Bài giảng Tổng quan về Chipset

1. Khái niệm chipset Chipset là một nhóm các mạch tích hợp (các chip) được thiết kế để làm việc cùng nhau và đi cùng nhau như một sản phẩm đơn. Trong máy tính, từ chipset thường dùng để nói đến các chip đặc biệt trên bo mạch chủ hoặc trên các card mở rộng. Khi nói đến các máy tính cá nhân (PC) dựa trên hệ thống Intel Pentium, từ chipset thường dùng để nói đến hai chip bo mạch chính: North Bridge (chip cầu bắc) và South Bridge (chip cầu nam). Trong các máy tính gia đình, các máy trò chơi từ thập niên 1980 và thập niên 1990, từ chipset được sử dụng để chỉ các chip xử lý âm thanh và hình ảnh. 2. Chức năng và vị trí của chipset2.1 Chức năng Chipset chính là bo mạch chính, vì vậy bất cứ hai bo mạch nào có cùng loại chipset cũng sẽ giống hệt nhau về chứa năng. Chipset có giao diện với bộ xử lý, phần điều khiển bộ nhớ, điều khiển bus, điều khiển I/O... Tất cả các mạch trên bo mạch chính chứa trong chipset Trong PC chip liên kết bộ xử lý với tất cả mọi thứ khác. Bộ xử lý không thể liên lạc với bộ nhớ, các adapter, thiết bị mà không thông qua chipset. Chipset là trạm liên lạc chính và là hệ thần kinh trung ương của PC. Nếu bạn cho rằng PC là não bộ thì chipset chính là cột sống và hệ thần kinh trung ương. Do chipset điều khiển giao diện hay các liên kết giữa bộ xử lý và tất cả các bộ phận khác. Như vậy chipset định nghĩa: -Dung lượng RAM bo mạch chủ cần sử dụng. -Loại chip trên RAM. -Tốc độ và kích cỡ của cache. -Loại và tốc độ CPU. -Loại khe cắm mở rộng mà bo mạch chủ có thể cung cấp.2.2. Vị trí Chipset nằm trên Mother Board, ta có thể thấy được vị trí của nó qua hình sau ( gồm North Bridge và South Bridge).3. Cấu tạo và chức năng các bộ phận của chipset3.1. Cấu trúc North / South Bridge Chipset gồm hai thành phần: là North Bridge (chip câù bắc) và South Bridge (chip cầu nam). -North Bridge là liên kết giữa bus bộ xử lý tốc độ cao (200/133/100/66 MHz) và các bus AGP (66 MHz), PCI (33 MHz) chậm hơn. Phần này sẽ điều khiển các giao tiếp với BXL, đồ họa và bộ nhớ. +Tên của cả chipset sẽ được đặt tên theo chip North Bridge, ví dụ chipset 440 BX có tên gọi bắt nguồn từ tên của chip North Bridge trong đó là 82443 BX.North Bridge đôi khi còn được gọi laPAC(PIC/AGP Controller). +Nó là thành phần duy nhất trong bo mạch chính ngoài bộ xử lý hoạt động với tốc độ của bú xử lý. +Phần lớn các chípet hiện đại dùng North Bridge dưói dạng một chip đơn. -South Bridge là cầu nối giữa bus PCI (33 MHz) và bus ISA còn chậm hơn (8MHz). Bạn có thể tìm thấy tất cả những điều khiển giao tiếp thiết bị nhập/xuất ở đây. +Nó là thành phần hoạt động với tốc độ thấp hơn và luôn tồn tại dưới dạng một chip đơn. Diagram of a motherboard chipset3.2. Cấu trúc Hub Các chip gần đây thuộc sê-ri 800 sử dụng cấu trúc hub, trong cấu trúc này chip North Bridge trước đây gọi là hub điều khiển bộ nhớ, còn chip South Bridge trước đây được gọi là hub điều khiển nhập/xuất. Chúng không được nôí với nhau qua bus PCI như trong thiết kế Norht/South Bridge mà được kết nối qua một giao diện hub 4x66MHz, nhanh gấp hai lần PCI và không chia sẻ băng thông bus PCI. Giao diện hub này cũng cho phép các thiết bị được nối kết trực tiếp với ICH (South Bridge trước đây) có tốc độ nhận dữ liệu nhanh hơn, ví dụ như các giao diện USA 2.0,ATA-66 và ATA 100 mới tốc độ cao. Thiết kế giao diện hub cũng rất kinh tế, chỉ có độ rộng 8 bit. Nó dùng ít chân cắm hơn so với giao diện PCI rộng 32 bit trong thiết kế North/South Bridge. Mặc dù chỉ truyền 8 bit đồng thời, giao diện hub thực hiện 4 lần truyền một chu kì và có tốc độ 66MHz, như vậy khả năng truyền là 266MB/giây, gấp đôi băng thông của PCI tuy rộng 32 bit nhưng chỉ truyền một lần trong một chu kì 33MHz, tức 133MB/giây. 4. Qúa trình phát triển của chipset Khi IBM sản suất bo mạch chính PC đầu tiên, họ dùng vài chip rời trong thiết kế đó. Ngoài bộ xử lý và bộ đồng xử lý toán học tuỳ chọn còn có nhiều bộ phận khác nữa trong hệ thống. Vào năm 1986, công ty có tên là Chip and Technologies giới thiệu một linh kiện có tính cách mạng gọi là 82C260- phần chính của chipset đầu tiên cho bo mạch chính PC. Đấy là một chip tích hợp tất cả chức năng của các chip quan trọng trên bo mạch chính trong các hệ thống tương thích AT. Chipset đầu tiên này được Chip and Technologies gọi là CS8220. Đây chính là một ý tưởng mang tính cách mạng trong sản xuất bo mạch chính PC. Ý tưởng dùng chipset nhanh chóng được các nhà sản suất khác sao chép. Các công ty như Acer, Arso, Opti, Suntac, Symphony, UMC, và VLSI chiếm thị phần lớn trong thị trường này. Năm 1993, VLSI trở thành nhà sản suất chính trên thị trường chipset. Vài năm sau đó, một nhà sản xuất khác xuất hiện và chỉ trong khoảng một năm, nó đã chi phối toàn bộ thị trường chipset. Công ty đó là Intel, và sau năm 1994, nó đã giữ một vị trí trọng yếu trên thị trường chipset.5.Các chipset Intel Lúc này bạn không thể bàn về chipset mà không nhắc đến Intel vì họ đang nắm giữ một phần lớn thị trường chipset. - Đầu tiên là sự ra đời của bus EISA do Compaq thiết kế vào năm 1989 dẫn đến sự ra đời của chipset cho bus EISA- đấy là một tập hợp các chip cần thiết để cài bus này trên bo mạch chính. - Vào tháng tư năm 1989 Intel đưa ra các chipset 420 cùng với bộ xử lý 486. - Khi bộ xử lý Pentium xuất hiện năm 1993, Intel cũng đưa ra chipset 430LX cùng với bo mạch chính hoàn chỉnh. Vào năm 1994 Intel không những thống trị thị trường bộ xử lý và chipset mà còn chuyển hướng sang thị trường bo mạch chính nữa. Số hiệu các chipset Intel Intel đánh số cho các chip của họ như sau: Chipset đầu tiên cho bo mạch chính máy PC của Intel là chip 82350 hỗ trợ các bộ xử lý 386DX và 486. Tuy nhiên chip này không thành công lắm. Thị trường đã nhanh chóng thay đổi khi Intel từ bỏ việc hỗ trợ bus EISAvaf chuyển sang giới thiệu các chipset 486, loại chipset đã giành được thành công nhiều hơn. Kết cấu chipset kiểu hai lớp đã được phát triển kể từ 486 cho tới nay (cấu trúc North/ South Bridge). Các chipset cho bo mạch chính 486 của Intel SMP =Symmetric Multiprocessing FPM =Fast Page Mode PCI =Peripheral Component Interconnect AGP =Accelerated Graphics PortChú ý: PIC 2.1 hỗ trợ cho các hoạt động nối kết ngoại vi (PCI) trùng hợp Một cách tổng quan, nói về Chipset Intel sẽ có các loại sau:  - 440BX/ZX: cái này xưa lắm rồi, ngày nay hầu như không cỏn, hỗ trợ đuợc PII và PIII, Celeron đời cũ. Loại này chỉ support đến ATA33, HDD khoảng 40GBs, bus 100Mhz (có thể 133), CPU khoảng 850MHz nếu đã đuợc Update BIOS, SDRAM. Chipset này thuờng thấy ở những những CPU Slot 1, còn Socket 370 thì chỉ thấy vài loại. Loại này hiện nay không còn. nên bạn cũng không cần quan tâm đến chúng.  - 810: ra sau 440, hỗ trợ ATA66, loại 810E2 sẽ hỗ trợ ATA100, hỗ trợ tốc độ CPU cao hơn, còn lại thì gần giống như 440BX.  - 815: có lẽ là đời cuối dòng Chipset hỗ trợ cho PIII (cho đến thời điểm này thì có lẽ 810EP là mới nhất), có hỗ trợ ATA100, có hỗ trợ PIII trên 1Gbs, AGP 4X.. - 850: đây là chipset đầu tiên hỗ trợ PIV của Intel, chip này đòi hỏi phải sử dụng RDRAM, hỗ trợ tối đa PIV (vì PIV có bus là 400 hay 533, RDRAM cũng có bus như vậy, hiện nay DDRAM tại Viet Nam bus cao nhất là 333). RDRAM có đặc điểm là luôn đi 1 cặp, không đi riêng lẻ đuợc nên rất khó nâng cấp, vì Slot RAM của Board có hạn.. Tất cả các MB cho PIV đều bắt buộc sử dụng AGP 4X. Hiện nay tại Việt Nam hình như gần tuyệt chủng loại MB hỗ trợ Chipset này, nếu còn chắc chỉ còn loại MB của Intel (chắc còn lại vì gía mắc chưa ai mua).  -845: ra sau 850, hỗ trợ DDRAM (có loại hỗ trợ RDRAM, ngày truớc 845 ra đời là để hỗ trợ SDRAM, nhưng bus SDRAM chỉ có 133). Sử dụng DDRAM sẽ làm PIV yếu đi 1 chút do bus của DDRAM chỉ là 266 hay 333, trong khi FSB của PIV lên đến 400 hay 333 Mhz.  Ngày nay có rất nhiều hãng hổ trợ 845. Các MB này tích hợp tất cả các công nghệ mới nhất hiện nay như: USB 2.0, AGP 4X (hay 8X), bus 533, Raid (nhưng chưa thấy Board có hỗ trợ Serial ATA), ATA 133, có cả MB hỗ trợ Hyper_Threading (Hyper_Threading, đuợc gọi là siêu luồng, giúp cho 2 chuơng trình cùng chạy một lúc giống song song, không phải đứng trong hàng chờ như truớc giờ chúng ta vẫn sử dụng, làm cho CPU chúng ta mạnh gấp đôi).Đặc tính và kĩ thuật của chipset Pentium IV Các loại chipset sử dụng trên bo mạch chính Pentium Pro (North Bridge)6. Chipset của các nhà sản xuất khác Ta có thể liệt kê ra sau đây những chipset của các nhà sản xuất khác6.1. Chipset Pentium P5 AMD: AMD 640 Tập đoàn VIA Technologies Apollo VP-1 VT82C580VP Apollo VP-2 Apollo VPX VT82C580 VPX Apollo VP3 Apollo MVP3 Apollo MVP4 Công ty Acer Laboratories, INC (ALi) Aladdin IV, Aladdin V Nhà sản xuất Silicon Intergrated Systems (SiS) SiS540, SiS5581 và SiS5582, SiS5591 và SiS5592 6.2. Chipset Pentium P6 Công ty Acer Laboratories, INC (ALi) Aladdin Pro II M 1621 Tập đoàn VIA Technologies Apollo Pro 133A Apollo Pro 133 Apollo PM601 Apollo Pro Apollo Pro Plus Nhà sản xuất Silicon Intergrated Systems (SiS) SiS630, SiS620/5595 SiS600/5595 và 5600/5595 Các chipset Athlon/ Duron ADM 750 Apollo KX133 của VIA Technologies9. Chipset trong tương lai Máy tính ngày càng nhỏ hơn với các chức năng một thời đòi hỏi nhiều chip sẽ dần được hợp nhất hoặc chuyển vào bộ xử lý processor, ngoại trừ một thứ duy nhất: chiếc cầu nối PCU và bo mạch chủ với hệ thống phần cứng hay còn gọi là chipset. Nhận định trên được tập đoàn bán dẫn số 1 thế giới Intel đưa ra mới đây. Nếu như thiết bị vi xử lý processor là bộ não của máy tính thì chipset là hệ thần kinh trung ương. Thiết kế PC truyền thống sử dụng chipset với 2 chip con, trong đó 1 cái đóng vai trò công cụ điều khiển bộ nhớ (memory controller) và chiếc còn lại làm nhiệm vụ điều khiển dữ liệu ra vào (I/O). Dù vai trò của các linh kiện điện toán có phát triển thế nào, thì nhu cầu về thiết bị nguồn dữ liệu I/O vẫn không thay đổi. Máy tính cao cấp và các sản phẩm tầm trung đều cần có chipset để điều khiển luồng thông tin đi lại giữa bộ xử lý chính và các linh kiện khác, chẳng hạn ổ lưu trữ thể rắn hoặc card đồ họa độc lập. "Chipset không biến mất mà cùng với thời gian, nó sẽ ngày càng tiến hóa", Richard Malinoski, Phó chủ tịch kiêm Tổng giám đốc bộ phận chipset của Intel, phát biểu. "Tuy nhiên, tôi cho rằng viễn cảnh về một loại chip đủ mạnh để làm tất cả các tác vụ của máy tính đã hơi bị thổi phồng. Chúng ta còn cách mô hình đó khá xa". Sự tích hợp linh kiện PC sẽ diễn ra mạnh mẽ nhất trong lĩnh vực phát triển siêu máy tính di động. Các nhà thiết kế đang chạy đua trong việc hợp nhất nhiều thành phần, nhằm giảm thiểu điện năng tiêu thụ và thu nhỏ kích thước cũng như trọng lượng của thiết bị điện toán cá nhân. Những sản phẩm như Eee PC của Asustek hay NanoBook của Via Technologies được giới thiệu tại Computex 2007, đã minh chứng rõ ràng cho xu thế này. Mới đây, Giám đốc điều hành của Via là Wenchi Chen đã công bố bảng mạch chủ mới Mobile ITX với kích thước 7,5 x 4,5 cm, tức là nhỏ hơn một tấm danh thiếp . Chen tuyên bố Via sẽ cho ra mắt những bảng mạch nhỏ hơn nữa nhờ việc sử dụng các CPU gắn kết luôn bộ xử lý chính với chipset và card đồ họa trong một tổ hợp đơn. "Một chip CPU duy nhất đảm nhiệm tất cả các vai trò sẽ sớm ra đời" Sơ đồ một số loại chipset Sơ đồ bộ chipset Intel 865G với hai con chip82865G và ICH5/ ICH5-R