任务二 微机主机的硬件体现之主板芯片组 一、控制芯片组的产生和发展史
计算机系统的早期，主板是由许多TTL 芯片和一些LSI 的芯片所组合而成，所以一块大AT 的主板就有一百多块芯片元件，生产一块主板不但耗时费力而且成本高。主板中存在众多的控制器，系统的组织管理较为复杂，效率较为低下，因此在286计算机时代，美国一家名叫晶技的公司（Chips ）把一百多块芯片元件，浓缩为五块大的芯片，即将各控制器集成到几个主要芯片之中，这就是控制芯片组的前身。 二、控制芯片组的系统定位与作用
1．系统定位
从计算机主机的组件组成角度来看控制芯片组是系统组件驱动与连接核心。
2．作用
实现系统各组件的连接及对系统外设的管理驱动。
三、控制芯片组的结构
1．南北桥架构
2．中心控制器架构
3．单芯片架构 四、控制芯片组的组成与功能
1．控制芯片组的生产厂商
Intel 、AMD 、nVADIA 、ATI 、VIA 、SiS 、ALi
2、控制芯片组的组成
北桥芯片、南桥芯片、基本系统设备接口
3．控制芯片组的功能
南北桥结构是历史悠久而且相当流行的主板芯片组架构。采用南北桥结构的主板上都有两个面积比较大的芯片，靠近CPU 的为北桥芯片，主要负责控制显卡、内存与CPU 之间的数据交换；靠近PCI 槽的为南桥芯片，主要负责软驱、硬盘、键盘以及扩展卡的数据交换。 五、控制芯片组的连接技术
传统的南北桥架构是通过PCI 总线来连接的，常用的PCI 总线是33.3MHz 工作频率，32bit 传输位宽，所以理论最高数据传输率仅为133MB/s。由于PCI 总线的共享性，当子系统及其它周边设备传输速率不断提高以后，主板南北桥之间偏低的数据传输率就逐渐成为影响系统整体性能发挥的瓶颈。因此，从英特尔i810开始，芯片组厂商都开始寻求一种能够提高南北桥连接带宽的解决方案。
1．Intel ：AHA 加速中心架构
英特尔的加速中心架构(Accelerated Hub Architecture，缩写AHA) 首次出现在它的著名整合芯片组i810中。在i810芯片组中，英特尔一改过去经典的南北桥构架，采用了新的加速中心构架。 长治职业技术学院 信息工程系 陈晓冬 第 1 页 共 9 页
加速中心架构由相当于传统北桥芯片的GMCH(Graphics & Memory Controller Hub，图形/存储器控制中心) 和相当于传统南桥芯片的ICH(I/O Controller Hub，I/O控制中心) ，以及新增的
FWH(Firmware Hub，固件控制器，相当于传统体系结构中的BIOS ROM)共3块芯片构成。
在这种新的加速中心架构中，两块芯片不是通过PCI 总线进行连接，而是利用能提供两倍于PCI 总线带宽的专用总线。这样，每种设备包括PCI 总线都可以与CPU 直接通讯，Intel 810芯片组中的内存控制器和图形控制器也可以使用一条8bit 的133MHz“2×模式”总线，使得数据带宽达到266MB/s，它的后续芯片组i8xx 也大多采用这种架构。
这种体系其实跟南北桥架构相差不大，它主要是把PCI 控制部分从北桥中剥离出来(北桥成为GMCH) ，由ICH 负责PCI 以及其它以前南桥负责的功能，而ICH 也采用了加速中心架构，在图形卡和内存与整合的AC’97 控制器、IDE 控制器、双USB 端口和PCI 附加卡之间建立一个直接的连接。由于英特尔中心架构提供了每秒266 MB 的PCI 带宽，这使得I/O控制器和内存控制器之间可以传输更多更丰富的信息；再加上优化了仲裁规则，系统可以同时进行更多的线程，从而实现了较为明显的性能提升。在GMCH 与ICH 之间的传输速率则达到了8位133MHz DDR(等效于266MHz ，266MB/s)，它使得PCI 总线、USB 总线以及IDE 通道与系统内存和处理器之间的带宽有较大的增进。
2．AMD ：HyperTransport 总线架构
在如何连接南北桥芯片，使IDE 磁盘效能及网络性能得以充分发挥的问题上，AMD 也制订出了一种能适用于各种高速芯片组之间的传输界面，这就是LDT(Lightning Data Transport)，2001年2月改名为HyperTransport 。
HyperTransport 技术由AMD 在2002年4月首次公布，得到了包括NVIDIA 、ALi 在内的多家著名厂商的支持。该技术旨在提高各种IC 芯片(包括PC ， PDA等诸多方面) 的数据传输速率，目前它的带宽已达到12.8GB/s，其传输速度是现有PCI 技术的96倍以上。
HyperTransport 是由两条点对点的单向数据传输路径组成(一条为输入、一条为输出) 。两条单向传输路径的数据带宽是可以根据数据量的大小而弹性改变，最低的有2bit ，可以调节为4bit 、8bit 、16bit 、32bit ，HyperTransport 是运行在400MHz 的时钟频率下的，但是使用的是与DDR 相同的双钟频触发技术，所以在400MHz 的额定频率下数据传输率最高可达800MB/s。不过该总线还有一大特色就是当数据资料宽度为非32bit(4Byte)时，可以用分批传输数据来达到32bit 相同的效果，比如说16bit 的数据就分两批传输，在使用8bit 数据时就分4批传送，这种分包传输数据的方法，给了HyperTransport 更大的弹性空间，最小4Byte ，最大64Byte 。对资料快速传输带来了很大的改良，提高了系统数据处理性能。
HyperTransport 技术在芯片组上的首次运用出现在NVIDIA 的系统芯片组处女作nForce 上面。nForce 芯片组由北桥芯片Integrated Graphics Processor (IGP)与南桥芯片Media and
Communications Processor (MCP)组成。而HyperTransport 总线对于NVIDIA 的nForce 芯片组体系来说，其作用就是把MCP 、IGP 以及CPU 连接起来。在南北桥之间，nForce 通过一个同步的8位高速数据总线，在不增加更多引脚的同时，获得IGP 与MCP 之间800MB/s的巨大数据带宽。虽然从数 长治职业技术学院 信息工程系 陈晓冬 第 2 页 共 9 页
值上来看，要低于矽统的Multi-Threaded I/O Link 架构，但由HyperTransport 双条单向数据流技术特性所决定，它的带宽增益也颇为引人注目，相信至少能够满足两三年以内的外设需要了。
3．PCI-E 架构
PCI-Express 是最新的总线和接口标准，它原来的名称为“3GIO”，是由英特尔提出的，很明显英特尔的意思是它代表着下一代I/O接口标准。交由PCI-SIG （PCI 特殊兴趣组织）认证发布后才改名为“PCI-Express”。这个新标准将全面取代现行的PCI 和AGP ，最终实现总线标准的统一。它的主要优势就是数据传输速率高，目前最高可达到10GB/s以上，而且还有相当大的发展潜力。PCI Express也有多种规格，从PCI Express 1X到PCI Express 16X，能满足现在和将来一定时间内出现的低速设备和高速设备的需求。能支持PCI Express的主要是英特尔的i915和i925系列芯片组。当然要全面取代PCI 和AGP 也需要一个相当长的过程，就象当初PCI 取代ISA 一样，都会有个过渡过程。
PCI Express（以下简称PCI-E ）采用了目前业内流行的点对点串行连接，比起PCI 以及更早期的计算机总线的共享并行架构，每个设备都有自己的专用连接，不需要向整个总线请求带宽，而且可以把数据传输率提高到一个很高的频率，达到PCI 所不能提供的高带宽。相对于传统PCI 总线在单一时间周期内只能实现单向传输，PCI-E 的双单工连接能提供更高的传输速率和质量，它们之间的差异跟半双工和全双工类似。
PCI-E 的接口根据总线位宽不同而有所差异，包括X1、X4、X8以及X16，而X2模式将用于内部接口而非插槽模式。PCI-E 规格从1条通道连接到32条通道连接，有非常强的伸缩性，以满足不同系统设备对数据传输带宽不同的需求。此外，较短的PCI-E 卡可以插入较长的PCI-E 插槽中使用，PCI-E 接口还能够支持热拔插，这也是个不小的飞跃。PCI-E X1的250MB/秒传输速度已经可以满足主流声效芯片、网卡芯片和存储设备对数据传输带宽的需求，但是远远无法满足图形芯片对数据传输带宽的需求。 因此，用于取代AGP 接口的PCI-E 接口位宽为X16，能够提供5GB/s的带宽，即便有编码上的损耗但仍能够提供约为4GB/s左右的实际带宽，远远超过AGP 8X的2.1GB/s的带宽。
尽管PCI-E 技术规格允许实现X1（250MB/秒），X2，X4，X8，X12，X16和X32通道规格，但是依目前形式来看，PCI-E X1和PCI-E X16已成为PCI-E 主流规格，同时很多芯片组厂商在南桥芯片当中添加对PCI-E X1的支持，在北桥芯片当中添加对PCI-E X16的支持。除去提供极高数据传输带宽之外，PCI-E 因为采用串行数据包方式传递数据，所以PCI-E 接口每个针脚可以获得比传统I/O标准更多的带宽，这样就可以降低PCI-E 设备生产成本和体积。另外，PCI-E 也支持高阶电源管理，支持热插拔，支持数据同步传输，为优先传输数据进行带宽优化。
六、控制芯片组对系统总线的支持
1．对PCI 总线的支持
2．对PCI-E 总线的支持
3．对HyperTransport 总线的支持
4．对新型显示卡接口的支持
5．对外设接口的支持
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七、最新的控制芯片组产品
1．英特尔X58芯片组
假如说2004年6月21日915芯片组的到来，为我们带来了Intel 近十年来最重要的变革：新CPU 插座－Socket 775、新的总线－PCI Express以及新内存规格－DDR2。而2008年四季度的X58告诉我们，摩尔定律真的不能再等10年了，LGA 1366、DDR3、PCI-E 2.0、SLI 也已经不能再等10年了。CPU 接口变了、内存变三通道了、前端总线变QPI 了、可以SLI 了„„
X58是Intel 为Core i7搭配的桌面芯片组，属于高端桌面平台，由X58 IOH和ICH10系列南桥组成。其特点为：
·采用LGA 1366接口，封装面积更大
·支持8八线程四核心处理器
·采用3通道内存设计，提供更高带宽
·8MB的共享缓存
·提供更多PCI-E 2.0通道（2X16和4X8的方案）
·更多的SEE4
在以往的Intel 芯片组如P45、X38中，北桥芯片包含了内存控制器，被称为MCH （Memory
Controller Hub）。到了Nehalem 推出以后，平台架构发生了翻天覆地的变化，内存控制器从北桥移到了CPU 内部，因而北桥不再称为MCH ，而是改名为IOH （I/O Hub）。IOH 被定义为各种I/O设备连接到具备QPI 总线的CPU 的桥梁，它同时提供了很多PCI-E 2.0总线连接作为标准的I/O接口。从CPU 到IOH 的连接界面是QPI 总线，从IOH 到南桥的连接是从915芯片组一直沿用下来的基于PCI-E Gen1 x4的DMI 总线。
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X58 IOH提供的36个PCI-E 2.0连接可以配置为2*16x、4*8x等组合（此外还剩下一个4x 连接），可以支持最多四张显卡的系统，比如四路CrossFire X 、三路SLI 、双路SLI 及CrossFire 等。如果主板要将1个16x 连接无跳线切换为2个8x 连接，需要放置1组共4颗PCI-E 2.0 Mux芯片，每1颗芯片控制2个PCI-E 通道。 X58北桥芯片还是采用65nm 工艺制造，因此核心(DIE)面积很大，而且主板从业人员透露明显要比现在任何芯片组都热得多，主要原因是它要通过高速QPI 总线和处理器进行通信。X58可提供36条PCI-E 2.0信道，所以可支持双x16模式的CrossFire/SLI，还剩下四条信道，既可以用于第三条PCI-E x16插槽，也可以用于几条PCI-E x1插槽。
LGA1366+X58性能 比上代架构提升30%：Intel 公布最新Nehalem 微架构产品规划，第四季末将推出三款Bloomfield 四核心处理器，核心频率介乎2.66～3.2GHz 。新一代Nehalem 微架构放弃了旧有FSB ，改用全新QPI （Quick Path Interconnect ）架构，原生四核心并支持类似 Hyper-Threading 的SMT 技术，因此同一时间最高可处理8个Threads ，采用全新Socket LGA1366，将配搭新一代X58芯片组，预期效能将比同上代Penryn 微架构提升15～30%，Bloomfield XE版本内建8MB L3 Cache ，改用全新QPI 架构后，处理器与芯片组传输速度为6.4GT/s，内建Tri-Channel 内存控制器，支持最高DDR3-1333模块，FMB 版本为08，最高TDP 为130W 。
新QPI 总线架构特性：
QPI 互联架构本身具有升级性
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●
● QPI 总线架构具备高可靠性和性能 QPI 使CPU 中集成内存控制器
QPI 抛弃了以往“前端总线——北桥——内存总线”的模式，使用了4+1的互联方式（4针对处理器，1针对I/O设计）。这样做的好处是，多处理器的每个处理器都能直接与物理内存相连，每个处理器之间也能彼此互联来充分利用不同的内存，可让多处理器的等待时间变短（访问延迟可以降低50%以上）。
● 峰值带宽可达96GB/s——满足未来的数据传输需求
据Intel 相关数据显示，QPI 高速互连方式使得CPU 与CPU 之间的峰值带宽可达96GB/s，峰值内存带宽可达34GB/s。这主要在于QPI 采用了与PCI-E 类似的点对点（Point-to-Point ）设计，包括4条通路，每个通路（Lanes ）包括一对线路，分别负责数据发送和接收，每一条通路可传送20bit 数据。这就意味着即便是最早的QPI 标准，其传输速度也能达到6.4GB/s——相当于每个连接能传输的单向带宽总计带宽可达到25.6GB/s（为FSB 1600MHz的12.8GB/s的两倍）。这样的带宽能满足未来CPU 与CPU 、CPU 与芯片组间的数据传输需求。
● 数据传输直通车——不需再绕道芯片组
QPI 总线可实现多核处理器内部的直接互联，而无须如以前那样还要再经过FSB 进行连接。例如，针对服务器的Nehalem 处理器将拥有至少4组QPI 传输，可至少组成包括4枚处理器的4路高端服务器系统（也就是16枚运算内核至少32线程并行运作）。而且在多处理器作业下，每颗处理器可以互相传送资料，并不需经过芯片组，从而大幅提升整体系统性能。随着未来Nehalem 架构的处理器集成内存控制器、PCI-E 2.0图形接口乃至图形核心，QPI 架构的优势将进一步发挥出来。
● QPI 给未来单芯片时代铺路
在QPI 新总线技术的支持下，可以预见的是，以后的系统性能将进一步增强，更符合摩尔定律发展的规律。也正是在QPI 总线的强力支持下，Intel 的新平台有望告别已略显过时的南北桥芯片组架构，进入更符合时代潮流的单芯片组（只保留南桥芯片）架构。并且，在QPI 总线的强力支持下，CPU 集成较高性能的GPU 将不再是一句空话——预计在2009年第二季度末推出的第三款Nehalem 架构的“Havendale”处理器便将直接集成GPU （将图形核心做成一枚单独的芯片，然后将它与CPU 封装在一起）。
● QPI 其实不是串行
2．Intel 915芯片组：
i915系列开发代号Grantsdale ，它现在已经成为了市场中的低端产品。Intel 915系列芯片组型号也分外的多，其中包括主打产品i915P 、附带内置GMA900（Intel Graphics Media Accelerator 900）显卡的i915G 、附带内置GMA900显卡无PCI Express x16接口的i915GV ，以及最低端的i910GL 。Intel 915可以支持包括最新的CeleronD 在内的绝大部分主流处理器。在内存上i915系列不仅支持DDR 内存，同时也支持DDR2内存，所以现在世面上有仅支持DDR 内存的主板和同时支持DDR2和DDR 内存的主板。在显卡的支持上Intel 915完全不支持AGP 。现在我们可以在一些i915主板上看 长治职业技术学院 信息工程系 陈晓冬 第 6 页 共 9 页
到AGP 插槽，但其实是基于
一个接口转换后的PCI 总
线，虽然可以使用AGP
显卡，
但由于PCI 设备总线的带宽
比AGP 总线提供的带宽小的
多，所以也就极大的影响了
显卡性能的发挥。
在使用DDR2-533MHz 内
存的情况下，其显示带宽甚
至可以提升至8.5GB/s，而
且其“Zone Rendering”技
术还可以减少对被遮挡场景
的无效渲染，减轻显卡负担。
而且它还有DVMT 动态内存调整，比如已在BIOS 中设定平时使用32MB 显存，在游戏开始时不用再次调整BIOS 中显存设定，系统会自动将显存设置为128MB ，游戏结束后再调整回32MB ，所以GMA900是具有一定游戏能力的。GMA900还具有节能模式、动态分辨率调整和宽屏显示、HDTV (1080i, 720p) 支持多种功能，还可以配合外接在PCI Express x16接口上的ADD2 SDVO扩展卡实现多头显示、DVI 输出等扩展。
在ICH6系列南桥中的硬盘控制中，INTEL 又新增了一个支持SATA 硬盘的Native Command
Queuing (NCQ)优化技术。它可以将硬盘的缓存中的命令根据实际要操作的数据所处的地址加以进行重新排序。比如说缓存中的命令排列是A 、B 、C 、D ，而我们要操作的数据按照顺时针在硬盘上排列是A 目标数据、C 目标数据、B 目标数据、D 目标数据。按照以往的操作，硬盘要转动2.5周，而采用NCQ 后，可以把缓存中的命令从原始的A 、B 、C 、D 排列为A 、C 、B 、D ，这样硬盘转动一周就可以完成工作，所以NCQ 可以提高硬盘的工作效率提高硬盘的性能。不过它也需要硬盘本身支持这项技术。
ICH6R 南桥除了原有的RAID0和RAID1模式外，还增加了新的Matrix RAID模式。这是一种不同于RAID0、RAID1和RAID0+1的模式。它可以同时在两个硬盘上分别实现RAID0和RAID1功能，但这里的RAID1不是对RAID0数据的备份，为此INTEL 曾经反复强调不要将其和RAID0+1混为一谈。我们以2个80G 硬盘为例，我们可以将两个硬盘的前40G 组成80G 的RAID0逻辑分区，用来安装操作系统，游戏、软件的等需要加速而不在意安全性的东西。在把两个硬盘的后40G 组成40G 的RAID1逻辑分区，用来存放重要的数据和文件。
i915P 规格：支持LGA775 Prescott 处理器，800/533Mhz前端总线，4 个DIMM 插槽，支持DDR2 533/400或DDR400/333内存，支持PCI 、PCI Express x16和x1接口，ICH6系列南桥，8个USB 2.0端口，1个ATA66/100界面和4个串行ATA 端口等。
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2．Intel 945P/955X芯片组：
Intel945在当今Intel 平台市场中应该说是绝对的主流级产品，而Intel 955X则面向高端及服务器、工作站用户。支持Intel 至今推出的全系列处理器。
新一代的945芯片组支持以往只有925XE 服务器主板才支持的1066MHz FSB，在内存方面，945只支持DDR2类型的内存，最高支持到4GB 的667MHz 的DDR2。由于现在的DDR2内存在价格上与DDR 内存相差不远，所以抛弃对DDR 内存的支持并不会对用户的升级造成很大的麻烦。
在南桥的支持方面，945可以搭配新一代南桥ICH7和ICH7R ，新南桥在磁盘的支持上有所改善，提供4个3Gbps 的SATA Ⅱ接口，支持ICH6南桥所没有的RAID 5，RAID10，除此之外还将对PCI Express x1的接口数量增加到了6个，其中4个可以捆绑成PCI Express x4使用，另外两个则只能作为PCI Express x1使用。并且支持SATA 硬盘热插拔。在音效方面，ICH7和ICH6一样支持High Definition Audio 规格，为用户提供高质量的音效输出。
和Intel 945P相比，由于Intel 955X芯片组提供了对内存重新寻址（memory remapping）的功能的支持，使得其内存的最大寻址空间支持到8GB ，且支持ECC-RAM 内存，而Intel 945P最高只能支持到4GB 。同时Intel 955X 具有Intel 945P 不具备的两英特尔内存平行管线技术（Intel Memory Pipeline Technology：MPT ），这项技术目前只有955X 芯片组才支持，MPT 的技术能够在处理器与主存储器之间，整合多个最佳化且具有很大弹性的数据信道，以借助指令调度器（opportunistic instruction scheduler）的设计，改善内存数据存取算法的次数，这样可以更有效使用内存块（memory banks）及单独内存区间（individual memory locations）。
Intel 在ICH7R 中加入了更为强大的RAID 5技术，同时RAID 5技术也是Promise 今年主要推广的存储技术。其技术特点在于如果用户使用的是两块SATA 硬盘，可以用RAID 0或RAID 1方式来组成磁盘阵列，如果安装上三块甚至四块硬盘，那么全新的Matrix Storage Technology技术就可 长治职业技术学院 信息工程系 陈晓冬 第 8 页 共 9 页
以提供更多更全面的支持，比如用户安装上三SATA 硬盘机时，ICH7R 南桥芯片可以支持组建一个RAID 5模式，如果装上四块硬盘，可以选择使用RAID 5或RAID 10两种模式，而RAID 0也最多可以用到四块硬盘，RAID 1一样只能用在两两成对的硬盘上组建。可以看出如果要使用RAID 5至少需要用户安装三块硬盘，这样可以避免任何一个硬盘上的数据意外的损坏而造成不可挽回的损失，可以确保数据安全性。
i945P 、955X 规格：支持LGA775 Prescott 全系列处理器，1066MHz/800/533Mhz前端总线，4 个DIMM 插槽，支持DDR2 667/533/400，支持PCI 、PCI Express x16和x1接口，ICH7系列南桥，8个USB 2.0端口，ATA66/100/133界面和4个串行SATAII 端口等。
八、本任务的实训问题
5．控制芯片组中各主要芯片的作用是什么？
6．当前控制芯片组之间的连接方式主要有哪些？各有何特点？性能如何？
7．试描述控制芯片组的系统定位与作用。
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任务二 微机主机的硬件体现之主板芯片组 一、控制芯片组的产生和发展史
计算机系统的早期，主板是由许多TTL 芯片和一些LSI 的芯片所组合而成，所以一块大AT 的主板就有一百多块芯片元件，生产一块主板不但耗时费力而且成本高。主板中存在众多的控制器，系统的组织管理较为复杂，效率较为低下，因此在286计算机时代，美国一家名叫晶技的公司（Chips ）把一百多块芯片元件，浓缩为五块大的芯片，即将各控制器集成到几个主要芯片之中，这就是控制芯片组的前身。 二、控制芯片组的系统定位与作用
1．系统定位
从计算机主机的组件组成角度来看控制芯片组是系统组件驱动与连接核心。
2．作用
实现系统各组件的连接及对系统外设的管理驱动。
三、控制芯片组的结构
1．南北桥架构
2．中心控制器架构
3．单芯片架构 四、控制芯片组的组成与功能
1．控制芯片组的生产厂商
Intel 、AMD 、nVADIA 、ATI 、VIA 、SiS 、ALi
2、控制芯片组的组成
北桥芯片、南桥芯片、基本系统设备接口
3．控制芯片组的功能
南北桥结构是历史悠久而且相当流行的主板芯片组架构。采用南北桥结构的主板上都有两个面积比较大的芯片，靠近CPU 的为北桥芯片，主要负责控制显卡、内存与CPU 之间的数据交换；靠近PCI 槽的为南桥芯片，主要负责软驱、硬盘、键盘以及扩展卡的数据交换。 五、控制芯片组的连接技术
传统的南北桥架构是通过PCI 总线来连接的，常用的PCI 总线是33.3MHz 工作频率，32bit 传输位宽，所以理论最高数据传输率仅为133MB/s。由于PCI 总线的共享性，当子系统及其它周边设备传输速率不断提高以后，主板南北桥之间偏低的数据传输率就逐渐成为影响系统整体性能发挥的瓶颈。因此，从英特尔i810开始，芯片组厂商都开始寻求一种能够提高南北桥连接带宽的解决方案。
1．Intel ：AHA 加速中心架构
英特尔的加速中心架构(Accelerated Hub Architecture，缩写AHA) 首次出现在它的著名整合芯片组i810中。在i810芯片组中，英特尔一改过去经典的南北桥构架，采用了新的加速中心构架。 长治职业技术学院 信息工程系 陈晓冬 第 1 页 共 9 页
加速中心架构由相当于传统北桥芯片的GMCH(Graphics & Memory Controller Hub，图形/存储器控制中心) 和相当于传统南桥芯片的ICH(I/O Controller Hub，I/O控制中心) ，以及新增的
FWH(Firmware Hub，固件控制器，相当于传统体系结构中的BIOS ROM)共3块芯片构成。
在这种新的加速中心架构中，两块芯片不是通过PCI 总线进行连接，而是利用能提供两倍于PCI 总线带宽的专用总线。这样，每种设备包括PCI 总线都可以与CPU 直接通讯，Intel 810芯片组中的内存控制器和图形控制器也可以使用一条8bit 的133MHz“2×模式”总线，使得数据带宽达到266MB/s，它的后续芯片组i8xx 也大多采用这种架构。
这种体系其实跟南北桥架构相差不大，它主要是把PCI 控制部分从北桥中剥离出来(北桥成为GMCH) ，由ICH 负责PCI 以及其它以前南桥负责的功能，而ICH 也采用了加速中心架构，在图形卡和内存与整合的AC’97 控制器、IDE 控制器、双USB 端口和PCI 附加卡之间建立一个直接的连接。由于英特尔中心架构提供了每秒266 MB 的PCI 带宽，这使得I/O控制器和内存控制器之间可以传输更多更丰富的信息；再加上优化了仲裁规则，系统可以同时进行更多的线程，从而实现了较为明显的性能提升。在GMCH 与ICH 之间的传输速率则达到了8位133MHz DDR(等效于266MHz ，266MB/s)，它使得PCI 总线、USB 总线以及IDE 通道与系统内存和处理器之间的带宽有较大的增进。
2．AMD ：HyperTransport 总线架构
在如何连接南北桥芯片，使IDE 磁盘效能及网络性能得以充分发挥的问题上，AMD 也制订出了一种能适用于各种高速芯片组之间的传输界面，这就是LDT(Lightning Data Transport)，2001年2月改名为HyperTransport 。
HyperTransport 技术由AMD 在2002年4月首次公布，得到了包括NVIDIA 、ALi 在内的多家著名厂商的支持。该技术旨在提高各种IC 芯片(包括PC ， PDA等诸多方面) 的数据传输速率，目前它的带宽已达到12.8GB/s，其传输速度是现有PCI 技术的96倍以上。
HyperTransport 是由两条点对点的单向数据传输路径组成(一条为输入、一条为输出) 。两条单向传输路径的数据带宽是可以根据数据量的大小而弹性改变，最低的有2bit ，可以调节为4bit 、8bit 、16bit 、32bit ，HyperTransport 是运行在400MHz 的时钟频率下的，但是使用的是与DDR 相同的双钟频触发技术，所以在400MHz 的额定频率下数据传输率最高可达800MB/s。不过该总线还有一大特色就是当数据资料宽度为非32bit(4Byte)时，可以用分批传输数据来达到32bit 相同的效果，比如说16bit 的数据就分两批传输，在使用8bit 数据时就分4批传送，这种分包传输数据的方法，给了HyperTransport 更大的弹性空间，最小4Byte ，最大64Byte 。对资料快速传输带来了很大的改良，提高了系统数据处理性能。
HyperTransport 技术在芯片组上的首次运用出现在NVIDIA 的系统芯片组处女作nForce 上面。nForce 芯片组由北桥芯片Integrated Graphics Processor (IGP)与南桥芯片Media and
Communications Processor (MCP)组成。而HyperTransport 总线对于NVIDIA 的nForce 芯片组体系来说，其作用就是把MCP 、IGP 以及CPU 连接起来。在南北桥之间，nForce 通过一个同步的8位高速数据总线，在不增加更多引脚的同时，获得IGP 与MCP 之间800MB/s的巨大数据带宽。虽然从数 长治职业技术学院 信息工程系 陈晓冬 第 2 页 共 9 页
值上来看，要低于矽统的Multi-Threaded I/O Link 架构，但由HyperTransport 双条单向数据流技术特性所决定，它的带宽增益也颇为引人注目，相信至少能够满足两三年以内的外设需要了。
3．PCI-E 架构
PCI-Express 是最新的总线和接口标准，它原来的名称为“3GIO”，是由英特尔提出的，很明显英特尔的意思是它代表着下一代I/O接口标准。交由PCI-SIG （PCI 特殊兴趣组织）认证发布后才改名为“PCI-Express”。这个新标准将全面取代现行的PCI 和AGP ，最终实现总线标准的统一。它的主要优势就是数据传输速率高，目前最高可达到10GB/s以上，而且还有相当大的发展潜力。PCI Express也有多种规格，从PCI Express 1X到PCI Express 16X，能满足现在和将来一定时间内出现的低速设备和高速设备的需求。能支持PCI Express的主要是英特尔的i915和i925系列芯片组。当然要全面取代PCI 和AGP 也需要一个相当长的过程，就象当初PCI 取代ISA 一样，都会有个过渡过程。
PCI Express（以下简称PCI-E ）采用了目前业内流行的点对点串行连接，比起PCI 以及更早期的计算机总线的共享并行架构，每个设备都有自己的专用连接，不需要向整个总线请求带宽，而且可以把数据传输率提高到一个很高的频率，达到PCI 所不能提供的高带宽。相对于传统PCI 总线在单一时间周期内只能实现单向传输，PCI-E 的双单工连接能提供更高的传输速率和质量，它们之间的差异跟半双工和全双工类似。
PCI-E 的接口根据总线位宽不同而有所差异，包括X1、X4、X8以及X16，而X2模式将用于内部接口而非插槽模式。PCI-E 规格从1条通道连接到32条通道连接，有非常强的伸缩性，以满足不同系统设备对数据传输带宽不同的需求。此外，较短的PCI-E 卡可以插入较长的PCI-E 插槽中使用，PCI-E 接口还能够支持热拔插，这也是个不小的飞跃。PCI-E X1的250MB/秒传输速度已经可以满足主流声效芯片、网卡芯片和存储设备对数据传输带宽的需求，但是远远无法满足图形芯片对数据传输带宽的需求。 因此，用于取代AGP 接口的PCI-E 接口位宽为X16，能够提供5GB/s的带宽，即便有编码上的损耗但仍能够提供约为4GB/s左右的实际带宽，远远超过AGP 8X的2.1GB/s的带宽。
尽管PCI-E 技术规格允许实现X1（250MB/秒），X2，X4，X8，X12，X16和X32通道规格，但是依目前形式来看，PCI-E X1和PCI-E X16已成为PCI-E 主流规格，同时很多芯片组厂商在南桥芯片当中添加对PCI-E X1的支持，在北桥芯片当中添加对PCI-E X16的支持。除去提供极高数据传输带宽之外，PCI-E 因为采用串行数据包方式传递数据，所以PCI-E 接口每个针脚可以获得比传统I/O标准更多的带宽，这样就可以降低PCI-E 设备生产成本和体积。另外，PCI-E 也支持高阶电源管理，支持热插拔，支持数据同步传输，为优先传输数据进行带宽优化。
六、控制芯片组对系统总线的支持
1．对PCI 总线的支持
2．对PCI-E 总线的支持
3．对HyperTransport 总线的支持
4．对新型显示卡接口的支持
5．对外设接口的支持
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七、最新的控制芯片组产品
1．英特尔X58芯片组
假如说2004年6月21日915芯片组的到来，为我们带来了Intel 近十年来最重要的变革：新CPU 插座－Socket 775、新的总线－PCI Express以及新内存规格－DDR2。而2008年四季度的X58告诉我们，摩尔定律真的不能再等10年了，LGA 1366、DDR3、PCI-E 2.0、SLI 也已经不能再等10年了。CPU 接口变了、内存变三通道了、前端总线变QPI 了、可以SLI 了„„
X58是Intel 为Core i7搭配的桌面芯片组，属于高端桌面平台，由X58 IOH和ICH10系列南桥组成。其特点为：
·采用LGA 1366接口，封装面积更大
·支持8八线程四核心处理器
·采用3通道内存设计，提供更高带宽
·8MB的共享缓存
·提供更多PCI-E 2.0通道（2X16和4X8的方案）
·更多的SEE4
在以往的Intel 芯片组如P45、X38中，北桥芯片包含了内存控制器，被称为MCH （Memory
Controller Hub）。到了Nehalem 推出以后，平台架构发生了翻天覆地的变化，内存控制器从北桥移到了CPU 内部，因而北桥不再称为MCH ，而是改名为IOH （I/O Hub）。IOH 被定义为各种I/O设备连接到具备QPI 总线的CPU 的桥梁，它同时提供了很多PCI-E 2.0总线连接作为标准的I/O接口。从CPU 到IOH 的连接界面是QPI 总线，从IOH 到南桥的连接是从915芯片组一直沿用下来的基于PCI-E Gen1 x4的DMI 总线。
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X58 IOH提供的36个PCI-E 2.0连接可以配置为2*16x、4*8x等组合（此外还剩下一个4x 连接），可以支持最多四张显卡的系统，比如四路CrossFire X 、三路SLI 、双路SLI 及CrossFire 等。如果主板要将1个16x 连接无跳线切换为2个8x 连接，需要放置1组共4颗PCI-E 2.0 Mux芯片，每1颗芯片控制2个PCI-E 通道。 X58北桥芯片还是采用65nm 工艺制造，因此核心(DIE)面积很大，而且主板从业人员透露明显要比现在任何芯片组都热得多，主要原因是它要通过高速QPI 总线和处理器进行通信。X58可提供36条PCI-E 2.0信道，所以可支持双x16模式的CrossFire/SLI，还剩下四条信道，既可以用于第三条PCI-E x16插槽，也可以用于几条PCI-E x1插槽。
LGA1366+X58性能 比上代架构提升30%：Intel 公布最新Nehalem 微架构产品规划，第四季末将推出三款Bloomfield 四核心处理器，核心频率介乎2.66～3.2GHz 。新一代Nehalem 微架构放弃了旧有FSB ，改用全新QPI （Quick Path Interconnect ）架构，原生四核心并支持类似 Hyper-Threading 的SMT 技术，因此同一时间最高可处理8个Threads ，采用全新Socket LGA1366，将配搭新一代X58芯片组，预期效能将比同上代Penryn 微架构提升15～30%，Bloomfield XE版本内建8MB L3 Cache ，改用全新QPI 架构后，处理器与芯片组传输速度为6.4GT/s，内建Tri-Channel 内存控制器，支持最高DDR3-1333模块，FMB 版本为08，最高TDP 为130W 。
新QPI 总线架构特性：
QPI 互联架构本身具有升级性
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●
● QPI 总线架构具备高可靠性和性能 QPI 使CPU 中集成内存控制器
QPI 抛弃了以往“前端总线——北桥——内存总线”的模式，使用了4+1的互联方式（4针对处理器，1针对I/O设计）。这样做的好处是，多处理器的每个处理器都能直接与物理内存相连，每个处理器之间也能彼此互联来充分利用不同的内存，可让多处理器的等待时间变短（访问延迟可以降低50%以上）。
● 峰值带宽可达96GB/s——满足未来的数据传输需求
据Intel 相关数据显示，QPI 高速互连方式使得CPU 与CPU 之间的峰值带宽可达96GB/s，峰值内存带宽可达34GB/s。这主要在于QPI 采用了与PCI-E 类似的点对点（Point-to-Point ）设计，包括4条通路，每个通路（Lanes ）包括一对线路，分别负责数据发送和接收，每一条通路可传送20bit 数据。这就意味着即便是最早的QPI 标准，其传输速度也能达到6.4GB/s——相当于每个连接能传输的单向带宽总计带宽可达到25.6GB/s（为FSB 1600MHz的12.8GB/s的两倍）。这样的带宽能满足未来CPU 与CPU 、CPU 与芯片组间的数据传输需求。
● 数据传输直通车——不需再绕道芯片组
QPI 总线可实现多核处理器内部的直接互联，而无须如以前那样还要再经过FSB 进行连接。例如，针对服务器的Nehalem 处理器将拥有至少4组QPI 传输，可至少组成包括4枚处理器的4路高端服务器系统（也就是16枚运算内核至少32线程并行运作）。而且在多处理器作业下，每颗处理器可以互相传送资料，并不需经过芯片组，从而大幅提升整体系统性能。随着未来Nehalem 架构的处理器集成内存控制器、PCI-E 2.0图形接口乃至图形核心，QPI 架构的优势将进一步发挥出来。
● QPI 给未来单芯片时代铺路
在QPI 新总线技术的支持下，可以预见的是，以后的系统性能将进一步增强，更符合摩尔定律发展的规律。也正是在QPI 总线的强力支持下，Intel 的新平台有望告别已略显过时的南北桥芯片组架构，进入更符合时代潮流的单芯片组（只保留南桥芯片）架构。并且，在QPI 总线的强力支持下，CPU 集成较高性能的GPU 将不再是一句空话——预计在2009年第二季度末推出的第三款Nehalem 架构的“Havendale”处理器便将直接集成GPU （将图形核心做成一枚单独的芯片，然后将它与CPU 封装在一起）。
● QPI 其实不是串行
2．Intel 915芯片组：
i915系列开发代号Grantsdale ，它现在已经成为了市场中的低端产品。Intel 915系列芯片组型号也分外的多，其中包括主打产品i915P 、附带内置GMA900（Intel Graphics Media Accelerator 900）显卡的i915G 、附带内置GMA900显卡无PCI Express x16接口的i915GV ，以及最低端的i910GL 。Intel 915可以支持包括最新的CeleronD 在内的绝大部分主流处理器。在内存上i915系列不仅支持DDR 内存，同时也支持DDR2内存，所以现在世面上有仅支持DDR 内存的主板和同时支持DDR2和DDR 内存的主板。在显卡的支持上Intel 915完全不支持AGP 。现在我们可以在一些i915主板上看 长治职业技术学院 信息工程系 陈晓冬 第 6 页 共 9 页
到AGP 插槽，但其实是基于
一个接口转换后的PCI 总
线，虽然可以使用AGP
显卡，
但由于PCI 设备总线的带宽
比AGP 总线提供的带宽小的
多，所以也就极大的影响了
显卡性能的发挥。
在使用DDR2-533MHz 内
存的情况下，其显示带宽甚
至可以提升至8.5GB/s，而
且其“Zone Rendering”技
术还可以减少对被遮挡场景
的无效渲染，减轻显卡负担。
而且它还有DVMT 动态内存调整，比如已在BIOS 中设定平时使用32MB 显存，在游戏开始时不用再次调整BIOS 中显存设定，系统会自动将显存设置为128MB ，游戏结束后再调整回32MB ，所以GMA900是具有一定游戏能力的。GMA900还具有节能模式、动态分辨率调整和宽屏显示、HDTV (1080i, 720p) 支持多种功能，还可以配合外接在PCI Express x16接口上的ADD2 SDVO扩展卡实现多头显示、DVI 输出等扩展。
在ICH6系列南桥中的硬盘控制中，INTEL 又新增了一个支持SATA 硬盘的Native Command
Queuing (NCQ)优化技术。它可以将硬盘的缓存中的命令根据实际要操作的数据所处的地址加以进行重新排序。比如说缓存中的命令排列是A 、B 、C 、D ，而我们要操作的数据按照顺时针在硬盘上排列是A 目标数据、C 目标数据、B 目标数据、D 目标数据。按照以往的操作，硬盘要转动2.5周，而采用NCQ 后，可以把缓存中的命令从原始的A 、B 、C 、D 排列为A 、C 、B 、D ，这样硬盘转动一周就可以完成工作，所以NCQ 可以提高硬盘的工作效率提高硬盘的性能。不过它也需要硬盘本身支持这项技术。
ICH6R 南桥除了原有的RAID0和RAID1模式外，还增加了新的Matrix RAID模式。这是一种不同于RAID0、RAID1和RAID0+1的模式。它可以同时在两个硬盘上分别实现RAID0和RAID1功能，但这里的RAID1不是对RAID0数据的备份，为此INTEL 曾经反复强调不要将其和RAID0+1混为一谈。我们以2个80G 硬盘为例，我们可以将两个硬盘的前40G 组成80G 的RAID0逻辑分区，用来安装操作系统，游戏、软件的等需要加速而不在意安全性的东西。在把两个硬盘的后40G 组成40G 的RAID1逻辑分区，用来存放重要的数据和文件。
i915P 规格：支持LGA775 Prescott 处理器，800/533Mhz前端总线，4 个DIMM 插槽，支持DDR2 533/400或DDR400/333内存，支持PCI 、PCI Express x16和x1接口，ICH6系列南桥，8个USB 2.0端口，1个ATA66/100界面和4个串行ATA 端口等。
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2．Intel 945P/955X芯片组：
Intel945在当今Intel 平台市场中应该说是绝对的主流级产品，而Intel 955X则面向高端及服务器、工作站用户。支持Intel 至今推出的全系列处理器。
新一代的945芯片组支持以往只有925XE 服务器主板才支持的1066MHz FSB，在内存方面，945只支持DDR2类型的内存，最高支持到4GB 的667MHz 的DDR2。由于现在的DDR2内存在价格上与DDR 内存相差不远，所以抛弃对DDR 内存的支持并不会对用户的升级造成很大的麻烦。
在南桥的支持方面，945可以搭配新一代南桥ICH7和ICH7R ，新南桥在磁盘的支持上有所改善，提供4个3Gbps 的SATA Ⅱ接口，支持ICH6南桥所没有的RAID 5，RAID10，除此之外还将对PCI Express x1的接口数量增加到了6个，其中4个可以捆绑成PCI Express x4使用，另外两个则只能作为PCI Express x1使用。并且支持SATA 硬盘热插拔。在音效方面，ICH7和ICH6一样支持High Definition Audio 规格，为用户提供高质量的音效输出。
和Intel 945P相比，由于Intel 955X芯片组提供了对内存重新寻址（memory remapping）的功能的支持，使得其内存的最大寻址空间支持到8GB ，且支持ECC-RAM 内存，而Intel 945P最高只能支持到4GB 。同时Intel 955X 具有Intel 945P 不具备的两英特尔内存平行管线技术（Intel Memory Pipeline Technology：MPT ），这项技术目前只有955X 芯片组才支持，MPT 的技术能够在处理器与主存储器之间，整合多个最佳化且具有很大弹性的数据信道，以借助指令调度器（opportunistic instruction scheduler）的设计，改善内存数据存取算法的次数，这样可以更有效使用内存块（memory banks）及单独内存区间（individual memory locations）。
Intel 在ICH7R 中加入了更为强大的RAID 5技术，同时RAID 5技术也是Promise 今年主要推广的存储技术。其技术特点在于如果用户使用的是两块SATA 硬盘，可以用RAID 0或RAID 1方式来组成磁盘阵列，如果安装上三块甚至四块硬盘，那么全新的Matrix Storage Technology技术就可 长治职业技术学院 信息工程系 陈晓冬 第 8 页 共 9 页
以提供更多更全面的支持，比如用户安装上三SATA 硬盘机时，ICH7R 南桥芯片可以支持组建一个RAID 5模式，如果装上四块硬盘，可以选择使用RAID 5或RAID 10两种模式，而RAID 0也最多可以用到四块硬盘，RAID 1一样只能用在两两成对的硬盘上组建。可以看出如果要使用RAID 5至少需要用户安装三块硬盘，这样可以避免任何一个硬盘上的数据意外的损坏而造成不可挽回的损失，可以确保数据安全性。
i945P 、955X 规格：支持LGA775 Prescott 全系列处理器，1066MHz/800/533Mhz前端总线，4 个DIMM 插槽，支持DDR2 667/533/400，支持PCI 、PCI Express x16和x1接口，ICH7系列南桥，8个USB 2.0端口，ATA66/100/133界面和4个串行SATAII 端口等。
八、本任务的实训问题
5．控制芯片组中各主要芯片的作用是什么？
6．当前控制芯片组之间的连接方式主要有哪些？各有何特点？性能如何？
7．试描述控制芯片组的系统定位与作用。
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