期的電腦主板除了處理器,內存、硬盤這些配置,還有兩個比較重要的部分,就是南橋芯片組和北橋芯片組,以至于老的計算機主板損壞有一部分就是這兩塊出現(xiàn)了問題。但是這兩年我們聽到的少了,殊不知它們有些已經(jīng)消失了有的正在消失的路上,為什么會這樣呢?今天我們就一起來看一下南橋和北橋的作用和發(fā)展歷史。
我們知道,早期的計算機芯片制程不夠先進,所以晶體管集成度上不去,處理器在單位面積內實現(xiàn)的功能就有限,為了實現(xiàn)想要的功能就需要拓展到主板的其他外圍芯片上去實現(xiàn),因此就產生了北橋芯片(North bridge)和南橋芯片(South Bridge)。
北橋芯片組:
1、負責CPU與內存之間的數(shù)據(jù)交換,北橋芯片的選用決定了主板支持的內存種類、容量、速率等。
2、圖像處理功能,AGP控制和PCI總線控制。
3、Cache高速緩沖存儲器控制和控制CPU與外設之間的通信等。
北橋芯片由于與CPU聯(lián)系密切,因此在主板上的位置與CPU距離較近,由于其實現(xiàn)的功能數(shù)據(jù)量大,速率高,因此功耗較大,一般都帶有散熱片。但是近年來隨著處理器的集成度越來越高,其功能的逐漸完善,CPU內部集成了內存控制器和核心顯示控制器,速率更高,因此有些主板已經(jīng)不再需要北橋芯片了。
南橋芯片組:南橋芯片組負責I/O通信,主要用于管理對速度要求不是很高的設備,比如聲卡、網(wǎng)卡、硬盤、USB、PCI總線、鍵盤鼠標(PS/2)等,通過北橋與CPU通信。南橋部分一般距離處理器較遠,利于布線。在主板設計上,南橋的選用決定了與它相連的外設所能發(fā)揮的最大性能,有些南橋芯片需要與北橋配合使用,但是如果接口兼容,也可以自由選擇。
我們前面講到北橋芯片的一部分功能被CPU瓜分了,因此一部分任務就落到了南橋身上,形成了CPU加南橋搭配的局面,好像南橋的角色更重要了,有些主板上最大最重要的芯片就剩下南橋了。但是隨著技術的不斷發(fā)展,CPU集成的功能也越來越豐富,有些新的設計甚至已經(jīng)取消了南橋,CPU通過PCI-E與外設通信,這樣看來,主板反而成了一個的整合接插各個部件的平臺。
技術在發(fā)展,時代在進步,對于后續(xù)計算機硬件的發(fā)展情況,就讓我們拭目以待吧。
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節(jié)課給大家介紹一下計算機芯片組,這對未來學習電腦有很大的幫助,個人計算機(Personal Computer,簡稱PC)從20世紀中葉發(fā)展到現(xiàn)在,功能越來越強大,結構越來越簡單,這不能不歸功于個人計算機主板上重要的部件:芯片組(Chipset)。
芯片組號稱是主板的靈魂和核心,芯片組性能的優(yōu)劣,決定了主板性能的好壞與級別的高低。這是因為目前CPU的型號與種類繁多、功能特點不一,芯片組若不能與CPU良好地協(xié)同工作,將嚴重地影響計算機的整體性能甚至不能正常工作。芯片組作為主板的核心組成部分,按照在所采用的芯片組數(shù)量不同,可分為單芯片芯片組、標準的南北橋芯片組和多芯片芯片組,簡單的來講芯片就是將多個電容、電阻、電感、二極管、三極管集成在一起組成的物體叫做芯片,像CPU、顯卡這類芯片內部高度集成了幾百或幾千萬個晶體管,單獨的一顆二極管或三極管不能叫做芯片.
CPU(Central Processing Unit:中央處理器):通常也稱為微處理器。它被人們稱為電腦的心臟。它實際上是一個電子元件,它的內部由幾百萬個晶體管組成的,可分為控制單元、邏輯單元和存儲單元三大部分。其工作原理為:控制單元把輸入的指令調動分配后,送到邏輯單元進行處理再形成數(shù)據(jù),然后存儲到儲存器里,最后等著交給應用程序使用。
BIOS(Basic-Input-&-Output-System基本輸入/輸出系統(tǒng)):直譯過來后中文名稱就是“基本輸入輸出系統(tǒng)”。它的全稱應該是ROM-BIOS,意思是只讀存儲器基本輸入輸出系統(tǒng)。其實,它是一組固化到計算機內主板上一個ROM芯片上的程序,它保存著計算機最重要的基本輸入輸出的程序、系統(tǒng)設置信息、開機上電自檢程序和系統(tǒng)啟動自舉程序。
芯片組(Chipset):是構成主板電路的核心。一定意義上講,它決定了主板的級別和檔次。它就是“南橋”和“北橋”的統(tǒng)稱,就是把以前復雜的電路和元件最大限度地集成在幾顆芯片內的芯片組。 北橋:就是主板上離CPU最近的一塊芯片,負責與CPU的聯(lián)系并控制內存、AGP、PCI數(shù)據(jù)在北橋內部傳輸。 南橋:主板上的一塊芯片,主要負責I/O接口以及IDE設備的控制等。
MCH(memory controller hub):內存控制器中心,負責連接CPU,AGP總線和內存。
ICH(I/O controller hub):輸入/輸出控制器中心,負責連接PCI總線,IDE設備,I/O設備等。
FWH(firmware controller):固件控制器,主要作用是存放BIOS
I/O( Input/Output):是計算機CPU與外部設備進行數(shù)據(jù)交換的接口,即,“輸入/輸出”,對于計算機的CPU來說,硬盤、鼠標、鍵盤、打印機、顯示器等等都屬于外部設備,需要通過編程的方式進行數(shù)據(jù)交換。
CMOS:CMOS是電腦主板上的一塊可讀寫的RAM芯片,用它來保護當前系統(tǒng)的硬件配置和用戶對某些參數(shù)的設定。現(xiàn)在的廠商們把CMOS程序做到了BIOS芯片中,當開機時就可按特定鍵進入CMOS設置程序對系統(tǒng)進行設置,所以又被人們叫做BIOS設置。
源:中關村在線
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說起主板的南橋和北橋芯片,這可能是一件暴露年齡的事,畢竟現(xiàn)在的主板上最大、最重要的那個芯片就是南橋了,根本沒有北橋芯片的蹤影,那么它去哪里了?答案很簡單,被CPU和南橋芯片整合了。
北橋芯片(North Bridge)和南橋芯片(South Bridge)合稱就是主板的芯片組,是支撐整個主板運行的關鍵,早在586時期的電腦主板就已經(jīng)采用了這種架構。其中北橋是離CPU最近的芯片,這主要是考慮到北橋芯片與CPU之間的通信最密切,且處理的都是高速信號,為了提高通信性能而縮短傳輸距離。北橋芯片Intel通常標識為MCH,主要負責內部數(shù)據(jù)傳輸,通過前端總線FSB(Front Side Bus)與CPU進行直接通訊,并決定了支持的CPU型號和主頻。
除此之外,北橋芯片還集成了內存控制器和PCI-Express控制器(早期是AGP),所以內存、顯卡和CPU的通訊都要通過北橋來完成,同時它還要與南橋芯片連接通訊,可見北橋芯片在主板上的重要性不言而喻。早先的主板通常都是以北橋芯片型號來命名,不同型號的北橋支持的CPU和內存的性能也不一樣,例如Intel在奔騰四時期的865和845,前者支持800MHz的FSB頻率和雙通道DDR400內存,而后者僅支持533MHz的FSB頻率和單通道的DDR333內存。除此之外,早期的集成顯卡也是整合在北橋芯片中,這在命名方式上也會有所體現(xiàn),例如Intel同時期的845G和865G,以及后來的G41和G51等,G即是Graphics,內建圖形卡的意思。
由于內存與CPU進行通訊需要通過北橋芯片,這就好比從廣東省的中山市到深圳市需要拐個大彎,而北橋芯片就相當于著名的“虎門大橋”。為了提升通訊效率,AMD從Athlon64開始就在CPU中整合了內存控制器,而Intel也從第一代酷睿開始整合了內存控制器,從PCB的走線可以看到內存插槽所有的引線都匯總到了CPU的底座,這就相當于中山市和深圳市之間即將開通的“深中通道”,這是第一次給北橋芯片“減負”。
到了2010年,Intel開啟了“膠水時代”,開始把顯卡整合在CPU中,但此時它們僅僅是整合在一塊基板上,之后才真正整合在了CPU中,也就是大家熟悉的核心顯卡,還集成了PCI-Express控制器,增加了帶寬并降低了延遲,同時FSB也完成了使命壽終正寢,取而代之的的是全新的QPI和DMI。AMD后來也將顯卡核心整合在CPU中,例如大家熟悉的APU。到此為止,北橋芯片幾乎所有的功能都已經(jīng)整合到了CPU之中,自然也就沒有存在的必要了。
南橋芯片,Intel通常標識為ICH,一般位于主板布局的右下方,這主要是考慮到它所連接的I/O總線較多,離處理器遠一點有利于布線。南橋芯片主要是負責I/O總線之間的通信,充當著計算機系統(tǒng)與外周設備之間的"橋梁",例如PCI總線、USB、有線網(wǎng)卡、聲卡、SATA、鍵盤鼠標、實時時鐘控制器、高級電源管理和溫度監(jiān)測等。而現(xiàn)代的主板為了降低CPU的負擔,也會提供額外的低速的PCI-Express插槽和M.2固態(tài)硬盤插槽,相當于是整合了北橋的部分功能,所以現(xiàn)在南橋反而成為主板上最重要的芯片,名稱也被改稱為PCH,例如現(xiàn)在的Z790、B760等。
隨著半導體工藝的演進,CPU的性能不斷增強的同時,可整合的內容也更多,例如SATA控制器和USB控制器,而網(wǎng)卡、聲卡和無線網(wǎng)卡等設備也可以通過PCI-Expesss通道與CPU直接通信,例如國產X86處理器兆芯KX-600,就整合了南北橋芯片所有的功能,所以這樣的主板連南橋芯片也不需要了。
這樣的情況在我們常用的平臺也有,例如支持AMD的Ryzen華擎Deskmini A300 STX主板,也是沒有南橋芯片的,因此以后的主板如果全面取消南橋芯片,其實一點不意外,而主板也真真正正的變成了一個插接平臺。