Современные системные платы невозможно представить без микросхем системной логики. Набор микросхем определяет функциональность системной платы. Другими словами, две любые платы с одинаковым набором микросхем системной логики функционально идентичны, если производитель преднамеренно не добавил некоторые функции, отсутствующие в чипсете, либо не отключил некоторые из имеющихся в нем.
Набор микросхем системной логики включает в себя интерфейс шины процессора (Front-Side Bus — FSB), контроллеры памяти, контроллеры шины, контроллеры ввода-вывода и т.п. Все схемы системной платы также содержатся в наборе микросхем. Если сравнивать процессор компьютера с двигателем автомобиля, то аналогом набора микросхем является, скорее всего, шасси. Оно представляет собой металлический каркас, служащий для установки двигателя и выполняющий роль промежуточного звена между двигателем и внешним миром. Шасси — это рама, подвеска, рулевой механизм, колеса и шины, коробка передач, карданный вал, дифференциал и тормоза. Шасси автомобиля представляют собой механизм, преобразующий энергию двигателя в поступательное движение транспортного средства. Набор микросхем, в свою очередь, является соединением процессора с различными компонентами компьютера. Процессор не может взаимодействовать с памятью, платами адаптера и различными устройствами без помощи набора микросхем. Если воспользоваться медицинской терминологией и сравнить процессор с головным мозгом, то набор микросхем системной логики по праву займет место позвоночника и центральной нервной системы.
Набор микросхем управляет интерфейсом, или соединениями процессора с различными компонентами компьютера. Поэтому он определяет в конечном счете тип и быстродействие используемого процессора, рабочую частоту шины, скорость, тип и объем памяти. В сущности, набор микросхем относится к числу наиболее важных компонентов системы, даже, наверное, более важных, чем процессор. Мне приходилось видеть системы с мощными процессорами, которые проигрывали в быстродействии системам, содержащим процессоры меньшей частоты, но более функциональные наборы микросхем. Во время соревнований опытный гонщик часто побеждает не за счет высокой скорости, а за счет умелого маневрирования. При компоновке системы я бы начинал с набора микросхем системной логики, так как именно от его выбора зависят эффективность процессора, модулей памяти, устройств ввода-вывода, а также разнообразные возможности расширения.
Эволюция наборов микросхем
Чтобы заставить компьютер работать, на первые системные платы IBM PC пришлось установить много микросхем. Кроме процессора, на системную плату было установлено множество других компонентов: генератор тактовой частоты, контроллер шины, системный таймер, контроллеры прерываний и прямого доступа к памяти, память CMOS, часы и контроллер клавиатуры. Наконец, чтобы обеспечить работу установленных компонентов, понадобился еще ряд микросхем, а также процессор, математический сопроцессор (модуль для выполнения операций над числами с плавающей запятой) и память. В табл. 4.9 перечислены все первичные компоненты, использовавшиеся в оригинальных системных платах PC/XT и AT.
Таблица 4.9. Компоненты системных плат PC/XT и AT Компонент Версия PC/XT Версия AT
Процессор 8088 80286
Математический сопроцессор (модуль для выполнения операций над числами 8087 80287 с плавающей запятой)
Генератор тактовой частоты 8284 82284
Контроллер шины 8288 82288
Системный таймер 8253 8254
Контроллер прерываний низкого уровня 8259 8259
Контроллер прерываний высокого уровня 8259
Контроллер прямого доступа к памяти низкого уровня 8237 8237
Контроллер прямого доступа к памяти высокого уровня 8237
Память CMOS и часы MC146818
Контроллер клавиатуры 8255 8042
В схеме системной платы оригинальных систем РС/ХТ, кроме процессора/сопроцессора, использовался набор из шести микросхем. В компьютерах АТ и системах более поздних версий IBM перешла к набору из девяти микросхем, в который были добавлены дополнительные прерывания, микросхемы контроллера DMA и энергонезависимая микросхема CMOS RAM/Real-time Clock (часы реального времени). Компоненты микросхем системной платы в основном были изготовлены компанией Intel или другими производителями по ее лицензии, за исключением микросхемы CMOS/Clock, которую выпустила компания Motorola. Для создания аналога или копии одной из систем IBM требовались все указанные компоненты, а также более сотни дискретных логических микросхем, связывающих конструкцию в единое целое. Основными недостатками подобной конструкции стали высокая себестоимость системной платы и отсутствие свободного места для интегрирования других функциональных компонентов.
В 1986 году компания Chips and Technologies представила качественно новый компонент, названный 82C206, который и стал основной частью первого набора микросхем системной логики системной платы ПК. Эта единственная микросхема выполняла все основные функции микросхем системной платы в компьютерах, совместимых с AT, а именно: функции генератора тактовой частоты (микросхема 82284), контроллера шины (микросхема 82288), системного таймера (микросхема 8254), двух контроллеров прерываний (микросхема 8259), двух контроллеров прямого доступа к памяти (микросхема 8237) и даже микросхемы CMOS-памяти и часов (микросхема MC146818). Кроме процессора, все основные компоненты системной платы PC были заменены одной микросхемой. Четыре дополнительные микросхемы использовались в качестве буферов и контроллеров памяти, расширяя возможности компонента 82C206. На системной плате было всего пять микросхем. Этому первому набору микросхем системной логики компания Chips and Technologies присвоила название CS8220. Это был коренной переворот в производстве системных плат для PC. Не только значительно снизилась стоимость системной платы и упростилась ее конструкция, но и появилась возможность реализации функций, для которых прежде устанавливались платы расширения. Позже четыре микросхемы, установленные дополнительно к 82C206, были заменены новым набором, состоявшим только из трех микросхем; этот набор назывался New Enhanced AT (NEAT) CS8221. А еще через некоторое время появился набор микросхем системной логики 82C836 Single Chip AT (SCAT), который состоял всего из одной микросхемы.
Идею набора микросхем системной логики поддержали и другие изготовители. Компании Acer, Erso, Opti, Suntac, Symphony, UMC, VLSI и другие стремились захватить свою долю рынка. К сожалению, у многих из них положение на рынке наборов микросхем системной логики было неустойчивым: цены быстро менялись, и многие компании потерпели неудачу. Например, VLSI в 1993 году доминировала на рынке наборов микросхем системной логики, а в следующем году чуть не стала банкротом и впоследствии была поглощена компанией Philips. И все только потому, что в 1994 году на рынке появился новый изготовитель наборов микросхем системной логики — Intel. Год спустя компания Intel уже полностью контролировала рынок. Большинство системных плат в настоящее время имеют набор микросхем системной логики, разработанный Intel.
С 1999 по 2001 год Intel вела конкурентную борьбу с другими разработчиками наборов микросхем, причиной чего явилась ее зависимость от памяти RDRAM. В 1996 году Intel подписала контракт с компанией Rambus, объявив о всесторонней поддержке памяти RDRAM при создании наборов микросхем для настольных компьютеров вплоть до 2001 года. Я подозреваю, что Intel пришлось не раз об этом пожалеть. Память RDRAM, не имеющая каких-либо явных преимуществ по сравнению с SDRAM, отличается от нее гораздо более высокой себестоимостью. Впоследствии, в 2002 году, компания Intel разработала набор микросхем 845, поддерживающий DDR SDRAM (кодовое название — Brookdale) для работы с процессором Pentium 4. С тех пор наборы микросхем от Intel поддерживали различные варианты памяти DDR.
Компания Intel не осталась в одиночестве на рынке микросхем системной логики. Компании ATI (ныне — подразделение AMD), NVIDIA, VIA Technologies, Silicon Integrates Systems (SiS) и Uli Electronics (ранее — Ali Corporation) также выпускали наборы микросхем для Intel-совместимых систем.
Несмотря на то что AMD (а также компания ATI, ныне являющаяся подразделением AMD) спроектировала собственный набор микросхем системной логики, для поддержки своих процессоров и материнских плат она заинтересовала этим направлением и другие компании. Сегодня компания VIA Technologies является одним из основных производителей наборов микросхем для процессоров AMD. Все более растущая популярность процессоров AMD вынудила и другие компании, такие как NVIDIA, SiS, ATI и Uli Electronics, заняться созданием собственных наборов микросхем для AMD-совместимых систем.
Интересно отметить, что первый производитель наборов микросхем системной логики — компания Chip and Technologies — выжила на рынке за счет смены курса на выпуск микросхем видеографики, при этом найдя нишу в секторе портативных компьютеров. Позже эта компания была куплена Intel.
Если прочитаная статья из нашей обширной энциклопедия компьютера - "Эволюция наборов микросхем", оказалась полезной или интересной, Вы можете поставить закладку в социальной сети или в своём блоге на данную страницу:
Так же Вы можете задать вопрос по статье через форму обратной связи, в сообщение обязательно указывайте название или ссылку на статью!
Обсудить статью на форуме