微机原理控制芯片组

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2024年2月6日发(作者：)

控制芯片组（Chipset）。作为主板的一部分，控制芯片组在主板上起着核心作用。控制芯片组一般有两块（称南桥和北桥），用于控制和协调计算机系统各部件的运行，主要控制着内存I/O、总线I/O，集成了硬盘控制器，负责处理中断请求（IRQ）和直接内存访问（DMA）等。

其中，北桥芯片负责管理二级高速缓存、决定支持内存的类型及最大容量、支持AGP高速图形接口、与PCI总线的桥接及连接键盘、鼠标接口等。南桥芯片则负责连接USB接口总线、ATA接口、普通串行和并行接口、ISA总线的桥接等。

系统的芯片组一旦确定，整个系统的定型和选件变化范围也就随之确定，即芯片组决定了继续计算机系统中各个部件的选型，它不能像CPU、内存等其它部件进行简单的升级。

它的性能优劣关系到CPU功能的发挥，因此人们将它比做神经中枢

我们可以从以下几个方面来认识控制芯片组的作用和在系统中的地位：

一、通常认为CPU是微机系统的核心，但是它的主要任务只是完成对指令的处理。而控制芯片组的作用不仅要支持CPU的工作而且要控制和协调整个微机系统的正常运行。随着各种主板新技术的出现，芯片组采用的技术有了非常大的变化和发展。任何一种新技术都需要有控制芯片组的支撑。在主板上升级CPU是比较容易实现的（除跨代产品外），而在主板上升级控制芯片组是不可能的。

二、CPU的性能对于微机整个系统的性能有很大影响，但是对于微机的系统功能却没有直接的关系。例如，微机系统是否支持AGP、Ultra ATA技术并不取决于CPU的性能。而控制芯片组不仅极大地影响了系统整体性能，还决定了系统是否具有某些功能。例如在Intel控制芯片组中，只有440LX以上的型号的产品才支持AGP技术。在这里笔者是把性能和功能分成两个不同的概念来认识的。

三、从当今的微机结构来看，控制芯片组已经逐步取代了CPU而成为系统的几何核

心和逻辑核心。所有的信息交换都是通过控制芯片组完成的，而CPU甚至可以看作是控制芯片组的一个“外部设备”。

控制芯片组的发展

随着微机新技术的不断出现，控制芯片组的发展也非常迅速。新的芯片组一般是在保留原来芯片组功能的基础上再增加新的功能。

386/486微机系统使用的控制芯片组

早期的386微机中采用的控制芯片组是82C30系列。82C30芯片组采用了六片结构，再加上一片外设控制芯片构成完整的386微机控制系统。82C30芯片组单片芯片的集成度小，功能差，是C&T公司的早期产品，但是它的某些基本功能至今仍然在使用。目前使用的大规模集成的芯片组，常常是把多个芯片的功能集成在一、两片芯片中并增加了一些新的功能。除了82C30系列外，典型的386控制芯片组还有OPTI公司的WB386PC/AT芯片组。

486微机采用的控制芯片组在功能上与386控制芯片组没有大的变化，只是由于486处理器把协处理器集成到CPU内部（即FPU），控制芯片组的局部性能有小的调整而已。常见的486控制芯片组如：FRX46C401、FRX46C402；HT321、HT342；M1489、M1487；82C406、82C496等。486控制芯片组大多为两片结构，即由系统控制器和数据缓冲控制器组成。

用于Socket 7架构的控制芯片组

用于Socket 7架构的控制芯片组有两类：一类是面向PCI结构的，不支持AGP接口，例如Intel 430系列的各类芯片组430FX、430HX、430VX、430TX等，VIA公司Apollo VP1、Apollo VP2，SiS公司的5571/5572、5581/5582以及ALi公司的AladdinⅢ、Aladdin Ⅳ等都属于这一类；另一类是支持AGP接口的芯片组，主要是非Intel控制芯片组，如VIA公司Apollo VP3、Apollo MVP3、Apollo MVP4，SiS公司5591/5595、5597/5598，ALi公司Aladdin Ⅴ等芯片组都支持AGP技术

（支持Super 7架构）。下面就以Intel公司 430 TX芯片组和ALi公司Aladdin

V芯片组为代表简单介绍一下:

一、Intel公司430TX芯片组

430TX是Intel公司为配合Pentium MMX CPU而推出的控制芯片组，也是Intel公司面向Socket 7架构的最高性能的控制芯片组，专门针对MMX技术进行了优化。它采用了一系列的新技术，使PC机的性能和智能化程度得到进一步提高。它由82439TX系统控制器与82371AB加速控制器组成。430TX在前几种Intel芯片组的基础上进行了较大的改进，除了保留系统控制和I/O管理基本功能外，还具有以下一些主要性能特点：

1.采用了动态电源管理结构(DPMA，Dynamic Power Management Architecture)。

2.支持Ultra DMA，采用了高性能硬盘驱动协议，允许33MB/S的快速I/O数据传输率。

3.支持高性能同步DRAM(SDRAM)，并支持SDRAM与EDO的混合使用（应该保证电压相同）。

4.首次把PCI并行处理技术应用于便携式计算机系统(如笔记本电脑)。

5.支持通用串行总线(USB)。

6.提供了全系统管理总线(SMB，System Management Bus)主控制器。

二、ALi公司Aladdin V芯片组

Aladdin V芯片组是支持Super 7架构的控制芯片组。它是ALi公司于97年11月10日正式公布的支持AGP功能的芯片组，其设计可以满足使用Socket 7处理器的商用机、多媒体机和高性能服务器的需要。Aladdin-V芯片组由M1541和M1543两片芯片组成。

M1541的主要性能特点表现在以下几个方面：

1.支持的总线频率可以为66MHz、75MHz、83MHz和100MHz。

2.采用了专用PCI－66AGP接口，因此AGP可以与CPU和PCI接口并发工作。支持AGP接口标准V1.0。

3.支持增强的电源管理功能，如ACPI、DRAM刷新、芯片级电源管理，并且能够支持微软具有On Now技术的操作系统。

M1543的主要性能特点主要表现在以下几个方面:

1.支持ACPI功能，集成了2通道专用Ultra-33 IDE控制器、2端口USB控制器、SM总线控制器、PS/2键盘鼠标控制器、软盘控制器、2个串行接口和一个并行接口。

2.内建了一个高性能的I/O控制器。

3.支持SPP、PS/2、EPP、ECP并口和可编程波特率发生器，并对于FDC、UART和并行接口有高性能的电源管理功能。

用于Slot 1架构的控制芯片组

用于Slot 1架构的控制芯片组是各个芯片组厂商推出的新型控制芯片组。Intel公司的440LX、440BX、440EX、440GX、VIA公司的Apollo Pro、Apollo Pro

Plus，ALi公司的Aladdin Pro Ⅱ，SiS公司的5600、620都是支持Slot 1架构的控制芯片组。下面以440BX为例介绍它的主要功能：

440BX芯片组由82443BX主桥（Host Bridge）芯片和82371EB（PⅡX4E）I/O芯片组成。

82443BX芯片的主要性能如下：

1.采用了四端口加速技术（QPA,Quad Port Accelaration），它把CPU（支持单/双Pentium Ⅱ处理器;）、AGP端口、内存和PCI总线相互连接起来，并控制这四者的数据传送。QPA与增强总线仲裁、深度缓冲、开放页面内存结构和ECC内存控制等相结合，从而提高了系统性能。

2.采用64位总线接口，最大总线工作频率为100MHz。

3.64位主内存接口，支持SDRAM或EDO RAM， 内存容量最大1GB并支持ECC。

4.32位主PCI总线接口，集成PCI仲裁器(Arbiter)。

5.支持同步AGP接口。

6.在所有接口之间都具有数据缓冲器，以适应高数据流量和并发操作的需要。

82371EB(PⅡX4E)是一个高度集成的多功能I/O芯片，其主要功能是:

-ISA桥接器，PCI2.1版本，支持3.3V和5V 33MHz PCI设备。

2.支持Ultra DMA/33接口标准。

3.具有USB控制器，支持两个USB端口。

4.具有系统管理总线，支持DIMM技术。

5.支持外部I/O高级可编程中断控制器(APIC,Advanced Programmable Interrupt

Controller）。

控制芯片组的新动向

Intel公司的810和820是Intel新一代芯片组，是在440BX的技术基础上重新设计的第二代芯片组。由于市场的原因，820将推迟到99年下半年才能发表，在此之前先推出了82810芯片组。

VIA推出的Apollo Pro Plus芯片组是与Intel 820相同档次的芯片组，支持133MHz外频。

另外，集成芯片组是当前一种流行的新技术。SiS公司于98年7月和8月分别发表了100MHz的Socket 7集成芯片组SiS 530和100MHz的Slot 1集成芯片组SiS

620。这两组控制芯片组都集成了SiS 6326 AGP 3D显示芯片。其实Intel的810、820以及VIA公司的Apollo MVP4、 Apollo Pro、Apollo Pro Plus中也采用了集成技术。

控制芯片组

控制芯片组是微处理器与内存、外设之间交换数据的桥梁，是协调和控制微机工作的核心控制逻辑，他与CPU构成紧密的配套关系。早期PC系列微机的控制逻辑都是用中小规模的IC芯片搭成，比较典型的有可编程并行接口芯片8255A、可编程串行接口芯片8250、可编程中断控制器芯片8259A、可编程DMA控制器芯片8237A、可编程定时器/计数器芯片8253/8254等。从386微机开始，采用了专用的控制芯片组，把主板上各种控制逻辑集成到一片或多片VLSI芯片中。起初的386/486芯片组由6～8个芯片组成，随着IC集成度的提高，芯片数逐渐减少到1

～2片；到了Pentium微机时代，控制芯片组开始由4片组成，后来发展到2片，一片为北桥芯片，一片为南桥芯片，或者相当于北桥、南桥的芯片。

图1.11当前主流微机的逻辑结构示意图

当前以南、北桥结构芯片组为控制核心的主流微机系统(奔腾机)的逻辑结构大体如图1.11所示。北桥芯片直接与Pentium处理器总线(系统总线)相连，是操作速率最高的一个层次，它主要控制主存DRAM、L2Cache、AGP显示器和PCI局部总线，所以他又称为存储器控制中心(MCH)或图形存储器控制中心(GMCH)。若处理器内含了L2 Cache，则北桥芯片不再控制L2 Cache。南桥芯片不与CPU直接相连，而通过PCI总线与北桥芯片相连，控制几个USB接口和几个PCI插槽，并通过快速IDE接口控制硬盘、光盘驱动器；通过超级I/O接口控制键盘、鼠标、打印机、软驱等，同时控制声卡、LAN和BIOS固体等。

有的芯片组的南桥芯片还支持形成ISA扩展总线，如图1.11中下部的虚线所示。这样，微机系统中还可以外接一些ISA总线设备。不过，现在的Pentium 4微机中一般都不提供ISA总线扩展槽了。

设计、生产控制芯片组的公司很多，目前主流Pentium芯片组的生产公司主要有Intel、AMD、VIA(威盛)、SiS(矽统)和ALI(扬智)等几家。Intel和AMD公司是微处理器主要生产厂商，他们设计的芯片组性能优异，但一般只与自己的微处理器产品配套，而不能兼容其他厂商的微处理器，甚至完全排斥异种配置。另外几家芯片组厂商都是台湾的，我国台湾地区事实上已成了全球最大的芯片组设计制造基地，这里生产的芯片组不仅同样具有优良的性能，而且一般都能兼容不同厂家制造的同类微处理器。下面对Intel、VIA、SiS三家公司的芯片组作一简介。

1) Intel芯片组

Intel芯片组有早先的430/440/450和当今的8XX两大系列。前者基本上都是采用北桥、南桥芯片结构。这里仅将8XX系列的各代芯片组及其主要功能、性能以表格形式列出，如表1.1所示。

表1.1 Intel 8XX系列芯片组一览

芯片组

名称

北桥芯片(或MCH)

及功能

南桥芯片(或ICH) 适用MPU及

及功能

为I/O控82810 82801

制中心，性能说明

支持66MHz、支持810

i810 适用于Socket

制中心，负责系ATA33/66

时钟频率

芯 USB接口、370架构的

统主存、显存、IDE、双片 串口、并将总线时Pentium Ⅲ和显卡的控制管USB

组 口、软驱钟频率提赛扬

接口。

82810E

理。

82801

和键盘810E 高到(GMCH) (ICH)

外，还内133MHz，置AC’97且支持(GMCH)

为图形存储器控(ICH)

除管理IDE100MHz控制器、系统总线

标准声卡和固件芯82810E

810E2

(GMCH)

AGP显卡

支持ATA100 IDE控片82802制器、4个USB接82801BA

的接口。

口、6声道环绕立(ICH2)

体声声卡和增强的网络功能

ATA33/66 MB/S

适用于Pentium Ⅲ和赛扬。

815 82815(GMCH)

i815芯

片

组

815EP 82815EP(MCH)

815E 82815(GMCH)

82801AA(ICH) IDE，双USB,双AC97声道，DVD

82801BA(ICH2)

ATA33/66/100IDE，支持4USB，双声道，DVD 66/100/133MHZATA33/66/100IDE，总线时钟，82801 BA(ICH2) 4USB，6声道，不100/133MHZ

支持AGP显卡

SDRAM

82850(MCH)

支持400MHz系统总线时i850

芯片组

钟、3.2GB/s带宽的双RDRAM通道、1GB/s带宽的AGP接口，全面支持AGP2X/4X规格。最大支持2GB内存。

82845(MCH)

i845

芯片组

只支持PC133 SDRAM，内存最大带宽1.06GB/s、最大容量2GB。

82801BA(ICH2)

支持双ATA33/66/100IDE、适用于Socket 423/478架构的4 USB1.1口，6声Pentium 4；

道AC’97网络传与RAMBUS DRAM内存匹配，适于高输，支持6个PCI端用户。

槽、4个DIMM槽和多处理器。

82801BA(ICH2)

适于Pentium 4。与SDRAM内存匹配，适于低端用户。

82845E(MCH)

支持533MHz总线带宽i845E

芯片组

1.6/2.1GB/s带宽的DDR200、DDR266内存，支持1.5V电压的AGP4X显卡、最大2GB内存。

82845G(GMCH)

i845G

芯片组

内置显卡控制芯片，支持数字图像输出。其余同82845E。

82801DB(ICH4)

比82801BA(ICH2)的最大改进是： 支持6个USB 2.0接口。

适于North Wood内核和Socket

478架构的Pentium 4。

内置了功能强大的图形显示芯片，82801DB(ICH4) 支持硬件DVD解码和双屏同步显示，适于高端奔Pentium 4机。

82845PE/82845GE(GMCH)

i845

PE/

845GE

芯片组

分别只是在82845E和82845G的基础上增加了对DDR333内存的支持，使内存带宽可达2.7GB/s。

E7205(MCH)

iE7205

芯片组

支持双DDR内存控制技术，实现4.2GB内存带82801DB(ICH4)

宽和533MHz总线带宽，支持AGP8X。

2) VIA芯片组

VIA公司的芯片组主要有P4X266、P4X266A、P4X333、P4X400、P4M266等几个系列，详见表1.2。

表1.2 VIA芯片组一览

用于支持Pentium 4的入门级工作站芯片组，支持最新的超线程技术。

82801DB(ICH4)

与i845E/845G芯片组相比，增加了对DDR333内存和超线程技术的支持，所以适于更高端Pentium 4机。

芯片组 北桥芯片(MCH)

名称 及功能

VTP4X266

P4X266

芯片组

支持： PC100/133

南桥芯片(ICH)

及功能

VT8233

适用MPU及性

能说明

适用Socket

支持： 6个USB1.1口，5423/478架构的SDRAM，PC200/266 DDR 个PCI，AC’97声卡，5.1Pentium 4。是较早SDRAM，AGP4X/2X，400MHz总线时钟。

VTP4X266A

声道，10M/100Mb/s以太支持DDR内存的芯片网，266MB/s的V-LINK。 组。

VT8233A

只支持： 4个USB，4个P4X266芯片组的升级版本。只适用于P4X226A

芯片组

取消对SDRAM的支持，全面支持DDR内存；支持533MHz总线时钟，最大内存容量3GB。

PCI，但正式支持ATA 133 Socket478架构的IDE。

VT8235

Pentium 4。

VT8754

P4X333

芯片组

支持：533MB/s全新V-适用于Socket478架构的Pentium 4。

支持： DDR 333内存，LINK，6声道，最大容量3.2GB，10M/100Mb/s以太网，AGP8X，2.1GB/S显卡带ATA133 IDE，6个宽。 USB2.0，6个PCI,内置MC’97 Modem

P4X400

芯片组

ApolloP4X400

支持： 3个DDR400，最VT8235

大内存容量3GB,AGP8X。

VT8751

可另外提供一个IEEE 1394接口。

P4M266

芯片组

支持： PC200/266 DDR，VT8233

PC100/133 SDRAM，最大VT8233A

内存容量4GB，400MHz总VT8233C

线时钟，AGP显卡。

内置： prosavage8显卡。

VT8366

VIAKT266 支持： PC133 SDRAM， VT8233

芯片组 PC400 DDR，6声道AC’97LAN。

支持Barton内核，VIAKT400

芯片组

更新了北桥内存控制

设计。适用于Socketa架构的

Pentium 4。

适用于Socket A架支持166MB/S的V-LINK。 构的Pentium 4。

3) SiS芯片组

SiS公司的芯片组主要有SiS645/645DX、SiS648、SiS655、SiS735和SiS746FX几个系列，如表1.3所示。

表1.3 SiS芯片组一览

芯片组 北桥芯片(MCH)

名称 及其功能

南桥芯片(ICH)

及其功能

SiS961

支持： 6个PCI，6个SiS645

芯片组

SiS645

支持： DDR 333内存，最大USB1.1，6声道AC’97声卡，2个适用MPU及性

能说明

引入多线程I/O连接(MuTIOL)技术，使PCI传输率高达1.2GB/S，约为传统133MB/S的10倍。

容量3GB，400MHz总线时钟。 ATA100/66/33 IDE，533MB/s的南北桥传数速率。

SiS645DX

支持： PC 133/100

SiS645DX

SDRAM,PC333/266/200 SiS 961

芯片组

DDR,533MHz总线时钟,内置显卡芯片，使2D/3D性能提高。

SiS 963

SiS648

支持： DDR 333内存，533MHz总线时钟，AGP8X。

支持： 6个USB2.0/1.1，ATA133

引入MuTIOL技术，使PCI带宽达适于Socket 478架构的Pentium

4。

SiS648

芯片组 IDE，10M/100Mb/s以太1GB/s;增加了IEEE

网，6声道AC’97声卡，IEEE 1394a。

1394a接口。

SiS655

SiS655

芯片组

支持： 双通道DDR333，将内存频带提升2倍至5.4GB/s；SiS 963

533MHz总线时钟；AGP8X；超线程技术。

将南、北桥芯片合二而一的单芯片结构，

主要优点：

SiS735 降低芯片组和主板成本，缩小体积；

芯片组 通过引入MUTIOL技术，使总线带宽达到1.2GB/s；

采用特殊访问模式，保证每个设备都能有效利用高带宽。

SiS963L 适用于SocketA架适用于Socket A架构的Pentium

4。

是SiS首款提供双通道DDR333内存控制器的芯片组。

SiS746FX 支持： USB2.0/1.1，双构的Pentium 4。

SiS746FX

支持： DDR400，333MHz总线ATA133/100/66 IDE，6引入MUTIOL技芯片组

时钟，AGP8X。 声道，10M/100Mb/s以术，支持1GB/s总

太网。

线带宽。

本文标签： 芯片组控制支持内存总线