《微机原理与接口技术（第2版）》第14章外围芯片组

第14章外围芯片组本章知识要点：

本章从微机的实际配置入手，全面、系统的对微机系统中常用的、不可或缺的外围芯片组的基本概念、基础知识，在系统中扮演的角色、常用技术术语等知识给于描述。并以Intel82443外围芯片组、时下常用的、流行的82945G快速芯片组为例，分别介绍了它们的结构、芯片组的各项功能、所采用的技术以及它们在系统中的典型应用等，进行了全面地描述。本章所述内容反映的是当前微机领域内外围芯片组的最新而实用知识。14.1外围芯片组综述

14.1.1外围芯片组

多功能高集成外围芯片组（Chipset）是微机系统的核心部件之一。芯片组功能几乎决定了主板的全部。芯片组要有强大的功能、良好的兼容性、互换性和扩展性，对性价比要求也很高，并适度考虑用户在一定时间内的可升级性。笔记本上的芯片组，要求能耗要低、稳定性要好、综合性能和扩展能力也不可很低。14.1.2南桥芯片

通常，外围芯片组又有北桥芯片与南桥芯片之分。南桥芯片（SouthBridge）是芯片组的一个重要组成部分。从物理位置上来说，一般是在主板离CPU插槽较远的下方，而位于PCI插槽的附近，这种布局主要是考虑到与它连接的I/O线较多，离处理器远一点有利于布线而为之。前几年Intel的Socket7的430TX，和Slot1的440LX，其南桥芯片都是采用了82371AB。近两年Intel的芯片组845E/845G/845GE/845PE等，配置采用的是ICH4南桥芯片14.1.3北桥芯片

北桥芯片的主要功能是，负责对CPU与主存储器之间的数据交换操作，对总线PCI、AGP的操作、对数据在北桥芯片内部的传输操作实施控制。北桥芯片的功能直接反映出主板的性能。从物理位置上来说，北桥芯片位于和CPU插槽附近，在上面还配备有散热片。目前对于Intel平台来说，可选的芯片组有915、865PE、845PE、848P、945等。

14．2多功能外围芯片组82443

Intel82443芯片把传统上的“北桥”和“南桥”集成进了一个芯片之内，从而有效地减少了电的消耗和主板上的空间。这一芯片适用于PentiumII和赛扬等系列微处理器。82443PCI芯片组拥有以下几个特点：1.对Processor微处理器主总线支持适用于PentiumII和赛扬(Celeron)微处理器2.对动态随机存储器DRMA的完全支持。3.配备有PCI总线接口4.将IDE控制器集成进芯片组内5.对外围设备提供强有力的支持。6.对AC’97音频和调制解调器CODEC接口提供支持。7.对SMBus

的支持。8.电源管理逻辑。南桥芯片北桥芯片器82443的逻辑框图

系统地址映像1.寻址的存储空间

在82443系统上运行的软件，其访问存储器的范围决不允许超过4GB的物理存储空间，如图16-7所示。2.存储器映像：3.系统管理方式存储器阴影区5.译码规则和跨桥的地址映像6.输入/输出地址空间82443芯片存储器地址14.2.4主机接口功能赛扬、PentiumII微处理器的主机接口

82443把主机地址、控制、以及数据总线接口等，都集成在一个器件之内。

82443芯片对由Celeron微处理器/PentiumII微处理器总线接口定义的那种大的事务处理类型的子集不仅给以承认，而且还提供有效的支持。

14.2.5存储器接口

１．动态随机存储器DRAM接口

82443芯片把主存储器动态随机存储器DRAM的控制器集成了进去，以支持对64位的SDRAM阵列的操作。

２．动态随机存储器结构和配置

82443芯片支持64位的动态随机存储器DRAM的配置。82443芯片最多可支持四个SDRAM存储器行。３．系统存储管理图16-9中展示出SMRAM是怎样映射成为各种各样的各种用途的SMRAM区域的

14.2.6AC’97音频和调制解调器控制器

１．AC’97音频控制器

82443芯片支持AC'97版本2.0的大部分音频特征。

2．AC’97调制解调器控制器

82443芯片包括6条AC'97软调制解调器的特征。

3．AC’97控制器的连接图14-3中展示出了AC’97控制器是怎样经由一个数字串行连接“AC-link”,与其同伴AC’97/AMC’97的编码译码器进行通讯的。图14-4中所展示的是基于82443的AC’97音频系统的音频连接。

14.2.7PCI接口１．PCI接口技术

82443芯片把传统意义上的北桥芯片和南桥芯片连同附加的配置都集成到一片集成电路芯片之内，如图所示。

北桥芯片组

南桥芯片组82443芯片2．北桥芯片组的功能

（1）北桥芯片组作为PCI总线的输出目标北桥芯片组仅仅支持如下几种PCI操作：①存储器读操作和读存储器行操作，②存储器多路读操作，③存储器写和写无效操作，④其他操作命令，⑤独占的访问，⑥快速紧接着的传送操作。3．北桥芯片组作为PCI总线的启动部件4．南桥芯片组的功能

南桥芯片组内的PCI总线逻辑功能是，作为PCI总线与DMA、RTC、中断控制器、SMBus、GPIO、电源管理逻辑电路、USB、IDE以及X-总线等设备交换信号的接口。（1）南桥芯片组作为PCI的目标对象

（2）南桥芯片组作为PCI的启动部件

14.2.8DMA控制器1．DMA控制器（1）DMA的寄存器

（2）功能2．PCI总线的DMA82443芯片组支持两种类型的PCI总线的DMA协议，即PC/PCIDMA以及分布式DMA。（1）PC/PCIDMA（2）分布式DMA14.2.9定时器和实时时钟RTC

在定时器功能的实现上，82443芯片组把82C54的定时器/计数器集成了进去。1．计数器/定时器

82443芯片组集成进了3个计数器，与82C54中的三个可编程的间隔定时器的功能是相同的。2．实时时钟RTC

实时时钟这一功能部件是为系统提供用电池来备份系统的时间和日期的一个专用器件，其内有三种中断配置可供选择使用。

14.2.10中断控制器

82443芯片组中集成进的两个82C59中断控制器被级联在一起，可以响应十三个外部中断和三个内部中断。主控中断控制器提供的是IRQ[7~0]这8个中断请求信号，从属中断控制器提供的是IRQ[15~8]八个中断请求信号，如图16-13所示。

82C59

核心控制器1(主控设备)

82C59

核心控制器2(从属设备)INT(去CPU)（INTR）（INTR）IRQ1IRQ3IRQ4IRQ5IRQ6IRQ7IRQ8IRQ9IRQ10IRQ11IRQ12/MIRQ14IRQ15FERR#定时器1计数器001234567012345674.2.11USB主机控制器

82443芯片组配备有一个USB主机控制器（HC），该控制器包括了一个根集线器和两个USB端口。4.2.12IDE接口在82443芯片组内还集成进了一种高性能的PCI总线到IDE的接口，该接口包含一个物理通道适配器，并支持两个IDE设备。14.2.13X-总线在82443芯片组内合并进一个与ISA全兼容接口的子集。在82443芯片组内的X-总线，仅支持８位目标的输入/输出总线周期和存储器周期。在X-总线上所能支持的设备分别是SIO、KBC、只读存储器基本输入输出系统（ROMBIOS）。4.2.14系统管理总线SMBus

系统管理总线(SMBus)是系统通过与简单的相关芯片进行通信的两线接口。14.3多功能外围芯片组8294514.3.182945芯片组综述

Intel的945系列芯片组，不仅为系统总线提供了667MHz传输速率，而且支持DDR2双通道内存、支持PCI快速16通道接口技术。945G还把图形媒体加速器集成进芯片之内。

945北桥配备的是ICH7-M南桥，不仅支持6个PCI快速通道接口，同时也支持PCI接口、SATA-300硬盘接口、其最高传输速率可达3Gbps。另外，还支持HDAudio音频技术。

945G／945GZ／945P／945PL快速芯片组，是为以PentiumD处理器和Pentium4处理器为平台的微机系统设计。Pentium微处理器Intel82945GGMCHDDR2DDR2通道A系统存储器533/800/1066MHzFSBDMI接口

IntelICH7

系列电源管理时钟发生器LAN连接系统管理（TCO）SMBus2.0/I2C

USB2.08端口480Mb/sIDE4个SATA端口AC’97/Intel高分辨率音频

CODECPCI快速x1GPIOPCI快速Gb级的以太网SPIBIOSPCI总线┅超级I/OFlashBIOS其他ASIC（任选）TPM（任选）LPC接口VGA显示器模拟显示器通道B82945G快速芯片显示器Add2或Add2+卡显示器图形卡PCI快速16通道图形或SDVO82945G快速芯片系统逻辑框图

14.3.2图形存储器控制器集线器(G)MCH

前面图展示出了微处理器与图形存储器控制器集线器(G)MCH连接而构成的系统的方框图。其中，(G)MCH在系统的所扮演的主要角色是，在它的诸如微处理器的前端总线(FSB)接口、系统存储器接口(DRAM控制器)、集成的图形接口(只适用于82945G／82945GZGMCH)、外部的图形接口(PCI快递接口)、和经由DMI接口的输入/输出控制器等几个接口之间，负责处理信息的传输操作。

(G)MCH支持DDR2SDRAM的其中一个、或者二个通道的数据传输操作。

(G)MCH还支持基于外部图形的新的PCI快速接口。为了增加系统性能，(G)MCH对几个队列和一个写Cache进行了整合处理。在(G)MCH内，也还配备了高级桌面电源管理系统。14.3.3技术术语1.加速图形端口(AGP)2.ADD卡3.ADD2卡4.ADD2+卡

5.核心（core）6.CRT7.DBIdynamicbusinversion）

8.DDR9.DDR210.DVI(DigitalVideoInterface)11.FSB(FrontSideBus)12.全复位（FullReset）13.GMCH（GraphicsMemoryControllerHub）14.HDMI（HighDefinitionMultimediaInterface）15.主机（Host）16.INTx

17.DVO（DigitalVideoOut）18.IntelICH719.IGD（InternalGraphicsDevice）20.LCD21.LVDS22.MCH（MemoryControllerHub）23.MSI（MessageSignaledInterrupt）24.PCI快速（PCIExpress）接口25.初始的PCI26.微处理器27.SCI（SystemControlInterrupt）28.SDVO（SerialDigitalVideoOut）29.SDVO设备30.SERR31.SMI（SystemManagementInterrupt）32.存储阵列（Rank）33.TMDS（TransitionMinimizedDifferentialSignaling）34.TOLM（TopofLowMemory）35.VCO36.UMA（UnifiedMemoryArchitecture）37．DMI（directmediainterface

14．3．4

82945G/82945GZ/82945P/82945PL(G)MCH的配置

1.是Pentium4、或PentiumD微处理器的接口2.配备有一个容量为4GB的系统存储器，和一个或二个64位宽的DDR2SDRAM数据通道。3.拥有一个16通道的PCI快递图形接口，在自然状态下的传输速率为2.5Gb/s位。4.集成的图形器件

(仅限于82945G／82945GZ)5.支持模拟信号的显示装置(仅限于82945G／82945GZ)6.支持数字显示设备(仅限于82945G)7.是DMI接口与ICH7的接口，采用的是芯片-对-芯片的连接技术。

14.3.5主机接口对Pentium4和PentiumD处理器来说，(G)MCH是一个最佳化选择。14.3.6系统存储器接口

(G)MCH集成进一个系统存储器，系统存储器带有二个64个位宽的接口，采用的是DDR2的控制器。14.3.7直接媒体接口(DMI)

直接媒体接口(DMI)，是(G)MCH与输入/输出控制器集线器7(ICH7)之间的、芯片与芯片连结的高速接口，其内