 |
Хабовая архитектура системных плат
|
|
|
|
С введением высокоскоростных режимов UltraDMA (АТА/66, АТА/100, а затем и АТА/133) связь двухканального контроллера IDE с памятью через шину PCI стала уже слишком сильно нагружать эту шину. Кроме того, появились высокоскоростные интерфейсы Gigabit Ethernet, FireWire (100/200/400/800 Мбит/с) и USB 2.0 (480 Мбит/с). Ответом на эти изменения в расстановке сил стал переход на хабовую архитектуру чипсета [1]. В данном контексте хабы - это специализированные микросхемы, обеспечивающие передачу данных между своими внешними интерфейсами. Этими интерфейсами являются "прикладные" интерфейсы подключения процессоров, модулей памяти, шин расширения и периферийные интерфейсы (АТА, SATA, USB, FireWire, Ethernet). Поскольку к одной микросхеме все эти интерфейсы не подключить (слишком сложна структура и много требуется выводов), чипсет строится, как правило, из пары основных хабов (северного и южного), связанных между собой высокопроизводительным каналом.
Рисунок 1.1 - Хабовая архитектура на примере чипсета Intel с ICH-6
Северный хаб чипсета выполняет те же функции, что и северный мост шинно-мостовой архитектуры: он связывает шины процессора, памяти и порта AGP. Однако на южной стороне этого хаба находится уже не шина PCI, а высокопроизводительный интерфейс связи с южным хабом (рис.1.1). Пропускная способность этого интерфейса составляет 266 Мбайт/с и выше, в зависимости от чипсета. Если чипсет имеет интегрированную графику, то в северный хаб входит и графический контроллер со всеми своими интерфейсами (аналоговыми и цифровыми интерфейсами дисплея, шиной локальной памяти). Чипсеты с интегрированным графическим контроллером могут иметь внешний порт AGP, который становится доступным при отключении встроенного графического контроллера. Есть чипсеты, у которых порт AGP является чисто внутренним средством соединения встроенного контроллера, и внешний графический контроллер к ним может подключаться только по шине PCI.
|
|
|
С появлением PCI-E архитектура не слишком изменилась: северный хаб (мост) вместо порта AGP теперь предлагает высокопроизводительный (8х или 16х) порт, а то и пару портов PCI-E для подключения графического адаптера. Маломощные (1х) порты PCI-E могут предоставляться как северным, так и южным хабами (это решает разработчик чипсета). В последнем случае корневой комплекс PCI-E "расползается" по двум микросхемам чипсета, связанным между собой "фирменным" интерфейсом. Использования PCI-E как единой коммуникационной базы внутри чипсета пока не наблюдается.
Северные хабы
Северный хаб [1] (как и мост) определяет основные возможности системной платы:
) Поддерживаемые процессоры - типы, частоты системной шины, возможности мультипроцессорных или избыточных конфигураций. Типы процессоров определяются протоколами системной шины, которых в настоящее время несколько:
а) шина Pentium процессоров для сокета 7, Super7 (и сокета 5); частоты 50-100 МГц;
б) шина Р6 процессоров для сокета 8, слотов 1 и 2, сокета-370; частоты 66-133 МГц;
в) шина Pentium 4 для сокетов с 423, 478/479, 603/604 и 775 контактами; частота синхронизации 100-266 МГц при 4-кратной "накачке" обеспечивает частоту передачи данных 400-1066 МГц;
г) шина EV-6 процессоров Athlon, Duron, Semptron для слота А и сокета А (462 контакта); частоты передачи данных 200-400 МГц (тактовая частота в два раза ниже);
д) интерфейс HyperTransport процессоров со встроенным контроллером памяти (Athlon 64, Opteron, мобильные Turion 64 и Semptron) для сокетов с 754 и 939/940 выводами.
) Типы памяти и частота работы шины памяти:
а) DRAM (FPM, EDO, BEDO) с временем доступа 50-80 не;
б) SDRAM (РС66, РС100, РС133) с частотами 66-133 МГц;
в) DDR SDRAM (РС1600, РС2100, РС2700, РС3200) с частотами 100-200 МГц (частота передачи в два раза выше);
|
|
|
г) DDR2 SDRAM (РС2-3200, РС2-4300, РС2-5300, РС2-5300, РС2-6400) с частотами 200-400 МГц (частота передачи в два раза выше);
д) RDRAM (РС600, РС700, РС800, РС1066) с частотами 300, 356, 400 и 533 МГц.
) Максимальный объем памяти. На него влияет ряд факторов:
а) число слотов под модули памяти и поддерживаемые объемы модулей (допустимое число устанавливаемых модулей при работе на самой высокой частоте шины памяти может оказаться меньше, чем число слотов);
б) максимальное количество "рядов" микросхем памяти (может ограничивать возможное число устанавливаемых двусторонних модулей).
) Число каналов памяти - пока чаще один, но для повышения пропускной способности применяются два канала. Поначалу двухканальность использовалась только для RDRAM (здесь меньше интерфейсных сигналов в канале), теперь есть двухканальные контроллеры DDR SDRAM и DDR2 SDRAM. В оба канала должны быть установлены попарно однотипные модули (как раньше пары SIMM-72 для Pentium).
) Возможность и эффективность применения разнородной памяти (например, DRAM вместе с SDRAM в старых платах, SDRAM и DDR SDRAM в более новых) и модулей с разным быстродействием (разная латентность при оди-
) Для старых плат с DRAM - возможность чередования банков (у современных типов памяти чередование банков внутреннее).
) Поддержка контроля достоверности памяти и исправления ошибок (ЕСС).
) Средства подключения графического акселератора (высокопроизводительное подключение), для которого уже имеется несколько вариантов:
а) порт AGP и его характеристики (режим 2х/4х/8х, внеполосная адресация SBA, быстрая запись Fast Writes); для чипсетов с интегрированной графикой интересна доступность порта при отключении внутреннего графического адаптера;
б) слоты PCI-E 8х или 16х для подключения графического адаптера (1 или 2 порта); слоты PCI-E 1х может обеспечивать как северный, так и южный хаб;
в) графический адаптер с интерфейсом HyperTransport (пока что это теоретический вариант).
) Возможности системы управления энергопотреблением (ACPI или АРМ) - реализуемые энергосберегающие режимы процессора и памяти, управление производительностью, SMM.
Северный мост плат для сокетов 5, 7 и Super7 определяет также политику записи кэша, применяемые типы и быстродействие микросхем статической памяти, возможный размер кэша и кэшируемой области основной памяти. Для современных плат без кэша все эти параметры определяются процессором, а политику обратной записи поддерживают уже все платы.
|
|
|
Северный мост определяет также поддерживаемые частоты и разрядность шины PCI и PCI-X, возможное количество контроллеров шины PCI (число пар сигналов арбитра PCI), способы буферизации, возможности одновременных обменов. Северный хаб на эти параметры уже не влияет, поскольку шины PCI и PCI-X подключаются к южному хабу.
Южные хабы
Южный хаб чипсета [1] обеспечивает подключение шин PCI, PCI-X и "маломощных" портов PCI-E, ISA (но уже не всегда), АТА (2 канала), SATA, USB, FireWire, а также "мелких" контроллеров ввода-вывода, памяти CMOS и флэш-памяти с системным модулем BIOS. В южной части располагаются таймер (8254), контроллер прерываний (совместимый с парой 8259 или APIC), контроллер DMA для шины ISA и периферии системной платы. Если в чипсет интегрирован звук, то южный хаб (мост) имеет контроллер интерфейса AC-Link или HDA Link для подключения аудиокодека, а то и сам аудиокодек. Поскольку шина ISA отправляется в отставку, для контроллеров ввода-вывода, ранее подключавшихся к шине X-BUS (это практически та же ISA), ввели новый интерфейс LPC (Low Pin Count). Он, как и следует из названия, имеет малое число линий, что значительно облегчает разработку чипсета и системной платы. Флэш-память для хранения системной памяти BIOS стали помещать в специальный хаб (firmware hub), соединяемый с южным хабом отдельной шиной (аналогичной LPC). Флэш-память может подключаться и прямо к шине LPC. Для подключения энергонезависимой памяти (EEPROM) хаб может иметь дополнительный последовательный интерфейс. Для обслуживания процессоров, имеющих дополнительную сервисную шину SMBus, а также для поддержки слота CNR хаб может иметь последовательный интерфейс I2C (Inter 1С - интерфейс связи микросхем). Этот же интерфейс может использоваться для чтения идентификаторов модулей памяти (I2С и SMBus - близкие родственники, несколько различающиеся набором команд). В южный хаб интегрированных чипсетов вводят и контроллер локальной сети (как правило, Ethernet).
|
|
|
Логически южный хаб представляется как набор виртуальных мостов и устройств, подключенных к главной шине PCI. Однако обмены данными с широкополосными устройствами (IDE, SATA, USB, FireWire, Ethernet, AC"97 или HDA) на внешнюю шину PCI все-таки не "выплескивают", иначе теряется смысл южного хаба.
Южный хаб (или мост) определяет перечисленные далее параметры системной платы:
) Параметры шины PCI (только для хабов):
а) версия интерфейса и режимы (PCI, PCI-X, PCI-X 2.0);
б) разрядность (32 или 64 бита);
в) частота (33 или 66 МГц для PCI, до 133 МГц для PCI-X);
г) допустимое количество контроллеров шины (число каналов арбитра, которое влияет на число слотов и встроенных устройств PCI).
) Число маломощных (4х) портов PCI-E.
) Параметры интерфейсов АТА:
а) поддерживаемые режимы UltraDMA - ATA/33, АТА/66, АТА/100, АТА/133;
б) независимость каналов - электрическое разделение каналов, возможность одновременной работы двух каналов.
) Параметры интерфейса SATA: тип контроллера (желательно AHCI), число портов, возможность одновременного использования с параллельной шиной.
) Число портов и версия шины USB.
) Наличие интерфейса AC-Link или HDA Link.
) Наличие шины ISA.
) Возможность эмуляции DMA на шине PCI (PC-PCI, DDMA).
) Возможности мониторинга состояния:
а) число каналов измерения питающих напряжений;
б) число каналов измерения температуры;
в) число каналов измерения частоты вращения вентиляторов.
Контроллеры гибких дисков, интерфейсных портов, клавиатуры, CMOS RTC могут входить в собственно чипсет, а могут быть реализованы и на отдельных "инородных" микросхемах. От них зависят следующие параметры системной платы:
) наличие порта PS/2 Mouse (есть во всех платах АТХ);
) режимы параллельного порта (стандартный, двунаправленный, ЕСР, ЕРР, поддержка FIFO и DMA);
) режимы последовательных портов (стандартом считается совместимость с 16550А и поддержка FIFO и DMA);
) поддержка IrDA;
) типы поддерживаемых дисководов (2,88 Мбайт поддерживают теперь почти все контроллеры, но эта возможность не востребована дисководами и дискетами).
|
|
|
