращения к памяти.

Схемы чипсета также определяют, сколько слотов модулей SIMM или DIMM может иметь материнская плата. Лучшие чипсеты поддерживают больше слотов, обеспечивая большую гибкость в модернизации РС.

Поддержка паритета и исправления ошибок

Возможность исправления ошибок встраивается в схемы управления памятью чипсета. В современных РС функции контроля по паритету и ECC (Error Correcting Code) обеспечиваются при использовании памяти с контролем по паритету; некоторые чипсеты поддерживают только ECC при использовании соответствующей памяти. Чипсет, не поддерживающий, как минимум, контроль по паритету, не может обнаруживать и исправлять ошибки считывания из памяти.

Управление временной диаграммой

Одна из важных функций чипсета состоит в управлении операциями считывания и записи памяти, а также передачами данных от процессора на локальную шину (обычно PCI и/или AGP). Качество чипсета, тип кэша, скорость системной памяти и тип используемого процессора определяют эффективность передач данных в процессор и из процессора, а она влияет на общую производительность РС.

Дешифрирование адреса

Чипсет выполняет функцию преобразования запросов данных и команд от процессора в адреса ячеек памяти, в которых находится запрашиваемая информация.

Передача данных кэша и памяти

Когда процессор запрашивает информацию из памяти, вначале проверяется, не находится ли она в кэше (так как кэш намного быстрее памяти). Если информация содержится в кэше, она считывается именно оттуда, а обращение к памяти отменяется. В противном случае информация считывается из памяти и передается в процессор для обработки и в кэш в надежде, что она вскоре потребуется процессору. Чипсет управляет временной диаграммой этих передач. Конечно, лучшие чипсеты могут управлять передачами более эффективно, чем другие.

Буферирование шины

Чипсет управляет потоком информации от локальной шины (PCI в РС с процессором класса Pentium) в память, а также от шины PCI непосредственно в процессор. В РС с ускоренным графическим портом (Accelerated Graphics Port - AGP) чипсет также координирует передачи между процессором и видеокартой. Для достижения более высокой эффективности может возникнуть ситуация, когда одновременно появляются несколько передач (транзакций). Поскольку процессор, память и шина PCI работают с различными скоростями, для временного хранения данных в процессе передач применяются буферы. Чипсеты могут поддерживать различное число буферов; наличие большего числа буферов обеспечивает параллельную работу процессора, памяти и шины PCI.

Временная диаграмма системной памяти

Так как память в большинстве случаев работает медленнее процессора, процессор часто должен ожидать нужной ему информации из памяти. Состояние ожидания (wait state) представляет собой такт синхронизации (tick), когда процессор простаивает в ожидании данных из памяти. Задача чипсета состоит в том, чтобы свести ожидание к минимуму; при необходимости он вставляет такты ожидания, чтобы процессор не опережал системных кэша или памяти. Чем быстрее системные кэш и память, тем меньше состояний ожидания приходится вводить и тем выше производительность РС (для кэша требуется очень мало состояний ожидания по сравнению с системной памяти; собственно, этим и объясняется появление кэша).

Кэш в современных РС организован в виде 32-байтовых строк, т.е. информация записывается и считывается 32 байтами одновременно. Поскольку обычно из памяти одновременно считываются 8 байтов (64 бита), для заполнения строки кэша требуется выполнить 4 считывания из памяти (или записи в память). В первой из этих операций в память необходимо выдать адрес информации, указывая нужную ячейку. После это три последующих операции выполняются для последовательных ячеек, поэтому адрес выдавать не нужно и скорость трех операций оказывается выше, а это значительно повышает производительность. Задержка при обращении к первой ячейке памяти называется запаздыванием (latency).

С учетом данной особенности временная диаграмма кэша и памяти часто определяется в виде "x-y-y-y", где "x" - число тактов для первого обращения, а "y" - число тактов для трех последующих обращений. Например, задание "5-2-2-2" означает, что первое обращение занимает 5 тактов синхронизации, а три последующих - по 2 такта каждое. В параметрах BIOS могут встретиться установки "x-2-2-2" или "5-x-x-x", так как во многих РС можно независимо определять времена первого и последующего обращений. Обратите внимание на то, что первое число не содержит состояний ожидания; оно больше потому, что первое обращение длится дольше из-за необходимости определения адреса памяти.

Автоматическое обнаружение памяти (memory autodetection)

Большинство современных чипсетов способны автоматически обнаруживать тип и быстродействие памяти, а затем соответственно скорректировать состояния ожидания для достижения максимальной производительности без потери данных. Если автоматическое обнаружение памяти не поддерживается, пользователь должен вызывать программу настройки BIOS и устанавливать значения временной диаграммы.

Управление периферийными устройствами и шинами ввода-вывода

В большинстве современных РС используются две шины: шина ISA (Industry Standard Architecture) для медленных периферийных устройств и совместимости со старыми компонентами и шина PCI (Peripheral Component Interconnect) - скоростная локальная шина для жестких дисков, видеокарт и других быстродействующих устройств. В новых РС есть также порт AGP для видеокарты.

Чипсет управляет этими шинами и обменивается данными между шинами и процессором и памятью. Характеристики чипсета определяют, какие типы шин поддерживает система, с какой скоростью они могут работать и какие дополнительные возможности они могут иметь.

Типы шин

Чипсет определяет, какие типы шин может поддерживать система; более того, фирма Intel называет свои чипсеты "PCIsets" и "AGPsets". Большинство современных РС поддерживают шины ISA и PCI, но старые чипсеты (для РС класса 486) вместо PCI поддерживают VESA Local Bus (VLB). Новые РС поддерживают также порт AGP для видео.

Мосты шин

Сетевой термин мост означает устройство, которое соединяет две разнородные сети и передает информацию от компьютеров одной сети в компьютеры другой сети и наоборот. Аналогичным образом чипсет может использовать мосты для соединения разнотипных системных шин, которые он поддерживает. Наиболее распространен мост PCI-ISA, используемый для объединения устройств, подключенных к этим различным шинам.

Контроллер жесткого диска IDE/ATA

Почти во все современные материнские платы встроена поддержка четырех жестких дисков IDE (ATA), по два в каждом из двух каналов. Введение такой поддержки объясняется несколькими причинами, в частности, при этом экономится слот шины PCI, что снижает стоимость платы.

Имеется несколько особенностей интерфейса IDE и использования им шины PCI, которой управляет чипсет. Скорость передачи данных IDE-накопителей опирается на применение режимов программного ввода-вывода (Programmed I/O - PIO), а использование самого быстрого из этих режимов зависит от шины PCI и чипсета. Возможность устанавливать различный режим PIO для каждого из двух накопителей в одном IDE-канале, называемая независимой временной диаграммой устройства (independent device timing), также определяется чипсетом. Без поддержки этой возможности оба устройства должны работать со скоростью, определяемой скоростью медленного устройства.

Контроллер DMA и поддержка режима DMA

Прямой доступ к памяти (Direct Memory Access - DMA) позволяет устройствам обмениваться данными с памятью без привлечения процессора. Первоначально он считался более эффективным способом обмена данными с памятью, чем программный ввод-вывод, так как обеспечивает одновременное выполнение процессором другой работы (если эту возможность поддерживает операционная система). Режим DMA до сих пор применяется для некоторых устройств, хотя сейчас для быстрых устройств, например жестких дисков, используются новые режимы передачи. Передачами в режиме DMA управляет контроллер DMA в составе чипсета.

Мастеринг шины (bus mastering) - это усовершенствование DMA, благодаря которому удаленное устройство может не только прямо передавать данными в память, но и фактически управлять шиной, выполняя передачу самостоятельно без привлечения контроллера DMA. Этот прием сокращает служебные потери на взаимодействие контроллера DMA с устройством, что повышает производительность РС.

Контроллер прерываний

Контроллер прерываний предоставляет устройствам ввода-вывода запрашивать внимание процессора для производства передач данных. В РС давно применяются два контроллера прерываний Intel 8259, которые сейчас встроены в чипсет.

Поддержка универсальной последовательной шины

Универсальная последовательная шина (Universal Serial Bus - USB) представляет собой новую технологию, призванную заменить специализированные порты для клавиатуры и мыши. Пока неясно, превратится ли шина USB в стандарт и получит ли она широкое распространение. Однако поддержка шина USB реализована как часть функций чипсета.

Поддержка ускоренного графического порта

Ускоренный графический порт (Accelerated Graphics Port - AGP) представляет собой новую "шину", специально разработанную фирмой Intel для подключения процессора к высокопроизводительным графическим видеокартам, особенно рассчитанным на трехмерную графику. Фактически это не шина, а порт, который поддерживает всего два устройства. Конечно, порт AGP будет поддерживать большинство чипсетов.

Поддержка технологии Plug and Play

Технология Plug and Play (PnP) использует достижения в области аппаратных средств, BIOS и операционных систем, которые позволяют автоматически выделять поддерживающим эту технологию устройствам необходимые им ресурсы (линии IRQ, адреса портов ввода-вывода и каналы DMA). Конечно, для этого требуется, чтобы чипсет поддерживал эту технологию.

Поддержка управления мощностью

Большинство новых чипсетов поддерживает набор возможностей, которые снижают мощность, потребляемую РС во время бездеятельности. Разработка этих возможностей стимулировалась желанием уменьшить потребление мощности РС, которые длительное время остаются включенными, но ничего не делают, а также лаптопов, которые после заряда батареи должны работать как можно более продолжительное время.

Управление мощностью действует через несколько параметров BIOS, которые определяют, когда выключать различные компоненты РС, когда он переходит в холостое состояние. В общем, эти параметры являются прогрессивными, поэтому пользователю предоставляется вариант отключить больше компонентов РС при увеличении времени холостого простоя. Для снижения мощности разработано несколько протоколов.

Энергетическая Звезда - Energy Star

Energy Star - это программа, разработанная Агентством по охране окружающей среды (Environment Protect Agency - EPA) для сертификации РС, которые считаются экономичными и имеют средства управления мощностью и снижения ее. Большинство современных РС удовлетворяют спецификации Energy Star и при запуске BIOS отображают на экране известный логотип.

Улучшенное управление мощностью

Улучшенное управление мощностью (Advanced Power Management - APM) - это название компонента в некоторых операционных системах, например Windows 95, который совместно с BIOS управляет средствами снижения энергопотребления РС. Например, APM позволяет установить в операционной системе параметры в операционной системы для управления тем, когда активизировать различные средства управления мощностью.

Сигналы управление мощностью монитора

Этот стандарт, называемый Display Power-Management Signalling (DPMS) и разработанный Ассоциацией VESA, определяет набор сигналов, которые могут посылать в монитор удовлетворяющие стандарту видеокарты для перевода монитора в энергосберегающие режимы.

Режим системного управления
Режим системного управления (System Management Mode - SMM) представляет собой стандарт энергосбережения процессорами, который позволяет им автоматически значительно снижать потребление мощности. В этом режиме предусмотрены также средства приостановки и возобновления.

Выключение жесткого диска

Жесткие диски с интерфейсом IDE/ATA и SCSI воспринимают команду остановки жесткого диска (spin down) ради экономии мощности. Конечно, экономия здесь минимальна, так как современные жесткие диски потребляют незначительную мощность.

Популярные чипсеты

В настоящем разделе рассматриваются наиболее популярные чипсеты, используемые для различных семейств процессоров. Приведено сравнение самых популярных чипсетов фирмы Intel и некоторые конкретные примеры, наглядно показывающие роль и функции чипсетов.

Чипсеты сгруппированы по "поколениям процессоров". До 1977 г. существовало четкое разделение чипсетов, однако компании AMD и Cyrix внесли определенную путаницу, выпустив процессоры AMD K6 Cyrix 6x86MX, совместимые с чипсетами и материнскими платами класса Pentium. По технологическим признакам оба эти процессора относятся к шестому поколению, но работают на материнских платах пятого поколения.

Обзор чипсетов пятого поколения фирмы дается в исторической перспективе. Фирма Intel выпускала шесть чипсетов класса Pentium и полезно рассмотреть, в чем каждый чипсет отличается от своего предшественника.

Чипсеты четвертого поколения (класса 486)

Для РС класса 486 не было одного доминирующего чипсета. Было много типов таких компьютеров с различным быстродействием и несколько компаний, например UMC, SiS и OPTi, выпускали для них популярные чипсеты.

В то же время была разработана локальная шина VESA Local Bus, поэтому большинство материнских плат было рассчитано на использование этой шины, но встречались и старые платы только с шиной ISA. Сейчас процессор 486 устарел, хотя компании AMD и Cyrix своими процессорами 5x86 пытаются "вдохнуть в него жизнь" (фактически это улучшенные процессоры 486 для материнских плат 486).

Интересным представляется чипсет, разработанный для так называемых VIP-материнских плат (VLB, ISA, PCI - VIP), которые предназначены для процессора 486. Фактически эти платы содержат все три шины и обычно имеют 3 слота PCI, 3 слота ISA и один слот VESA Local Bus. Такие платы обеспечивают пользователям процессора 486 модернизацию РС с сохранением VLB-видеокарт.

Чипсеты пятого поколения (класса Pentium) фирмы Intel

Чипсеты для процессора Pentium сильно отличаются от "мира" чипсетов для процессора 486. При разработке Pentium и одновременно шины PCI для него фирма Intel решила выпускать и чипсеты. С технической точки зрения такой подход вполне обоснован, так как обеспечивает максимальную производительность РС, позволяя лучше согласовать процессор, кэш и чипсет. Фирма Intel имеет уникальное преимущество в разработке чипсетов благодаря великолепному знанию процессоров и шины PCI. Продолжая вводить в процессоры все большие функциональные возможности, она может обеспечить их поддержку новыми чипсетами. Все это способствует лидерству фирмы Intel в производстве процессоров и чипсетов.

Однако в 1997 г. рынок сделал неожиданный поворот. Фирма Intel практически прекратила разработку чипсетов класса Pentium, поскольку сосредоточила свои усилия на платформе Pentium II и чипсетах шестого поколения. Брешь в области чипсетов Pentium заполнили другие производители чипсетов, например компании Via Technologies и SiS.

Чипсет Intel 430LX ("Mercury")

Это первый чипсет фирмы Intel класса Pentium. Он применялся с первыми процессорами Pentium с рабочей частотой 60 и 66 МГц. Микросхемы чипсетов имели питание +5 В и применялись в старых материнских платах с Socket 4; они быстро устарели при освоении выпуска новых процессоров на 90 и 100 МГц, рассчитанных на материнские платы с Socket 5.

По современным меркам чипсет 430LX был довольно простым. Он поддерживал шину PCI и системную память RAM емкостью 128 МБ. Память EDO RAM не поддерживалась. Микросхемы кэша монтировались прямо на материнской плате и могли иметь емкость до 64 КБ.

Чипсет Intel 430NX ("Neptune")

Этот чипсет использовался для второго поколения процессоров Pentium с частотой синхронизации от 90 до 133 МГц (эти же процессоры работали и последующими чипсетами). Крупнейшим достижением данного поколения технологии был сам процессор Pentium: он работал намного быстрее, нагревался до меньшей температуры и был надежнее первого поколения Pentium. В самом чипсете 430NX были реализованы следующие улучшения по сравнения с чипсетом 430LX:

• Поддержка двухпроцессорных материнских плат.
• Поддержка системной памяти до 512 МБ.
• Поддержка асинхронного вторичного кэша емкостью до 512 КБ.

Однако этот чипсет не получил широкого распространения, был плохо документирован и сейчас сведения о нем можно найти только в спецификациях производителей старых материнских плат.

Чипсет Intel 430FX ("Triton")

Первый чипсет серии Triton - 430FX - был выпущен в начале 1995 г. и вывел фирму Intel в лидеры рынка чипсетов. Несмотря на то, что сейчас он устарел, в то время чипсет 430FX представлял собой крупный шаг вперед в мире чипсетов.

Основным технологическим достижением чипсета 430FX стала поддержка им памяти EDO RAM. Именно он определил повсеместный переход от памяти FPM к памяти EDO. Несмотря на существенные достоинства чипсета 430FX по сравнению с чипсетом 430NX, в некоторых отношениях он уступал предыдущему чипсету.

Основные преимущества чипсета 430FX по сравнению с чипсетом 430NX сводились к следующему:

• Поддержка памяти EDO RAM.
• Поддержка конвейерно-пакетного кэша и технологий синхронного кэша.
• Соответствие стандарту шины PCI 2.0.
• Общая повышенная производительность.

Недостатки 430FX по сравнению с 430NX:

• Поддержка меньшей памяти - только 128 МБ.
• Отсутствие поддержки двухпроцессорных материнских плат.

Сейчас чипсет 430FX иногда встречается в старых материнских платах, но все же он устарел из-за отсутствия поддержки шины USB и памяти SDRAM. На смену этому чипсету пришли чипсеты Triton II - 430HX и 430VX.

Чипсет Intel 430HX ("Triton II")

Чипсет 430HX (Triton II) был разработан фирмой Intel для устранения некоторых недостатков оригинального чипсета Triton. Он должен был стать лидирующим чипсетом для делового и профессионального рынка. Чипсет включал в себя микросхему 82439HX системного контроллера (System Controller - TXC) и микросхему 82371SB ускорителя шин PCI и ISA, а также интерфейса IDE (PCI ISA IDE Accelerator). Системный контроллер управляет процессором, памятью и шиной PCI, а ускоритель - шиной ISA и всеми портами. Для системного контроллера применялся новый корпус - матрица шариковых выводов (Ball Grid Array - BGA), который позволил уменьшить размеры микросхемы и упростить ее монтаж на материнской плате.

Микросхема 82371SB поддерживает два канала EIDE, к каждому из которых можно подключить два накопителя. Она же управляет двумя буферированными последовательными портами с максимальной скоростью 115 200 бит/с, улучшенным параллельным портом (Enhanced Parallel Port - EPP), портом мыши PS/2 и контроллером клавиатуры.

Основные достоинства чипсета 430HX по сравнению с чипсетом 430FX:

• Поддержка контроля по паритету и памяти ECC.
• Поддержка двухпроцессорных материнских плат.
• Поддержка системной памяти до 512 МБ вместо 128 МБ.
• Поддержка кэшируемой системной памяти до 512 МБ (при установке большей тэговой памяти RAM) вместо 64 МБ.
• Повышенная производительность благодаря более быстрой памяти и большему числу буферов ввода-вывода.
• Соответствие шине PCI 2.1.
• Поддержка шины USB.
• Независимая временная диаграмма работы для устройств с интерфейсом IDE/ATA.

Этот полнофункциональный чипсет стал наиболее популярен для тех пользователей, которым требовалась высокая производительность. Правда, материнские платы с чипсетом 430HX были несколько дороже плат с чипсетами 430FX или 430VX.

Чипсет 430HX является единственным современным чипсетом класса Pentium фирмы Intel, который предоставляет поддержку памяти с контролем по паритету и памяти с исправлением ошибок. К сожалению, сейчас выпуск этого чипсета прекращен.

Примечание: Поддержка всех 512 МБ кэшируемой памяти обеспечивается только при наличии на материнской плате тэговой памяти RAM достаточной емкости; требуется 11-битовая тэговая память RAM. Большинство хороших материнских плат обеспечивают эту поддержку.

Предупреждение: Рекомендуется не применять чипсет "HX Pro", который является не улучшенным вариантом чипсета 430HX, а более дешевым его имитатором.

Чипсет Intel 430VX ("Triton II", или "Triton III")

Чипсет 430VX также назывался "Triton II", так как фирма Intel считает, что чипсеты 430HX и 430VX образуют "семейство", но ориентируются на разные области рынка. Если более дорогой чипсет 430HX предназначен для бизнеса и опытных пользователей, то экономичный и более дешевый чипсет 430VX ориентирован на домашние РС, ускоряя выполнение мультимедийных и офисных приложений. В состав чипсета входили четыре микросхемы: микросхема 82437VX системного контроллера (System Controller - TVX), две микросхемы 82438VX устройств тракта данных (Data Path Units - TDX) и микросхема 82371SB ускорителя (PCI ISA IDE Accelerator).

Чипсет 430VX часто называют "Triton III", чтобы отличить его от чипсета 430HX и представить его более "новым и улучшенным". На самом деле это ведет к разночтению, так как фактически чипсет 430VX имеет только одно техническое преимущество над чипсетом 430HX, а во всем остальном уступает чипсету 430HX. Во многих отношениях он больше похож на чипсет 430FX, чем на чипсет 430HX.

Чипсет 430VX поддерживает стандарт Concurrent PCI. При использовании чипсета 430FX ведущий шины ISA или PCI, например сетевая карта или контроллер диска, блокировали шину PCI при передаче данных, чтобы иметь "чистый" тракт в память. При этом другие процессы прерывались, что оказывалось неэффективным, так как ведущий шины никогда не использовал всю пропускную способность 100 МБ/с шины PCI. В Concurrent PCI чипсет может отбирать управление шиной от холостого ведущего шины, чтобы предоставить ее другим процессам в режиме разделения времени. Теоретически этот прием обеспечивает скорость передачи данных до 100 МБ/с, на 15% больше чипсета 430FX, и более "сглаженное" выполнение задач, интенсивно использующих шину PCI, например воспроизведение видео при наличии ведущих шины.

Достоинства чипсета 430VX по сравнению с чипсетом 430HX:

• Сниженная стоимость.
• Поддержка памяти SDRAM.
• Улучшенное пакетное считывание из памяти SDRAM (хотя начальное считывание медленнее). Временная диаграмма для SDRAM имеет вид 7-1-1-1 (в чипсете 430HX при использовании памяти EDO RAM временная диаграмма имеет вид 5-2-2-2).

Недостатки чипсета 430VX по сравнению с чипсетом 430HX:

• Отсутствует поддержка памяти с контролем по паритету и памяти ECC.
• Отсутствует поддержка двухпроцессорных материнских плат.
• Поддержка системной памяти емкостью всего 128 МБ, как и у чипсета 430FX.
• Поддержка всего 64 МБ кэшируемой системной памяти, вновь как у чипсета 430FX.
• Более медленная временная диаграмма при использовании памяти EDO RAM (но быстрее, чем у чипсета 430FX).
• Меньшее число буферов ввода-вывода на шине PCI (но больше, чем у чипсета 43FX).
• Нет независимой временной диаграммы для устройств с интерфейсом IDE/ATA.
• Поддержка меньшего числа слотов модулей SIMM или DIMM на материнской плате.

Преимущество памяти SDRAM над памятью EDO RAM в компьютерах с процессором Pentium неочевидно; несмотря на то, что "сырая" скорость памяти SDRAM намного выше, чем у памяти EDO RAM, на практике только от 5% до 10% процентов обращений производятся к собственно памяти, а большую часть обращений обслуживает L2-кэш. В результате память SDRAM не дает столь существенного повышения производительности, как это может показаться. Сейчас единственное достоинство приобретения памяти SDRAM - надежда на то, что ее можно будет использовать в будущих системах, так как эта технология считается перспективной. Однако и это под вопросом, поскольку новейшие технологии, например RAMbus DRAM, затуманивают перспективу памяти SDRAM. Кроме того, спецификации памяти SDRAM изменяются удивительно часто.

Самый существенный недостаток чипсета 430VX состоит в недостаточной кэшируемости системной памяти, хотя он и не казался важным в 1995 г., когда память 64 МБ стоила примерно 2000 долл. Но вскоре он стал "камнем преткновения", когда пользователи пытались ввести в РС память EDO емкостью 96 МБ (эта память стоила 3 долл за мегабайт) и обнаруживали, что быстродействие РС значительно снижалось.

Предупреждение: Рекомендуется не применять чипсет "VX Pro", который является не улучшенным вариантом чипсета 430VX, а более дешевым его имитатором.

Сейчас чипсет 430VX считается устаревшим, так как его вытеснил более совершенный чипсет 430TX.

Чипсет Intel 430TX

Если чипсет 430HX ориентировался на пользователей, которым требовалась высокая производительность, то все надеялись, что новый чипсет, выпущенный в 1997 г., будет следующим шагом вперед, объединяя достоинства чипсета 430HX с новыми возможностями. Ожидалось, что чипсет 430TX со временем заменит все предыдущие чипсеты. Однако на самом деле чипсет 430TX оказался больше преемником чипсета 430VX, а не чипсета 430HX, что разочаровало многих пользователей. Новый чипсет обеспечивал лучшую производительность по сравнению с чипсетом 430VX, но не реализовал некоторые возможности чипсета 430HX. Частично это объяснялось тем, что фирма Intel стремилась к тому, чтобы опытные пользователи переходили от процессора Pentium к процессорам Pentium Pro и Pentium II.

В состав чипсета 430TX входили две микросхемы: микросхема 82439TX системного контроллера (System Controller - TXC) и микросхема 82371AB ускорителя (PCI ISA IDE Accelerator). Обе микросхемы выпускались в корпусе матрицы шариковых выводов (Ball Grig Array - BGA).

Примечание Некоторым нравится называть чипсет 430TX как "Triton IV", так как он оказался четвертым чипсетом в семействе чипсетов "430". Однако фирма Intel никогда не применяла такого названия.

На рисунке показана общая архитектура микросхем чипсета и разделение функциональности между ними. Отметим, что системный контроллер часто называется микросхемой "северного моста" (Northbridge), а контроллер периферийных шин - микросхемой "южного моста" (Southbridge).

Основные достоинства чипсета 430TX по сравнению с чипсетом 430VX:

• Улучшенная временная диаграмма первого считывания из памяти SDRAM: 5-1-1-1 вместо 7-1-1-1.
• Увеличенная с 128 МБ до 256 МБ максимальная емкость памяти (хотя емкость кэшируемой памяти осталась только 64 МБ).
• Поддержка большего числа слотов модулей памяти SIMM и DIMM на материнской плате по сравнению с чипсетом 430VX.
• Поддержка быстрых передач Ultra DMA со скоростью передачи данных 33 МБ/с для быстродействующих накопителей. Этот режим называется также АТА-33.
• Независимая временная диаграмма устройств с интерфейсом IDE/ATA.
• Поддержка архитектуры динамического управления мощностью (Dynamic Power Management Architecture - DPMA), которая позволяет уменьшить общее потребление мощности системой.
• Меньшая потребляемая мощность.
• Лучшая общая производительность.

Конечно, чипсет 430TX по сравнению с чипсетом 430VX не имеет недостатков, но этот чипсет дороже просто потому, что он новее и лучше. Таким образом, результат сравнение чипсетов 430TX и 430VX сводится к простому утверждению: чипсет 430TX лучше, а чипсет 430VX дешевле.

А вот каковы преимущества чипсета 430TX по сравнению с чипсетом 430HX:

• Поддержка памяти SDRAM.
• Лучшая временная диаграмма для памяти SDRAM с начальным считыванием 5-1-1-1.
• Поддержка передач DMA режима 3 (синонимы DMA-33, Ultra-ATA или ATA-33), обеспечивающего более высокую скорость передачи данных быстрых жестких дисков.
• Меньшее потребление мощности.

Недостатки чипсета 430TX по сравнению с чипсетом 430HX:

• Отсутствие поддержки памяти с контролем по паритету и памяти ECC.
• Отсутствие поддержки двухпроцессорных материнских плат.
• Поддержка системной памяти с максимальной емкостью 256 МБ вместо 512 МБ.
• Поддержка только 64 МБ кэшируемой системной памяти.
• Меньшее число буферов ввода-вывода шины PCI (но больше, чем у чипсета 430VX).
• Меньшее число слотов модулей памяти SIMM/DIMM (но вновь больше, чем у чипсета 430VX).

В течение первого года после своего выпуска чипсет 430TX пользовался успехом, но все же не смог полностью заменить чипсет 430HX. Однако сейчас чипсет 430TX стал самым распространенным чипсетом фирмы Intel для платформы Pentium просто потому, что выпуск чипсета 430HX прекращен. Чипсет 430TX стал последним чипсетом фирмы Intel для материнских плат пятого поколения с разъемом Socket 7. Такие чипсеты продолжают выпускать другие компании, например VIA Technologies.

Предупреждение: Рекомендуется не применять чипсет "TX Pro", который является не улучшенным вариантом чипсета 430TX, а более дешевым его имитатором.

На рисунке показана общая архитектура чипсета 440TX, состоящего из двух микросхем - северного и южного мостов. Оба моста фактически выполняют функции маршрутизаторов (routers), т.е. маршрутизируют трафик данных с одной шины (сети) на другую. Северный мост управляет наиболее напряженным трафиком, а южный мост маршрутизирует данные на несколько других более узких маршрутов.

Сравнение чипсетов пятого поколения фирмы Intel

Фирма Intel заняла лидирующие позиции по выпуску чипсетов для материнских плат класса Pentium; эти чипсеты используются в 90% таких плат. В следующей таблице приведены основные характеристики чипсетов 430FX, 430HX, 430VX и 430TX. Все эти чипсеты поддерживают процессоры Pentium и совместимые по сокету процессоры и используют шины ввода-вывода PCI и ISA.

Примечание: Чипсет 430TX показан раньше чипсета 430HX, а не после него, чтобы упростить сравнение чипсетов 430HX и 430VX.

Чипсеты пятого поколения (класса Pentium) других компаний

С 1993 г. по 1997 г. фирма Intel была крупнейшим производителем чипсетов для платформы Pentium, поставляя крупные партии компаниям, выпускавшим РС, например Dell Computer. Однако и в то время были альтернативные чипсеты, которые были не очень заметны на рынке РС.

Когда фирма Intel решила оставить платформу пятого поколения и решила сконцентрировать усилия на платформе Pentium II, на рынке Pentium-совместимых чипсетов образовался вакуум. Для огромного количества материнских плат пятого поколения с Socket 7 фирма Intel предлагала только чипсет 430TX. Другие компании разработали несколько новых чипсетов, которые превзошли по своим характеристикам чипсет 430TX.

В 1998 г. появились три основных поставщика альтернативных чипсетов. Наиболее известным из них была компания Via Technologies (http://www.via.com.tw), а двумя другими были компании Silicon Integrated Systems - SiS(http://www.sis.com.tw) и Acer Labs Inc. - ALi (http://www.ali.com.tw).

Из-за жесткой конкуренции между этими компаниями новые чипсеты класса Pentium появлялись очень быстро, иногда буквально через несколько недель. Подробный обзор этих чипсетов имеется на сайте http://www.anandtech.com/html/.

Чипсеты шестого поколения (класса Pentium Pro/Pentium II)

Лидирующие позиции фирмы Intel в производстве чипсетов для процессоров Pentium Pro/Pentium II еще более упрочились, поскольку она могла разрабатывать и производить процессоры и чипсеты практически одновременно. Процессор Pentium Pro предназначался для серверов и мультипроцессорных систем и фирма Intel запатентовала мультипроцессорную организацию, которую поддерживал процессор Pentium Pro.

Когда фирма Intel решила перейти к интерфейсу Slot 1 для Pentium II, а компании AMD и Cyrix продолжали ориентироваться на платы с Socket 7, лидерство фирмы Intel в чипсетах шестого поколения еще более упрочилось. Практически во всех материнских платах шестого поколения с процессорами Pentium Pro/Pentium II использовались чипсеты фирмы Intel.

Чипсет Intel 440FX ("Natoma")

В подавляющем большинстве материнских плат с процессором Pentium Pro использовался чипсет 440FX. Его возможности аналогичны чипсету 430HX ("Triton II") и он обеспечивал лучшую производительность при меньшей стоимости. Однако он не обладал специальными возможностями чипсета 440GX, который более подходил для очень высококачественных компьютеров.

Фирма Intel не торопилась с заменой чипсета 440FX, который выпускался относительно долго. Этот чипсет обеспечивал хорошую производительность и служил основой для первых материнских плат с процессором Pentium II. К сожалению, он не поддерживал новейших технологий, в частности, Ultra DMA и памяти SDRAM. С появлением более совершенного чипсета 440LX, специально адаптированного для процессора Pentium II, новые РС с чипсетом 440FX практически не выпускались.

Чипсет Intel 440LX

Чипсет 440LX (фирма Intel с этого чипсета убрала имя 'Triton') ориентировался на процессор Pentium II, который был выпущен на несколько месяцев раньше. По сравнению с чипсетом 440FX чипсет 440LX имеет несколько усовершенствований. Важнейшими из них являются:

• Это первый чипсет фирмы Intel, который поддерживал ускоренный графический порт (Accelerated Graphics Port - AGP). Эта новая быстрая специализированная шина была призвана устранить "узкие места" между процессором, графическим контроллером и системной памятью с целью поддержки высококачественной трехмерной графики.
• Поддержка памяти SDRAM.
• Поддержка стандарта Ultra DMA интерфейса жесткого диска.
• Поддержка интерфейса универсальной последовательной шины (Universal Serial Bus - USB).
• Повышенная производительность, особенно для Pentium II.

Этот чипсет поддерживает улучшенный интерфейс конфигурирования и мощности (Advanced Configuration and Power Interface - ACPI), обеспечивающий быстрое уменьшение и увеличение мощности, удаленный запуск через локальную сеть для удаленного управления сетью, а также датчики температуры и скорости вращения вентилятора. Чипсет максимально использовал возможности процессора Pentium II, например динамическое выполнение и конвейеризацию.

Чипсет 440LX применялся в большинстве материнских плат с процессором Pentium II и поддерживал новый корпус SEC (Single Edge Contact) этого процессора.

Чипсет 440EX

Чипсет 440EX AGPset был реализован по технологии чипсета 440LX AGPset и ориентировался на семейство процессоров Celeron. Он удовлетворяет интерфейсу ACPI и расширяет поддержку нескольких новых возможностей - AGP, UltraDMA/33, USB и 66MHz SDRAM на потребительский рынок.

Чипсет 440BX

Системная шина PC долгое время была "узким местом". Производители альтернативных чипсетов первыми осуществили движение вперед, выпустив чипсеты для Socket 7 с рабочей частотой выше 66 МГц, которую поддерживали чипсеты фирмы Intel. Реакция фирмы Intel последовала в апреле 1998 г. выпуском чипсета 440BX, который представлял собой важное достижение для архитектуры Pentium II. Главное достоинство чипсета 440BX заключалось в поддержке системной шины на 100 МГц и памяти SDRAM на частоту 100 МГц. Поддерживалась также и прежняя шина 66 МГц, что позволяло применять чипсет 440BX со старыми процессорами Pentium II с рабочей частотой 233-333 МГц.

Чипсет 440BX отличает архитектура ускорения четырех портов (Quad Port Acceleration - QPA), которая повышает пропускную способность между процессором Pentium II, ускоренным графическим портом AGP, памятью SDRAM на 100 МГц и шиной PCI. Архитектура QPA обеспечивает улучшенный арбитраж шины, более емкие буферы и управление памятью ECC для повышения производительности системы. Среди других возможностей можно отметить поддержку сдвоенных процессоров, режим 2x AGP и улучшенный интерфейс конфигурирования и мощности (Advanced Configuration and Power Interface - ACPI).

Чипсет 440ZX

Чипсет 440ZX разработан для дешевых РС без ухудшения производительности и работе на частоте системной шины 100 МГц в компьютерах с форм-фактором типа microATX. При совместимости по выводам с чипсетом 440BX чипсет 440ZX позволял производителям РС освоить рынок потребительских РС.

Чипсет Intel 440GX/KX ("Orion")

Первый чипсет для Pentium Pro Xeon, выпущенный в середине 1998 г., фактически состоял из двух наборов под кодовым именем "Orion". Чипсет 440GX относится к так называемой "серверной" версии (хотя для многих серверов вполне достаточно мощности чипсета 440KX). В нем впервые реализованы такие новые возможности, как память с расслоением по четырем направлениям емкостью 2 ГБ, счетверенные процессоры Pentium Pro и две отдельных шины PCI. Чипсет 440KX ориентирован на "рабочие станции"; он поддерживает сдвоенные процессоры и память с расслоением по двум направлениям емкостью 1 ГБ. Важно отметить, что чипсет поддерживает работу задней шины с полной скоростью, позволяя L2-кэшу процессора Pentium II Xeon работать с той же скоростью, что и ядро процессора.

Из-за высокой стоимости эти чипсеты практически не применялись в РС. Однако они стали стандартом de facto в мире серверов благодаря своим широким возможностям и высокой производительности.

Чипсет 450NX

Выпущенный одновременно с чипсетом 440GX, чипсет 450NX ориентировался на рынок серверов и имел несколько дополнительных возможностей. Наиболее очевидной из них стало появление слотов 64-битовой шины PCI. Это стало возможным благодаря введению на материнскую плату второй микросхемы моста PCI, что предоставило возможность поддерживать шесть 32-битовых слотов, три 64-битовых слота или их смесь. Новые слоты предназначались для скоростных устройств, например сетевой карты или карты RAID. Чипсет поддерживает до четырех процессоров, память до 8 ГБ для мощных серверов и расслоение памяти по четырем направлениям, что обеспечивает пропускную способность памяти до 1 ГБ/с.

Сравнение чипсетов шестого поколения фирмы Intel

В следующей таблице приведены основные характеристики чипсетов для процессоров Pentium Pro и Pentium II.

Примечание: В процессорах Pentium Pro и Pentium II вторичный кэш встроен в корпус процессора. Следовательно, характеристики кэша компьютеров с этими процессорами не зависят от чипсета, поэтому в таблице не указана группа атрибутов кэша.

Примечание: Указаны оптимальные временные диаграммы, рассчитанные на соответственно быструю память. В противном случае необходимо замедлить временную диаграмму с помощью настройки BIOS.

Новейшие чипсеты фирмы Intel

Чипсет i810 AGPset

Выпуском чипсета i810 (кодовое имя Whitney) летом 1999 г. фирма Intel начала производство чипсетов нового поколения. Обычно чипсет представлен микросхемами контроллеров северного и южного портов. В чипсете i810 они называются хабами (hub - концентратор). В состав чипсета входят три микросхемы: микросхема 82810 хаба контроллера графики и памяти (Graphics and Memory Controller Hub - GMCH), микросхема 82801 хаба контроллера ввода-вывода (I/O Controller Hub - ICH) и микросхема 82802 программного хаба (Firmware Hub - FWH) для хранения системного и видео-BIOS. Отход от традиции состоял в том, что эти компоненты не взаимодействовали друг с другом через шину PCI. Вместо этого они использовали специализированную фирменную шину Interlink, разгружая подсистему шины PCI. Пропускная способность шины Interlink вдвое выше скорости шины PCI. Эта архитектура напоминает канал точка-точка процессора K7 Athlon. Шина Interlink работает на частоте 133 МГц в режиме 2Х. Интерфейс памяти SDRAM также был необычен в том отношении, что он работал на частоте 100 МГц независимо от скорости системной шины (66 МГц или 100 МГц). Поддержки шины ISA отсутствует, но ее можно реализовать с помощью добавленной микросхемы моста.

Микросхема 82810 выпускается в 421-контактном корпусе BGA (матрица шариковых выводов - Ball Grid Array), микросхема 82801 - в 241-контактном корпусе BGA, а микросхема 82802 - в 32-контактном корпусе PLCC (пластмассовый держатель кристалла с выводами - Plastic Leaded Chip Carrier) или 40-контактном корпусе TSOP (тонкий миниатюрный корпус - Thin Small Outline Package).

Было выпущено две версии чипсета i810 - 82810 и 81810-DC100. Первая была рассчитана на частоту 66 МГц и не поддерживала графическую память, а вторая работала на частоте 100 МГц и поддерживала находящуюся на плате графическую память емкостью до 4 МБ. Графическая архитектура Direct AGP использует 11 МБ системной памяти для буфера кадра, текстур и Z-буфера, если кэш дисплея не реализована. Емкость уменьшается до 7 МБ, если реализован кэш дисплея. Вся эта конфигурация называется технологией прямой видеопамяти (Direct Video Memory Technology - DVMT). В чипсет введен звуковой кодек AC-97 (Audio Codec), который обеспечивает функции программного модема и звука (звуковая карта и модем не требуются). Поставщики могли подключить его к слоту Audio Modem Riser (AMR) для упрощения добавления звуковой карты или модернизации модема.

Микросхема 82810 (GMCH) представляет собой "северный мост" и содержит графический контроллер, который с помощью интегрированного AGP (Direct AGP) непосредственно подключается к системной памяти RAM, работающей на частоте 100 МГц. В микросхеме реализована так называемая аппаратная компенсация движения (Hardware Motion Compensation) для улучшения воспроизведения DVD-видео; имеется также выходной порт видео для цифровых плоских панелей. Чипсет может поддерживать кэш дисплея емкостью 4 МБ для Z-буферирования.

Микросхема 82801 (ICH) является "южным мостом" и использует ускоренный хаб для прямого соединения памяти с интегрированным контроллером AC-97 (Audio-Codec), контроллерами интерфейса EIDE, сдвоенными портами шины USB и шиной PCI. Этим обеспечивается повышенная производительность ввода-вывода.

Микросхема 82802 (FWH) содержит системный BIOS и видео-BIOS в стираемой памяти EEPROM емкостью 4 Мб. Кроме того, микросхема 82802 содержит аппаратный генератор случайных чисел (Random Number Generator - RNG), который обеспечивает лучшую безопасность и более защищенное шифрование.

Интегрированный контроллер Audio-Codec 97 позволяет реализовать программные звук и модем, используя процессор для выполнения программ звука и модема. Он потребует программное обеспечение, но при этом не нужны модем и звуковая карта. Этот контроллер удобен, если пользователь редко применяет модем или звук. Он возлагает значительную нагрузку на процессор, который в дополнение к своим обычным задачам должен функционировать как модем и звуковая карта.

Осенью 1999 г. выпущена следующая версия чипсета i810E для расширенной поддержки процессоров, системная шина которых работает на частоте 133 МГц. Чипсет i810E отличает уникальный внутренний арбитраж, позволяющий ему "бесшовно" работать с системными шинами 66 МГц, 100 МГц и 133 МГц. Однако после выпуска в июне 2000 г. чипсета i815E чипсет i810 устарел, так как новый чипсет обладает всеми возможностями i810 и многими новыми.

Чипсет i820

Этот чипсет (под кодовым именем Camino) фирма Intel планировала выпустить одновременно с процессором Pentium III весной 1999 г., но фактически он был выпущен только в ноябре 1999 г. Эта задержка объяснялась запаздыванием производства микросхем Direct Rambus DRAM (DRDRAM), которые являются ключевым компонентом стратегии фирмы Intel для платформы 133 МГц. Память DRDRAM обеспечивает максимальную пропускную способность 1.6 ГБ/с, что вдвое выше пиковой пропускной способности систем с памятью SDRAM и частотой 100 МГц.

Чипсет i820 состоит из двух основных контроллеров: микросхемы 82820 хаба контроллера памяти (Memory Controller Hub - MCH) и микросхемы 82801 хаба контроллера ввода-вывода (I/O Controller Hub - ICH). Микросхема MCH обеспечивает интерфейс процессора, интерфейс DRAM и интерфейс AGP. Выпускается две версии этой микросхемы - однопроцессорная 82820 и двухпроцессорная 82820DP. Микросхема ICH реализует прямое соединение графики и памяти с интегрированным контроллером AC-97, контроллером ATA66, двумя портами шины USB и картами шины PCI. Кроме двух основных контроллеров имеются микросхемы 82380AB PCI-ISA Bridge и 82802 Firmware Hub (FWH).

Чипсет i820 использует архитектуру ускоренного хаба (Accelerated Hub Architecture - AHA), которая реализована во всех чипсетах серии 800 - это первая архитектура чипсетов, которая отошла от традиционной схемы "Северный мост/Южный мост". Она поддерживает пропускную способность 266 МБ/с и благодаря оптимизированным правилам арбитража позволяет одновременно выполнять больше функций, что значительно улучшает обработку аудио и видео.

Хаб контроллера памяти (Memory Comtroller Hub - MCH) обеспечивает скоростной интерфейс для процессора, памяти и AGP; он поддерживает память до 1 ГБ через один канал RDRAM с использованием технологии 64, 128 и 256 МБ. Благодаря внутренней шине с пропускной способностью 1.6 ГБ/с и улучшенной структуре буферов и очередей MCH балансирует системные ресурсы и допускает параллельную обработку в одно- или двухпроцессорной конфигурациях.

Хаб контроллера ввода-вывода (Input/Output Controller Hub - ICH) образует прямое соединение устройств ввода-вывода РС с основной памятью. Это приводит к повышению пропускной способности и значительному снижению служебных потерь на арбитраж, создавая более быстрый тракт в основную память. Для более широкого использования этого тракта чипсет i820 имеет интегрированные контроллер AC-97, контроллер жесткого диска ATA66 и сдвоенные порты шины USB, а также поддерживает карты шины PCI.

Программный хаб FWH содержит системный и видео-BIOS и аппаратный генератор случайных чисел (Random Number Generator - RNG). Генератор формирует случайные числа на основе теплового шума, что обеспечивает более надежное шифрование, цифровые подписи и протоколы безопасности. Считается, что ценность такого генератора будет возрастать по мере разработки все большего числа приложений электронной коммерции (e-commerce).

В июне 2000 г. фирма Intel начала поставки чипсета i820E. Благодаря новому хабу контроллера ввода-вывода (ICH2) 82801BA этот чипсет обеспечивает: четыре порта шины USB, интегрированный контроллер локальной сети, сдвоенный контроллер Ultra ATA/100 IDE, шестиканальный объемный звук Dolby. Хаб контроллера памяти MCH сохранен от чипсета i820.

Чипсет i815

Различные проблемы, которые задержали выпуск памяти Direct Rambus DRAM (DRDRAM), привели к тому, что фирма Intel сделала то, что долго отказывалась сделать, - выпустила чипсет, поддерживающий память SDRAM PC133. В середине 2000 г. объявлены два таких чипсета (кодовое имя Solano) - чипсет i815 и чипсет i815E.

В обоих чипсетах используется хаб графики и памяти (Graphics and Memory Controller Hub - GMCH). Он поддерживает память SDRAM PC133 и PC100 и обеспечивает графику с RAMDAC на частоту 230 МГц и ограниченным 3D-ускорением. Это предоставляет системным интеграторам использовать внутреннюю графику (и системной памяти) для дешевых систем или применить внешнюю графическую карту с помощью AGP 4Х или AGP 2Х.

Как и в чипсете i820E, в i815E имеется новый хаб контроллера ввода-вывода (ICH2) для повышения производительности системы и достижения лучшей гибкости. Он содержит дополнительный контроллер шины USB, интерфейс локальной сети и сдвоенные контроллеры UltraATA/100, а также предоставляет возможности шестиканального звука. Интегрирование контроллера Fast Ethernet прямо в чипсет упрощает производителям и системным интеграторам реализацию в РС экономичных сетевых соединений. Улучшенный интерфейс AC-97 поддерживает объемный звук Dolby Digital на DVD-дисках и одновременно поддерживает соединение программного (soft) модема.

Чипсет i850

Разрабатываемый параллельно с процессором Pentium 4, чипсет i850 представляет собой следующий этап в эволюции архитектуры хабов фирмы Intel. Чипсет состоит из микросхемы 82850 хаба контроллера памяти (Memory Controller Hub - MCH) и микросхемы 82801BA хаба контроллера ввода-вывода (I/O Controller Hub - ICH2). Новыми возможностями чипсета являются следующие:

• Системная шина на частоту 400 Мгц.
• Сдвоенные каналы памяти RDRAM, обеспечивающие скорость считывания данных в процессор 3.2 ГБ/с.
• Поддержка технологии 1.5 В AGP 4X, которая позволяет графическим контроллерам обращаться к основной памяти с пропускной способностью более 1 ГБ/с, которая в два раза выше предыдущих платформ AGP.
• Два контроллера шины USB, удваивающие пропускную способность для периферийных устройств на шине USB до 24 Мб/с по четырем портам.
• Сдвоенные контроллеры UltraATA/100, поддерживающие самый быстрый интерфейс IDE для передач данных в запоминающие устройства.

Для достижения максимальной производительности системная шина согласуется со сдвоенными каналами памяти RDRAM с пропускной способностью 3.2 ГБ/с, обеспечивая трехкратное повышение пропускной способности систем с процессорами Pentium III и лучшую параллельность для сложных мультимедийных приложений и мультизадачности.

Функции контроллера клавиатуры

В первых РС для интерфейса клавиатуры применялась микросхема контроллера клавиатуры 8042 фирмы Intel. Контроллер на материнской плате взаимодействовал с аналогичным контроллером внутри клавиатуры, используя последовательную коммуникационную линию. Многие современные РС ради совместимости эмулируют микросхему 8042, а самой микросхемы на материнской плате нет. Кроме того, функции управления клавиатурой часто реализуются микросхемами Super I/O.

Контроллер клавиатуры выполняет в РС следующие функции:

• Управление клавиатурой и интерпретация клавиш: Когда контроллер клавиатуры получает скэн-код от встроенного в клавиатуру контроллера, он сигнализирует об этом процессору с помощью аппаратного прерывания IRQ1. После этого процессор интерпретирует нажатую клавишу и соответственно обрабатывает ее. Контроллер также управляет частотой автоповтора клавиатуры.
• Поддержка мыши PS/2: Как зто ни странно, но контроллер клавиатуры воспринимает ввод от встроенной мыши типа PS/2, которая широко применяется в РС.

Функции контроллера Super I/O

Контроллер Super I/O представляет собой одну микросхему, которая аналогично системному чипсету выполняет много функций, заменяя несколько микросхем старых РС. Обычно контроллер Super I/O управляет медленными периферийными устройствами, имеющимися в каждом РС. Поскольку эти устройства стандартизованы, они почти одинаковы в каждом РС и проще интегрировать управление ими в одну микросхему.

Основные функции контроллера Super I/O:

• Управление последовательным портом: Микросхема Super I/O управляет последовательными портами и содержит внутренние универсальные асинхронные приемо-передатчики (UARTs). Почти все современные микросхемы содержат 16550A UART, который имеет 16-байтовый буфер FIFO.
• Управление параллельным портом: Микросхема Super I/O содержит схемы для управления параллельным портом. Поддерживаются новые параллельные порты EPP и ECP.
• Управление гибким диском: Микросхема Super I/O управляет накопителями на гибких дисках. Новые модели рассчитаны на скорость передачи 1 МБ/с и поддержку дисков емкостью 2.88 МБ, хотя они не получили широкого распространения. Ленточные накопители использует аналогичный интерфейс.

В новых РС микросхема Super I/O выполняет не только приведенные функции, но и содержит часы реального времени (Real-Time Clock - RTC), контроллер клавиатуры и даже контроллеры жестких дисков с интерфейсом IDE. Однако чаще контроллеры IDE реализованы в системном чипсете. Основным производителем микросхем Super I/O является компания National Semiconductor.

Примечание: В старых РС не было микросхемы контроллера Super I/O; интерфейсы последовательного и параллельного портов, гибкого диска реализовала карта контроллера ввода-вывода, которая часто управляла и жесткими дисками.

Дополнительные интегрированные функции материнской платы

На некоторых материнских платах имеются схемы для выполнения функций, которые обычно реализуются с помощью карт расширения. У такого подхода имеются достоинства и недостатки, зависящие от реализуемых функций, особенностей реализации и потребностей пользователей. В общем, введение встроенных схем снижает стоимость, но при этом ухудшаются универсальность и возможности модернизации. Разумеется, встроенные средства оказываются ценными только в том случае, когда они используются для работы.

Интегрированное видео

Дополнительный контроллер видео встраивается наиболее часто и оказывается наиболее неудобным. Видеокарта является компонентом РС, который наиболее сильно влияет на производительность РС; наличие видеокарты на материнской плате не дает пользователю возможности выбрать видеокарту, которая наиболее полно отвечает его конкретным потребностям.

Кроме того, материнские платы с интегрированным видео очень трудно модернизировать. Многие из них позволяют с помощью перемычки или настройки BIOS запретить видеокарту на материнской плате, но во многих такая возможность отсутствует. Однако в РС невысокого качества интегрированное видео не требует приобретения отдельной видеокарты и экономит слот расширения. Такие платы часто рассчитаны на форм-фактор LPX, который ориентирован на невысокую стоимость и РС и небольшие размеры РС.

Интегрированная звуковая карта

Интегрированная поддержка звука довольно распространена, особенно в компьютерах крупных компаний, которые продаются в розницу. Однако следует помнить, что звуковые карты используют много системных ресурсов и карты плохого качества могут вызвать разнообразные трудно диагностируемые проблемы. Большинство интегрированных карт обеспечивают только базовые возможности, значительно уступающие возможностям высококачественных звуковых карт.

Интегрированный сетевой интерфейс

Интегрированные сетевые адаптеры встречаются на материнских платах довольно редко. Наличие адаптера очень удобно, если он эмулирует широко распространенный стандарт, например сеть Ethernet со скоростью 10 Мбит/с. Однако стоимость собственно адаптеров невелика (примерно 20 долл), поэтому наличие встроенного адаптера на материнской плате совсем не первая необходимость. Кроме того, при необходимости перейти на более совершенную сеть Fast Ethernet со скоростью передачи 100 Мбит/с потребуется сетевая карта для шины PCI, поэтому придется запретить интегрированные схемы, вставить новую карту и надеяться, что она будет работать.

Некоторые новые РС поставляются с интегрированной поддержкой сети 10/100 Ethernet, что очень удобно для сетевой среды.

Интегрированный SCSI-контроллер

Встроенная в материнскую плату поддержка интерфейса SCSI очень удобна, если только обеспечивается поддержка используемого в РС варианта SCSI. Одним из недостатков этого интерфейса является большое число постоянно изменяющихся стандартов и протоколов.