materinka.chipsetx

МИНОБРНАУКИ РФ
Федеральное Государственное бюджетное
учреждение высшего профессионального образования.
Кафедра: Программная инженерия
Тема: Материнская плата. Chipset.
Выполнил студент 1 курса
ПИН-1206 Волнухин Виктор
Проверил: Калабин
Александр Леонидович
Тверь 2012
Материнская плата.
Материнская плата — сложная многослойная печатная плата, на
которой устанавливаются основные компоненты персонального
компьютера либо сервера начального уровня(центральный процессор,
контроллер оперативной памяти и собственно ОЗУ, загрузочное ПЗУ (постоянное
запоминающее устройство), контроллеры базовых интерфейсов ввода-вывода).
Именно материнская плата объединяет и координирует работу таких различных по
своей сути и функциональности комплектующих, как процессор, оперативная
память, платы расширения и всевозможные накопители.
Основные компоненты:


Центральный процессор (ЦПУ).
Набор системной логики (чипсет) — набор микросхем, обеспечивающих
подключение ЦПУ к ОЗУ и контроллерам периферийных устройств. Как правило,
современные наборы системной логики строятся на базе двух СБИС (сверхбольшая
интегральная схема): «северного» и «южного мостов».

Северный мост, MCH (Memory controller hub), системный контроллер —
обеспечивает подключение ЦПУ к узлам, использующим
высокопроизводительные шины: ОЗУ, графический контроллер.
Для подключения ЦПУ к системному контроллеру могут использоваться такие FSBшины, как HyperTransport и SCI.
Обычно к системному контроллеру подключается ОЗУ. В таком случае он содержит в
себе контроллер памяти. Таким образом, от типа применённого системного
контроллера обычно зависит максимальный объём ОЗУ, а также пропускная
способность шины памяти персонального компьютера. Но в настоящее время
имеется тенденция встраивания контроллера ОЗУ непосредственно в ЦПУ (например,
контроллер памяти встроен в процессоры в AMD K8 и Intel Core i7), что упрощает
функции системного контроллера и снижает тепловыделение.
В качестве шины для подключения графического контроллера на современных
материнских платах используется PCI Express. Ранее использовались общие шины
(ISA, VLB, PCI) и шина AGP.

Южный мост, ICH (I/O controller hub), периферийный контроллер — содержит
контроллеры периферийных устройств (жёсткого диска, Ethernet, аудио),
контроллеры шин для подключения периферийных устройств (шины PCI, PCI
Express и USB), а также контроллеры шин, к которым подключаются устройства,
не требующие высокой пропускной способности (LPC — используется для
подключения загрузочного ПЗУ; также шина LPC используется для подключения
мультиконтроллера — микросхемы, обеспечивающей поддержку исторических
низкопроизводительных интерфейсов передачи данных: последовательного и
параллельного интерфейсов, контроллера клавиатуры и мыши).
Как правило, северный и южный мосты реализуются в виде отдельных СБИС, однако
существуют и одночиповые решения. Именно набор системной логики определяет все
ключевые особенности материнской платы и то, какие устройства могут
подключаться к ней.


Оперативная память (также оперативное запоминающее устройство, ОЗУ).
Каждая ячейка оперативной памяти имеет свой индивидуальный адрес.
Оперативная память передаёт процессору данные непосредственно, либо через
кэш-память. ОЗУ изготавливается как отдельный блок; также может входить в
конструкцию однокристальной ЭВМ или микроконтроллера в виде оперативной
памяти.
Загрузочное ПЗУ. Хранит ПО, которое исполняется сразу после включения
питания. Как правило, загрузочное ПЗУ содержит BIOS, однако может содержать
и ПО, работающие в рамках EFI.
Форм-фактор материнской платы — стандарт,
определяющий размеры материнской платы для персонального компьютера, места
её крепления к корпусу; расположение на ней интерфейсов шин, портов
ввода/вывода, разъёма центрального процессора (если он есть) и слотов
для оперативной памяти, а также тип разъема для подключения блока питания.
Форм-фактор (как и любые другие стандарты) носит рекомендательный характер.
Спецификация форм-фактора определяет обязательные и опциональные
компоненты. Однако подавляющее большинство производителей предпочитают
соблюдать спецификацию, поскольку ценой соответствия существующим
стандартам является совместимость материнской платы и стандартизированного
оборудования (периферии, карт расширения) других производителей.
 Устаревшие: Baby-AT; Mini-ATX; полноразмерная плата AT; LPX.
 Современные: ATX; microATX; FlexATX; NLX; WTX, CEB.
 Внедряемые: Mini-ITX и Nano-ITX; Pico-ITX; BTX, MicroBTX и PicoBTX
Существуют материнские платы, не соответствующие никаким из существующих
форм-факторов (см. таблицу). Обычно это обусловлено либо тем, что
производимый компьютер узкоспециализирован, либо желанием производителя
материнской платы самостоятельно производить и периферийные устройства к ней,
либо невозможностью использования стандартных компонентов (так называемый
«бренд», например, Apple, Commodore, Silicon Graphics, Hewlett-Packard, Compaq чаще
других игнорировали стандарты; кроме того в нынешнем виде распределённый
рынок производства сформировался только к 1987 году, когда многие
производители уже создали собственные платформы).
Наиболее известными производителями материнских плат на российском рынке в
настоящее время являются фирмы Asus, Gigabyte, MSI, Intel, Biostar, Elitegroup,
ASRock. В России материнские плат производила компания Формоза
(использовались компоненты фирм Lucky Star и Albatron). На Украине — корпорация
«Квазар-Микро».
Материнские платы мобильных компьютеров
Материнские платы портативных компьютеров (ноутбуков) существенно
отличаются от материнских плат настольных компьютеров: в них встроено
множество комплектующих (например, видеокарта), которые на обычных
персональных компьютерах просто подключаются к ней. Это обеспечивает
компактные габариты и низкое энергопотребление ноутбука, но приводит к
меньшей надёжности, проблемами с теплоотводом, значительному увеличению
стоимости материнских плат, а также отсутствию взаимозаменяемости.
Эволюция.
По размерам материнские платы в общем случае можно разделить на три группы.
Раньше все материнские платы имели размеры 8,5/11 дюймов. В XT размеры
увеличились на 1 дюйм в AT размеры возросли еще больше.
Часто речь может идти о “зеленых” платах (green mothrboard). Сейчас на
выпускаются только такие платы. Данные системные платы позволяют реализовать
несколько экономичных режимов энергопотребления (в том числе, так называемый
“sleep”, при котором отключается питание от компонентов компьютера, которые в
данный момент не работают). Американское агентство защиты окружающей среды
(EPA) сосредоточила свое внимание на уменьшении потребления энергии
компьютерными системами. Оборудование, удовлетворяющее ее (EPA) требованиям
должно в среднем (в режиме холостого хода) потреблять не более 30Вт, не
использовать токсичные материалы и допускать 100% утилизацию. Поскольку
современные микропроцессоры используют напряжение питания 3,3-4В, а на плату
подается 5В, на системных платах монтируют преобразователи напряжение.
Микропроцессоры
Архитектура материнской платы напрямую зависит от внешней архитектуры
микропроцессора.
В 1976 году фирма Intel начала усиленно работать над микропроцессором 8086.
Размер его регистров был увеличен в два раза, что дало возможность увеличить
производительность в 10 раз по сравнению с 8080. Кроме того размер
информационных шин был увеличен до 16 разрядов, что дало возможность
увеличить скорость передачи информации на микропроцессор и с него в два раза.
Размер его адресной шины также был существенно увеличен - до 20 бит. Это
позволило 86-му прямо контролировать 1М оперативной памяти.
Вместо 20-разрядной адресной шины 8088/8086 80286 имел 24-разрядную шину.
Эти дополнительные 4 разряда давали возможность увеличить максимум
адресуемой памяти до 16 М.
Intel 80386 был создан в 1985 году. С увеличением шины данных до 32 бит, число
адресных линий также было увеличено до 32. Само по себе это расширение
позволило микpопpоцессоpу прямо обращаться к 4Гб физической памяти. Кроме
того он мог работать с 16 триллионами байт виртуальной памяти. Существует
модификация процессора Intel80386 — 386SX. Главное отличие его от 80386 это 16битный вход/выход шины данных. Как следствие его внутренние регистры
заполняются в два шага.
Все процессоры семейства 486 имеют 32-разрядную архитектуру, внутреннюю кэшпамять 8 Кб со сквозной записью (у DX4 - 16 КВ). Модели SX не имеют встроенного
сопроцессора. Модели DX2 реализуют механизм внутреннего удвоения частоты
(например, процессор 486DX2-66 устанавливается на 33-мегагерцовую системную
плату), что позволяет поднять быстродействие практически в два раза, так как
эффективность кэширования внутренней кэш-памяти составляет почти 90
процентов. Процессоры семейства DX4 - 486DX4-75 и 486DX4-100 предназначены
для установки на 25-ти и 33-мегагерцовые платы.
Первой системной, разработанной для компьютеров PC/XT, в основе которых
лежали микропроцессоры, была шина PC/XT-bus. Она была 8-и разрядной а ее
контролер обеспечивал работу на чистоте микропроцессора (4,77мгц). С появлением
машин типа PC/AT, использующих 16-и разрядные микропроцессоры 80286, а позже
и 80386 (версия SX), была создана шина PC/AT-bus. В связи с ростом тактовой
частоты микропроцессоров до 12-16 МГц контролер выполнял ее деление пополам
для обеспечения приемлемой тактовой частоты работы шины.
Эволюция микросхем ОЗУ вплотную связана с эволюцией персональных
компьютеров. Для успеха настольных компьютеров требовались миниатюрные
чипы ОЗУ. По мере увеличения емкости памяти цена скачкообразно возрастала, но
потом постоянно уменьшалась по мере отработки технологии и роста объемов
производства.
Первые PC реализовывались на стандартных RAM-чипах по 16 Кбит. Каждому биту
соответствовал свой собственный адрес.
Где-то около года после представления XT появилось ОЗУ с большими
возможностями и более эффективное с точки зрения его цены. Хотя новые
микросхемы могли вмещать по 64 Кбит, она были дешевле чем 4 по 16 Кбит.
Системная плата PC была создана с учетом использования новых микросхем памяти.
Через несколько лет 64 Кбитные чипы стали настолько широко распространены, что
стали дешевле чем 16 Кбитные микросхемы.
К 1984 году был сделан еще один шаг по увеличению объема памяти в одном
корпусе - появились 256 - Кбитные микросхемы. И RAM чипы этого номинала были
установлены на первых AT. А сегодня микросхемы в 1 Мбит стали обычным
явлением.
За годы существования архитектура материнских плат для РС не претерпела особых
изменений, точнее ее состав (микропроцессор; шины адреса, данных и управления;
разъемы для плат расширения, внешней памяти, внешнего кэша; контролеров
ввода/вывода и некоторых других вспомогательных с микросхем). На сегодняшний
день в материнскую плату встраивают контролер HDD и внешними устройствами
(COM и LPT: порты). Архитектура же материнской платы совершенствовалась вместе
с микропроцессорами. Появлялись новые шины, увеличивалась разрядность,
быстродействие шин, их пропускная способность.
Многие фирмы производители на свой страх и риск создают новые шины (в том
числе и слоты расширения). Так достаточно известная фирма AsusTeK создала свой
собственный слот MediaBus. На сегодняшний момент MediaBus больше никто не
поддерживает, да и сама фирма AsusTeK создала только плату видеоадаптера,
соединенную с звуковой картой. Правда MediaBus представляет собой просто
расширенную PCI дополнительным разьемом. В приложении приведено таблиц с
собственными тестами нескольких материнских плат для PC, выпускаемыми
фирмой AsusTeK.
Говорить о материнской плате в отдельности от всех остальных частей компьютера
не возможно — это комплекс, работающий как один организм. Тенденции развития
материнских плат в основном диктуются развитием микропроцессоров.
Микропроцессроры сделали огромный прыжок вперед (4004 — Pentium Pro). Но CISC
архитектура построения процессоров практически иссякла. Фирма Intel и HP уже
работают над созданием нового процессора поддерживающего (совместимого) как с
процессоры для PC так и процессоры, построенными на RISC архитектуре. Вслед за
процессорами, материнские платы будут тоже менять свою конфигурацию и
архитектуру и направление этого развития лежит в сторону RISC-архитектуры.
Процессор Разрядность шины данных
i4004
i8008
i8080
i8086
i8088
i80286
i80386 DX
i80386 SX
i80486 DX
i80486 SX
Pentium
Pentium Pro
4
8
8
16
16
16
32
16
32
32
32
32
Рабочая частота,
МГц
0.75
0.8
2
5; 8; 10
5; 8
8; 10; 12; 16
20; 25; 33; 40
20; 25; 33
25; 33; 50; 66;75;100;120
16; 20; 25; 33
60; 66; 75; 90; 100; 120; 133; 166; 200
166; 180; 200
Чипсет.
Чипсет — набор микросхем, спроектированных для совместной работы с
целью выполнения набора каких-либо функций. Так, в компьютерах чипсет,
размещаемый на материнской плате, выполняет роль связующего компонента,
обеспечивающего совместное функционирование
подсистем памяти, центрального процессора (ЦП), ввода-вывода и других.
Чипсеты встречаются и в других устройствах, например, в сотовых телефонах.
История
Первые чипсеты в современном понимании этого термина появились в
середине 1980-х. Первопроходцами стали разработчики компьютеров серии Amiga с
чипсетом OCS (позже его сменил ECS и AGA). Немногим позже компания Chips &
Technologies предложила чипсет CS8220 (основной чип 82C206) для IBM PC/ATсовместимых систем. Примерно тогда же появились компьютеры серии Atari ST,
также созданные с использованием чипсета.
На развитие отечественной вычислительной техники, при существующих
самобытных школах
(Глушкова, Лебедева, Петрова, Ершова,Абрамова, Брусенцова, Каляева, Шура-Бура и
др), существенное влияние оказали успешные разработки зарубежной
микроэлектроники, в первую очередь американской. Специфика использования
вычислительной техники в СССР и её разработки сыграли свою роль и в разработке
отечественных «чипсетов» — ими стали так называемые «наборы микросхем» и
«микропроцессорные комплекты». Учитывая состояние развития технологий на
момент распада СССР и последующие события в стране, в настоящее время в России
существует заметный перевес теоретических разработок над практическими.
Чипсеты современных компьютеров
Чаще всего чипсет материнских плат современных компьютеров состоит из двух
основных микросхем (иногда объединяемых в один чип, т. н. системный
контроллер-концентратор(англ. System Controller Hub, SCH):
1. контроллер-концентратор памяти (англ. Memory Controller Hub,
MCH[1][2]) или северный мост (англ. northbridge) — обеспечивает
взаимодействие ЦП с памятью. Соединяется с ЦП высокоскоростной шиной
(FSB, HyperTransport или QPI). В современных ЦП
(например Opteron, Itanium, Nehalem, UltraSPARC T1) контроллер памяти
может быть интегрирован непосредственно в ЦП. В MCH некоторых чипсетов
может интегрироваться графический процессор[3];
2. контроллер-концентратор ввода-вывода (англ. I/O Controller Hub,
ICH[4]) или южный мост (англ. southbridge) — обеспечивает взаимодействие
между ЦП и жестким диском, картами PCI, низкоскоростными
интерфейсами PCI Express, интерфейсами IDE, SATA, USB и пр.
Иногда в состав чипсета включают микросхему Super I/O, которая подключается к
южному мосту по шине Low Pin Count и отвечает за низкоскоростные
порты: RS232, LPT, PS/2.
Существуют и чипсеты, заметно отличающиеся от традиционной схемы. Например, у
процессоров для разъёма LGA 1156 функциональность северного моста (соединение
с видеокартой и памятью) полностью встроена в сам процессор, и следовательно,
чипсет для LGA 1156 состоит из одного южного моста, соединенного с процессором
через шину DMI[5].
Создание полноценной вычислительной системы
для персонального и домашнего компьютера на базе, состоящих из столь малого
количества микросхем (чипсет и микропроцессор) является следствием
развития техпроцессов микроэлектроники развивающихся по закону
Мура (см. историю вычислительной техники).
Чипсеты для современных x86-процессоров
В создании чипсетов, обеспечивающих поддержку новых процессоров, в первую
очередь заинтересованы фирмы-производители процессоров. Поэтому ведущими
производителями процессоров (Intel и AMD) выпускаются пробные наборы (так
называемые англ. reference-чипсеты) специально для производителей материнских
плат. После обкатки на таких чипсетах, выпускаются новые серии материнских плат,
и по мере продвижения на рынок лицензии (а учитывая глобализацию мировых
производителей, кросс-лицензии) выдаются разным фирмам-производителям и,
иногда, субподрядчикам производителей материнских плат.
Список основных производителей чипсетов для архитектуры x86:





Intel: (см. Список чипсетов Intel)
NVidia: (см. Список чипсетов NVidia )
ATI/AMD: (см. Список чипсетов ATI, после перекупки в 2006 году ATi вошла в
состав Advanced Micro Devices; также см. Список чипсетов AMD)
Via: (см. Список чипсетов Via)
SiS: (см. Чипсеты SiS)
Список литературы:
1) http://ru.wikipedia.org/wiki/Материнская_плата
2)http://wiki.mvtom.ru/index.php/История_и_развитие_материнских_плат
3) http://referat.ru/referats/view/1291
4) http://ru.wikipedia.org/wiki/Чипсет