Transport danych w pececie

Chipset jest jednym z elementów decydujących o wydajności peceta. I to on określa możliwości jego rozbudowania. Objaśniamy nowe technologie stosowane w chipsetach i magistralach, opisując ich zalety.


Chipset jest jednym z elementów decydujących o wydajności peceta. I to on określa możliwości jego rozbudowania. Objaśniamy nowe technologie stosowane w chipsetach i magistralach, opisując ich zalety.

Chipset i magistrale rozwijają się w błyskawicznym tempie. Kontroler pamięci staje się częścią procesora, łącza typu punkt-punkt, takie jak HyperTransport, zastępują szynę Front Side Bus, a łącza szeregowe przejmują spuściznę po porcie równoległym. Postęp w tej dziedzinie widać najbardziej po rozwoju technicznym interfejsów graficznych (AGP, PCI Express 1.1 i 2.0), serii procesorów (AMD i Intel, układy jedno-, dwu- i czterordzeniowe), a także typów pamięci i ich częstotliwości.

Chipset

Chipset na płycie głównej to centrala komunikacyjna w pececie. To on steruje przepływem danych między wszystkimi podzespołami sprzętowymi komputera. Dokonuje przy tym translacji poszczególnych protokołów transmisji danych w poszczególnych magistralach, a ponadto synchronizuje różniące się od siebie częstotliwości taktowania i poziomy napięcia wszystkich szyn komunikacyjnych. Dostęp do wielu parametrów chipsetu jest możliwy z poziomu BIOS-u. Możesz tu włączać i wyłączać różne funkcje, a poza tym zmniejszać lub zwiększać częstotliwość taktowania magistrali. Do największych producentów chipsetów zaliczają się: Intel, AMD, NVIDIA, SIS i VIA.

Zasady działania

Blokowy schemat klasycznej architektury chipsetu - mostek północny SiS 671FX połączony z procesorem, kartą gra" czną i pamięcią operacyjną, a także mostek południowy SiS 968 obsługujący napędy i urządzenia peryferyjne.

Blokowy schemat klasycznej architektury chipsetu - mostek północny SiS 671FX połączony z procesorem, kartą gra" czną i pamięcią operacyjną, a także mostek południowy SiS 968 obsługujący napędy i urządzenia peryferyjne.

Chipset składa się z dwóch głównych elementów półprzewodnikowych (układów scalonych), które z uwagi na swoje położenie w schemacie blokowym zyskały miano mostka północnego (Northbridge) i mostka południowego (Southbridge). Wraz z pojawieniem się chipsetów z serii Intel 800 stosowaną początkowo terminologię zastąpiły określenia Memory Controller Hub (MCH) i I/O (Input/Output) Controller Hub (ICH). Poprzednio komunikacja między mostkiem północnym i południowym odbywała się przez szynę PCI, jednak obecnie w klasycznych architekturach chipsetów do procesorów Intela przeważają oddzielne, firmowe szyny transmisji danych, np. Direct Media Interface (DMI) Intela, Mutiol firmy SIS czy V-Link firmy VIA. Tymczasem w chipsetach do procesorów AMD z serii Athlon-64 (X2/FX) i Phenom wymiana informacji między mostkiem północnym i południowym następuje z udziałem magistrali systemowej HyperTransport.

W sektorze chipsetów zarysowują się dwie tendencje. Mostek północny traci jednostki funkcjonalne na korzyść szybszego lub bezpośredniego przekazywania danych, podczas gdy mostek południowy przejmuje coraz więcej zadań, za które wcześniej były odpowiedzialne wyspecjalizowane elementy półprzewodnikowe.

Mostek północny

Chipset przeznaczony na platformę Intel Centrino ze zintegrowanym układem grafiki.

Chipset przeznaczony na platformę Intel Centrino ze zintegrowanym układem grafiki.

Mostek północny łączy ze sobą wszystkie podzespoły w pececie, które muszą szybko przetwarzać i przesyłać dużo danych. Należą do nich procesor, pamięć operacyjna, karta graficzna i - rzecz jasna - mostek południowy. Niemal we wszystkich procesach komunikacyjnych bierze udział procesor, dlatego mostek północny znajduje się bardzo blisko gniazda tego układu. Chodzi o to, aby zapewnić możliwie krótkie szyny transmisji danych.

W klasycznych chipsetach komputerów klasy PC procesor i pamięć operacyjna są połączone z mostkiem północnym przez szynę Front Side Bus (FSB). Począwszy od serii Athlon 64 procesory AMD wykorzystują zamiast FSB łącze HyperTransport z częstotliwością wzorcową. AMD przeniósł kontroler pamięci z mostka północnego do procesora. Dzięki temu procesor i pamięć mogą błyskawicznie wymieniać się informacjami bez komunikowania się z mostkiem północnym.

Mostek ten zawiera również łącze graficzne - w postaci szyn AGP albo szyn PCI Express. W rozwiązaniach ze zintegrowanym modułem graficznym, stosowanych przede wszystkim w notebookach i bardzo tanich pecetach, rdzeń graficzny, czyli jednostka Graphics Processing Unit (GPU), znajduje się w całości w mostku północnym.

Mostek południowy

Jednostki funkcjonalne przetwarzające niewiele danych są podłączone do mostka południowego. Zaliczają się do nich wszystkie urządzenia peryferyjne z wyjątkiem monitora - czyli m.in. klawiatura, mysz, drukarka i skaner, a także twarde dyski, pozostałe napędy i układ BIOS-u. Do tego dochodzą szyny PCI łączące chipset z gniazdami kart rozszerzeń (np. kontrolera RAID). Mostek południowy staje się coraz bardziej rozbudowanym elementem peceta. Oprócz mostka magistrali ISA (Industry Standard Architecture), a także kontrolerów twardego dysku, RAID i USB w wielu wypadkach zawiera układ audio i układ sieciowy. Szczególna uwaga należy się chipsetom typu nForce4 - w niektórych wariantach NVIDIA przeniosła mostek południowy do północnego, mieszcząc cały chipset w jednym układzie scalonym.

Systemy magistrali

Pojęcie magistrala (z ang. bus, czyli bidirectional universal switch) w mniemaniu informatyka oznacza łącze, za pomocą którego komunikują się podzespoły sprzętowe komputera. W odróżnieniu od łączy typu punkt-punkt (patrz dalej) nadajnik może przesyłać szyną dane do więcej niż jednego odbiornika. Inaczej mówiąc - za pomocą magistrali mogą wymieniać się danymi jednocześnie co najmniej dwa urządzenia. Nowoczesne kontrolery USB na przykład sterują przepływem danych między 12 urządzeniami podłączonymi do magistrali USB. Magistrala przesyła dane szeregowo lub równolegle, lecz obecnie zarysowuje się dominacja rozwiązań szeregowych.

Magistrale równoległe

HyperTransport kontra QuickPath Interconnect - procesorowi giganci AMD i Intel wprowadzają nowe połączenia typu punkt-punkt, które mają zastąpić magistralę FSB.

HyperTransport kontra QuickPath Interconnect - procesorowi giganci AMD i Intel wprowadzają nowe połączenia typu punkt-punkt, które mają zastąpić magistralę FSB.

Do najważniejszych magistrali równoległych w pececie zaliczają się: Front Side Bus (FSB), Integrated Drive Electronics (IDE) i Line Printing Terminal (LPT). Tylko Intel i VIA stosują nadal FSB jako połączenie między procesorem i mostkiem północnym, w rozwiązaniach AMD magistralę tę zastąpiło łącze dwupunktowe HyperTransport. Jednak w procesorach wielordzeniowych FSB okazuje się wąskim gardłem. Dlatego również Intel planuje zastąpić ją już w kolejnej generacji CPU łączem typu punkt-punkt. Nosi ono nazwę QuickPath (patrz dalej).

Również interfejs IDE jest w odwrocie, pożegnał się z nim np. Intel, wprowadzając mostek południowy ICH8. Co prawda, producenci płyt głównych wyposażonych w chipsety ICH8 i ICH9 umieszczają na nich nadal oddzielny układ scalony kontrolera IDE, lecz należy to uznać za ustępstwo na rzecz napędów optycznych. Najlepszy interfejs do twardych dysków to obecnie SATA, a port LPT stał się rzadkością w nowoczesnych pecetach, bo drukarki i skanery podłącza się w nich do portu USB.