link700 link701 link702 link703 link704 link705 link706 link707 link708 link709 link710 link711 link712 link713 link714 link715 link716 link717 link718 link719 link720 link721 link722 link723 link724 link725 link726 link727 link728 link729 link730 link731 link732 link733 link734 link735 link736 link737 link738 link739 link740 link741 link742 link743 link744 link745 link746 link747 link748 link749 link750 link751 link752 link753 link754 link755 link756 link757 link758 link759 link760 link761 link762 link763 link764 link765 link766 link767 link768 link769 link770 link771 link772 link773 link774 link775 link776 link777 link778 link779 link780 link781 link782 link783 link784 link785 link786 link787 link788 link789 link790 link791 link792 link793 link794 link795 link796 link797 link798 link799 link800 link801 link802 link803 link804 link805 link806 link807 link808 link809 link810 link811 link812 link813 link814 link815 link816 link817 link818 link819 link820 link821 link822 link823 link824 link825 link826 link827 link828 link829 link830 link831 link832 link833 link834 link835 link836 link837 link838 link839

PersCom — Компьютерная Энциклопедия Компьютерная Энциклопедия

Системные платы

Наборы микросхем системной логики

Наборы микросхем системной логики

Современные системные платы невозможно представить без микросхем системной логики. Набор микросхем определяет функциональность системной платы. Другими словами, две любые платы с одинаковым набором микросхем системной логики функционально идентичны, если производитель преднамеренно не добавил некоторые функции, отсутствующие в чипсете, либо не отключил некоторые из имеющихся в нем.

Набор микросхем системной логики включает в себя интерфейс шины процессора (FrontSide Bus — FSB), контроллеры памяти, контроллеры шины, контроллеры ввода-вывода и т.п. Все схемы системной платы также содержатся в наборе микросхем. Если сравнивать процессор компьютера с двигателем автомобиля, то аналогом набора микросхем является, скорее всего, шасси. Оно представляет собой металлический каркас, служащий для установки двигателя и выполняющий роль промежуточного звена между двигателем и внешним миром. Шасси — это рама, подвеска, рулевой механизм, колеса и шины, коробка передач, карданный вал, дифференциал и тормоза. Шасси автомобиля представляют собой механизм, преобразующий энергию двигателя в поступательное движение транспортного средства. Набор микросхем, в свою очередь, является соединением процессора с различными компонентами компьютера. Процессор не может взаимодействовать с памятью, платами адаптера и различными устройствами без помощи набора микросхем. Если воспользоваться медицинской терминологией и сравнить процессор с головным мозгом, то набор микросхем системной логики по праву займет место позвоночника и центральной нервной системы.

Набор микросхем управляет интерфейсом, или соединениями процессора с различными компонентами компьютера. Поэтому он определяет в конечном счете тип и быстродействие используемого процессора, рабочую частоту шины, скорость, тип и объем памяти. В сущности, набор микросхем относится к числу наиболее важных компонентов системы, даже, наверное, более важных, чем процессор. Мне приходилось видеть системы с мощными процессорами, которые проигрывали в быстродействии системам, содержащим процессоры меньшей частоты, но более функциональные наборы микросхем. Во время соревнований опытный гонщик часто побеждает не за счет высокой скорости, а за счет умелого маневрирования. При компоновке системы я бы начинал с набора микросхем системной логики, так как именно от его выбора зависят эффективность процессора, модулей памяти, устройств ввода-вывода, а также разнообразные возможности расширения.



Эволюция наборов микросхем

Чтобы заставить компьютер работать, на первые системные платы IBM PC пришлось установить много микросхем. Кроме процессора, на системную плату было установлено множество других компонентов: генератор тактовой частоты, контроллер шины, системный таймер, контроллеры прерываний и прямого доступа к памяти, память CMOS, часы и контроллер клавиатуры. Наконец, чтобы обеспечить работу установленных компонентов, понадобился еще ряд микросхем, а также процессор, математический сопроцессор (модуль для выполнения операций над числами с плавающей запятой) и память. В таблице ниже перечислены все первичные компоненты, использовавшиеся в оригинальных системных платах PC/XT и AT.

В схеме системной платы оригинальных систем РС/ХТ, кроме процессора/сопроцессора, использовался набор из шести микросхем. В компьютерах АТ и системах более поздних версий IBM перешла к набору из девяти микросхем, в который были добавлены дополнительные прерывания, микросхемы контроллера DMA и энергонезависимая микросхема CMOS RAM/Real-time Clock (часы реального времени). Компоненты микросхем системной платы в основном были изготовлены компанией Intel или другими производителями по ее лицензии, за исключением микросхемы CMOS/Clock, которую выпустила компания Motorola. Для создания аналога или копии одной из систем IBM требовались все указанные компоненты, а также более сотни дискретных логических микросхем, связывающих конструкцию в единое целое. Основными недостатками подобной конструкции стали высокая себестоимость системной платы и отсутствие свободного места для интегрирования других функциональных компонентов.

В 1986 году компания Chips and Technologies представила качественно новый компонент, названный 82C206, который и стал основной частью первого набора микросхем системной логики системной платы ПК. Эта единственная микросхема выполняла все основные функции микросхем системной платы в компьютерах, совместимых с AT, а именно: функции генератора тактовой частоты (микросхема 82284), контроллера шины (микросхема 82288), системного таймера (микросхема 8254), двух контроллеров прерываний (микросхема 8259), двух контроллеров прямого доступа к памяти (микросхема 8237) и даже микросхемы CMOS-памяти и часов (микросхема MC146818). Кроме процессора, все основные компоненты системной платы PC были заменены одной микросхемой. Четыре дополнительные микросхемы использовались в качестве буферов и контроллеров памяти, расширяя возможности компонента 82C206. На системной плате было всего пять микросхем. Этому первому набору микросхем системной логики компания Chips and Technologies присвоила название CS8220. Это был коренной переворот в производстве системных плат для PC. Не только значительно снизилась стоимость системной платы и упростилась ее конструкция, но и появилась возможность реализации функций, для которых прежде устанавливались платы расширения. Позже четыре микросхемы, установленные дополнительно к 82C206, были заменены новым набором, состоявшим только из трех микросхем; этот набор назывался New Enhanced AT (NEAT) CS8221. А еще через некоторое время появился набор микросхем системной логики 82C836 Single Chip AT (SCAT), который состоял всего из одной микросхемы.

Идею набора микросхем системной логики поддержали и другие изготовители. Компании Acer, Erso, Opti, Suntac, Symphony, UMC, VLSI и другие стремились захватить свою долю рынка. К сожалению, у многих из них положение на рынке наборов микросхем системной логики было неустойчивым: цены быстро менялись, и многие компании потерпели неудачу. Например, VLSI в 1993 году доминировала на рынке наборов микросхем системной логики, а в следующем году чуть не стала банкротом и впоследствии была поглощена компанией Philips. И все только потому, что в 1994 году на рынке появился новый изготовитель наборов микросхем системной логики — Intel. Год спустя компания Intel уже полностью контролировала рынок. Большинство системных плат в настоящее время имеют набор микросхем системной логики, разработанный Intel.

С 1999 по 2001 год Intel вела конкурентную борьбу с другими разработчиками наборов микросхем, причиной чего явилась ее зависимость от памяти RDRAM. В 1996 году Intel подписала контракт с компанией Rambus, объявив о всесторонней поддержке памяти RDRAM при создании наборов микросхем для настольных компьютеров вплоть до 2001 года. Я подозреваю, что Intel пришлось не раз об этом пожалеть. Память RDRAM, не имеющая каких-либо явных преимуществ по сравнению с SDRAM, отличается от нее гораздо более высокой себестоимостью. Впоследствии, в 2002 году, компания Intel разработала набор микросхем 845, поддерживающий DDR SDRAM (кодовое название — Brookdale) для работы с процессором Pentium 4. С тех пор наборы микросхем от Intel поддерживали различные варианты памяти DDR. Компания Intel не осталась в одиночестве на рынке микросхем системной логики. Компании ATI (ныне — подразделение AMD), NVIDIA, VIA Technologies, Silicon Integrates Systems (SiS) и Uli Electronics (ранее — Ali Corporation) также выпускали наборы микросхем для Intel-совместимых систем.

Несмотря на то что AMD (а также компания ATI, ныне являющаяся подразделением AMD) спроектировала собственный набор микросхем системной логики, для поддержки своих процессоров и материнских плат она заинтересовала этим направлением и другие компании. Сегодня компания VIA Technologies является одним из основных производителей наборов микросхем для процессоров AMD. Все более растущая популярность процессоров AMD вынудила и другие компании, такие как NVIDIA, SiS, ATI и Uli Electronics, заняться созданием собственных наборов микросхем для AMD-совместимых систем.

Интересно отметить, что первый производитель наборов микросхем системной логики — компания Chip and Technologies — выжила на рынке за счет смены курса на выпуск микросхем видеографики, при этом найдя нишу в секторе портативных компьютеров. Позже эта компания была куплена Intel.

Наборы микросхем системной логики компании Intel

В настоящее время Intel занимает доминирующее положение на рынке наборов микросхем системной логики. Необходимо заметить, что это стало возможно в значительной мере благодаря компании Compaq, с помощью которой Intel вышла на первое место по производству микросхем.

Все началось с того, что в 1989 году Compaq разработала шину EISA, которая, как предполагалось, должна была стать стандартом рынка. Но компания отказалась предоставить сторонним разработчикам набор микросхем системной логики для этой шины (т.е. набор специальных микросхем, необходимых для функционирования шины EISA на системной плате).

В Intel было принято решение о поставке наборов микросхем системной логики сборщикам компьютеров на основе системных плат EISA. Шина EISA, как известно, потерпела неудачу, сумев лишь на короткое время занять свободную нишу на рынке серверов. Однако Intel, в свою очередь, за это время успела приобрести бесценный опыт в производстве наборов микросхем. С появлением процессоров 286 и 386 оказалось, что создание наборов микросхем, соответствующих новым конструкциям процессоров, отнимает у компаний-производителей слишком много времени и приводит к задержке выпуска системных плат, поддерживающих эти процессоры. Например, между появлением процессора 286 и выпуском первой системной платы, созданной на его основе, прошло более двух лет, а для создания первых системных плат на основе процессора 386 потребовалось чуть более года. Количество продаваемых процессоров Intel было ограничено отсутствием Intel-совместимых системных плат от других производителей. Поэтому в Intel решили вести параллельную разработку процессоров и наборов логических микросхем, используемых в системных платах. Это привело к качественному скачку в производстве системных плат и обеспечило производителей готовыми наборами микросхем системной логики.

Столь важное решение вскоре было реализовано на практике. В апреле 1989 года одновременно с процессором 486 компания Intel выпустила набор микросхем серии 420. Это позволило производителям практически сразу же начать производство системных плат, и первые платы серии 486 появились всего через несколько месяцев. Нельзя сказать, что подобная практика обрадовала других производителей: ведь в лице Intel они получили достойного конкурента.

С 1989 года Intel приступила к созданию процессоров и наборов микросхем системной логики, что составляет примерно 90% компонентов типичной системной платы. Что может служить лучшей гарантией совместимости аппаратных компонентов, чем системная плата и процессор Pentium, изготовленные в одно время одним производителем и предназначенные друг для друга? В 1993 году Intel одновременно с первым процессором Pentium представила набор микросхем системной логики 430LX, а также полностью законченную системную плату. Это огорчило не только производителей наборов микросхем, но и компании, занимающиеся сборкой системных плат. Мало того что Intel стала основным поставщиком компонентов, необходимых для формирования системных плат (процессоры и наборы микросхем системной логики), она занялась также производством и продажей готовых системных плат. К 1994 году Intel не только доминировала на рынке процессоров и наборов микросхем, но, по сути, монополизировала рынок системных плат.

В наши дни, наряду с разработкой процессоров, Intel продолжает заниматься созданием наборов микросхем системной логики и системных плат, т.е. представление и выпуск нового продукта происходят практически одновременно. Подобный подход позволяет избавиться от свойственных началу компьютерной эры задержек, возникающих между созданием новых процессоров и появлением системных плат, в которых они могут быть использованы. С точки зрения потребителя, это означает возможность незамедлительного использования новой системы. Начиная с 1993 года (т.е. с момента появления первого процессора Pentium) пользователи получили возможность приобретать готовые системы в день выпуска нового процессора. На семинарах я часто спрашиваю, у кого из студентов есть компьютер Intel. Ответ на этот вопрос известен заранее. Корпорация Intel не занимается продажей или поставкой компьютеров под собственным именем, поэтому систем “торговой марки Intel” не существует. Но в том случае, если компьютер содержит системную плату Intel, его можно уверенно называть компьютером Intel, по крайней мере по отношению к некоторым компонентам. Имеет ли значение, в каком корпусе и под каким именем компания Dell, Gateway или Micron установила системную плату Intel? Если снять крышку корпуса, то обнаружится, что большинство систем основных производителей практически одинаковы, так как состоят из одних и тех же компонентов. В последнее время производители все чаще и чаще предлагают системы, созданные на базе процессоров Athlon и Duron компании AMD в качестве альтернативы системам Intel. Но несмотря на это нет такого производителя, который смог бы занять лидирующее положение на рынке системных плат AMD, используя методику Intel.

Во многих недорогих системах, продаваемых в розницу и созданных на основе формфактора microATX, используются системные платы других производителей, что позволяет удерживать цены на постоянно низком уровне. Несмотря на то что многие компании производят Intel-совместимые системные платы, используемые для модернизации систем или локальных компьютерных сборок, Intel все еще занимает доминирующее положение среди основных поставщиков OEM на рынке систем средней и высшей ценовой категории.



Архитектура графической системы Intel Integrated Graphics

Производство наборов микросхем системной логики для материнских плат компания Intel начала в апреле 1999 года, выпустив набор 810. Интеграция поддержки графики в набор микросхем позволяет отказаться от обособленной видеопамяти и специальной микросхемы; при этом для графической системы выделяется часть обычной памяти, установленной в компьютере. Многие наборы микросхем с интегрированным видеоадаптером поддерживают также разъемы AGP и/или PCI Express для возможности модернизации. В эти разъемы можно вставить более производительную видеокарту.

В таблице ниже представлены технологии графики, интегрированные в наборы микросхем от Intel (от 810 до G35).

Наборы микросхем семейства 845 (серия 845G) включают в себя новую графическую систему Intel Extreme Graphics, обеспечивающую улучшенное быстродействие в трехмерных приложениях и поддерживающую представленные ниже технологии, необходимые для улучшения качества и повышения скорости визуализации трехмерных объектов.

  • Ядро быстрой визуализации пикселей/текселей. Конвейерная обработка и многоуровневое кэширование операций с двух- и трехмерными объектами, 8-кратное сжатие данных для оптимизации пропускной способности памяти.
  • Зональная визуализация. Уменьшение нагрузки на канал памяти путем разбиения кадрового буфера на треугольные области, сортировки треугольников на отдельные зоны и последовательной передачи каждой зоны памяти видеосистемы.
  • Технология динамической видеопамяти. Совместное использование оперативной памяти видеосистемой, приложениями и операционной системой. Зависит от объема памяти, используемого запущенными программами.
  • Интеллектуальное управление памятью. Улучшенная адресация памяти и повышение ее производительности, а также контроль экранного буфера.

Архитектура Extreme Graphics (EG) повышает эффективность процедур трехмерной визуализации по сравнению с более ранними интегрированными видеосистемами Intel (в частности, видеосистемы в наборах микросхем 810/815 вообще не поддерживали функции обработки трехмерных приложений). Тем не менее быстродействие EG уступало быстродействию и набору функций видеоадаптеров среднего уровня (таких, как GFORCE 2 MX 200 от NVIDIA).

Так продолжалось до тех пор, пока Intel не переименовала свою технологию в Graphics Media Accelerator (GMA) и не ввела в ней поддержку основных функций работы с трехмерными объектами, которые в DirectX 9 стали стандартом. В GMA 900 отсутствовала аппаратная поддержка вершинного шейдера — важной функции, используемой в играх. Это графическое ядро является компонентом семейства наборов микросхем 915.

Следующей версией интегрированного ядра является Intel Graphics Media Accelerator 950 — ускоренная версия Graphics Media Accelerator 900, реализованная в семействе наборов 945 от компании Intel. Ядро GMA 950 работает с частотой 400 МГц, что несколько больше по сравнению с 333 МГц у GMA 900; при этом поддерживаются плоские широкоформатные панели 16:9, компенсация движения при воспроизведении DVD, воспроизведение HDTV (720p и 1080i), цифровое телевидение; кроме того, реализована программная поддержка вершинных шейдеров. GMA 950 и более новые версии подерживают интерфейс Vista Aero системы Windows Vista. Каждая из версий GMA, от 3000 до X3500, добавляла новые возможности, такие как улучшенное аппаратное декодирование видео и воспроизведение высокоточного видео (компания Intel назвала это технологией Clear Video), а также поддержку DirectX 10 и OPenGL 1.5 и 2.0.

Не обременяя себя функциями дискретной графики, реализованными в процессорах высококлассных видеоадаптеров, интегрированное видео может обеспечить удовлетворительную производительность графических приложений, не требуя за это дополнительной платы. Лично я рекомендую использовать материнские платы с интегрированной графикой, но содержащие дополнительные разъемы для вставки отдельного видеоадаптера. В этом случае на начальном этапе вы сможете сэкономить некоторую сумму, а позже добиться более высокой производительности видеорешений, вставив обособленный видеоадаптер.



Наборы микросхем системной логики для процессоров AMD

Выпустив на рынок процессоры семейства Athlon, компания AMD пошла на рискованный шаг: для них не существовало наборов микросхем системной логики, и, кроме того, они были не совместимы с существующими разъемами Intel для процессоров Pentium II/III и Celeron. Серия процессоров K7 вставлялась в разъем Socket 7, созданный Intel для семейства процессоров Pentium, в то же время процессоры Athlon и Duron не были совместимы по контактам ни с Pentium III. Ни с Celeron. Вместо “подгонки” к существующим стандартам Intel компания AMD решила создать собственный набор микросхем и материнскую плату.

Созданный набор микросхем был назван AMD-750 (кодовое название — Irongate). Он поддерживает процессоры Socket/Slot A и состоит из микросхем системного контроллера 751 (северный мост) и контроллера шины периферийных устройств 756 (южный мост). За этим последовал набор микросхем AMD-760 для процессоров Athlon/Duron, который является первым набором микросхем системной логики, поддерживавшим память DDR SDRAM. Он состоит из двух микросхем: AMD-761 (северный мост) и AMD-766 (южный мост). Также компания AMD создала новый стандарт архитектуры для своей линейки 64-разрядных процессоров Athlon 64 и Opteron, выпустив в свет набор микросхем AMD-8000. Новаторские усилия AMD подтолкнули и другие компании, такие как VIA Technologies, NVIDIA, Ali, SiS и ATI, создать собственные наборы микросхем, поддерживающие процессоры AMD. В 2007 году AMD приобрела компанию ATI, чтобы производство наборов микросхем и материнских плат для своих процессоров сосредоточить в одних руках. Этот шаг вывел компанию AMD на один уровень с Intel и дал ей возможность самой выпускать большую часть микросхем, необходимых для построения компьютерных систем на базе собственных процессоров.