Obvody čipové sady (takzv. Chip set) je nejdůležitější součástí základní desky. Součástí sady je rozhraní pro procesor, řadič OP, řadič sběrnice, řadiče vstupů a výstupů.

 

Vývoj čipové sady byl určen výrobcem (firmou IBM) prvního PC-XT. Základní deska prvního PC obsahovala hodně obvodů, mezi nimi např. generátor hodin 8224, řadič sběrnice 8288, arbitr sběrnice 8289, systémový časovač 8253/54, řadič přerušení 8259, řadič DMA 8257/37, řadič klávesnice 8250, CMOS RAM, atd.

 

U počítačů PC-AT byly kromě procesoru a koprocesoru další, vesměs inovované, obvody (82284, 82288, 82289), celkem v počtu deseti. Ale základní deska v té době obsahovala až 100 různých obvodů, proto byla poměrně nákladnou záležitostí. Revoluční změnou byla novinka firmy Ch&T – čip 82206, který byl nejdůležitějším obvodem první čipové sady (řada obvodů od 82201 až po 82206). Obvod 82206 zajišťoval funkci generátoru hodin 82284, řadiče sběrnice 82288, časovače 8254, dvojnásobného řadiče přerušení 8259, dvojitého řadiče DMA s 8237 a s budiči adresy.

 

Obvod 8237 pracuje v kaskádním zapojení  (obr. při výkladu) ve dvou režimech: s normálními adresovými registry 16b a s rozšířenými registry 24b. Umožňuje programovat délku kroku mezi dvěma cykly DMA změnou následující adresy buď  o +1/+2 nebo –1/ -2.

 

Obvod DMA Master má své kanály obsazené takto:

CH0  pro připojení obvodu DMA Slave                    CH2  rezervován pro 16b periférie

CH1  rezervován pro 16b periférie                           CH3  rezervován pro 16b periférie.

Obvod DMA Slave má své kanály s vyšší prioritou  než obvod DMA Master, je to způsobeno připojením DMA Slave na kanál 0 nadřazeného DMA. Kanály DMA Slave jsou obsazené takto:

CH0  rezervován pro 8b periférie                             CH2  pro disketovou/diskovou mechaniku

CH1  pro zařízení s protokolem  SDLC                    CH3  rezervován pro 8b periférie.

(Synchronous Data Link Control protokol zajišťuje sériovou komunikaci v síti mezi počítači)

 

Pokud používáme jen 16b adresu, pracujeme s 64 KB prostorem OP a k určení adresy stačí jen jeden obvod budiče adresy navíc (z vývodů D0 až D7 generuje A8 až A15). Pokud se pracuje s 24b adresou, adresuje se 16 MB prostor OP. Zde jsou potřeba 2 obvody budiče sběrnice, které převezmou adresu z vývodů D0 až D7 (pro výslednou adresu A8 až A15) a A0 až A7 (pro výslednou adresu A16 až A24), aby doplnily v druhém kroku generování výsledné adresy A0 až A7 z vývodů A0 až A7.

 

Také obvod 8259 pracuje ve zjednodušeném kaskádovém zapojení (obr. při výkladu) – 1x Master a 1x Slave, čímž pokryjí 15 zdrojů přerušení.

Jejich rozložení je pro Master řadič takovéto:

IRQ0  časovač                                                          IRQ1  plná cache klávesnice

IRQ2  Slave  řadič                                                    IRQ3  sériové rozhraní 2

IRQ4  sériové rozhraní 1                                          IRQ5   paralelní rozhraní 2

IRQ6  disketová mechanika                                     IRQ7  paralelní rozhraní 1

a pro Slave řadič takovéto:

IRQ8  přerušení reálného času                                IRQ9  INT 0Ah

IRQ10  rezervace                                                     IRQ11 rezervace

IRQ12  rezervace                                                     IRQ13  koprocesor 80287

IRQ14  disketová / disková mechanika                    IRQ15  rezervováno

 

Funkce obvodů 8220x firmy Chip Technol.:

82201 – generátor taktu, synchronizace Resetu a Ready, Wait stav logika, logika DMA, řízení koprocesoru 80287

82202 – dekodér ROM / RAM a dekodér I/O, logika paritní chyby a kontrola paměti

82203 – generování signálů pro paměťové obvody, ukládání adres

82204 – řízení obnovování obsahu (refresh) DRAM, signály RAS a CAS

82205 – správa dat u DRAM na bázi Hammingova kódu.

82206 – viz. předchozí

 

 

Pro pozdější procesory 80386 a 80486 byly vytvořeny čipové sady na bázi  obvodů GAL (io typu „hradlová pole“ Gate Array Logic) a to 82230 a 82231. Funkce obvodů 8223x (obr. při výkladu) :

82230 – obsahuje taktovací generátor 82284, řadič sběrnice 82288, časovací obvod (hodiny) reálného času, 2x obvody řadiče přerušení v kaskádním zapojení

82231 – má čítač 8253/54 pro refresh DRAM a generování intervalů, 2x DMA 8237 v kaskádním zapojení, generátor hodinového taktu 8284

82385 – spojuje μP s lokální sběrnicí a vyrovnávací pamětí a s OP (řadič cache).

 

Starší čipové sady Intelu se sestávají z několika součástí označovaných jako:

– North Bridge , který propojoval rychlejší procesorové sběrnice (FSB od 66 MHz do 200 MHz) s pomalejšími sběrnicemi – pro grafiku (AGP) a se sběrnicemi pro další součásti systému (PCI na 33 MHz). Název celé sady je odvozen od tohoto čipu (např. sada 440BX je od Intelu je N.B. 82443BX). Čip North Bridge pracuje na plné rychlosti základní desky, tedy na rychlosti sběrnice procesoru). Je tvořen  několika čipy nebo nověji jediným čipem.

– South Bridge je odvozen od svého úkolu, kterým je propojení sběrnice PCI s pomalou sběrnicí ISA (8 MHz). Je na vržený jako jediný obvod, který spolupracuje s několika obvody North Bridge.  Připojuje se ke sběrnici PCI (33 MHz) , obsahuje rozhraní a mosty pro spolupráci s ISA (8 MHz) , dále s IDE, se sériovým portem USB a s CMOS pamětí doplněnou hodinovým obvodem reálného času.

 

– Super I/O Controller je oddělený čip, který je připojený na ISA sběrnici a umožňuje připojení běžných periférií k systému. Jde o všechny periférie vestavěné na základní desku (sériové porty, paralelní porty, řadič disketové jednotky, rozhraní pro myš a klávesnici, pro herní zařízení i řadič IDE nebo CMOS paměť).

 

Novější čipové sady Intelu (řada 800) jsou založené na takzv. rozbočovačích označovaných takto:

– rozbočovač řadiče paměti (Memory Controller Hub – MCH, stále nazývaný North Bridge) zajišťuje rozhraní mezi rychlou procesorovou sběrnicí (100 / 133 / … MHz) a samotným rozhraním rozbočovače (66 MHz) a grafickou „sběrnicí“ AGP (66 MHz).

– rozbočovač řadiče vstupů a výstupů (Input/Output Controller Hub – ICH, stále nazývaný South Bridge) tvoří rozhraní mezi rozbočovačem (pracuje na 66 MHz) a sběrnicí PCI (33 MHz) a IDE řadiči (Ultra ATA na 66 MHz).

Tyto dva základní obvody čipové sady jsou propojeny speciálním rozhraním rozbočovače, který pracuje na frekvenci 66 MHz a nevyužívá sběrnici PCI pro své přenosy. Výsledný datový tok  tohoto rozhraní je 266 MB/s a i ostatní zařízení připojená k PCI pracují s vyšší přenosovou rychlostí. 5ešení architektury rozbočovačů je silně ekonomické, protože ušetřilo u rozhraní, které je pouhých 8bitů. To přineslo menší počet vodičů ( s tím spojený je menší šum a rušení,  zmenšení počtu vývodů), ale rozhraní je schopné přenášet za 1 cyklus 4 přenosy !

 

Čipové sady pro procesory Pentium

Tyto sady uvedl Intel pro procesor Pentium, aby získal dominantní postavení i v této oblasti. První sadou byl čipset 430 (varianty LX, NX, FX, MX, HX, VX a TX, jinak nazývané od Mercury po Triton III). Hlavní charakteristikou čipsetu byla podpora nejdříve jednoho a později dvou Pentií na 66MHz, 75MHz + vyšších a Pentií MMX, snižující se napájecí napětí od 5V na 3,3V a nižší, podpora asynchronní L2 cache až 512 KB, podpora OP od velikosti 192MB DRAM až po 512MB EDO/SDRAM včetně snížení počtu cyklů potřebných na přesuny dat z a do paměti. Kontrolují se  přenosy dat pomocí parity, později systémem ECC (Error Check and Correcting). Spolupracoval s obvody South Bridge typu PIIX – zkratka PCI ISA IDE Xcelerator – ve variantách -,3,4,4E. Tento S.B. podporoval správu napájení (System Management Mode), řadiče disků Bus Master IDE nebo UDMA 33/66, později podporoval USB sběrnici a CMOS paměť.

 

Čipové sady pro pozdější procesory Pentium (Pro, II, III, …)

Díky vzájemné podobnosti procesorů od P Pro, přes P II, P Celeron až P III lze stejný čipset 440 , 450 a 810 použít i základní desku s paticí Socket8, Socket 370 nebo Slot1.

 

Čipset 810 umožnil podstatné zvýšení výkonu počítače a podporuje procesorovou sběrnici 66 / 100 / 133 MHz, systémovou paměť SDRAM  až 256MB, která je využívaná i pro  zvýšení výkonu v grafice, možnost instalace 4 MB paměti cache pro zobrazování, podporuje UltraDMA na 66MHz. Součástí čipsetu je velmi dobrá integrovaná grafická karta a DirectAGP (má lepší přístup k paměti – na 100MHz – než AGP) pro podporu 2D a 3D grafiky, integrovaný řadič Audio Codec 97. Je zde SW přehrávač DVD, který podporuje MPEG2, podporuje analogové i digitální video výstupy – dokladem je výstupní port DVI (Digital Video Interface) pro ploché monitory, architektura AHA (Accelerated Hub Archiecture) umožňuje připojení vstupů a výstupů na sběrnici  o rychlosti 66MHz. Čipset nepočítá se sběrnicí ISA, ale ta může být podporovaná obvodem mimo čipovou sadu. Čipset 810 je pojmenován podle základního obvodu GMCH (Graphic MCH) 82810 s pouzdrem Ball Grid Array (BGA). Jeho součástí je také sběrnice pro správu systému (Systém Manageability Bus – SMB), umožňující monitorování počítače ze sítě. Nově je součástí čipové sady  rozbočovač firmwaru – Firmaware Hub 82802 (FWH). V něm je umístěn systémový BIOS, který byl tvořený přepisovatelnými obvody FlashEPROM (512 KB nebo 1MB), a video BIOS.

 

Čipset 840 je určený pro výkonné víceprocesorové servery, spolupracuje se všemi procesory, které jsou zapouzdřené do patic Socket 370, Slot1 nebo 2. Sada se skládá z MCH, který podporuje „sběrnici“ AGP 2x a 4x, použití pamětí SDRAM či RambusDRAM a podporuje 64b sloty sběrnice PCI na 33 / 66 MHz. Dále jsou v sadě obvody ICH a FWH.

 

Čipy Super I/O a CMOS RAM

Třetí nejdůležitější částí každé sady je Super I/O Controller, který má funkce:

– řadiče disketových mechanik (obvykle 2 mechaniky)

– řadiče 2x sériový port (standardizovaný obvod UARTu 16550)

– řadiče paralelního portu (podporuje 3 režimy).

Paralelní port pracuje tradičně obousměrně (ven bajt, zpět nibble), dále jako Enhanced Parallel Port (plně obousměrný) a rychlý ECP (E. Capabilities P.), který je vyžadovaný některými tiskárnami a skenery.

 

V PC-AT byly systémové hodiny (Real Time Clock) a paměť CMOS součástí čipu Motorola 146818. Digitální hodiny využívaly 10B RAM a zbylých 54B bylo využito k  uložení informací o konfiguraci systému. Funkce čipu Motorola 146818 jsou buď realizované v obvodu South Bridge nebo SuperI/O nebo Non Volatile RAM se speciální baterií. Dnes je kapacita paměti RAM zvýšena na 2 až 4 KB a tento prostor je využíván k  ukládání informací o součástech systému, o součástech podporujících technologii Plug and Play , atd. Konkrétní údaje o rozložení informací v CMOS RAM se získávají jen u výrobce BIOSu (ve většině případů základních desek je  konfigurace CMOS součástí BIOSu).

Jeden bajt CMOS má speciální význam – diagnostický bajt, který určuje, zda při spouštění systému byla detekována chyba (chyba CRC, chyba inicializace řadiče HDD, atd.)