Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 05: Vi mạch điều khiển và cấu trúc bus trong máy tính

Chương 05VI MẠCH ĐiỀU KHIỂNVÀ CẤU TRÚC BUS TRONG MÁY TÍNHNội dungVi mạch điều khiển (Chipset)Cấu trúc bus trong máy tínhCác chipset và bus hiện đạiA. Vi mạch điều khiển (Chipset)Đặc điểm và nhiệm vụCấu trúc của chipset 1. Đặc điểm và nhiệm vụLà nơi trung chuyển để các thành phần trong máy tính trao đổi thông tin với nhauĐiều khiển bộ nhớ, bus, nhập xuấtQuyết định tốc độ xung: Hệ thống Bộ nhớBộ xử lý2. Cấu trúc của chipset Chip cầu bắc (Northbridge)Chip cầu nam (Southbridge)a. Chip cầu bắc (Northbridge)Còn gọi là Memory Controller Hub (MCH) Điều khiển luồng dữ liệu giữa CPU, RAM và card màn hình (AGP hoặc PCI Express X16)Quyết định số lượng, tốc độ và loại CPU Quyết định dung lượng, tốc độ và loại RAM có thể được sử dụngTích hợp card màn hình b. Chip cầu nam (Southbridge)Còn gọi là I/O Controller Hub (ICH)Nối với Chip cầu bắc thông qua PCI busKết nối với các thiết bị có tốc độ chậm hơn thông qua cổng giao tiếp PCI, USB, IDE, Trong các thế hệ trước, nhiệm vụ của chipset cầu nam là khá nhẹ nhàng nên không cần trang bị tấm tản nhiệtTích hợp card âm thanh, modem, card mạngB. Cấu trúc bus trong máy tínhĐặc điểm và nhiệm vụCác thành phần của busCác loại bus1. Đặc điểm và nhiệm vụBus là tập hợp các đường kết nối dùng để vận chuyển thông tin giữa các thành phần của máy tính với nhauĐộ rộng bus là số đường dây của bus có thể truyền các bit thông tin đồng thời2. Các thành phần của busBus địa chỉBus dữ liệuBus điều khiểna. Bus địa chỉVận chuyển địa chỉ để xác định ngăn nhớ hay cổng nhập xuấtĐộ rộng bus địa chỉ xác định dung lượng bộ nhớ cực đại của hệ thốngVí dụ: Bộ xử lý Intel Pentium có bus địa chỉ 32 bit  không gian địa chỉ là 232 byte = 4 GBb. Bus dữ liệuVận chuyển dữ liệu Từ bộ nhớ đến bộ xử lýTừ bộ xử lý đến các thiết bị khácĐộ rộng bus dữ liệu: xác định số bit dữ liệu có thể được trao đổi đồng thờiVí dụ: Các bộ xử lý Pentium có bus dữ liệu là 64 bitc. Bus điều khiểnVận chuyển các tín hiệu điều khiểnCác loại tín hiệu điều khiển:Tín hiệu điều khiển đọc ghi (bộ nhớ, cổng nhập xuất)Tín hiệu điều khiển ngắtTín hiệu điều khiển bus3. Các loại busInternal bus External busa. Internal busKết nối các thành phần bên trong vi xử lý: Đơn vị điều khiển (CU)Đơn vị số học và logic (ALU)Các thanh ghi (Registers)b. External busSystem busAGP busISA busPCI busSystem busFSB (Front side bus): nối bộ xử lý với bộ nhớ chínhBSB (Back side bus): chuyền tải dữ liệu giữa bộ xử lý với bộ nhớ đệm thứ cấp (Cache L2, L3)AGP bus (Accelerated Graphics Port)Nối ghép card màn hìnhThiết kế ở dạng 32 bit, sử dụng tần số thấp nhất là 66 MHzBăng thôngAGP 1X: 266 MBpsAGP 2X: 533 MBpsAGP 4X: 1066 MBpsAGP 8X: 2133 MBpsISA bus (Industry Standard Architecture)Đầu tiên được thiết kế ở dạng 8 bit, sử dụng tần số 4.77MHzSau được nâng lên 16bit và đạt được tần số bus 8MHzTốc độ truyền dữ liệu lý thuyết là 16MBpsTốc độ thực tế bị giảm một nửa do cần dành một đường bus cho địa chỉ và một đường bus khác cho dữ liệu 16bitSử dụng phổ biến trên các máy Pentium II, Pentium IIIHiện nay Bus ISA đã bị thay thế hoàn toànPCI bus (Peripheral Component Interconnect)Đang được sử dụng rộng rãi để kết nối với thiết bị ngoại viThiết kế ban đầuTruyền dữ liệu 32 bit Tần số 33 MHz   Băng thông 132MBpsTừ phiên bản PCI 2.1Truyền dữ liệu 64 bit Tần số 66MHZ  Băng thông 533MBpsPCI-X (PCI eXtended)Được thế kế để dùng cho serverTruyền dữ liệu 64 bitPCI-X 1.0: tần số 133MHz  băng thông 1066MBpsPCI-X 2.0Tần số 266MHz  băng thông 2133 MBpsTần số 533MHz  băng thông 4266 MBpsC. Các chipset và bus hiện đạiPCIe bus (PCI Express x1)PCIe x16 bus (PCI Express x16)I. PCIe bus (PCI Express)Được sử dụng để kết nối các thiết bị ngoại vi thay thế cho PCICho phép truyền dữ liệu 2 chiều một lúcTốc độ truyền dữ liệu 250 MBps mỗi chiềuBăng thông PCIe x1: 500 MBpsPCIe x2: 1 GBpsII. PCIe x16 bus (PCI Express x16)Nối ghép card màn hình thay thế cho AGPBăng thông tối đa 8GBps (mỗi chiều 4GBps)Tài liệu tham khảoLê Hải Sâm – Phạm Thanh Liêm, 2009, Giáo trình cấu trúc máy tính và vi xử lý, NXB Giáo DụcNguyễn Kim Khánh, 2007, Bài giảng kiến trúc máy tính, Trường ĐHBKHNWebsite