《微機(jī)原理與接口技術(shù)（第2版）》第14章外圍芯片組

第14章外圍芯片組本章知識(shí)要點(diǎn)：

本章從微機(jī)的實(shí)際配置入手，全面、系統(tǒng)的對(duì)微機(jī)系統(tǒng)中常用的、不可或缺的外圍芯片組的基本概念、基礎(chǔ)知識(shí)，在系統(tǒng)中扮演的角色、常用技術(shù)術(shù)語(yǔ)等知識(shí)給于描述。并以Intel82443外圍芯片組、時(shí)下常用的、流行的82945G快速芯片組為例，分別介紹了它們的結(jié)構(gòu)、芯片組的各項(xiàng)功能、所采用的技術(shù)以及它們?cè)谙到y(tǒng)中的典型應(yīng)用等，進(jìn)行了全面地描述。本章所述內(nèi)容反映的是當(dāng)前微機(jī)領(lǐng)域內(nèi)外圍芯片組的最新而實(shí)用知識(shí)。14.1外圍芯片組綜述

14.1.1外圍芯片組

多功能高集成外圍芯片組（Chipset）是微機(jī)系統(tǒng)的核心部件之一。芯片組功能幾乎決定了主板的全部。芯片組要有強(qiáng)大的功能、良好的兼容性、互換性和擴(kuò)展性，對(duì)性?xún)r(jià)比要求也很高，并適度考慮用戶(hù)在一定時(shí)間內(nèi)的可升級(jí)性。筆記本上的芯片組，要求能耗要低、穩(wěn)定性要好、綜合性能和擴(kuò)展能力也不可很低。14.1.2南橋芯片

通常，外圍芯片組又有北橋芯片與南橋芯片之分。南橋芯片（SouthBridge）是芯片組的一個(gè)重要組成部分。從物理位置上來(lái)說(shuō)，一般是在主板離CPU插槽較遠(yuǎn)的下方，而位于PCI插槽的附近，這種布局主要是考慮到與它連接的I/O線(xiàn)較多，離處理器遠(yuǎn)一點(diǎn)有利于布線(xiàn)而為之。前幾年Intel的Socket7的430TX，和Slot1的440LX，其南橋芯片都是采用了82371AB。近兩年Intel的芯片組845E/845G/845GE/845PE等，配置采用的是ICH4南橋芯片14.1.3北橋芯片

北橋芯片的主要功能是，負(fù)責(zé)對(duì)CPU與主存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)交換操作，對(duì)總線(xiàn)PCI、AGP的操作、對(duì)數(shù)據(jù)在北橋芯片內(nèi)部的傳輸操作實(shí)施控制。北橋芯片的功能直接反映出主板的性能。從物理位置上來(lái)說(shuō)，北橋芯片位于和CPU插槽附近，在上面還配備有散熱片。目前對(duì)于Intel平臺(tái)來(lái)說(shuō)，可選的芯片組有915、865PE、845PE、848P、945等。

14．2多功能外圍芯片組82443

Intel82443芯片把傳統(tǒng)上的“北橋”和“南橋”集成進(jìn)了一個(gè)芯片之內(nèi)，從而有效地減少了電的消耗和主板上的空間。這一芯片適用于PentiumII和賽揚(yáng)等系列微處理器。82443PCI芯片組擁有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1.對(duì)Processor微處理器主總線(xiàn)支持適用于PentiumII和賽揚(yáng)(Celeron)微處理器2.對(duì)動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器DRMA的完全支持。3.配備有PCI總線(xiàn)接口4.將IDE控制器集成進(jìn)芯片組內(nèi)5.對(duì)外圍設(shè)備提供強(qiáng)有力的支持。6.對(duì)AC’97音頻和調(diào)制解調(diào)器CODEC接口提供支持。7.對(duì)SMBus

的支持。8.電源管理邏輯。南橋芯片北橋芯片器82443的邏輯框圖

系統(tǒng)地址映像1.尋址的存儲(chǔ)空間

在82443系統(tǒng)上運(yùn)行的軟件，其訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器的范圍決不允許超過(guò)4GB的物理存儲(chǔ)空間，如圖16-7所示。2.存儲(chǔ)器映像：3.系統(tǒng)管理方式存儲(chǔ)器陰影區(qū)5.譯碼規(guī)則和跨橋的地址映像6.輸入/輸出地址空間82443芯片存儲(chǔ)器地址14.2.4主機(jī)接口功能賽揚(yáng)、PentiumII微處理器的主機(jī)接口

82443把主機(jī)地址、控制、以及數(shù)據(jù)總線(xiàn)接口等，都集成在一個(gè)器件之內(nèi)。

82443芯片對(duì)由Celeron微處理器/PentiumII微處理器總線(xiàn)接口定義的那種大的事務(wù)處理類(lèi)型的子集不僅給以承認(rèn)，而且還提供有效的支持。

14.2.5存儲(chǔ)器接口

１．動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器DRAM接口

82443芯片把主存儲(chǔ)器動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器DRAM的控制器集成了進(jìn)去，以支持對(duì)64位的SDRAM陣列的操作。

２．動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)和配置

82443芯片支持64位的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器DRAM的配置。82443芯片最多可支持四個(gè)SDRAM存儲(chǔ)器行。３．系統(tǒng)存儲(chǔ)管理圖16-9中展示出SMRAM是怎樣映射成為各種各樣的各種用途的SMRAM區(qū)域的

14.2.6AC’97音頻和調(diào)制解調(diào)器控制器

１．AC’97音頻控制器

82443芯片支持AC'97版本2.0的大部分音頻特征。

2．AC’97調(diào)制解調(diào)器控制器

82443芯片包括6條AC'97軟調(diào)制解調(diào)器的特征。

3．AC’97控制器的連接圖14-3中展示出了AC’97控制器是怎樣經(jīng)由一個(gè)數(shù)字串行連接“AC-link”,與其同伴AC’97/AMC’97的編碼譯碼器進(jìn)行通訊的。圖14-4中所展示的是基于82443的AC’97音頻系統(tǒng)的音頻連接。

14.2.7PCI接口１．PCI接口技術(shù)

82443芯片把傳統(tǒng)意義上的北橋芯片和南橋芯片連同附加的配置都集成到一片集成電路芯片之內(nèi)，如圖所示。

北橋芯片組

南橋芯片組82443芯片2．北橋芯片組的功能

（1）北橋芯片組作為PCI總線(xiàn)的輸出目標(biāo)北橋芯片組僅僅支持如下幾種PCI操作：①存儲(chǔ)器讀操作和讀存儲(chǔ)器行操作，②存儲(chǔ)器多路讀操作，③存儲(chǔ)器寫(xiě)和寫(xiě)無(wú)效操作，④其他操作命令，⑤獨(dú)占的訪(fǎng)問(wèn)，⑥快速緊接著的傳送操作。3．北橋芯片組作為PCI總線(xiàn)的啟動(dòng)部件4．南橋芯片組的功能

南橋芯片組內(nèi)的PCI總線(xiàn)邏輯功能是，作為PCI總線(xiàn)與DMA、RTC、中斷控制器、SMBus、GPIO、電源管理邏輯電路、USB、IDE以及X-總線(xiàn)等設(shè)備交換信號(hào)的接口。（1）南橋芯片組作為PCI的目標(biāo)對(duì)象

（2）南橋芯片組作為PCI的啟動(dòng)部件

14.2.8DMA控制器1．DMA控制器（1）DMA的寄存器

（2）功能2．PCI總線(xiàn)的DMA82443芯片組支持兩種類(lèi)型的PCI總線(xiàn)的DMA協(xié)議，即PC/PCIDMA以及分布式DMA。（1）PC/PCIDMA（2）分布式DMA14.2.9定時(shí)器和實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC

在定時(shí)器功能的實(shí)現(xiàn)上，82443芯片組把82C54的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器集成了進(jìn)去。1．計(jì)數(shù)器/定時(shí)器

82443芯片組集成進(jìn)了3個(gè)計(jì)數(shù)器，與82C54中的三個(gè)可編程的間隔定時(shí)器的功能是相同的。2．實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC

實(shí)時(shí)時(shí)鐘這一功能部件是為系統(tǒng)提供用電池來(lái)備份系統(tǒng)的時(shí)間和日期的一個(gè)專(zhuān)用器件，其內(nèi)有三種中斷配置可供選擇使用。

14.2.10中斷控制器

82443芯片組中集成進(jìn)的兩個(gè)82C59中斷控制器被級(jí)聯(lián)在一起，可以響應(yīng)十三個(gè)外部中斷和三個(gè)內(nèi)部中斷。主控中斷控制器提供的是IRQ[7~0]這8個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，從屬中斷控制器提供的是IRQ[15~8]八個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，如圖16-13所示。

82C59

核心控制器1(主控設(shè)備)

82C59

核心控制器2(從屬設(shè)備)INT(去CPU)（INTR）（INTR）IRQ1IRQ3IRQ4IRQ5IRQ6IRQ7IRQ8IRQ9IRQ10IRQ11IRQ12/MIRQ14IRQ15FERR#定時(shí)器1計(jì)數(shù)器001234567012345674.2.11USB主機(jī)控制器

82443芯片組配備有一個(gè)USB主機(jī)控制器（HC），該控制器包括了一個(gè)根集線(xiàn)器和兩個(gè)USB端口。4.2.12IDE接口在82443芯片組內(nèi)還集成進(jìn)了一種高性能的PCI總線(xiàn)到IDE的接口，該接口包含一個(gè)物理通道適配器，并支持兩個(gè)IDE設(shè)備。14.2.13X-總線(xiàn)在82443芯片組內(nèi)合并進(jìn)一個(gè)與ISA全兼容接口的子集。在82443芯片組內(nèi)的X-總線(xiàn)，僅支持８位目標(biāo)的輸入/輸出總線(xiàn)周期和存儲(chǔ)器周期。在X-總線(xiàn)上所能支持的設(shè)備分別是SIO、KBC、只讀存儲(chǔ)器基本輸入輸出系統(tǒng)（ROMBIOS）。4.2.14系統(tǒng)管理總線(xiàn)SMBus

系統(tǒng)管理總線(xiàn)(SMBus)是系統(tǒng)通過(guò)與簡(jiǎn)單的相關(guān)芯片進(jìn)行通信的兩線(xiàn)接口。14.3多功能外圍芯片組8294514.3.182945芯片組綜述

Intel的945系列芯片組，不僅為系統(tǒng)總線(xiàn)提供了667MHz傳輸速率，而且支持DDR2雙通道內(nèi)存、支持PCI快速16通道接口技術(shù)。945G還把圖形媒體加速器集成進(jìn)芯片之內(nèi)。

945北橋配備的是ICH7-M南橋，不僅支持6個(gè)PCI快速通道接口，同時(shí)也支持PCI接口、SATA-300硬盤(pán)接口、其最高傳輸速率可達(dá)3Gbps。另外，還支持HDAudio音頻技術(shù)。

945G／945GZ／945P／945PL快速芯片組，是為以PentiumD處理器和Pentium4處理器為平臺(tái)的微機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。Pentium微處理器Intel82945GGMCHDDR2DDR2通道A系統(tǒng)存儲(chǔ)器533/800/1066MHzFSBDMI接口

IntelICH7

系列電源管理時(shí)鐘發(fā)生器LAN連接系統(tǒng)管理（TCO）SMBus2.0/I2C

USB2.08端口480Mb/sIDE4個(gè)SATA端口AC’97/Intel高分辨率音頻

CODECPCI快速x1GPIOPCI快速Gb級(jí)的以太網(wǎng)SPIBIOSPCI總線(xiàn)┅超級(jí)I/OFlashBIOS其他ASIC（任選）TPM（任選）LPC接口VGA顯示器模擬顯示器通道B82945G快速芯片顯示器Add2或Add2+卡顯示器圖形卡PCI快速16通道圖形或SDVO82945G快速芯片系統(tǒng)邏輯框圖

14.3.2圖形存儲(chǔ)器控制器集線(xiàn)器(G)MCH

前面圖展示出了微處理器與圖形存儲(chǔ)器控制器集線(xiàn)器(G)MCH連接而構(gòu)成的系統(tǒng)的方框圖。其中，(G)MCH在系統(tǒng)的所扮演的主要角色是，在它的諸如微處理器的前端總線(xiàn)(FSB)接口、系統(tǒng)存儲(chǔ)器接口(DRAM控制器)、集成的圖形接口(只適用于82945G／82945GZGMCH)、外部的圖形接口(PCI快遞接口)、和經(jīng)由DMI接口的輸入/輸出控制器等幾個(gè)接口之間，負(fù)責(zé)處理信息的傳輸操作。

(G)MCH支持DDR2SDRAM的其中一個(gè)、或者二個(gè)通道的數(shù)據(jù)傳輸操作。

(G)MCH還支持基于外部圖形的新的PCI快速接口。為了增加系統(tǒng)性能，(G)MCH對(duì)幾個(gè)隊(duì)列和一個(gè)寫(xiě)Cache進(jìn)行了整合處理。在(G)MCH內(nèi)，也還配備了高級(jí)桌面電源管理系統(tǒng)。14.3.3技術(shù)術(shù)語(yǔ)1.加速圖形端口(AGP)2.ADD卡3.ADD2卡4.ADD2+卡

5.核心（core）6.CRT7.DBIdynamicbusinversion）

8.DDR9.DDR210.DVI(DigitalVideoInterface)11.FSB(FrontSideBus)12.全復(fù)位（FullReset）13.GMCH（GraphicsMemoryControllerHub）14.HDMI（HighDefinitionMultimediaInterface）15.主機(jī)（Host）16.INTx

17.DVO（DigitalVideoOut）18.IntelICH719.IGD（InternalGraphicsDevice）20.LCD21.LVDS22.MCH（MemoryControllerHub）23.MSI（MessageSignaledInterrupt）24.PCI快速（PCIExpress）接口25.初始的PCI26.微處理器27.SCI（SystemControlInterrupt）28.SDVO（SerialDigitalVideoOut）29.SDVO設(shè)備30.SERR31.SMI（SystemManagementInterrupt）32.存儲(chǔ)陣列（Rank）33.TMDS（TransitionMinimizedDifferentialSignaling）34.TOLM（TopofLowMemory）35.VCO36.UMA（UnifiedMemoryArchitecture）37．DMI（directmediainterface

14．3．4

82945G/82945GZ/82945P/82945PL(G)MCH的配置

1.是Pentium4、或PentiumD微處理器的接口2.配備有一個(gè)容量為4GB的系統(tǒng)存儲(chǔ)器，和一個(gè)或二個(gè)64位寬的DDR2SDRAM數(shù)據(jù)通道。3.擁有一個(gè)16通道的PCI快遞圖形接口，在自然狀態(tài)下的傳輸速率為2.5Gb/s位。4.集成的圖形器件

(僅限于82945G／82945GZ)5.支持模擬信號(hào)的顯示裝置(僅限于82945G／82945GZ)6.支持?jǐn)?shù)字顯示設(shè)備(僅限于82945G)7.是DMI接口與ICH7的接口，采用的是芯片-對(duì)-芯片的連接技術(shù)。

14.3.5主機(jī)接口對(duì)Pentium4和PentiumD處理器來(lái)說(shuō)，(G)MCH是一個(gè)最佳化選擇。14.3.6系統(tǒng)存儲(chǔ)器接口

(G)MCH集成進(jìn)一個(gè)系統(tǒng)存儲(chǔ)器，系統(tǒng)存儲(chǔ)器帶有二個(gè)64個(gè)位寬的接口，采用的是DDR2的控制器。14.3.7直接媒體接口(DMI)

直接媒體接口(DMI)，是(G)MCH與輸入/輸出控制器集線(xiàn)器7(ICH7)之間的、芯片與芯片連結(jié)的高速接口，其內(nèi)