计算机硬件解读:南桥芯片的作用和发展历史

编辑:quers 2016-07-18 09:56:08 来源于:系统城 1. 扫描二维码随时看资讯 2. 请使用手机浏览器访问: http://wap.xtcheng.cc/xtjc/12375.html 手机查看

  南桥芯片主要是负责I/O接口等一些外设接口的控制、IDE设备的控制及附加功能等等。南桥芯片离处理器较远,不直接与处理器直接相连,而是通过北桥芯片与处理器的沟通处理一些数据。阅读下文了解南桥芯片的作用和发展历史

计算机硬件解读:南桥芯片的作用和发展历史

  南桥芯片(South Bridge)是主板芯片组的重要组成部分,一般位于主板上离CPU插槽较远的下方,PCI插槽的附近,这种布局是考虑到它所连接的I/O总线较多,离处理器远一点有利于布线。相对于北桥芯片来说,其数据处理量并不算大,所以南桥芯片一般都没有覆盖散热片。南桥芯片不与处理器直接相连,而是通过一定的方式(不同厂商各种芯片组有所不同,例如英特尔的英特尔Hub Architecture以及SIS的Multi-Threaded“妙渠”)与北桥芯片相连。

  一、南桥芯片的种类

  1、Intel

  自从ICH2开始,Intel南桥芯片就展现出惊人的实力,随后每一代北桥芯片都采用全新的南桥芯片进行搭配。ICH4第一次实现了对USB 2.0的支持,ICH5又引入了SATA功能。但是,真正值得我们回味的还是ICH6,这也是当前Intel南桥芯片的雏形。

  ①、Intel ICH6

  与ICH5一样,ICH6分两个型号:ICH6R和ICH6,两者的主要区别是在支持磁盘阵列功能之上。其中ICH6R除了像ICH5R支持常见的RAID 0和RAID 1磁盘阵列功能之外,还增加了一个称为“Matrix RAID”的磁盘阵列模式。所谓Matrix RAID更像是一种RAID 1.5模式,即以牺牲25%的容量达到RAID 0+1的稳定性和数据安全性。在整合度方面,ICH6也是史无前例的。4个Serial ATA通道、1个并行ATA接口、4个PCI Express x1扩展设备、整合千兆网络与8个USB 2.0接口等等。为了加强Serial ATA功能,Intel大胆地舍去一个并行ATA接口,也就是说用户最多只能安装一个IDE硬盘和一个IDE光驱,除非采用额外的IDE控制卡。

  音频功能则是ICH6的一个亮点,集成在ICH6南桥芯片中的Azalia控制器采用全新的Azalia Link(以往AC’97使用的是AC-Link)与外部的诸多Codec(数据信号转换解码器)相连,连接带宽提升到一个相当高的层次,仅仅单通道输入带宽就达到24MB/s,而AC-Link的总带宽仅仅为11.5MB/s。此外Azalia Link支持多通道的输入输出,由厂商根据需求自行使用相应的模式,最高可达7.1声道。

  ②、Intel ICH7与ICH8

  ICH7南桥芯片无前例地衍生出总共5个版本,分别为ICH7、ICH7DH、ICH7DO、ICH7DE及ICH7R,其中ICH7为标准型,ICH7DH针对数字家庭娱乐电脑,ICH7DO针对商业用途,ICH7DE针对电脑游戏玩家,ICH7R则是支持RAID 0/1/5/1+0磁盘阵列功能的版本。

  在整合度方面,ICH7是史无前例的。所有的ICH7南桥都支持4个Serial ATA通道,这意味着用户在使用Serial ATA串行硬盘时将更为自由,为组建RAID磁盘列阵奠定了基础。更为重要的是,今后光存储设备也可能转向Serial ATA接口,因此这一改进设计显得很有必要。ICH7在对待并行ATA接口方面的态度也让人感到较为欣慰,它并非彻底抛弃并行ATA,而是保留一个并行ATA接口,允许用户接驳两个并行ATA设备。

  新时代的芯片组会以PCI Express作为一个重点,而PCI Express并非是高性能显卡的专利,它甚至可以取代现有的PCI接口。ICH7标准版具备4个PCI Express Lanes,也就是说可以最多提供4个PCI Express x1接口,而其它四个加强版都提供6个PCI Express Lanes,甚至有望出现带宽更高的PCI Express x4接口,此时在配备千兆网卡、Ultra320 SCSI控制卡等设备时会发挥一定的优势。ICH8是ICH7的改进版。除了USB接口由8个增至10个、SATA-II接口由4个增至6个、首次内建千兆以太网控制器、支持6个PCI-E x1、开始支持主动管理技术(iAMT)和静音系统技术外,最大的改变便是全面了取消对AC97音频技术的支持,转而只保留高清音频(HDA)输出,同时不再提供PATA用的IDE接口,强制进入SATA时代。ICH8分为四个不同的版本,分别是低端版ICH8、主流版ICH8-R、数字企业版ICH8-DO和数字家庭版ICH8-DH,其中与P965搭配的是ICH8R和ICH8-DH,二者的主要区别是前者支持新版的Intel矩阵存储技术(MST)。MST技术可提供两个外置3Gbps eSATA接口,从而将SATA接口数量增至6个,支持AHCI和RAID 0/1/5/10等模式。

  ③、独特的RAID模式

  Matrix RAID磁盘阵列模式是Intel所推出的全新的RAID方式。在过去,一般的ATARAID控制芯片所能提供的多半仅限于RAID 0、RAID 1或RAID 0+1三种,RAID 0提供性能,而RAID 1提供数据安全性。要兼顾效能及安全性,就要采用RAID 0+1,但这需要4块硬盘,而且会浪费一半的硬盘空间。而Matrix RAID模式可以只使用两颗硬盘就能建立出RAID 0+1的环境。假设有两个80GB的硬盘,我们可以将两个硬盘的前40GB组成80GB的逻辑分割区,然后剩下两个40GB区块组成一个40GB的数据备分分割区。面对需要高性能、而不需要安全性的应用,就可以安装在RAID 0分割区,而需要安全性备分的数据,则可安装在RAID 1分割区。换言之,使用者得到的总硬盘空间是120GB,和传统的RAID 0+1相比,容量使用的效率依旧很高,而且在容量配置上有着更高的弹性。

  ④、iAMT技术备受争议

  iAMT(Intel Active ManagementTechnology)远端管理技术早在去年的IDF秋季论坛就已经曝光,不过当时认为这会首先集成于Intel的双核心处理器中。然而Intel随后显然改变了计划,将这项技术转移到ICH7南桥芯片中,不过只有ICH7 DO与DE版支持,标准版ICH7以及ICH7R和ICH7DE都暂时不支持iAMT技术。

  其实iAMT技术原本仅仅用于服务器领域,它允许使用者运用全新的管理功能来维护其联网电脑,即便电脑是在尚未登录或关机的状态下也能发挥作用。这套技术能防止使用者删除关键的数据资料,并提供远端遥控与防病毒等功能,以提供完善的资产保护机制。无论开关机都可以进行软硬件检查、远端更新BIOS。对企业用户而言,这将大幅降低MIS管理成本。不过并不是所有人都欢迎这项技术,因为一旦iAMT技术在所有的PC中得到普及,那么局域网中终端用户的权限将变得越来越小,甚至无法管理本地硬盘。此外,iAMT技术对于那些专门开发系统管理软件的公司来说确实是一个巨大的打击,iAMT强大的技术以及Intel业界龙头的金字招牌将肯定吸引大批量的企业用户。

  2、VIA

  芯片组是VIA 最主要的业务,其市场占有率相当高,同时涉足Intel与AMD的平台。也正是因为这些原因,VIA南桥芯片的发展相当快,而回顾历代VIA南桥芯片自然是全面了解VIA芯片组的捷径。

  ①、最经典的VT686B

  VT686B实际上是VT686A的升级版本,采用0.35微米工艺生产,工作电压为3.3V,352管脚BGA封装形式。VT686B是VIA第一款高度集成的南桥芯片,增加了对AC97、MC97支持,并且集成I/O控制器与硬件监控功能。然而更为重要的是,VT686B支持ATA100,这也是当时最先进的磁盘外部接口,彻底解决了接口瓶颈。作为一款经典的南桥芯片,VT686B造就了KT133A以及694X的辉煌。

  ②、值得回味的VT686B南桥芯片

  VT686B另一个重大创举便是其HDIT结构体系标准。在管脚的数目上,VT686B与686A完全一样,生产该芯片的任务完全可以在原有的686A生产线上完成,成本不会比686A提高多少,可以保证其在价格上的优势,这也是该芯片一经推出就广受主板厂商拥护的重要原因之一。此外,686A和686B允许厂家根据其产品定位,自行决定是否打开其AC97、MC97的全部或者部分功能,更为灵活。VIA的这种设计一直延续至今,因此VT686B功不可没。

  ③、VT823X系列

  VT8231的寿命并不长,但是它却是如今VT823X系列南桥芯片的雏形。从VT686B升级到VT8231之后,这款南桥芯片去除了I/O控制器与硬件监控功能,从而得以将网卡集成。更为重要的是,VT8231这次V-Link技术,与北桥芯片的带宽达到266MB/s。在输出接口方面,VT8231依旧是USB 1.1+ATA100,相比VT686B没有太大的改进。

  VT8233又是一款经典的产品,拥有VT8233A与VT8233C两种升级版产品,它们一般与KT266A或者P4X266A北桥芯片搭配。VT8233也是业界第一款支持ATA133磁盘外部接口的南桥芯片,因此也是具有里程碑意义的。需要注意的是,VT8233南桥可以配置为两种:一种为8位266MB/s的V-Link总线,另一种为16bit 533MB/s的V-Link总线。在端口输出能力方面,VT8233突飞猛进,最多支持6个USB端口,并且集成了10/100M网络。

  ④、具有划时代意义的VT8233A南桥芯片

  VT8235是一款较为成熟的南桥芯片,相比VT8233而言,其最大的改进在于支持USB 2.0。事实上,VT8233C已经在功能方面与VT8235较为接近,VT8235同样支持16bit 533MB/s的V-Link总线以及ATA133。VT8237A是VT823x系列的最后一款产品,它作为VT8237的改进版形式出现。VT8237A大部分功能与VT8337R相同,加入了HD Audio以提供高质量的音频输出。而且引入了Port Multiplier和Defer Spin up这两项Serail ATA延伸标准,Port Multiplier标准可让16个Serail ATA硬盘串联使用,而Defer Spin up标准可让多个硬盘在开机时放慢加压速度,防止硬盘突然加电而造成系统受创。

  ⑤、RAID5与NCQ技术

  RAID磁盘阵列技术被认为是改善性能并提高数据安全性的良方。而随着SATA硬盘的普及,RAID在桌面平台的可行性变得越来越高。正是看到这样的发展趋势,VIA在其VT8251南桥芯片中加入了RAID5功能,这也是为数不多可以支持RAID5的南桥芯片。与普通南桥芯片只能支持RAID0和RAID1相比,RAID5显然是面向更高阶的应用,同时也比所谓的Matrix RAID有更好的实用性。

  VT8251的另外一大特色便是支持SATA2,而且包括其中的NCQ技术。尽管SATA2将接口带宽提高到3Gb/s,但是其实际性能提升却是微乎其微。事实上,真正决定磁盘速度的关键是内部传输率,只要外部传输高于内部传输率大约30%就绰绰有余。SATA2所提供的3Gb/s传输带宽就好比一个水龙头,而当前硬盘大约60~70MB/s的实际内部传输率就好比一个杯子。当水龙头的流量明显超过杯子的承受能力时,再次加大流量几乎毫无意义,只能是徒劳的浪费。

  真正让SATA2起到作用的应当是NCQ技术(帮助磁头智能化高效率寻道),只有在NCQ技术的帮助下,SATA2硬盘才能真正展现出性能优势。与部分南桥芯片部分支持SATA2而无法支持NCQ不同,VIA VT8251全面支持SATA2的各项标准,自然也包括极具价值的NCQ技术。

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