تراشه چیست؟

تراشه چیست؟

اسلاید 1: تراشه چیست؟اصطلاحی است که برای تعریف ساختار و معماری یک مدار مجتمع مربوط به یک قطعه از رایانه (مانند مادربرد مودم کارت گرافیک و ...) به کار می رود. چیپ یک مادربرد با چیپ ست یک مودم متفاوت است و برای سازگای ( match شدن) آنها با یکدیگر باید از خصوصیات هر یک از قطعات مطلع گردید.در اینجا تمرکز ما بیشتر بر روی چیپ ست اصلی یک رایانه که متعلق به مادربرد است می باشد. چیپ ست به صورت کاملا دقیقی به CPUمتصل می­شود و نقش کنترل باس های آن را برعهده دارد. بدون حضور چیپست Ram  و باسهای ورودی / خروجی نمی توانند عمل خاصی با CPU انجام دهند. بنابراین چیپست از اجزای مرکزی یک مادربرد است. چیپست هایی که وارد بازار می­شوند باید سرعتی بالاتر از سرعت معمول بر روی باسهای مختلف داشته باشند و قادر به حمایت از رم ها و باس های جدید باشند.از طرف دیگر از Chipset می توان به عنوان قلب یک رایانه نام برد و مسئولیت کنترل و تعیین سرعت نوع پردازنده حاظه و اسلاتهای به کار بردن شده را بر عهده آن دانست.آیسی فرمان Super I/O Controller یکی از تراشه های موجود برروی برد اصلی است که نظارت بر قسمتهای مختلف یک رایانه ( مانند: سی­دی درایو / فلاپی درایو/ صفحه کلید / ماوس/ و پورتهایی سریال و موازی ) از مهمترین وظایف آن است.Chipset می­تواند نوع حافظه سرعت پردازنده و نوع تجهیزات جانبی همانند کارت صدا و کارت گرافیک که توسط مادربرد پشتیبانی می­گردند را مشخص نماید. همچنین چیپ ست تعیین می کند که اجزاری مختلف یک رایانه چگونه و با چه سرعتی کار می کند. هیچ چیپ ستی وجود ندارد که قادر باشد از تمامی اجزای رایانه ها با قابلیت های گوناگون حمایت نماید. بنابراین پیش از تهیه رایانه ابتدا باید چیپ ست آن را مورد بررسی قرارداد تا مشخص شود که آیا این چیپست قادر به فراهم نمودن تمامی امکانات مورد نظر ما هست یا خیر

اسلاید 2: کار مجموعه تراشه های مادر بوردتان واقعا چیست؟همگی در مورد جدیدترین مجموعه های تراشه ای SIS, NVIDIA , VIA , Intel و اینکه چقدر بهتر هستند، شنیده ایم. اما کار مجموعه ی تراشه روی مادربرد چیست؟ ما میدانیم که CPU چیست، میدانیم که کارت گرافیک برای چیست و اینکه چرا درایو هارد دیسک داریم، اما بیشتر مردم چیز زیادی در مورد مجموعه ی تراشه ها نمی دانند امید واریم که بتوانیم کمی طرز کار مجموعه تراشه ها را و اینکه چرا یک مجموعه تراشه از مجموعه تراشه های بعدی متفاوت تر است را روشنتر کنیم.

اسلاید 3: نورث بریج و سات بریج؟تراشه ها معمولا از دو ریز تراشه اصلی ساخته شده اند. اینها به عنوان سات بریچ و نورث بریچ شناخته می شوند. توسعه تکنولوژی های تراشه بدین معنا بوده است که سازندگان تراشه ها و CPU ها شیوه ای را که برای جایگذاری تراشه ها استفاده میکنند، را تغییر میدهند، مثلا بعضی از CPU ها با کنترل کننده حافظه داخلی شاخته شده اند که آن کارشان را از نورث بریج می گیرد، بعضی از تراشه ها نورث بریج و سات بریج را در یک تراشه گنجانده اند، اکنون ما چگونگی راهندازی استاندارد را بررسی خواهیم کرد. نورث بریج داده ها را برای پورت گرافیک، چه AGP باشد و چه PCI express و حافظه اصلی که شامل FSB ( گذرگاه کناری جلویی ) است، می فرستد. اگر چه هر دو تراشه برای کار PC لازم است، اما نورث بریج اکثر وضایف خیلی مهم را میگرداند، چون اتصال بین CPU و بانک حافظه اصلی را دارد و سات بریچ داده ها را از شکاف های PCI1 می گذراند و همچین قطعاتی چون صوت و یا گرافیک آن بورد را ساپورت می کند.نورث بریچ و سات بریچ نام های تراشه ای متفاوتی دارند، و این که غالبا با پل مخالف یکسانی جفت شده اند و تحت نام مشترک تراشه قرار می گیرند. در زیر نمودار مجموعه تراشه ای KT600 از VIA technologies است. این نمودار نشان می دهد که چگونه قطعات PC تان به مجموعه تراشه ای متصل میشود.

اسلاید 4:

اسلاید 5: قسمتی از مادر برد لپ تاپ IBM T42.CPU : واحد پردازش مرکزی.NB : نورث بریج.GPU : واحد پردازش گرافیکی.SB : سات بریجسات بریج یکی از دو تراشه از مجموعه تراشه های منطقی هسته روی مادر برد کامپیوتر شخصی (PC) هستند. که دیگری نورث بریج می باشد. سات بریج نوعا قابلیت کندتر مادربرد را در معماری کامپیوتر تراشه های نورت بریج / سات بریج پیاده سازی می کند. در تراشه های سیستم اینتل، سات بریج " هاب کنترل کننده ورودی / خروجی"(ICH) نامیده می شود.AMD که با APU های پیوندی اش شروع شده بر حسبFCH، یا هاب کنترل کننده پیوندی، را به سات بریج داده است. معمولا می توان سات بریج را از نورث بریج به وسیله CPU مستقیما متمایز کرد. در عوض، نورث بریج سات بریج را به CPU متصل میکند. از طریق استفاده از مدار کانال مجتمع کنترل کنند، نورث بریج میتواند مستقیما سیگنال ها را از واحد های I/O به CPU برای دسترسی و کنترل داده ها پیوند دهد.بخاطر فشار پردازنده ها " روی سیستم تراشه" (SOC)، وسایل مدرن به طور فزاینده ای نورث بریج را در قالب CPU جمع کرده اند. نمونه ها عبارت است از سندی بریج اینتل و پردازنده های فیوژن AMD ( که هر دو در سال 2011 عرضه شده اند). در چنین مواردی، سات بریج مستقیما به CPU متصل می شود. هاشوبل اینتل که انتظار می رود در سال 2013 موجود شود سات بریج را در همان بسته CPU برای سکوی آلترابوک (Ultra Book) نمایان خواهد ساخت. Southbridge ( Computer)

اسلاید 6: نمای کلی:تراشه های سات بریج همه عملیات I/O کامپیوتر، چون USB، صوت، سریال، BIOS سیستم، گذرگاه ISA، کنترل کننده وقفه و کانال های IDE، را کنترل میکند. ترکیب های مختلف تراشه های سات بریج و نورث بریج ممکن است، اما این دو نوع تراشه باید برای کار کردن با هم طراحی شوند. استاندارد گسترده صنعتی برای قابلیت میان عملیاتی بین طراحی های مختلف مجموعه تراشه منطق هسته موجود ندارد، رابط بین سات بریج و نورث بریج گذرگاه PCI بود. رابط های پل زنی اصلی که اکنون استفاده می شود، DMI(اینتل) و UMI(AMD) است.

اسلاید 7: ریشه شناسی:این نام از رسم معماری به شیوه نقشه مشتق شد و به معنای دقیق کلمه، نخست با ورود گذرگاه معماری محلی PCI در سال 1991 توصیف گردید. در اینتل، خالقان مشخصات PCI گذرگاه محلی را در مرکز معماری سکوی PC(یعنی،در اکواتور) در نظر گرفتند. نورث بریج تا شمال ستون فقرات گذرگاه PCI در پشتیبانی از CPU، حافظه/کش و قابلیت های بحرانی عملکردی دیگر امتداد دارد. همچنین سات بریج تا جنوب ستون فقرات گذرگاه PCI امتداد دارد و به قابلیت های ورودی/خروجی بحرانی عملکرد کمتری، چون رابط دیسک، صوت و...،پل میزند.CPU در بالای نقشه از شمال تعیین شده قرار دارد. CPU از طریق پل سریعی)نورث بریج) که در شمال دیگر وسایل سیستم قرار دارد، به تراشه ها متصل است. نورث بریج از طریق پل کندی )سات بریج) که در جنوب دیگر وسایل سیستم قرار دارد، به بقیه تراشه ها متصل است.اگر چه معماری جاری سکوی PC ستون های فقرات ورودی/خروجی سریعتری را جایگزین ستون فقرات گذرگاه PCI کرده است، اما قرار داد نامگذاری باقی است.

اسلاید 8: تابعیت:نمودار مادربرد مدرنی که از بسیاری از عملیات جانبی روی بورد و نیز چندین شکاف توسعه پشتیباینی میکند.تابعیتی که در سات بریج معاصر یافت میشود عبارت است از:گذرگاه PCI. پشتیبانی گذرگاه PCI شامل مشخصات سنتی PCI است، اما همچین پشتیبانی را برای PCI-X و PCI Express داراست.گذرگاه ISA یا LPS بریج. اگر چه پشتیبانی ISA به ندرت استفاده می شود، اما به طرز جالبی موفق شده است قسمت مجتمع سات بریج مدرن باقی بماند.LPS بریج مسیر کنترل و داده را به Super I/O(اتصال عادی برای کیبورد، ماوس، پورت موازی،پورت سریال، پورت IR و کنترل کننده فلاپی) و FWH ( هاب میان افزاری که دسترسی را به حافظه فلش BIOS) فراهم می سازد.گذرگاه SPI.گذرگاه SPI گذرگاه سریال ساده ای ست که عمدتا برای دسترسی حافظه فلش میان افزاری (مثلا BIOS) استفاده می شود.SM Bus.SM Bus برای ارتباط با وسایل دیگر روی مادر برد ) مثلا سنسورهای دمای سیستم، کنترل کننده های فن) استفاده میشود.کنترل کننده DMI‌. کنترل کننده DMI به وسایل ISA یا LPC اجازه می دهد که بدون کمک CPU دسترسی مستقیم به حافظه اصلی داشته باشد.کنترل کننده های وقفه چون 8259A و یا I/O APIC کنترل کننده وقفه مکانیسمی را برای وسایل متصل جهت به دست آوردن توجه CPU فراهم می سازد.کنترل کننده های حافظه جمعی چون PATA یا SATA.این نوعا اتصال مستقیم هارد درایوهای سیستم را ممکن می سازد.ساعت بلادرنگ این ساعت حساب پایدار زمان را فراهم می شازد.مدیریت انرژی (ACPI,APM) عملیات APM یا ACPI‌روش ها و سیگنال رسانی را فراهم می سازند تا برای صرفه جویی در انرژی کامپیوتر خاموش شود.حافظه BIOS غیر فرار،سیستم CMOS به کمک توان مکمل باتری، حافظه غیر فرار محدودی را برای داده های پیکر بندی سیستم فراهم می سازد.رابط صوتی AC97 یا Intel High Definition Audio‌ ( صوت وضوح بالای اینتل).کنترل کننده مدیرت خارج از باند چون BMC یا HECI.

اسلاید 9: قسمتی از مادر برد لپ تاپ IBM T42.CPU : واحد پردازش مرکزی.NB : نورث بریج.GPU : واحد پردازش گرافیکی.SB : سات بریجنورث بریج به لحاظ تاریخی یکی از دو تراشه در تراشه های منطقی هسته روی مادربرد PC بوده است که دیگری سات بریج می باشد. جالب این که این عملیات به خود تراشه CPU مهاجرت کرده اند که با حافظه . کنترل کننده های گرافیک شروع می شود. برای پردازنده های Intel Sandy Bridge و AMD Fusion که در سال 2011 معرفی شدند، همه عملیات نورث بریج در CPU قرار دارد.هنگامی که نورث بریج مجازی در سیستم های قدیمی اینتل بکار می رود، آن هاب کنترل کننده حافظه (MCH) یا هاب کنترل کننده حافظه مجتمع(IMCH) نامیده می شود اگر به UGA مجتمعی مجهز گردد. جدا سازی عملیات مختلف به تراشه های نورث بریج، سات بریج و CPU بخاطر مشکل مجتمع سازی همه قطعات در یک تراشه است. در بعضی از موارد هنگامی که پیچیدگی طراحی و فزایندهای ساخت ممکن می ساخت، عملیات نورث بریج و سات بریج در یک قالب ترکیب می شوند، مثلا Nvidia GeForce 320M و 2010 Macbook Air تراشه ترکیبی نورث بریج/سات بریج/GPU است.Northbridge ( Computer)

اسلاید 10: نمای کلی :نورث بریج نوعا ارتباطات را مابین CPU، در بعضی مواردRAm، کارت های تصویری (AGP) PCI Express و سات بریج می گرداند. بعضی از نورث بریج ها همچنین کنترل کننده های تصویری مجتمع دارند که در سیستم های اینتل" هاب کنترل کننده گرافیک و حافظه " (GMCH) نامیده می شوند. چون پردازنده های مختلف و RAM به سیگنال رسانی متفاوتی نیاز دارند، یک نورث بریج نوعا فقط با یک یا دو کلاس از CPUها و عموما فقط یک نوع RAM کار خواهد کرد.تعدادی تراشه وجود دارد که از دو نوع RAM پشتیبانی می کنند(عموما اینها هنگامی موجود هستند که تغییری به استاندارد جدید وجود دارد).مثلا، نورث بریج از تراشه ها Nvidia nForce2 فقط با پردازنده های Socket A ترکیب شده با DDR SDRAM‌کار خواهد کرد.تراشه ها ی Intel i875 فقط با سیستم هایی کار خواهد کرد که از پردازنده های Pentium 4 یا Celeron که سرعت کلاک بیش از 3GHz را دارند و DDR SDRAM را بکار می برند، استفاده می کنند. تراشه های Intel i915g فقط با Intel Pentum 4 و Celeron کار می کند، اما می توان از حافظه DDR یا DDR2 استفاده کند.

اسلاید 11: ریشه شناسی : این نام از رسم معماری به شیوه نقشه مشتق شده است. در مقایسه با شمال در اکثر نقشه های جغرافیایی همه منظوره، CPU در بالای نقشه است. CPU از طریق پول سریعی (نورث بریج ) که در شمال دیگر وسایل سیستم قرار دارد، به تراشه ها متصل می شود. نورث بریج از طریق پل کندی ( سات بریج ) که در جنوب دیگر وسایل سیستم قرار دارد، به بقیه مجموعه تراشه ای متصل می شود.توسعه های اخیر : روند کلی در طراحی پردازنده های مجتمع عملیات بیشتری در یک تراشه است که این هزینه کل مادر برد را کاهش داده و عملکرد را بهبود می بخشد. کنترل کننده حافظه که ارتباط را بین CPU و RAM می گرداند، به قالب پردازنده منتقل شد. این توسط پردازنده های AMD65 شرکت AMD و پردازنده های Nehalem اینتل صورت گرفت. یکی از مزایای این کار کاهش تاخیر از CPU به حافظه است، بنابر این CPU‌می تواند مستقیما حافظه را کنترل کند.نمونه دیگر از این نوع تغییر مجموعه تراشه ای nForce3 شرکت Nvidia برای سیستم های AMD64 است که تراشه واحدی می باشد. آن همه ویژگی های سات بریج عادی را پورت AGP ترکیب کرده و مستقیما به پورت CPU متصل می شود. در بورد های nForce4، آنها این را MCP(پردازنده ارتباطات رسانه ای) در نظر می گیرند.پردازنده های Sandy Bridge اینتل مجتمع سازی کامل عملیات نورث بریج را در تراشه CPU، با هسته های پردازنده، کنترل کننده حافظه و واحد پردازش گرافیک (GPU) متبلور میکند. این تکامل بیشتر معماری Westmere است که همچنین CPU و GPU‌را در همان بسته متبلور کرد.پردازنده های AMD Fusion مجتمع سازی کامل عملیات نورث بریج را در تراشه CPU با هسته های پردازنده، کنترل کننده حافظه و واحد پردازش گرافیک (GPU) متبلور می کند. این تکامل AMD64 بود، چون کنترل کننده حافظه در قالب CPU در AMD64 مجتمع سازی شد.

اسلاید 12: محل قرار گیری بر روی مادربرد

اسلاید 13: نمودار چیپست های شمالی و جنوبی