Mostek północny

Chipset to zestaw układów sterujących
urządzeniami podłączonymi do płyty.
Praktycznie żadna operacja wewnątrz
komputera nie może się odbyć bez udziału jego
dwóch kluczowych elementów - mostka
północnego i południowego.
Niestety, najczęstszym błędem jest
zlekceważenie najważniejszego elementu
komputera - płyty głównej czyli chipsetu. Jeśli
przeanalizować funkcje, za jakie odpowiada
procesor i chipset, to można pierwszy porównać
do mózgu, a drugi do układu podtrzymującego
życie.
Chipset płyty głównej jest sercem całego
komputera. Narządem, który pompuje dane
przez wszystkie magistrale. Kupując płytę
główną, wybierzmy chipset, który obsłuży
wszystkie urządzenia oraz w pełni wykorzysta
możliwości naszego sprzętu. Źle dobrany będzie
ograniczał moc obliczeniową procesora poprzez
swoją niską wydajność czy niedoskonałość
technologiczną. Chipset jako zestaw jednostek
sterujących jest podzielony na dwie części, z
których każda odgrywa inną rolę. Pierwszy
elementem chipsetu jest mostek północny.
W jego skład wchodzą: jednostka logiczna
obsługująca procesor, kontroler pamięci RAM,
kontrolery magistral AGP oraz PCI. Drugim,
oddzielnym członem chipsetu jest mostek
południowy. Dzisiejsze konstrukcje zawierają
sprzętowe sterowniki. Między innymi kontrolery
napędów ATA, stacji dyskietek (FDD), USB,
urządzeń Wejścia/Wyjścia (port drukarki,
komunikacyjne, PS/2). W mostku południowym,
w ostatnich latach, nastąpiło najwięcej zmian. Z
biegiem czasu na swoje barki przyjmuje on
coraz więcej zadań.
Lista obsługiwanych przez niego urządzeń
wydłużyła się na przykład o kontrolery dźwięku,
dysków Serial-ATA, magistrali FireWire oraz
karty sieciowe. Dla porównania, mostki północne
zyskały jedynie zintegrowane kontrolery grafiki.
Nie oznacza to jednak wyższości południa nad
północą. Oba mostki są od siebie w pełni
zależne i żaden z nich nie może funkcjonować
bez drugiego. Ostatnia ważna rzecz, na jaką
warto zwrócić uwagę, to fakt, iż mostek
południowy może być uniwersalny, jeśli chodzi o
obsługiwane procesory.
O ile mostek północny musi być dopasowany do
konkretnej platformy, niezależnie czy Intel czy
AMD, o tyle ten sam mostek południowy może
być wykorzystany w obu przypadkach.
Produkcją chipsetów od wielu lat zajmuje się ta
sama grupa producentów: Intel, AMD, VIA, SiS
oraz ALi. Jak łatwo się domyślić, zarówno Intel,
jak i firma AMD produkują chipsety tylko i
wyłącznie dla swoich procesorów.
Na tej płaszczyźnie jednak to Intel ma o wiele
większe doświadczenie, a różnice w ofertach
obu producentów dzieli ogromna przepaść. VIA
od lat produkuje chipsety zarówno dla
procesorów AMD, jak i Intel. Firma SiS nie
stanowi dużego zagrożenia dla poprzedników,
tak na rynku chipsetów dla platform intelowskich,
jak i AMD. Chipsety SiS to głównie nisko
budżetowe konstrukcje, przeznaczone na rynek
masowy. Ostatnim na liście producentem
chipsetów jest firma ALi, która również nie jest
mocnym producentem i od dłuższego czasu nie
produkuje nowych modeli.
Poza starymi wyjadaczami na rynek w ostatnim
czasie wkroczyli dwaj nowicjusze w dziedzinie
konstrukcji chipsetów - NVIDIA i ATI
-najważniejsi gracze na rynku układów
graficznych. ATI rynkiem chipsetów
zainteresowała się mniej więcej od roku 2002,
koncentrując się na chipsetach dla procesorów
AMD. Nie osiągnęła żadnego większego
sukcesu na tym polu i w nowych konstrukcjach
kieruje się obecnie w stronę Intela. Powiodło się
natomiast NVIDII, która w 2001 roku weszła na
rynek z chipsetem nForce dla platform AMD.
Nietrudno więc zauważyć, że rynek chipsetów
dla procesorów AMD jest bardzo ożywiony,
podczas gdy wśród chipsetów dla procesorów
Intel, pomimo ciągłego rozwoju
technologicznego, panuje swego rodzaju
sytuacja patowa. Intel jako właściciel patentów
związanych z procesorami Pentium 4 bardzo
strzeże swoich rozwiązań przed konkurencją na
rynku chipsetów. Efektem tych zabiegów są
ciągle rozprawy sądowe Intela z firmą VIA i SiS,
co niestety negatywnie odbija się na rozwoju
technologicznym.
Chipsety Intela przeznaczone są tylko i
wyłącznie dla procesorów tej firmy.
Bardzo charakterystyczną cechą wszystkich
najnowszych produktów Intela jest ich
architektura, oparta na systemie hubów, czyli
synchronicznych międzyszynowych
przełączników danych. Huby te jednocześnie
mogą służyć za bufory informacji.
Mostek północny
Najważniejszym układem na płycie jest mostek
północny. Stanowi on najbardziej obciążoną
część systemu zaraz po procesorze i karcie
graficznej. W tym miejscu łączą się drogi kilku
szerokich strumieni danych, wędrujących z
pamięci RAM, procesora oraz AGP Dodatkowo
nie mniej szeroka jest magistrala od drugiej
części chipsetu -mostka południowego. W
starszych płytach do komunikacji między
mostkami używano magistrali PCI, pozwalającej
na przesyłanie danych z prędkością 133 MB/s.
Z czasem jednak takie rozwiązanie stawało się
wąskim gardłem całego systemu i każdy z
producentów zaczął stosować własne
rozwiązanie tego problemu. W przypadku
nVidii, w układzie nForce oraz nForce 2
zastosowano licencjonowaną magistralę AMD,
zwaną HyperTransport. Jest to niezwykle
wyspecjalizowana szyna danych. Jej szerokość
wynosi jedynie 8 bitów (osiem przewodów), co
znacznie ułatwia montaż chipsetu na płycie
(mniejsza liczba połączeń), lecz zapewnia
odpowiedni transfer danych dzięki bardzo
szybkiemu taktowaniu.
HyperTransport sterowany jest bowiem zegarem
aż 400 MHz, działającym w trybie podobnym do
DDR. Dzięki temu można w ciągu sekundy
przesłać aż 800 MB danych. Mniej
wyspecjalizowane magistrale zastosowano w
nowych płytach Intela czy VIA. W nich
komunikacja odbywa się z prędkością 266 MB/s.
Ważną szyną danych łączącą się z chipsetem
jest magistrala procesor-pamięć. Rodzaj
taktowania oraz tryb pracy zależy przede
wszystkim od rodzaju stosowanej pamięci.
Przez wiele lat były to układy SDRAM, które
pracowały z częstotliwościami od 66 MHz do
133 MHz. Dziś powszechnie używa się bardzo
podobnych, lecz działających w trybie Double
Data Rate pamięci DDR SDRAM. Pozwalają
one na pracę w zakresie od 100 do 400 MHz,
ale przesył danych jest dwukrotnie szybszy niż
w zwykłych pamięciach SDRAM.
Magistrala procesor- chipset to trzeci rodzaj
szyny danych. Odpowiada ona za komunikację
procesora ze światem zewnętrznym i nie może
powodować przestojów danych nawet podczas
intensywnego wykorzystywania centralnej
jednostki obliczeniowej. Stosowane są tutaj
najczęściej 32-bitowe połączenia pracujące z
szybkością od 100 do 400 MHz w trybach DDR
lub QDR. Athlon 2.7 i 2.8 XP to pierwsze
procesory dla PC, które komunikują się z
mostkiem północnym za pomocą magistrali
DDR 166 MHz, zapewniającej transfer na
poziomie 2.6 GB/s.
Szyna AGP to kolejne połączenie z mostkiem
północnym. Standard ten wprowadzony przez
Intel jako następca złącza PCI byt pierwszą
magistralą pracującą z szybkością 66 MHz.
Ponadto możliwy stał się przesył danych w
bardziej efektywny sposób, dzięki czemu
podwojono transfer. Obecnie najszybszą od
miana tego złącza jest AGPx8 -może ono
przestać do 2,1 GB danych w ciągu sekundy.
Jest to wyspecjalizowana szyna danych do
komunikacji karty graficznej bezpośrednio z
pamięcią RAM oraz procesorem. Znaczenie jej
przepustowości zmniejszyło się od czasu, kiedy
na karcie graficznej zaczęto stosować duże
ilości szybkiej pamięci DDR.
Mostek południowy
Układem zajmującym się komunikacją z mniej
wydajnymi komponentami systemu jest mostek
południowy. Pozwala on na działanie złącz PCI,
kontrolerów dysków ATA, USB oraz FireWire.
Często też jest zintegrowany z układem
dźwiękowym czy kartą sieciową. Żaden z tych
układów nie potrzebuje bardzo wydajnego
złącza, ważna jest natomiast ciągłość transmisji.
Mostek południowy ma za zadanie obsługiwać
urządzenia I/O - między innymi złącza PS/2 (do
podłączenia klawiatury czy myszy), port
równoległy czy szeregowy.
Żeby oszczędzić czas procesora, często stosuje
się zasadę współdzielenia jednego przerwania
IRQ dla dwóch urządzeń. Przerwanie jest
specjalnym rodzajem sygnału, który musi wystać
każde z urządzeń, gdy chce odwołać się do
procesora. Stosuje się je po to żeby stale zajęty
innymi czynnościami procesor przerwał na
chwilę pracę i skomunikował się z urządzeniem,
które tego wymaga. Dzięki sprawnemu
zarządzaniu zasobami możliwa jest
bezkonfliktowa praca wielu niezależnych
urządzeń niemal równocześnie.
Kiedyś sprawny podział zasobów był bardzo
skomplikowanym zabiegiem - przydzielanie
przerwań odbywało się za pomocą zmieniania
zworek w urządzeniu. Wprowadzenie technologii
pług and play uwolniło nas od tej konieczności.
Poza IRQ niektóre urządzenia wymagają także
DMA (Direct Memory Acces), czyli
bezpośredniego dostępu do pamięci. Ten
sposób komunikacji polega na pominięciu
procesora podczas odwoływania się do pamięci
RAM. Wykorzystywany jest wszędzie tam, gdzie
zachodzi potrzeba buforowania danych. W ten
sposób działa kontroler dysków czy karta
muzyczna.
Układy serii PCIset firmy Intel
Układy AGPset dla procesorów PENTIUM II/III