Глубоководное погружение в чипсет Intel 875P

Крис Касперски

…чтобы оценить свежесть осетрины, вовсе не обязательно съедать всего осетра целиком.

Святослав Логинов

Как-то, читая очередной компьютерный журнал, я задумался: а для кого, собственно, предназначены все эти обзоры чипсетов и прочих компьютерных комплектующих? Сравнительные характеристики и тесты производительности – это, бесспорно, нужно, полезно и хорошо, но вот за счет чего та или иная производительность в каждом конкретном случае достигается? Благодаря каким именно инженерным решениям ведущие компании «опускают» своих многочисленных конкурентов? А сами конкуренты – где они допустили просчет? Увы! Подавляющее большинство публикаций не дает ответа на этот вопрос. В результате философия архитектуры чипсета остается за кадром и весь разговор сводится к известному «вчера были большие, но по пять, а сегодня по три, но маленькие». Ни принципы функционирования чипсета, ни сопутствующая ему терминология при этом вообще не поясняются и у читателя складывается выхолощенный образ аппаратуры, на которой он работает. Помните анекдот: «Вы нарушили закон, и за это мы вас расстреляем! Какой, спрашиваете, закон? Этого мы вам сказать не можем, ведь этот закон – секретный». Шутка шуткою, но уж очень хорошо она иллюстрирует современную ситуацию: «Данная модель имеет ряд патентованных технологий Super X, Super Y и Double-Super Z, обеспечивающих ей наивысшую производительность. В чем заключается их суть – не спрашивайте! Не можем же мы раскрывать секрет фирмы первому встречному, верно?». Вам еще не надоело покупать кота в мешке? Хотите заглянуть внутрь кристалла чипсета, разобраться, чем он живет, как дышит, насколько корректно работает с остальными устройствами? Тогда эта статья для вас!

Что такое чипсет, и какую роль в компьютерах типа IBM PC он играет? Читатели, собиравшие (или хотя бы разбиравшие) в свое время бессмертные ZX-Spectrum, наверняка помнят большое количество микросхем, живописно разбросанных по системной плате. Среди них были как микросхемы поддержки центрального процессора, так и контроллеры различных устройств (клавиатуры, памяти, экрана и т. д.). В совокупности они образовали набор системной логики, так называемый чипсет, дословно переводимый на русский язык как «набор микросхем». В фирменных Spectrum микросхема чипсета была всего одна, но разработанная по специальному заказу, она вмещала в себя все остальные. Таким образом, ничего таинственного в чипсете и нет – просто за счет высокой степени интеграции большое количество сопутствующих процессору устройств удается разместить на одном кристалле.

Собственно, чипсет первых IBM PC XT/AT отличался от чипсета Spectrum лишь тем, что имел контроллер шины ISA на борту, плюс контроллер DMA (устройства прямого доступа к памяти), плюс еще несколько контроллеров. Ни дискового контроллера, ни даже контроллера COM- и LPT-портов в первых IBM чипсетах и в помине не было, а соответствующая функциональность обеспечивалась установкой специальной карты в слот расширения. Идея открытой архитектуры IBM PC как раз и заключалась в максимальном упрощении оснастки материнской платы за счет выноса всех остальных компонентов во внешние контроллеры.

Однако стремительное увеличение степени интеграции привело к тому, что вмонтировать в уже готовый кристалл пару-тройку лишних контроллеров стало намного дешевле, чем размещать эти же самые контроллеры на отдельной печатной плате. Так появились компьютеры, несущие на своем борту контроллеры гибких/жестких дисков, интегрированный звук/видео и… еще много всякой всячины! Количество устройств, заключенных в одной микросхеме, стремительно нарастало, и в какой-то момент разработчики решили разделить ее на две, получивших название северного и южного мостов (в другой терминологии – хабов).

Северный мост (названный так за свое традиционное расположение на чертежах) берет на себя наиболее ответственные задачи, требующие наивысшей пропускной способности, а потому и геометрической близости к процессору. Это контроллер системной шины, контроллер памяти, контроллер порта AGP, PCI-контроллер или контроллер внутренней шины для общения с южным мостом. В настоящее время пропускная способность периферийных устройств, «подцепленных» к южному мосту, превысила предельно допустимую пропускную способность шины PCI (133 Мб/сек) и производители, скрепя сердце, вынесли контроллер PCI-шины на южный мост, ну а в сам северный мост внедрили высокоскоростной контроллер внутренней шины (в Intel 82875P – это Hub Interface 1.5 с пропускной способностью в 266 Мб/сек, что вдвое выше, чем у штатной PCI. Впрочем, это еще не предел: MuTIOL-контроллер чипсета SiS 655 обеспечивает пропускную способность аж в 1,2 ГГб/сек, то есть вчетверо быстрее Intel, правда, в подавляющем большинстве случаев эта возможность так и остается невостребованной, поскольку у вас попросту не найдется таких «прожорливых» периферийных устройств!).

Южный мост отвечает за ввод/вывод и включает в себя контроллер DMA, контроллер прерываний, контроллер таймера, контроллеры жестких и гибких дисков, контроллеры последовательных, параллельных и USB-портов и т. д., и т. п. Легко видеть, что производительность системы определяется фактически одним северным мостом, причем в силу значительных технологических и инженерных сложностей работы на таких запредельных скоростях именно на северный мост и приходится наибольшая доля архитектурных различий в конструкции чипсетов. Южные же мосты второстепенны, скучны, неповоротливы и неинтересны. Тот же Intel 875P в качестве южного моста использует допотопную микросхему Intel 82801EB, практически не изменившуюся с апреля 1999 года. Вы эту вялость жизни применительно к северным мостам представляете? Северные мосты – наиболее бурно и динамично развивающийся компонент компьютера, уступающий в интенсивности накала страстей разве что самим центральным процессорам (которые, собственно, северный мост и обслуживают). Это передовое направление техники и науки, и здесь нам есть чему поучиться! Данная статья целиком и полностью отдает себя именно северным мостам, ну а про южные вы прочитаете где-нибудь в другом месте.