Как уже упоминалось выше, чипсет является связующим звеном между всеми компонентами системной платы. Его положение в архитектуре системных плат 1с шинами РСI, ISA и интегрированными контроллерами периферии иллюстрирует функциональная схема, приведенная на рис. 3.10.
Центральную роль в архитектуре играет, конечно же, процессор. К его локальной шине (Host Bus) адреса и данных подключаются модули (микросхемы) 1вторичного кэша. Основная динамическая память имеет собственную мультиплексированную шину адреса и шину данных, обычно изолированную от локальной шины процессора. На этом «этаже» архитектуры чипсет решает следующие задачи:
-
Обслуживание управляющих и конфигурационных сигналов процессора (подробнее — в главе 4).
-
Мультиплексирование адреса и формирование управляющих сигналов 1 * динамической памяти, связь шины данных памяти с локальной шиной. Сложности и хитрости, направленные на повышение производительности, подробнее изложены в главе 5.
-
Формирование управляющих сигналов вторичного кэша, сравнение его тегов текущим адресом обращения на локальной шине (см. главу 5).
-
Обеспечение когерентности (согласованности) данных в обоих уровнях кэш-памяти и основной памяти при обращении как со стороны процессоpa (процессоров), так и от контроллеров шины РСI.
-
Связь мультиплексированной шины адреса и данных шины РСI с локальной шиной процессора и шиной динамической памяти.
-
Формирование управляющих сигналов шины РСI, арбитраж контроллеров шины.
Взятая в качестве данного примера структура реализуется на трех микросхемах чипсета Intel82430FX - системном контроллере (TSC 82437FX) и двух корпусах коммутаторов данных (TDP 82371FB). Эта часть чипсета определяет:
-
Типы и частоты поддерживаемых процессоров.
-
Политику записи, возможности применения различных микросхем и скоростные характеристики вторичного кэша, возможный размер кэша и кэшируемой области основной памяти.
-
Типы, объемы и максимальное количество модулей динамической памяти, возможность чередования банков, скоростные характеристики обмена.
-
Поддерживаемые частоты шины РСI, возможное количество контроллеров шины, способы буферизации.
Рис. 3.10. Архитектура системной платы
Следующий (вниз) этаж архитектуры — устройства, подключенные к шине РСI. Эта шина является центральной в современных системных платах, и все интерфейсные адаптеры, а также системные средства ввода/вывода в конечном счете общаются с ядром системы (процессором и памятью) через шину РСI. Кроме плат расширения, устанавливаемых в слоты шины РСI, ее абонентом является и мост Р11Х — практически неотъемлемая часть современных плат
РНХ (РСI IDE ISA Xcelerator) представляет собой многофункциональное устройство, на которое возлагаются следующие функции:
-
Организация моста между шинами РСI и (E)ISA с согласованием частот синхронизации этих шин.
-
Реализация высокопроизводительного, обычно двухканального интерфейса АТА (IDE), подключенного к шине РСI.
-
Реализация стандартных системных средств ввода/вывода — двух контроллеров прерываний, двух контроллеров прямого доступа к памяти, трехканального системного счетчика-таймера, канала управления динамиком, логики немаскируемого прерывания.
-
Коммутация линий запросов прерывания шин РСI и ISA, а также встроенной периферии на линии запросов контроллеров прерываний, управление их чувствительностью (по перепаду или уровню), обслуживание прерывания от сопроцессора
-
Коммутация каналов прямого доступа к памяти
-
Поддержка режимов энергосбережения — обработка SMM, программирование событий управления потреблением, управление, частотой процессора (используя сигнал STPCLK#), переключение режимов
-
Реализация моста с внутренней шиной Х-Bus, используемой для подключения микросхем контроллера клавиатуры, BIOS, CMOS RTC, контроллеров гибких дисков и интерфейсных портов
-
Реализация контроллера USB.
В чипсете Intel 82430FX эти функции (кроме контроллера USB) выполняет 1?1Кросхема 8237 IFB Реализация перечисленных функций влияет на такие параметры системной платы, как:
-
Производительность шины ISA (мост РС1-ISA использует буферизацию запросов операций, и существенна логика работы и емкость буферов).
-
Производительность, число каналов АТА, возможные режимы обращения (если режимы PIO Mode 3 или 4 поддерживают почти все чипсеты, то АТА-ЗЗ еще не столь популярен)
-
Гибкость системы управления энергопотреблением -
Гибкость конфигурирования системных ресурсов и поддержка РпР
-
Гибкость управления адресацией ROM BIOS, позволяющая использовать большой объем хранимого кода, не занимая излишнего пространства в верхней памяти
Контроллеры гибких дисков, интерфейсных портов, клавиатуры, CMOS RTC могут входить собственно в чипсет, а могут быть реализованы и на отдельных «инородных» микросхемах. От них зависят следующие параметры системной платы:
-
Типы поддерживаемых дисководов (2,88 Мбайт поддерживают теперь почти все контроллеры, так что очередь за распространением соответствующих дисководов и дискет).
-
Режимы параллельного порта (стандартный, двунаправленный, ЕСР, ЕРР).
-
Режимы последовательных портов (хорошим тоном считается совместимость с 16550А и поддержка FIFO и DMA).
В табл. 3.7 приводятся некоторые характеристики чипсетов фирмы Intel для процессоров с шиной Pentium. Хотя они в значительной степени и определяют свойства системных плат, выполненных на их основе, у разработчика плат всегда остаются возможности упростить плату и «испортить вещь». Так что системные платы, выполненные на одном и том же чипсете, могут иметь разные характеристики производительности и диапазона поддерживаемых устанавливаемых компонентов (процессоров, DRAM и кэша). И, конечно же, существенную роль в реализации всех полезных свойств чипсета играют BIOS и применяемые версии системных драйверов.
Таблица 3.7. Основные характеристики чипсетов для процессоров класса Pentium
-
Intel 430FX (Triton)
Intel 430НХ (Triton-2)
Intel 430VX (Triton-3)
Intel 430ТХ
Два процессора
Не-i
Да
Нет
Нет
Кэш
Макс Размер, Кбайт
512
512
512
512
Кэшируемая DRAM, Мбайт
64
64/512
64
64
DRAM
количество линий RAS
4
8
4
6
Цикл чтения на 66 МГц
FPM
7333
5-3-3-3
6-3-3 3
5-3-3-3
EDO
72 22
5-2-2-2
6-2-2-2
5-2 2-2
BEDO
Нет
Нет
Нет
Нет
SDRAM
Нет
Нет
7-11-1
5-11-1
Макс размер, Мбайт
128
512
128
256
Parity
Нет
Да
Нет
Нет
ЕСС
Нет
Да
Нет
Нет
Поддержка АТА 33
Нет
Нет
Нет
Да
Поддержка AGP
Нет
Нет
Нет
Нет
Контроллер USB
Нет
Да
Да
Да
Версия РСI
2.0
2.1
2.1
2.1
Чипсеты ориентируются на разные применения системных плат, и функции, необходимые для сервера, могут оказаться излишествами для офисного компьютера, а за излишества всегда приходится платить. Поэтому нельзя чипсеты выстроить по порядку от худшего к лучшему, они позиционируются в многомерном пространстве противоречивых требований.
Микросхемы чипсета при инициализации во время POST программируются по многим параметрам, часть из которых хранится в BIOS, а часть — в энергонезависимой памяти (NVRAM) конфигурации, включающей и ESCD системы РnР. Таким образом, имеются программные способы, как оптимальной настройки, так и вывода платы из строя записью определенных значений в NVRAM. Эту запись производит утилита BIOS Setup, а также такие экспансивные операционные системы, как Windows 95 Реальный случай из практики — в конце установки Windows 95 на системной плате с чипсетом Triton ОС сделала записи в NVRAM и инициировала перезагрузку, которая пройти не смогла — IDE диск, подключенный к контроллеру системной платы, вдруг стал недоступным даже для автоматического определения параметров в Setup. Никакие ухищрения в Setup и обнуление CMOS не помогали, — мягко говоря, некорректные настройки «осели» в NVRAM. Спасло только перепрограммирование флэш -BIOS, при котором обнуляется и NVRAM — контроллер РСI IDE снова «ожил».