Chipsatz

Der Chipsatz ist eine Gruppe hochintegrierter Schaltkreise und die zentrale Komponente der Hauptplatine, über die sämtliche Datenströme zwischen Prozessor und Ein-/Ausgabegeräten laufen

Funktion

• Zentrales Bauelement auf dem Mainboard
• Bindeglied zwischen allen einzelnen Komponenten eines Computers
• Unterstützung des Prozessors bei der Steuerung der Kommunikation der Einzelkomponenten
• Bestimmt folgende Leistungsmerkmale:
  • Anzahl der Speicherkanäle
  • unterstützte Prozessoren
  • Verfügbare Schnittstellen (USB, SATA[[1]], PCIe[[2]] etc.)
  • Anzahl der verfügbaren PCI-Express-Lanes
  • Anzahl der Schnittstellen
  • zusätzliche Integration von Geräten (Audio, WLAN etc.)
  • Erweiterte Funktionen (RAID, Virtualisierung)

Historie

Entwicklung

• vor 1987 eigenständige Schnittstellen-Chips, die über einen Adress-, Daten- und Steuerbus mit dem Prozessor verbunden & von diesem direkt angesprochen wurden
• 1987 erster Chipsatz für den 80286 (NEAT-Chipsatz - New Enhanced AT)
• 1990er Jahre Einführung einer Zwei-Brücken-Architektur
• 1998 Einführung der Intel-Hub-Architektur (IHA)

Wichtige Chipsätze

• Auflistung der ersten Chipsätze der jeweiligen Architektur und einem aktuellen Chipsatz.

Chipsatz	Codename/Bezeichnung	Architektur	Sockel	Erscheinungsjahr
NEAT	"New Enhanced AT"	/	PGA68	Q4 1987
Intel 420TX	Saturn	Brücken-Architektur	Socket 2, Socket 3	1992
Intel 810	Whitney	Intel-Hub-Architektur	370	Q1 1999
Intel P55	Ibex Peak	Platform Controller Hub	1156	Q3 2009
AMD X570	Valhalla	Platform Controller Hub	AM4	Q2 2019

Chipsatz	CPU-Unterstützung	FSB	RAM maximal	PCI
NEAT	286	4 bis 25 MHz	8 MB	-
Intel 420TX	486	bis 33 MHz	128 MB	PCI 1.0
Intel 810	Pentium II & III	66 / 100 MHz	512 MB	PCI 2.2
Intel P55	Core i3, i5, i7	-	-	PCIe 2.0
AMD X570	Ryzen	-	-	PCIe 4.0

Aufbau

Bridge-Architektur

• klassische Chipsatzarchitektur - bestehend aus North- & South-Bridge
• Beide Chips sind Router - sie leiten den Datenverkehr von einem Bus zum anderen.

North-Bridge

• in unmittelbarer Nähe des Prozessors verbaut (im Norden der Platine)
• über den Front Side Bus direkt an den Prozessor angebunden
• breitbandig konzipiert & hoch getaktet (dadurch meist mit Kühlkörper versehen)
• Synchronisation des Datentransfers & der Datensteuerung zwischen Prozessor & Arbeitsspeicher
• stellt eine leistungsfähige Verbindung zur Grafikkarte her
• Grafikkarte & RAM mussten sich die verfügbare Bandbreite nicht mehr mit anderen Komponenten teilen
• enthielt bei älteren Mainboards auch den Speichercontroller

South-Bridge

• als separater Chip in der Nähe der PCI-Steckplätze verbaut (im Süden der Platine)
• regelt den Datentransfer & die Datensteuerung zwischen den Geräten (SATA-Controller, USB, Netzwerk, Soundchip etc.)
• bezüglich der Leistungsfähigkeit geringere Anforderungen, als an die North-Bridge
• Anbindung an die North-Bridge über PCI

Bus zwischen den Bridges

• PCI: Ab den 1990er bis Anfang der 2000er Jahre wurden North- & South-Bridge über den PCI-Bus verbunden (33 MHz, 133 MB/s)

• Hub Interface: proprietäre Schnittstelle, die von Intel 1998 mit dem ICH eingeführt wurde und die Datentransferrate gegenüber dem PCI-Bus verdoppelte (266 MB/s)

• Direct Media Interface (DMI):
  • eine ebenfalls proprietäre Schnittstelle von Intel, die 2004 eingeführt wurde und das Hub-Interface ersetzte (1 GB/s)
  • DMI 2.0 folgte im Jahre 2011 und verdoppelte die Datentransferrate (2 GB/s)
  • DMI 3.0 wurde im Jahre 2015 eingeführt und verdoppelte die Geschwindigkeit abermals (3,93 GB/s)

Hub-Architektur

• Einführung durch Intel (1999) - als Intel Hub Architecture (IHA) mit dem Intel 810
• Verbindung der beiden Controller über einen Hochgeschwindigkeitsbus, dem Hub-Interface (an Stelle des PCI-Busses)
• sternförmige Verbindung der einzelnen Komponenten (an Stelle der starren Nord-Süd-Achse)
• unterschiedliche Hubs erfüllen verschiedene Aufgaben
• Ausgliederung alter Verbindungen (Floppy, serielle & parallele Schnittstellen) in den Legacy-Port-Controller (LPC)

Memory-Controller-Hub (MCH)

• Funktionen entsprechen denen der North-Bridge
• kontrolliert den Datenfluß vom und zum Arbeitsspeicher
• Erhöhung der Bandbreite durch mehrere Kanäle für die Kommunikation mit dem Speicher
• auch als Graphics-Memory-Controller-Hub (GMCH) mit integriertem Grafikchip

I/O-Controller-Hub (ICH)

• übernimmt die Funktionen der South-Bridge

Platform Controller Hub

• Einführung im Jahre 2009 als Nachfolger der IHA
• Durch Integration einiger Funktionen der North-Bridge in den Prozessor wird auf modernen Hauptplatinen nur noch ein Chip benötigt (I/O-Hub bzw.  Platform-Controller-Hub (PCH))
• direkte Anbindung von Grafikkarte & Arbeitsspeicher an den Prozessor
• Integration verbleibender North-Bridge-Funktionen & der gesamten Funktionalität der South-Bridge in den PCH
• Kommunikation mit dem Prozessor über performante[[3]] Punkt-zu-Punkt-Verbindung (Direkt Media Interface (DMI) oder PCIe 4.0)

Links

Intern

1. https://wiki.foxtom.de/index.php?title=Hardware:SATA
2. https://wiki.foxtom.de/index.php?title=PCI-Bus

Extern

TODO