Chipset

[Kristijan]

Sadržaj:

1. Što je Chipset? 3
2. Chipset funkcije i mogućnosti 4
2.1. Podrška procesoru 4
2.1.1. Podrška brzini procesora 4
2.1.2. Višestruko procesorska podrška 4
2.2. Podrška priručnoj memoriji(cache) 5
2.2.1. L2 cache 5
2.2.2. L1 cache 5
2.3. Podrška radnoj memoriji 6
2.4. Chipsetova kontrola nad taktom i protokom podataka 7
2.5. Kontrola nad perifernim uređajima i U/I kontrola 8
2.6. Podrška napajanju 10
3. Funkcije kontrolera tipkovnice 11
3.1. Upravljanje tipkovnicom i interpretiranje 11
3.2. Podrška miša 11
3.3. Pristup visokoj memoriji 11
4. Super funkcije I/O kontrolera 12
4.1. Kontrola serijskog porta 12
4.2. Kontrola paralelnog porta 12
4.3. Kontrola disketnog uređaja 12
5. Dodatne integrirane funkcije matične ploče 13
5.1. Integrirana grafika 13
5.2. Integrirana zvučna kartica 13
5.3. Integrirano mrežno sučelje 13
5.4. Integrirani SCSI kontroler 13
6. Popularni chipset 14
6.1. Četvrta generacija chipseta (486 klasa) 14
6.2. Peta generacija Intel Chipset (Pentium klasa) 14
6.2.1. Intel 430LX («Mercury») 14
6.2.2. Intel 430NX («Neptune») 14
6.2.3. Intel 430FX («Triton») 14
6.2.4. Intel 430VX («Triton2») 14
6.2.5. Intel 430TX («Triton4») 15
6.2.6. Tablica usporedbe tipova Intel chipseta 16
6.3. Peta generacija ne intelovi chipset –i (Pentium klasa) 17
6.4. Šesta generacija chipseta (Pentium 2 klasa) 17

[Kristijan]

1. Što je Chipset?

Chipset je skup logičkih krugova koji se nalaze na mtičnij ploči. Za njega možemo reći da je mozak matične ploče jer omogućava i upravlja protokom podataka između procesora, priručne memorije, perifernih uređaja. Chipset je jedan od nekoliko bitnih djelova računala od kojeg ovisi kvaliteta računala i brzina. Jedno vrijeme je većina funkcija chipseta bila smještena u više čipova (po tome je dobio i ime) što znači da je DMA logika imala svoj kontroler, upravljanje prekidima svoj kontroler, prijenos podataka između vanjske logike i procesora svoj kotroler itd. Danas ovi čipovi su integrirani u dva ili tri čipa koji objedinjavaju raznovrsne kontrole i mogućnosti na matičnoj ploči. Postoje dva primarna razloga za integriranje chipseta u jedan čip. Prvi je cijena (cijeli chipset nabavljamo od jednog proizvođača) i kompatibilnost. Drugi razlog je lakše projektiranje samog čipa.

[Kristijan]

2. Chipset funkcije i mogućnosti

U ovome će dijelu biti opisane mogućnosti i funkcije chipseta. U taj dio spadaju različite podrške procesoru, priručnoj memeoriji, upravljanje protokom podataka i kontrola nad perifernim uređajima tj. ulazno/izlazna kontrola.

2.1. Podrška procesoru

Taj odlomak opisuje podrške faktorima koji određuju koja vrsta kod procesora može biti korištena uz određeni chipset.

2.1.1. Podrška brzini procesora

Svaki procesor zahtijeva chipset koji će biti u mogućnosti upravljati njime. Brzina procesora ovisi o dva parametra. Prvi parametar je brzina memorijske sabirnice, dok je drugi množitelj (faktor).
a) Brzina memorijske sabirnice je procesorova vanjska brzina koja se određuje prema brzini ostalog računala.Memorijska sabirnica diktira brzinu PCI lokalne sabirnice koja kod većine matičnih ploča radi na polovici brzine memorijske sabirnice.Tipične brzine 50, 66, 75, 100,133 MHz –a.
b) Množitelj ili faktor je broj sa kojim množimo brzinu memorijske sabirnice i time dobiamo brzinu procesora. Današnji množitelji se kreću od 1.5x pa do 7x.
Prema tome ukoliko posjedujemo računalo koje ima memorijsku sabirnicu koja radi na 100 MHz –a i ako je množitelj npr. 6.5x tada procesor radi na 650
MHz –a.
Ukoliko dopušta chipset i procesor možemo podići brzinu procesora od one koja je tvornički postavljena(overclokiranje) upravo povećanje množitelja.

2.1.2. Višestruko procesorska podrška

Neki chipset –i imaju mogućnost da podržavaju više procesorski sustav. Dakle računala sa dva, četri ili više procesora moraju imati poseban chipset koji će to podržavati. Chipset prati i kontrolira rad oba procesora tako da se međusobno ne sukobljavaju. U višeprocesorskom sustavu također i procesor mora biti kompatibilan, a operacijski sustav mora imati mogućnost prihvaćanja dodatnog procesora.

[Kristijan]

2.2. Podrška priručnoj memoriji (cache)

Priručna memorija cache je povezana sa procesorom preko sistemske sabirnice
(točnije preko FSB –a). Cache povećava mogućnosti i brzinu izvođenja ciklusa zbog toga što sabirnica kojom je spojen sa procesorom radi na istoj brzini kao procesorova interna sabirnica. Ona ima dvije razine L1 cache u procesoru i L2 cache na matičnoj ploči.

2.2.1. L2 cache

Vanjski ili L2 cache je spojen preko sabirnice sa procesorom (Front side Bus) i on se nalazi na matičnoj ploči. Postoje tri glavna tipa L2 cache memorije. To su asinkroni, sinkroni i «pipeline». Svaki od ova tri tipa ima drukčije upravljanje i zbog toga mora biti velika podrška i kontrola chipseta.
Postoje dva načina rada u upisivanju podataka u L2 cache. Prvi način rada je «Write trough» i on se zasniva na principu da se iz RAM –a podaci prebacuju u L2 cache nakon što je procesor poslao zahtjev za određenim podacima.
Drugi način je «Write back». U «Write back» načinu rada procesor upisuje podatke samo u cache, dok se oni kasnije šalju u RAM.
Write back je u večini slučajeva bolji od Write trough načina rada.
Chipset kontrolira najveći iznos memorije koju možete keširati. Neki chipseti mogu zadržati više memorije nego što mogu podržati. Prema tome iznos cache memorije koji posjedujete u računalu ovisi o kontroli chipseta –a, ali ne ovisi o tome koliko memorije posjedujete.
Većina današnjih chipseta podržava veličinu priručne memorije od 64 pa do 512 kB. Pentium procesor Celeron nema cache memorije i zbog toga posjeduje lošije performanse u odnosu na računala koja posjeduju cache, a time mu je i cijena manja.

2.2.2. L1 cache

L1 cache je integriran u samome procesoru radi na istoj brzini kao procesor, te je veličine od 8 kB do 64 kB. Procesor koristi cache kako ne bi morao čekati podatke iz RAM –a nego ih uzima iz cache –a i time povećava svoju iskoristivost.



2.3. Podrška radnoj memoriji

Danas u proizvodnji postoji više tipova i vrsta memorije RAM. Jedna od karakteristika chipseta je da kontrolira i omogućuje određeni tip RAM memorije.

Chipset diktira veličinu memorije koju možemo staviti na matični ploču tj. veličina memorije koju chipset može podržati. U današnjim sustavima nema minimalne vrijednosti za RAM dok je maksimalna, ovisno o matičnoj ploči, 1GB, 2 GB pa čak i
4 GB.
Chipset kontrolira vrstu memorije koju koristite(EDO, BEDO, FPM, SDRAM...). Promjenom memorije utječe se na promjenu načina pisanja i čitanja iz memorije što je kontrolirano od strane chipseta. Chipset može biti optimiziran tako da omogućava brži pristup podacima, ali uz određenu vrstu memorije, dok uz drugu vrstu memorije može biti manje učinkovit.
Memorije za računala se izrađuju u dva različita oblika. Prvi je SIMM i on može biti 30 i 72 pinski. 30. pinski RAM može u jednom taktu primiti i dati 8 bitova, 72.pinski može u jednom taktu dati 32 bita. Drugi različiti oblik je DIMM i on je 168 pinski i on u jednome taktu može dati i primiti 64 bita.
Dakle veličina i tip memorije koju možemo smjestiti na matičnu ploču ovisi o pristupu chipseta k podacima i o širini sabirnice koja vodi do procesora. Također i sami dizajn chipseta ograničava koliko SIMM ili DIMM utora matična ploča može imati.
Kvaliteta chipseta i njegova cijena jako ovise o tome.

[Kristijan]

2.4. Chipsetova kontrola nad taktom i protokom podataka

Jedna od najvažnijih funkcija chipset –a je kontroliranje memorije, pisanje u memoriju i čitanje te prijenos lokalnom sabirnicom (PCI, AGP...) iz ili prema procesoru. Sama kvaliteta izrade i dizajna chipset –a, vrsta priručne memorije, brzina radne memorije, i tip procesora određuju koliko će se učinkovito i brzo prenijeti podatak prema procesoru ili iz procesora koji u cjelini diktira performanse računala.
• Adresno dekodiranje: Chipset provodi funkciju pretvaranja zahtjeva procesora za instrukcijom i podatkom u adresu koja predstavlja mjesto (lokaciju) u memoriji na kojoj se može pronaći zahtjevani podatak.
• Prijenos podataka između RAM –a i cache –a: Kad procesor zahtjeva određeni podatak iz memorije, prov provjerava cache, ako on sadrži podatak se čita iz njega. Ukoliko tog podatka nema on se pribavlja iz RAM –a i upisuje i u cache, ukoliko ponovno zatreba procesoru. Chipset u ovom prijenosu igra ulogu pri tome što kontrolira vrijeme tih transfera. Bolji chipset –i su učinkovitiji i imaju veće brzine prijenosa.
• Sabirnički međuspremnik i protok podataka: Chipset kontrolira i upravlja protokom podataka od lokalne sabirnice prema memoriji, te iz PCI sabirnice direktno u procesor. Chipset također upravlja izmjenom podataka između procesora i AGP sabirnice tj. grafičke kartice. Za veću učinkovitost tu može biti nekoliko prijenosa u istome vremenu. Budući da procesor, memorija, PCI sabirnice, rade na različitim brzinama koriste se međuspremnici (buffers). Međuspremnici su privremeni spremnici podataka kako bi se mogle uskladiti brzine između dva različita modula. Ovisno o chipset –u ovisi iznos međuspremnika koje može omogućiti. Više međuspremnika i veći kapacitet znači da je moguće podržati više popratnih operacija procesora, memorije ili sabirnica.
• Vremensko usklađivanje memorije: Memorija je puno sporija od procesora, pa procesor mora čekati pri pribavljanju podatka iz RAM –a. Stanje čekanja tj. «Wait state» je vrijeme koje procesor ostaje neiskorišten jer čeka podatak iz memorije. Rješenje u chipset –u je sljedeće: smanjiti čekanje što je više moguće (pomoću cache –a) i staviti čekanje tamo gdje je potrebno, kako procesor ne bi bio ispred cache –a ili RAM –a. Nekoliko stanja čekanja je potrebno kako bi se usporedio RAM i cache. Cache se sastoji od 32. bajtnih linija, tj. u njega se upisuje i ispisuje brzinom od 32 byte –a u jednom taktu. Budući da memorija čita ili piše 8 bajta u taktu, potrebna su 4 čitanja kako bi se napunio cache. U prvom čitanju ili pisanju prenosi se informacija o adresi, a sljedeća tri takta prenosi se podatak i to većom brzinom nego prvi korak. Tako su performanse povećane. Često se pristup memoriji ili cache –u označava kao «F – S – S – S», gdje je F broj ciklusa za prvi pristup(ne predstavlja samo broj ciklusa stajanja), a S je broj ciklusa za svaki sljedeći uzastopni ciklus. Ti parametri se mogu vidjeti u BIOS –u.
• Autodetekcija memorije: Većina današnjih chipset –a može automatski detektirati tip memorije i njezinu brzinu. Također chipset može podesiti stanje čekanja i prema tome i osigurati najbolje performanse bez gubitka podataka. Ako chipset to ne podržava, potrebno je u BIOS –u podesiti te vrijednosti.

[Kristijan]

2.5. Kontrola nad perifernim uređajima i U/I kontrola

Većina današnjih računala koristi više sabirnica (PCI, AGP, AMR...,nekada ISA). Chipset kontrolira te sabirnice, te protok podataka između njih memorije i procesora. Mogućnosti chipset –a određuju koju vrstu sabirnice sustav podržava, na kojoj brzini može raditi i koje dodatne mogućnosti su omogućene.
• Tip, kontrola i mostovi sabirnica: Chipset diktira koju vrstu sabirnica sustav može podržati. Nekadašnja računala su imala podršku za PCI, ISA. Današnja računala podržavaju PCI sabirnice, AGP, AMR, CMR... U računalima je jedno vrijeme uz PCI sabirnicu bila i ISA sabirnica radi koptabilnosti sa starijim komponentama računala. Chipset kontrolira protok podataka između različitih uređaja i sabirnica. Sabirnički mostovi (Bus Bridges) su djelovi hardware –a koji spajaju dvije različite sabirnice. Chipset u tome slučaju mora «zaposliti» neki most kako bi se prenijeli podaci sa jedne sabirnice na drugu. Današnja računala imaju PCI to PCI bridge, PCI to USB, PCI to ISA, PCI to CPU....
• IDE/ATA kontroler tvrdog diska: Današnje matične ploče imaju na sebi integriranu podršku za četiri IDE/ATA uređaja, dva po svakome kanalu. Integriranjem te podrške povećano je slobodno mjesto na matičnoj ploči budući da su ti pogoni spojeni na PCI sabirnicu. Postoji nekoliko mogućnosti povezanih sa IDE interface –om i PCI sabirnicom koji su kontrolirani
chipset –om. Prijenos podataka kod IDE sučelja je programirani U/I prijenos. Korištenje najbržeg moda ovisi o podršci chipset –a i PCI sabirnice. Sposobnost da se na jednome kanalu koriste modula koji imaju različit programirani U/I prijenos zove se neovisno vremensko usklađivanje uređaja(independent device timing), to je također jedna od mogućnosti
chipset –a. Bez toga bi oba uređaja morala raditi sporije od brzine tih dvaju uređaja.
• DMA(Direct Memory Access) kontroler i DMA podrška: DMA osigurava prijenos podataka između memorije i neke sabirnice ili modula bez intervencije procesora. DMA je mnogo učinkovitiji način prijenosa podataka nego programirami U/I prijenos.Izravni pristup memoriji je kontroliran od strane chipset kontrolera. BUS Mastering je pobude DMA logike, gdje modul ili uređaj ne samo da mogu slati i primati podatke nego i upravljati sabirnicom i prenijeti podatak bez korištenja DMA logike.
• Prekidni (Interrupt) kontroler: prekidni(IRQ ili Interrupt) kontroler služi kako bi procesor znao koji U/I modul traži zahtjev za prekid ili prijenos podataka. Taj rad su nekada izvodili par Intel –ovih kontrolera 8259 dok je danas prekidni kontroler integriran u chipset –u.
• USB(Universal serial BUS) je port novije generacije i tehnologije. Namijenjen je da zamjeni postojeće portove za miša, tipkovnicu pa čak i printer.
• AGP(Accelerated Graphics Port) podrška: AGP je tehnologija novih sabirnica koje imaju ulogu spajanja procesora i grafičkih kartica koje rade na velikim brzinama. AGP nije u stvarnosti sabirnica zbog toga što podržava samo dva uređaja, ali u svakom slučaju kod većine današnjih matičnih ploča je podržan.
• Plug and Play (P'n'P): PnP je tehnologija koju podržava chipset, i donosi poboljšanaj u hardware –u, BIOS –u i operacijskom sustavu. Ona se koristi pri instalaciji nekih programa ili pri uključenju napajanja te automatski detektira uređaje priključene na računalo i automatski ih konfigurira (IRQ linija, U/I port, DMA kanal...). Može pomoći pri otklanjanju nekih grešaka sa hardware –om.

[Kristijan]

2.6. Podrška napajanju

Današnji procesori imaju mogućnost da u radu smanje iznos energije koja se troši kod neiskorištenim periodima. Ta je mogućnost proizašla iz dva glavna razloga. Prvi je taj da se troši i do 90% energije, a računalo je neiskorišteno. Dok je drugi od korisnika Laptop –a koji žele produljiti vijek trajanja bateriji. Upravljanje napajanjem radi pomoću podešavanja u BIOS –u koji diktira kada se koji dio mora ugasiti ukoliko je neiskorišten.
APM (Advanced Power Management) je ime komponenete koja se nalazi u samome operacijskom sustavu i komunicira sa BIOS –om. APM omogućuje podešavanje parametara u operacijskom sustavu da bi određeno upravljanje napajanjem moglo biti aktivirano. Neki chipset –i imaju mogućnost da pri prestanku rada šalju signal na grafičku karticu koja to proslijeđuje na monitor kako bi se mogao ugasiti (ne u potpunosti nego Stand by).
Nije monitor jedini uređaj, chipset također može zaustaviti tvrdi disk u radu te i ugasiti računalo ukoliko je u podešavanju specificirana takva naredba.

[Kristijan]

3. Funkcije kontrolera tipkovnice

Svako računalo koristi Intel –ov 8042 kontroler tipkovnice. Kontroler na matičnoj ploči komunicira sa kontrolerom unutar tipkovnice pomoću serijske veze. Mnoga računala emuliraju Intelov čip te za kompatibilnost stavljaju jedan čip na matičnu ploču. Taj čip objededinjava funkcije upravljanja tipkovnicom, pa tako nije potrebno koristiti dodatni kontroler.
Kontroler tipkovnice mora imati 3 funkcije: Upravljanje tipkovnicom i interpretacija, podržavanje miša te pristup visokoj memoriji.

3.1. Upravljanje tipkovnicom i interpretiranje

Kada kontroler tipkovnice primi signal sa integriranog kontrolera u tipkovnici on šalje signal procesoru tako što koristi njemu dodijeljeni prekid(IRQ1). Procesor tada interpretira primljene signale te obavlja naredbe. Kontroler prema tome upravlja sa učestalošću upisa nekog znaka sa tipkovnice. Pojednostavljeno upravlja vremenom ispitivanja kontrolera u tipkovnici da li je pritisnuta neka tipka.

3.2. Podrška miša

Kontroler tipkovnice upravljavlja i PS/2 mišem. Dakle kontroler upravlja unosom iz PS/2 miša i to je u današnjim računalima i način traženja miša.

3.3. Pristup visokoj memoriji

Viskoki memorijski prostor se nalazi na prvih 64 kB proširene ili produžee memorije tj. iznad 1 MB. Pristup toj memoriji je moguć iz DOS –a usprkos činjenici da to niji dio konvencionalne memorije. Kada je konvencionalna memorija bila premale veličine, dodatkom proširene memorije dobile su se nove pogodnosti. Pristup toj memoriji je pomoću «A20 line» koja je kod starijih sustava upravljana iz kontrolera tipkovnice. Današnji chipseti objedinjavaju te mogućnosti u sebi.

[Kristijan]

4. Super funkcije I/O kontrolera

Super I/O kontroler je jedan čip koji je sliči chipsetu i omogućava mnoge mogućnosti koje se koriste kako bi odveli neke djelove hardwarea u prošlost. To pojednostavljuje dizajn i smanjuje cijenu. Super I/O kontroler je odgovoran za kontroliranje sporijih djelova koji se mogu naći u svakom računalu. Otkada postoji taj I/O kontroler on je standardiziran i zapravo je to virtualni dio svakog računala. Lakše je te mogućnosti integrirati unutar čipa koji je potrošna roba nego se zabrinjavti oko izrade svake matične ploče. Današnja računala imaju integrirane i neke druge mogućnosti uz ove pstojeće. To su: clock, kontroler tipkovnice, i u većini slučajeva tu je i IDE kontroler. Na starijim računalima nema Super I/O kontrolera jer je veza između serijskog i paralelnog porta te disketnog uređaja omogućena kroz I/O kontrolersku karticu.
4.1. Kontrola serijskog porta

Super I/O čip kontrolira serijski port i uključuje paralelno serijsku pretvorbu kako bi port bio funkcionalan. Većina današnjih računala koristi UART 16550A visokih performansi, što uključuje i 16 byte –a FIFO međuspremnik.
4.2. Kontrola paralelnog porta

Super I/O čip kontrolira i paralelni port te podržava novije paralelne portove EPP i ECP tipa.
4.3. Kontrola disketnog uređaja

Podrška za disketni uređaj je omogućena pomoću Super I/O čipa koji podržava i veću količinu od 1 MB/sekundi prijenosa te veličine disketnih medija do 2.88 MB.

Dodatne integrirane funkcije matične ploče

Na nekim matičnim pločama su integrirane osnovne funkcije koje se mogu naći na proširenim karticama. Takve matične imaju svoje dobre i loše strane ovisno o tome što je integrirano, to što je integrirano kako radi, i što korisnik traži od integrirane komponente. U osnovi sjedinjavanje u jednu komponentu na matičnoj ploči ima prednost što je niža cijena, ali sukladno tome manji izbor mogućnosti i nadogradnje. Na matičnoj ploči može biti integrirano više komponenata: grafika, zvučna kartica, modem, SCSI kotroler, mrežna kartica.
4.4. Integrirana grafika

Grafika je najčešća komponenta koja se integrira na matičnoj ploči i nažalost ono što je najgore. Video kartica je jedna od najvažnijih dijelova i povezana je sa performansama na računalu. Općepoznato je da matične ploče sa integriranom grafikom nije moguće nadograditi, aproblemi potječu od toga da većina matičnih ploča nema sposobnost da omogući dodatnu grafičku karticu.
Prednosti matičnih ploča sa integrirnom grafikom su cijena i smanjenej prostora za dodatne kartice(prazni slotovi) dok je dizajn problematičiji, a mogućnosti su male.

[Kristijan]

4.5. Integrirana zvučna kartica

Podrška integriranoj zvučnoj kartici je česta kod «brand-name» računala. Budući da zvučnu karticu koriste mnogi resursi, mogući su mnogi problemi jer je kvaliteta integriranog zvuka mala. Većina integriranih uređaja radije omogućavaju osnovne funkcionalnosti i ne približavaju se «high-end» mogućnostima kartica koje se dodaju u utore na matičnoj ploči.
4.6. Integrirano mrežno sučelje

Integrirana mrežna kartica ili modem su najrjeđi djelovi koji se integriraju. Najpoznatija integrirana mrežna karica je NE2000 sa protokom 10 Mb/sek. U osnovi ukoliko želite mrežne kartice sa većim protokom i više mogućnosti upotrebe kartice koristiti će PCI kartice.
4.7. Integrirani SCSI kontroler

Integrirani SCSI kontroler je dobar samo ako podržava uređaje koje trenutno koristite, te ne namjeravate nadogradnju SCSI kontrolera. Velik problem SCSI uređaja i kontrolera je često mijenjanje standarda i protokola.