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, PCIe 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)

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 Prozessoers 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

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, die verschiedene Aufgaben erfüllen
• 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 sehr performante Punkt-zu-Punkt-Verbindung (Direkt Media Interface (DMI) oder PCIe 4.0)