Северный мост (вычислительный)

В вычислительной технике северный мост (также хост-мост или концентратор контроллера памяти ) представляет собой микрочип базовой логики , который включает в себя архитектуру набора микросхем на материнских платах для решения высокопроизводительных задач, особенно для старых персональных компьютеров . Он подключается непосредственно к ЦП через переднюю шину (FSB) и обычно используется вместе с более медленным южным мостом для управления связью между ЦП и другими частями материнской платы. ^{[ 1 ]}

Исторически разделение функций между процессором, северным и южным мостами было необходимо из-за сложности интеграции всех компонентов на одном кристалле . ^{[ 2 ]} Однако по мере того, как скорость ЦП со временем увеличивалась, возникло узкое место из-за ограничений, вызванных передачей данных между ЦП и поддерживающим его набором микросхем. ^{[ 3 ]} Тенденция к интегрированным северным мостам началась примерно в конце 2000-х годов — например, графический процессор Nvidia GeForce 320M в MacBook Air 2010 года представлял собой комбинированный чип северный мост/южный мост/графический процессор. ^{[ 4 ]}

На старых компьютерах на базе процессоров Intel северный мост также назывался концентратором контроллера внешней памяти или концентратором контроллера графики и памяти, если он оснащен встроенной графикой. Все чаще эти функции интегрировались в сам чип ЦП. ^{[ 5 ]} начиная с памяти и графических контроллеров. С 2010-х годов уменьшение размера кристалла и повышение плотности транзисторов позволили повысить интеграцию чипсетов, а функции, выполняемые северными мостами, теперь часто включаются в другие компоненты, такие как южные мосты или сами процессоры. ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}

Intel и AMD выпустили наборы микросхем, в которых все функции северного моста были интегрированы в процессор. ^{[ 6 ]} Соответствующий южный мост был переименован Intel в Platform Controller Hub , а AMD — в Fusion Controller Hub . Для процессоров AMD FX по-прежнему требовались внешние чипы северного и южного мостов. Современные процессоры Intel Core имеют северный мост, встроенный в кристалл ЦП, где он известен как uncore или системный агент .

Обзор

Северный мост обычно обеспечивает связь между процессором , в некоторых случаях оперативной памятью и PCI Express (или AGP видеокартами ), а также южным мостом . ^{[ 7 ]}^{[ 8 ]} Некоторые северные мосты также содержат встроенные видеоконтроллеры, также известные как концентратор контроллеров графики и памяти в системах Intel. Поскольку разные процессоры и ОЗУ требуют разной сигнализации, данный северный мост обычно работает только с одним или двумя классами ЦП и, как правило, только с одним типом ОЗУ.

Есть несколько наборов микросхем, поддерживающих два типа оперативной памяти; как правило, они становятся доступными при переходе на новый стандарт. Например, северный мост чипсета Nvidia nForce2 2002 года работал только с Socket A процессорами в сочетании с DDR SDRAM .

Набор микросхем Intel i875 будет работать только с системами, использующими процессоры Pentium 4 или процессоры Celeron с тактовой частотой выше 1,3 ГГц и использующими DDR SDRAM, а набор микросхем Intel i915G работает только с процессорами Intel Pentium 4 и Celeron, но может использовать DDR или DDR2 . Память ^{[ нужна ссылка ]}

PowerPC

Чипы северного моста чаще всего встречаются на ПК на базе X86, но их также можно найти и на других платформах, например, на платформе PowerPC . Типичным примером северного моста на платформе PowerPC являются старые компьютеры Apple на базе PowerPC, такие как iMac G5 , в которых использовался чип IBM CPC945 Northbridge. Согласно примечанию разработчика Apple, чип северного моста Power Mac G5 подключен к «среднему мосту», который затем подключается к южному мосту. ^{[ 9 ]}

Этимология

Название происходит от изображения архитектуры в виде карты. Процессор будет находиться в верхней части карты, что сопоставимо с севером на большинстве географических карт общего назначения. ЦП будет подключен к набору микросхем через быстрый мост (северный мост), расположенный к северу от других системных устройств, как показано на рисунке. Затем северный мост будет подключен к остальной части набора микросхем через медленный мост (южный мост), расположенный к югу от других системных устройств, как показано на рисунке.

Разгон

компьютер Северный мост играет важную роль в том, насколько далеко можно разогнать , поскольку его частота обычно используется в качестве базовой для ЦП для установления собственной рабочей частоты. Этот чип обычно нагревается по мере увеличения скорости процессора, что требует большего охлаждения. Существует предел разгона ЦП, поскольку цифровые схемы ограничены физическими факторами, такими как нарастание, спад, задержка и время хранения транзисторов , произведение полосы пропускания коэффициента усиления тока, паразитная емкость и задержка распространения , которая увеличивается (помимо других факторов) рабочая температура ; следовательно, большинство приложений для разгона имеют программные ограничения на множитель и настройку внешней частоты. внутри процессоров необходимы более высокие напряжения Кроме того, нагрев является основным ограничивающим фактором, поскольку для правильной активации полевых транзисторов , а это более высокое напряжение выделяет большее количество тепла, что требует более эффективных тепловых решений на кристалле.

Эволюция

Общая тенденция в разработке процессоров заключалась в интеграции большего количества функций в меньшее количество компонентов, что снижает общую стоимость материнской платы и повышает производительность. Контроллер памяти , который обеспечивает связь между ЦП и ОЗУ, был перенесен на кристалл процессора AMD, начиная с процессоров AMD K8 , и Intel с процессорами Nehalem . Одним из преимуществ интеграции контроллера памяти в кристалл ЦП является уменьшение задержки между ЦП и памятью.

Некоторые чипы северного моста поддерживают два процессора, например контроллер памяти Intel 5000X, использовавшийся в оригинальном Mac Pro 2006 года.

Другим примером такого рода изменений является Nvidia от nForce3 для систем AMD K8 . Он сочетает в себе все функции обычного южного моста с портом ускоренного графического порта (AGP) и подключается напрямую к процессору. На платах nForce4 он продавался как процессор медиакоммуникаций (MCP).

Процессоры AMD Accelerated Processing Unit обеспечивают полную интеграцию функций северного моста в чип ЦП, а также ядра процессора, контроллер памяти, высокоскоростной интерфейс PCI Express (обычно для видеокарты) и встроенный графический процессор ( iGPU ). Это была эволюция AMD K8, поскольку в AMD64 контроллер памяти был интегрирован в кристалл процессора.

Северный мост был заменен системным агентом, представленным микроархитектурой Intel Sandy Bridge в 2011 году, который, по сути, выполняет все предыдущие функции северного моста. ^{[ 10 ]} Процессоры Intel Sandy Bridge обеспечивают полную интеграцию функций северного моста в чип ЦП, а также ядра процессора, контроллер памяти, высокоскоростной интерфейс PCI Express и встроенный графический процессор (GPU). Это была дальнейшая эволюция архитектуры Westmere, которая также включала в себя процессор и графический процессор в одном корпусе . ^{[ 11 ]}

В последних процессорах AMD, начиная с Zen 2, некоторые функции ввода-вывода были перенесены из кристалла ЦП на кристалл ввода-вывода в том же пакете MCM , что и ЦП. Этот кристалл обычно не считается частью северного моста, поскольку он находится в том же корпусе, что и ЦП, но выполняет некоторые из тех же функций. ^{[ 12 ]}

См. также

Intel Management Engine (ME)

Ссылки

^ «Определение: Северный мост» . Журнал ПК . Проверено 26 сентября 2015 г.
^ «Чипсет: Северный мост и Южный мост» . Ригаччи.орг. 27 января 2006 г. Проверено 7 мая 2015 г.
^ Кент, Аллен (1999). Энциклопедия информатики и технологий . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк [ua]: Деккер. п. 500. ИСБН 9780824722937 . Проверено 26 сентября 2015 г.
^ Macbook Air: предвестник грядущих событий - Digital Gravitas
^ Jump up to: ^а ^б «Надежные ноутбуки x86? Есть способ, — говорит специалист по безопасности на уровне системы» . Регистр . Проверено 4 января 2016 г.
^ Jump up to: ^а ^б «Северный мост» . Компьютерная надежда . 7 октября 2019 г.
^ Джонс, Джордж (22 октября 2004 г.). «Материнские платы и чипсеты Core-Logic: самое интересное | Что делают северный и южный мосты» . ИнформИТ.com . Проверено 7 мая 2015 г.
^ Джордж Джонс - Руководство покупателя Maximum PC 2005 - PTR Prentice Hall - ISBN 0-7686-6312-1
^ «Заметки разработчика Power Mac G5» .
^ «Кольцевая шина и системный агент — раскрыта архитектура Intel Sandy Bridge» . Anandtech.com . Проверено 7 мая 2015 г.
^ «Intel Core i5 2500K и Core i7 2600K (Sandy Bridge) — Введение» . Legionhardware.com. Архивировано из оригинала 5 июня 2016 г. Проверено 7 мая 2015 г.
^ «Чиплеты — это будущее, но они не заменят закон Мура» .

[1] «Определение: Северный мост» . Журнал ПК . Проверено 26 сентября 2015 г.

[2] «Чипсет: Северный мост и Южный мост» . Ригаччи.орг. 27 января 2006 г. Проверено 7 мая 2015 г.

[3] Кент, Аллен (1999). Энциклопедия информатики и технологий . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк [ua]: Деккер. п. 500. ИСБН 9780824722937 . Проверено 26 сентября 2015 г.

[4] Macbook Air: предвестник грядущих событий - Digital Gravitas

[register-5] Jump up to: ^а ^б «Надежные ноутбуки x86? Есть способ, — говорит специалист по безопасности на уровне системы» . Регистр . Проверено 4 января 2016 г.

[hope-6] Jump up to: ^а ^б «Северный мост» . Компьютерная надежда . 7 октября 2019 г.

[7] Джонс, Джордж (22 октября 2004 г.). «Материнские платы и чипсеты Core-Logic: самое интересное | Что делают северный и южный мосты» . ИнформИТ.com . Проверено 7 мая 2015 г.

[8] Джордж Джонс - Руководство покупателя Maximum PC 2005 - PTR Prentice Hall - ISBN 0-7686-6312-1

[9] «Заметки разработчика Power Mac G5» .

[10] «Кольцевая шина и системный агент — раскрыта архитектура Intel Sandy Bridge» . Anandtech.com . Проверено 7 мая 2015 г.

[11] «Intel Core i5 2500K и Core i7 2600K (Sandy Bridge) — Введение» . Legionhardware.com. Архивировано из оригинала 5 июня 2016 г. Проверено 7 мая 2015 г.

[12] «Чиплеты — это будущее, но они не заменят закон Мура» .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]