南北桥CPU间的通讯及时序课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,南北桥，,CPU,间的通讯以及时序,赵原,概 要,一。芯片组功能及其分类,二。南北桥,CPU,间通讯,三。主板上电时序,一。芯片组功能及其分类,1。芯片组功能,逻辑控制芯片组简称芯片组（,chipset）,芯片组与主板的关系就像,CPU,与计算机的关系一样，它提供主板上的核心逻辑，其作用也仅次于,CPU。,芯片组的功能就是支持,CPU,的工作，比如假设,CPU,完成计算工作，那么芯片组就负责把计算结果传递给有关部件。通俗的讲，芯片组就是负责指挥，调度主板上的各个元件，以使它们协同工作的司令部或神经中枢。,芯片的性能对主板的性能和功能都有很大的影响。正是芯片组决定了电脑所支持的,CPU,的类型，内存类型，总线速度，硬盘接口等关键技术配置。芯片组根据功能的不同可以分为北桥芯片和南桥芯片。其中北桥芯片和,CPU,密切通信，管理着,L2,高级缓存，支持内存的类型及最大容量，并决定是否支持,AGP,高速图形接口及,ECC,数据纠错等。,而对,USB,Ultra DMA/33 EIDE,传输和,ACPI,的支持以及是否包括,RTC,则由南桥决定。从功能上看，芯片组由系统控制器，数据缓冲控制器和总线桥接电路等组成，控制着,DRAM,，,高速缓存及转换，复位逻辑，,RAM,映像，奇偶生成和校验，数据传送，各个总线之间的耦合连接。,2。芯片组的分类,（1）北桥分类：按,是否支持,AGP,高速图形接口可分为两类：,A.,支持,AGP,高速图形接口的北桥芯片,B.,不支持,AGP,高速图形接口的北桥芯片,以,intel chipset,为例可分为（从845开始）:,845,G,845GE,845GL,845PE,845GV,848P,865G,865GE,865GL,865PE,865GV,910GL,915G,915GV,915P,等,（2）南桥分类：以,intel,为例,ICH1-ICH6,识别是可看,RG82801A,B,C,D,E,F，,后面的字母可看出是代表,ICH1,到,ICH6.,二。南北桥,CPU,间的通讯总线,计算机中，总线也无处不在微处理器与北桥通过前端总线连接、北桥与内存模块通过内存总线连接、北桥与显卡通过,AGP,总线连接、北桥与南桥通过南北桥总线连接、南桥与扩展卡通过,PCI,总线连接、南桥与存储设备通过,IDE,总线连接,.,还有外部设备的并,/,串口、,USB,、,IEEE1394,总线，计算机中的总线也是名目繁多、不过功能都是大同小异。,我们知道大部分芯片组都是基于南北桥架构，,PCI,总线作为南北桥芯片的传输动脉，其瓶颈效应已经出现：只要每个,IDE,通道各有一个,ATA-66,硬盘，再加上,100,M,快速以太网功能，,PCI,总线就无法胜任南北桥连接的重任。为了提高产品性能，,Intel,、,VIA,和,SiS,都先后发展出过渡性质的南北桥专用总线，这便是,Intel Hub-Link,、,VIA V-Link,和,SiS,的,MuTIOL,，,直到现在这三种总线依然活跃在它们各自的芯片组中。,Hub-Link,最早于,i820,芯片组上出现，它为南北桥（此处为,ICH,和,MCH,）,连接提供了,266,MB/s,的数据传输带宽，大大缓解了紧张的总线资源。但在实际使用中，,Hub-Link,并未取得理想的效果，,i820,的表现还不如早先的,440,BX,。,后来推出的,i810,、,i815,系列同样采用,Hub-Link,架构，前者低端定位性能不如人意，后者勉强同,440,BX,在同一水平,这个时候，,Hub-Link,并没有体现出理想的效果。到,Pentium 4,处理器推出之后，,Hub-Link,才真正在,i845,系列产品上发挥效用。,Hub-Link,先后发展出,1.0,、,1.1,、,1.5,、,2.0,等多个版本，它是一种可在一个时钟周期传输,4,次数据的高速并行总线，共有,8,位和,16,位两种,1.0,版本最初用于,i820,、,i81X,和,i850,身上（南桥版本为,ICH,、,ICH2,），,其物理频率为,66,MHz,，,这样,8,位版本,Hub-Link,所能提供的总带宽为,266,MB/s,，,在当时，这个数字是可以满足系统需求的。,1.1,版的速度与,1.0,版相同，但两者在设计上存在较大的区别，导致两者无法通用。,Hub-Link 1.1,主要用于,ICH4,与,MCH,北桥的连接，像,i845E、i845G,之类的产品都是采用,Hub-Link 1.1；Hub-Link 1.5,也是用于,ICH4,中，它的速度同样只有266,MB/s，,只是电气特性上与,Hub-Link 2.0,兼容，有利于简化线路而已，,在南北桥总线普遍提升到,800,MB/s,的今天，,Hub-Link 1.5,区区,266,MB/s,带宽委实有些过于保守。真正让我们兴奋的是,Hub-Link 2.0,，,它与,1.,X,版本最大的区别是总线宽度扩展到,16,位、数据带宽提升到,1.06,GB/s,的水准。,在,Intel,发展,Hub-Link,总线的同时，,VIA,也在积极发展自身的,V-Link,总线。,V-Link,与,Hub-Link,殊途同归，它的数据带宽为,32,位，工作频率,66,MHz,（,未采用,DDR,、,QDR,等技术），这样数据带宽也是,266,MB/s,。,在应用之初，,V-Link,的表现也相当失败：采用新型总线的,KT266,、,Apollo Pro 266,芯片组的性能甚至不如基于,PCI,总线的,KT133A,和,Apollo Pro 694X,，,估计是当时,VIA,技术不成熟的缘故。,在,KT266A,之后,V-Link,开始表现出优越的性能，此后的,KT333,也沿用了266,MB/s,的,V-Link。,到了,KT400,和,P4X333，VIA,开始启用8,X V-Link,总线，其改进之处就是将总线的频率提升至133,MHz，,总线宽度仍为32位，总带宽达到了533,MB/s。,在这之后,VIA,将全面转向带宽达到1.06,GB/s,的,Ultra V-Link,总线，其综合水平与,Intel Hub-Link 2.0,大体相当。,SiS,的,MuTIOL（Multi-Threaded I/O Link）,总线来得最迟，但起点最高,MuTIOL,最早在,SiS635T（Intel Pentium,平台）和,SiS735（AMD Athlon,平台）两枚单芯片组中出现，性能则达到1.04,GB/s,的高水准！,MuTIOL,的实现方法与,Hub-Link、V-Link,存在较大差异，,SiS635T,和,SiS735,将南北桥芯片合二为一，但单芯片内部依然存在相应功能的南北桥逻辑；这些逻辑不再依附于一个整体，这样使用分离式点对点总线便成为可能。,MuTIOL,总线由8条独立的数据总线组成，南桥逻辑中的,PCI,设备、第一,IDE,通道、第二,IDE,通道、第一,USB,通道、第二,USB,通道、,AC97,音频、,V.90,软,Modem,和以太网控制器（,MAC）,等八个设备都拥有一条独立的33,MHz/32,位总线与北桥逻辑连接，每条总线各拥有133,MB/s,带宽，8条加起来的总带宽就是1.04,GB/s，,比同一时期的,Hub-Link,和,V-Link,都快得多！,但当,SiS,转回分离式南北桥的传统设计之后，分离总线不再可取，因为它会导致主板布线变得很困难（,8,条,32,位总线、总共需要,256,条连线）。为此，,MuTIOL,总线也悄然发生改变：总线宽度降低到,16,位、工作频率提升至,266,MHz,，,MuTIOL,总线可拥有,533,MB/s,的带宽,虽然名称没有改变，但此,MuTIOL,非单芯片时代的,MuTIOL,，,两者实际上毫无共同之处。而且自,SiS963,南桥开始，,SiS,将,MuTIOL,总线的工作频率提升至,533,MHz,，,总带宽达到,1.06,GB/s,。,Hub-Link、V-Link、,终究是一种过渡性的解决方案，它出现的背景是,PCI,总线无法满足要求、新一代总线又未能及时出现。今天的情形显然有了改变，,PCI Express,在2004年投入应用，届时,Intel,平台的芯片组多半会转向更快的,PCI Express,技术；而,AMD,采用了,HyperTransport,技术。,简单介绍一下,PCI EXPRESS,总线技术。,在两个设备之间点对点串行互联（两个芯片之间使用接口连线；设备之间使用数据电缆；而,PCI Express,接口的扩展卡之间使用连接插槽进行连接）；,与,PCI,所有设备共享同一条总线资源不同，,PCI Express,总线采用点对点技术，能够为每一块设备分配独享通道带宽，不需要在设备之间共享资源，这样充分保障了各设备的宽带资源，提高数据传输速率；,双通道，高带宽，传输速度快，在数据传输模式上，,PCI Express,总线采用独特的双通道传输模式，类似于全双工模式，大大提高了数据舆速度。在传输速度上，1.0版本的,PCI Express,将从每个信道单方向2.5,Gbps,的传输速率起步，而它在物理层上提供的132速可选信道带宽特性更使其可以轻松实现近乎无限的扩展传输能力。,低电源消耗，并有电源管理功能这主得益于,PCI Express,总线采用比,PCI,总线少得多的物理结构，如单,x1,带宽模式只需4线即可实现调整数据传输，实际上是每个通道只需4根线，发送和接收数据的信号线各一根，另外各一根独立的地线。当然实际上在单通道,PCI Express,总线接口插槽中并不是4针引脚，而是18针，这其余的14针都是通过4根芯线想互组合得到的。由于减少了数据传输芯线数量，所以它的电源消耗也就大降低了。,支持设备热拨插和热交换,PCI Express,总线接口插槽中含有热拨插检测信号，所以可以像,USB、IEEE 1394,总线那样进行热拨插和热交换。,现在简单介绍一下,Hyper Transport,技术,HyperTransport,是,AMD,所倡导的高速总线标准，这项技术原名为,LDT(Lighting Data Transport，,意即闪电数据传输)，早在1999年就开始设计并于2001年得到成功推广。与,PCI Express、PCI-X,不同，,HyperTransport,并不是作为连接设备的系统总线，它是一种定位于芯片互连的高速总线，比如说两枚处理器构建,SMP,系统、微处理器与芯片组、芯片组的南桥与北桥、高性能服务器内部，等等。,基本的,HyperTransport,总线采用两条点对点的单双工数据传输线路（一条为输入、一条为输出），它的物理频率只有400,MHz，,考虑,DDR,双向触发技术的效果，其数据传输频率相当于800,MHz，,换句话说数据传输速率为100,MB/s,但这只是一根传输线，如果使用8根传输线（8位），,HyperTransport,可达到800,MB/s,的数据带宽，,nVIDIA nForce、nForce 2,和,nForce 3 Pro,等数款芯片组都是采用这种总线！,如果是,16,根传输线，,HyperTransport,便可提供,1.6,GB/s,的数据传输带宽，这个数字似乎毫不惊人！但现在,AMD,将它的物理频率提升到,800,MHz,，,这样,8,位总线便可提供,1.6,GB/s,的数据带宽，,16,位总线则拥有,3.2,GB/s,的高带宽，与,PCI Express,相