Tudo o Que Você Precisa Saber Sobre Chipsets
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Última
Atualização: 08 de setembro de 2005
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Fonte: www.clubedohardware.com.br
Afinal
de contas, o que é um chipset? Quais são suas funções? Qual é a sua
importância? Qual é a sua influência no desempenho do micro? Neste tutorial responderemos a
estas e outras questões.
Chipset
é o nome dado ao conjunto de chips (set significa “conjunto”, daí o seu nome)
usado na placa-mãe.
Nos
primeiros PCs, a placa-mãe usava circuitos integrados
discretos. Com isso, vários chips eram necessários para criar todos os
circuitos necessários para fazer um computador funcionar. Na Figura 1 você pode
ver uma placa-mãe de um PC XT.
Figura
1: Placa-mãe de um PC XT.
Após
algum tempo os fabricantes de chips começaram a integrar vários chips dentro de
chips maiores. Como isso, em vez de usar uma dúzia de pequenos chips, uma
placa-mãe poderia ser construída usando apenas meia dúzia de chips maiores.
O
processo de integração continuou e em meado dos anos 90 as placa-mãe eram
construídas usando apenas dois ou até mesmo um único chip grande. Na Figura 2
você pode ver uma placa-mãe para 486 (lançada por volta de 1995) usando apenas
dois chips grandes com todas as funções necessárias para fazer a placa-mãe
funcionar.
Figura
2: Uma placa-mãe para 486. Este modelo usa apenas dois chips grandes.
Com
o lançamento do barramento PCI, um novo conceito, que ainda hoje em dia é
utilizado, pôde ser empregado pela primeira vez: a utilização de pontes.
Geralmente as placas-mães possuem dois chips grandes: um chamado ponte norte e
outro chamado ponte sul. Às vezes, alguns fabricantes de chip podem integrar a
ponte norte e a ponte sul em um único chip; neste caso a placa-mãe terá apenas
um circuito integrado grande!
Com
o uso da arquitetura em pontes os chipsets puderam ser padronizados. Falaremos
mais sobre isso na próxima página.
Os
chipsets podem ser fabricados por várias empresas, como ULi (novo nome da ALi),
Intel, VIA, SiS, ATI e NVIDIA. No passado havia outros fabricantes no mercado,
como era o caso da UMC e OPTi.
A
maioria das pessoas confunde o fabricante do chipset com o fabricante da
placa-mãe. Por exemplo, se uma placa-mãe usa um chipset fabricado pela Intel
não significa necessariamente que a Intel também é a fabricante da placa. ASUS,
ECS, Gigabyte, MSI, DFI, Chaintech, PCChips, Shuttle e também a Intel são
alguns dos vários fabricantes de placas-mães presentes no mercado. Os
fabricantes de placas-mães compram dos fabricantes de chipsets os chipsets para
serem integrados em suas placas. Na verdade, existe um aspecto muito
interessante nessa relação. Para construir uma placa-mãe, o fabricante da placa
pode seguir o projeto padrão do fabricante do chipset, também conhecido como
“modelo de referência”, ou pode criar seu próprio projeto, fazendo modificações
no circuito para oferecer maior desempenho e mais funcionalidades.
Ponte Norte
O
chip ponte norte, também chamado de MCH (Memory Controller Hub, Hub Controlador
de Memória) é conectado diretamente ao processador
e possui basicamente as seguintes funções:
- Controlador de
Memória (*)
- Controlador do
barramento AGP (se disponível)
- Controlador do
barramento PCI Express x16 (se disponível)
- Interface
para transferência de dados
com a ponte sul
(*)
Exceto para processadores soquete
754, soquete 939 e soquete 940 (processadores
da AMD, como é o caso do Athlon 64),
já que nesses processadores o controlador de memória está localizado no próprio
processador,
e não na ponte norte.
Alguns
chips ponte norte também controlam o barramento PCI Express x1. Em alguns
outros é a ponte sul quem controla o barramento PCI Express x1. Em nossas
explicações assumiremos que a ponte sul é o responsável por controlar as pistas
PCI Express x1, mas tenha em mente que isso pode variar de acordo com o modelo
do chipset.
Na
Figura 3 você pode ver um diagrama que mostra a função da ponte norte no
computador.
Figura
3: Ponte norte.
Como você pode ver, o processador não acessa diretamente a memória RAM
ou a placa devídeo. É a ponte norte que funciona como intermediário no acesso do
processador a estes dispositivos. Por causa disso, a ponte norte tem influência
direta no desempenho do micro. Se um chip de ponte norte tem um controlador de
memória melhor do que outro, o desempenho geral do micro será melhor. Isto
explica o motivo pelo qual você pode ter duas placas-mães voltadas para a mesma
classe de processadores
e que obtêm desempenhos diferentes.
Como
comentamos anteriormente, nos processadores Athlon 64 o controlador de memória
está integrado no próprio processador e é por isso que praticamente não existe
diferença de desempenho entre placas-mães para esta plataforma.
Como
o controlador de memória está na ponte norte, é este chip que limita o tipo e a
quantidade máxima de memória que você pode instalar no micro (no caso do Athlon
64, quem é o responsável por tais limites é o próprio processador, já que o
controlador de memória está embutido nele).
A
conexão entre a ponte norte e a ponte sul é feita através de um barramento. No
início, o barramento utilizado para conectar a ponte norte à ponte sul era o
barramento PCI. Atualmente, o barramento PCI não é mais usado para esse tipo de
conexão e foi substituído por um barramento dedicado. Falaremos mais sobre isso
adiante, já que o tipo de barramento utilizado nesta conexão pode afetar o
desempenho do micro.
Ponte Sul
O
chip ponte sul, também chamado ICH (I/O Controller Hub, Hub Controlador de
Entrada e Saída) é conectado à ponte norte e sua função é basicamente controlar
os dispositivos on-board e de entrada e saída tais como:
- Discos Rígidos
(Paralelo e Serial ATA)
- Portas USB
- Som on-board
(*)
- Rede
on-board (**)
- Barramento PCI
- Barramento PCI
Express (se disponível)
- Barramento ISA
(se disponível)
- Relógio de
Tempo Real (RTC)
- Memória de
configuração (CMOS)
- Dispositivos
antigos, como controladores de interrupção e de DMA
(*)
Se a ponte sul tiver controlador de som on-board, será necessário a utilização
de um chip externo chamado de codec (abreviação de codificador/decodificador)
para funcionar.
(**)
Se a ponte sul tiver controlador de rede
on-board, será necessário a utilização de um chip chamado phy (pronuncia-se
“fái”, abreviação de physical, camada física, em português) para funcionar.
A
ponte sul é também conectada a dois outros chips disponíveis na placa-mãe: o
chip de memória ROM, mais conhecido como BIOS, e o chip Super I/O, que é o
responsável por controlar
dispositivos antigos como portas seriais, porta paralela e unidadede disquete.
Na
Figura 4 você pode ver um diagrama que mostra a função da ponte sul no computador.
Figura
4: Ponte sul.
Como você pode ver, enquanto que a ponte sul pode ter alguma influência
no desempenho do disco rígido,
este componente não é tão crucial no que se refere ao desempenho geral do micro
quanto à ponte norte. Na verdade, a ponte sul tem mais a ver com as
funcionalidades da sua placa-mãe do que com o desempenho. É a ponte sul que
determina a quantidade (e velocidade) das portas USB e a quantidade e tipo (ATA
ou Serial ATA) das portas do disco rígido que sua placa-mãe possui, por
exemplo.
Conexão Entre as Pontes
Quando
o conceito de pontes começou ser usado, a comunicação entre a ponte norte e a
ponte sul era feita através do barramento PCI, como mostramos na Figura 5. O
problema é que a taxa de transferência máxima do barramento PCI, 132 MB/s, era
compartilhada por todos dispositivos PCI conectados à ponte sul, em especial os
discosrígidos. Naquela época, isso não representava problemas, já que a taxa de
transferência máxima dos discos rígidos era de 8 MB/s ou 16 MB/s.
Figura
5: Comunicação entre a ponte norte e a ponte sul usando o barramento PCI.
Mas
quando placas devídeo (até então as placas
de vídeo eram PCI) e discos rígidos de alto desempenho
foram lançados, foi criado um “gargalo” no barramento PCI. Para você ter uma
idéia, a taxa de transferência máxima de um disco rígido
ATA-133 é a mesma do barramento PCI! Por isso, em teoria, um disco rígido
ATA-133 consumiria toda a largura de banda do barramento PCI, reduzindo assim,
a velocidade de comunicação entre os dispositivos conectados ao barramento.
Para
placas
de vídeo de alto desempenho,
a solução foi a criação de um novo barramento conectado diretamente à ponte
norte, chamado AGP (Accelerated Graphics Port, Porta Gráfica Acelerada).
A
solução final veio quando os fabricantes de chipsets começaram a usar uma nova
abordagem: eles criaram um barramento dedicado de alto desempenho entre a ponte
norte e a ponte sul e conectaram os dispositivos PCI na ponte sul.
Figura
6: Comunicação entre a ponte norte e a ponte sul usando um barramento
dedicado.
Quando
a Intel começou usar esta arquitetura, ela passou a chamar as pontes de “hubs”.
A ponte norte passou a ser chamada MCH (Memory Controller Hub, Hub Controlador
de Memória) e a ponte sul passou a ser chamada ICH (I/O Controller Hub, Hub
Controlador de Entrada e Saída). Isto é apenas uma questão de nomenclatura para
indicar o tipo de arquitetura que está sendo usado.
Com
a utilização dessa nova arquitetura, que é o tipo de arquitetura usado pelas
placas-mães de hoje, quando o processador
precisa ler dados do disco rígido, os dados são transferidos do disco para a
ponte sul e então repassados para a ponte norte (através de um barramento
dedicado) que por sua vez chega até o processador (ou diretamente para a
memória se o Bus Mastering – também conhecido como DMA – estiver habilitado).
Como você pode ver, agora o barramento PCI ficou mais “folgado”, o que não
acontecia na arquitetura anterior, onde ele estava sobrecarregado.
A
velocidade desse barramento dedicado depende do modelo do chipset. Por exemplo,
no chipset Intel 925X a taxa de transferência máxima deste barramento é de 2
GB/s. Outro detalhe é que os fabricantes adotam nomes diferentes para esse
barramento:
- Intel: DMI
(Direct Media Interface) ou Intel Hub Architecture (*)
- ULi/Ali:
HyperTransport
- VIA: V-Link
- SiS: MuTIOL
(**)
- ATI: A-Link ou
PCI Express
- NVIDIA:
HyperTransport (**)
(*)
A interface DMI é mais nova, usada a partir dos chipsets i915 e i925, e usa
dois canais de dados separados, um para a transmissão e outro para a
recepção (comunicação full-duplex). O Intel Hub Architecture, usado pelos
chipsets anteriores, usa um mesmo caminho tanto para a transmissão quanto
para a recepção (comunicação half-duplex).
(**)
Alguns chipsets da NVIDIA e da SiS são formados apenas por um único chip,
ou seja, tanto as funções da ponte norte quanto as funções da ponte sul estão
integradas em apenas um chip.
No
Radeon Xpress
200 da ATI, a comunicação entre a ponte norte e a ponte sul é feita através de
duas pistas PCI Express. Isso não afeta o desempenho do sistema, porque ao
contrário do barramento PCI, o barramento PCI Express não é compartilhado por
todos dispositivos PCI Express, já que ele é uma solução ponto-a-ponto, o que
significa que esse barramento é usado para conectar apenas dois dispositivos, o
receptor e o transmissor; nenhum outro dispositivo pode ser “pendurado” a esta
conexão. Uma pista é usada para a transmissão e a outra para recepção dos dados
(comunicação full-duplex).
Como
comentamos anteriormente, você pode estar curioso para saber o que são os
“dispositivos PCI on-board” listados nas Figuras 5 e 6. Dispositivos on-board,
como rede e som, podem ser controlados pelo chipset (ponte sul) ou por um chip
controlador adicional. Quando a segunda opção é usada, o chip controlador é
conectado ao barramento PCI.
EVOLUÇÃO DOS BARRAMENTOS ATÉ CHEGAR NOS CHIPSETS PONTE NORTE E SUL
BARRAMENTO LOCAL
BARRAMENTO EISA
BARRAMENTO VLB
BARRAMENTO PCI
FSB
QUICKPATH INTERCONNECT
Lembre-se a importância de entender como os eram os barramentos nos primeiros processadores, para entender os barramentos que estão por vir, com o surgimento da computação quântica.
CORE I7
Apesar
do uso do PQI e do controlador de memória integrado, o Core i7
baseado no core Bloomfield ainda usa um layout bastante convencional,
com o chipset X58 sendo dividido nas tradicionais ponte norte e ponte
sul (muito similar ao usado nos processadores AMD), onde a ponte
norte (o chip X58 IOH) possui as linhas PCI Express e a ponte sul (o
chip ICH10) controla as demais interfaces. Assim como nos chipsets
Intel anteriores, ambos os chips são ligados através de um
barramento DMI, que é relativamente lento para os padrões atuais,
mas ainda suficiente para a função.
Grato,
Jefferson D. Garcia
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