oldi

Устройства, интегрируемые на современных материнских платах

Алексей Шобанов

Вряд ли для кого-то станет откровением, что на современном компьютерном рынке все более заметна тенденция к повышению функциональности системных плат. В условиях жесточайшей конкуренции в данном сегменте рынка одним из основных козырей в борьбе за конечного пользователя становится интеграция на материнскую плату дополнительных устройств, позволяющих расширить функциональные возможности базового набора микросхем системной логики. Недаром в ассортименте продукции целого ряда ведущих производителей материнских плат широко представлены так называемые модели «всё в одном», обладающие высочайшей функциональностью и несущие на борту практически все, что может понадобиться для работы. Следует отметить, что такой подход целесообразен не только с маркетинговой, но и с экономической точки зрения: за минимальные деньги в распоряжении пользователя оказываются устройства, покупка даже самых дешевых аналогов которых может стать весьма обременительной и накладной.

Начать рассмотрение устройств, интегрируемых на современных материнских платах, необходимо, конечно же, с основы основ любой материнской платы — набора системной логики. Именно чипсет обеспечивает набор базовых функциональных возможностей материнской платы, именно этот набор микросхем является той «печкой», от которой начинает плясать любой разработчик системных плат. При производстве этих микросхем используются все более «тонкие» нормы техпроцесса, что позволяет интегрировать на одном кристалле чипа большее число все более сложных (требующих увеличения количества транзисторов для своей реализации) контроллеров различных интерфейсов, при этом не увеличивая его физического размера, а также соблюдая установленные требования по энергопотреблению и тепловыделению. Так, для современного южного моста стандартом де-факто уже стало наличие следующих интегрированных контроллеров:

  • 100-мегабитный Ethernet-контроллер (MAC); picture
  • двухканальный IDE-контроллер, как правило, поддерживающий работу четырех IDE-устройств с интерфейсом ATA33/66/100/133 или ATAPI (исключение составляют лишь чипсеты компании Intel, которая в силу маркетинговых соображений не поддерживает интерфейс ATA133);
  • USB 2.0-контроллер;
  • цифровой контроллер AC’97. picture

К сожалению, разработка и внедрение в производство новых моделей чипсетов или хотя бы модификаций микросхем южного моста, который, собственно говоря, и содержит интегрированные устройства (контроллеры), предоставляющие весь набор поддерживаемых чипсетом интерфейсов, обеспечивающих возможности взаимодействия с различными внешними устройствами, — это довольно длительный процесс. Именно поэтому для реализации на материнской плате поддержки новых интерфейсов производители системных плат широко применяют дополнительные интегрированные устройства, а точнее говоря, используют возможности дополнительных микросхем. К числу таких устройств сегодня можно отнести гигабитные сетевые контроллеры, контроллеры SerialATA и IEEE-1394. В этот же разряд интегрированных устройств входят дополнительные контроллеры, интеграция которых на кристалле микросхемы системной логики (в данном случае речь идет о микросхеме южного моста) затруднительна в силу их сложности. К устройствам такого типа прежде всего относятся интегрированные RAID-контроллеры. Поскольку все вышеперечисленное — это одночиповые контроллеры, являющиеся PCI-устройствами, то здесь вполне уместна прямая аналогия с подобными контроллерами, выполненными как внешние карты расширения и устанавливаемыми в PCI-слот. В качестве примера наиболее распространенных вариантов реализации гигабитного Ethernet-контроллера можно назвать использование на системных платах микросхем Broadcom BCM5702 или Intel 82540EM. picture

В роли интегрированного контроллера SerialATA 1.0 обычно выступает микросхема Silicon Image Sil3112A, которая дает возможность работать с двумя устройствами SerialATA. Некоторые производители для реализации этого интерфейса используют чип Marvell 88i8030, представляющий собой мост ParallelATA—SerialATA, который обычно применяется вместе с IDE RAID-контроллером, что позволяет подключать к одному из его каналов, изначально поддерживающему диски с интерфейсом ParallelATA, устройства SerialATA (последнее решение присуще платам компании ABIT, где пара подобных мостов используется в связке с четырехканальным IDE RAID-контроллером). Однако наибольшее распространение в этом качестве получил одноканальный IDE RAID-контроллер Promise PDC20376, поддерживающий работу двух IDE-устройств с интерфейсом SerialATA или ParallelATA (ATA66/100/133) и к тому же дающий возможность организовать из них RAID-массив уровня 0 или 1. picture

Поскольку речь зашла о интегрированных RAID-контроллерах, необходимо упомянуть о самых распространенных и популярных моделях. Обычно производители материнских плат реализуют на своих моделях двухканальные IDE RAID-контроллеры (реже — четырехканальные), выполненные на чипах HighPoint HPT372 или Promise PDC20276 (двухканальный) и HighPoint HPT374 (четырехканальный). Использование указанных контроллеров является, пожалуй, оптимальным решением в плане обеспечиваемых функциональности и цены, так как позволяет дополнительно подключать четыре или восемь IDE-устройств (в том числе и устройства с интерфейсом ATAPI и ATA133) и создавать эффективные дисковые массивы уровня 0; 1 или 0+1. picture

Контроллер IEEE-1394 в подавляющем большинстве случаев выполняется на микросхеме VIA Fire II VT6306. Кстати, говоря об интерфейсе FireWire, необходимо отметить, что микросхемы южного моста последних моделей чипсетов компании SiS (SiS 963) и чипсетов nForce и nForce2 компании NVIDIA имеют интегрированный контроллер IEEE-1394 (MAC-уровень). picture

Вторая причина использования на системной плате дополнительных устройств тоже тесно связана с возможностями базового набора системной логики. Как уже было сказано, некоторые контроллеры, интегрированные в микросхеме южного моста, имеют реализацию лишь цифровой своей части, то есть способны работать только с цифровыми потоками данных, не имеют привязки к конкретной физической среде и не могут с ней взаимодействовать, вследствие чего требуется реализация физического уровня контроллера (PHY-уровня). Именно к такому типу интегрированных устройств можно отнести звуковые кодеки, микросхемы PHY-уровня интегрированного сетевого контроллера и контроллера IEEE-1394. Наиболее распространенным на сегодня звуковым AC’97-кодеком, который, кстати говоря, взаимодействует с интегрированным в южном мосту цифровым контроллером AC’97 по специальному AC-Link-каналу, является микросхема Realtek ALC650, представляющая собой шестиканальный звуковой кодек AC’97, позволяющий осуществлять поддержку звука формата 5.1. picture

Среди микросхем, реализующих PHY-уровень интегрированного в южном мосту IEEE-1394-контроллера, наибольшее распространение получил чип Realtek RTL8801B, обеспечивающий возможность поддерживать работу двух портов IEEE-1394а с пропускной способностью 100/200/400 Mбит/с. picture

При реализации физического уровня интегрированного 10/100-мегабитного Ethernet-контроллера, также нашедшего свое место на кристалле микросхемы южного моста, никакого единообразия нет. Это объясняется прежде всего тем, что практически все производители чипсетов используют собственные варианты интегрированного Ethernet-контроллера. Так, для чипсетов Intel и SiS — это Ethernet-контроллер фирменной разработки, а у VIA и NVIDIA — собственной разработки и (или) 3Com. picture

И наконец, третьей причиной применения дополнительных интегрированных устройств можно назвать желание производителей реализовать на выпускаемых материнских платах более качественный и функциональный контроллер взамен того, который уже имеется на микросхеме южного моста. Это вполне естественная ситуация, так как при проектировании контроллеров, интегрируемых на кристалле микросхемы чипсета, разработчикам порой приходится идти на компромисс, вследствие чего устройства, интегрированные в микросхеме южного моста, зачастую уступают по своим характеристикам специализированным микросхемам-контроллерам. Наиболее типичными примерами интегрированных устройств такого типа являются сетевые и звуковые контроллеры. Самой популярной ныне микросхемой интегрированного сетевого контроллера можно назвать одночиповый 10/100Base-TX-контроллер Realtek RTL8100B(L). picture

Что касается звукового контроллера, то здесь наиболее распространенным является чип C-Media CMI 8738/PCI-6ch-MX. Эта микросхема также является одночиповой реализацией звукового PCI-контроллера, позволяющего воспроизводить звук формата 4.1 или 5.1, имеющего поддержку профессионального 24-битного цифрового интерфейса, интерфейсов Direct Sound 3D и A3D и обладающего целым рядом других полезных возможностей. picture

Общим недостатком интегрированных устройств является то, что они лишены собственной кэш-памяти и поэтому вынуждены полностью ориентироваться на работу с более медленной системной памятью, что, безусловно, негативно отражается на их производительности. Второй фактор, отрицательно сказывающийся на функциональности данных устройств,  — это их намеренное упрощение в целях достижения компактности и повышения технологичности. Но несмотря на все недостатки интегрированных устройств, их применение является оптимальным для офисных и домашних ПК, тем более что стоимость системных плат, несущих на борту эти устройства, не намного выше так называемых облегченных аналогов. Если же кого-то не устроят возможности того или иного интегрированного на материнской плате контроллера, то всегда остается вариант покупки аналогичного устройства, выполненного в виде платы расширения или внешнего устройства, которое отвечает их требованиям. В то же время практически любой интегрированный контроллер на системной плате может быть отключен через графическое меню базовой системы ввода-вывода BIOS Setup. picture

КомпьютерПресс 4'2003