
Бронзовым веком системных плат стало появление PCI-шины и повсеместная поддержка центральным процессором кэширования оперативной памяти. Этот шаг стал возможен благодаря появлению феноменальных решений, над которыми трудились инженеры многих IT-компаний в условиях жесткой конкуренции и повышенной секретности. Тем не менее, к началу 90-х стала возможной не только опередившая время передовая шинная топология, но и новый виток интеграции системной логики. Можно сопоставить этот технологический прорыв с появлением процессора Intel 486, хотя он и его клоны благополучно сосуществовали с консервативными разработками, далекими от совершенства.
Шагом в будущее стал набор системной логики от Intel, ознаменовавший не только старт шины Peripheral Component Interconnect, но и точку, с которой начался отсчет материнских Intel-by-Intel. Речь идет о незаслужено забытом и замалчиваемом чипсете под кодовым названием Saturn, блок-схема которого приведена ниже.
Рис 1. Первый набор системной логики для процессора 80486 с поддержкой PCI-шины
Достойна упоминания системная шина CPU/Host Bus, ставшая прообразом Front Side Bus, — архитектурный подход почти на два десятка лет ставший определяющим. Использование PCI показательно: видеоадаптер, подсистема хранения данных и сетевой интерфейс до сих пор самые требовательные к быстродействию и пропускной способности. Плюс ко всему — интеграция портов ввода-вывода. Для этого законодатель компьютерной моды предложил монтировать Super I/O контроллер непосредственно на материнскую плату. Начиная с 486-х платформ становится правилом хорошего тона использование Flash BIOS. Внедрение этой технологии также на счету Intel.
Эра Pentium
Два самых ярких чипсета с поддержкой процессоров Pentium — это Intel VX (с почти забытым сегодня кодовым именем Triton II) и его более новый и производительный компаньон Intel TX. Для этих наборов логики характерно формирование концепции Южного моста, основа которой была заложена еще в микросхеме 82378IB из чипсета Saturn II.
Рис 2. Блок-схема системной платы на чипсете Intel TX с поддержкой процессоров Pentium
В чипсете Intel VX мост был обозначен аббревиатурой PIIX — PCI to IDE and ISA Xcelerator. Он стала каноническим компонентом для построения виртуальных задач в Oracle VM Box — PIIX3 до сего дня одна из двух доступных программных моделей Южного моста виртуальной компьютерной платформы. PIIX4 в составе чипсета TX, в котором в отличие от чипсета VX была поддержка UDMA 33, жил долго и счастливо, и умер в один день, не в состоянии обеспечить поддержку Ultra ATA66.
Рис 3. Материнская плата Soyo 5XA на чипсете Intel TX, выполненная в форм факторе ATX
У персональных платформ, рассчитанных на работу с процессорами семейства Pentium или их многочисленными аналогами, была одна характерная особенность — распаянная на плате кэш-память второго уровня. Почти все они предусматривали питание от блока питания типа АТ, буквально единицы были выполнены в новом для того времени ATX-формате. Обязательным элементом для данного форм-фактора стали USB-разъемы, остававшиеся пока невостребованным излишеством.
Хабовые структуры
Изначально платформы для Pentium II развивались в духе классической PCI-архитектуры. Очень удачным и столь же популярным стал чипсет Intel BX, состоящий из Северного и Южного мостов.
Рис 4. Блок-схема системной платы на чипсете Intel BX, оснащенной Accelerated Graphics Port
Характерная особенность — наличие AGP, кастомизированного варианта PCI-шины для графического адаптера. Этот порт, изначально способный поддерживать обмен только на частоте 66 МГц, устанавливался на материнскую плату в единственном экземпляре. На серверных платформах вместо него к этой PCI-шине подключались два сетевых чипа в продвинутой PCI-X версии.
Вскоре классику потеснил модерн: на смену чипсету Intel BX пришли наборы логики с абсолютной иной организацией взаимодействия — так называемые хабовые структуры.
Рис 5. Системная плата S2080 Tomcat производства Tyan на чипсете i815
В рамках хабового взаимодействия в архитектуре системной логики уже не нашлось места ISA-шине. Ее поддержка требовала дополнительного PCI-to-ISA моста, что не находило понимания у производителей: платы на системной логике Intel 800-й серии оснащались ISA-разъемами в редчайших случаях.
Рис 6. Блок-схема материнской платы AOpen AX3S на чипсете i815
Начиная с i810 в качестве ОЗУ использовались только DIMM-модули на основе синхронной динамической памяти. Южный мост получил название I/O Control Hub и поддерживал высокоскоростной параллельный интерфейс взаимодействия с накопителями. Микросхема BIOS подключалась непосредственно к нему и также требовала хабового исполнения.
Pentium 4 дает добро DDR SDRAM
Появление процессоров семейства Pentium 4 стало драматическим сюжетом в истории компьютерной техники: развитие подсистемы памяти пошло по экстенсивному пути, навязанном компании Intel извне. За малым исключением чипсеты 800-й серии с поддержкой этих процессоров рассчитаны были на работу с DDR SDRAM. Еще одно кардинальное новшество — появление Serial ATA интерфейса для работы с жесткими магнитными дисками. С принятием спецификации USB 2.0 существенно возросла производительность универсальной последовательной шины.
Рис 7. Блок-схема одной из самых популярных платформ на базе чипсета i946GZ
Появление 900-й серии системной логики Intel связано с разработкой новой реализации — шины PCI Express. Увидел свет и новый двунаправленный интерфейс взаимодействия центрального процессора с системной логикой, существующий по сей день — Direct Media Interface. Калейдоскоп версий чипсетов, переход от DDR к DDR2, смена процессорного гнезда, появление встроенного в процессор графического ядра и даже отказ от NetBurst-архитектуры самого процессора — все это стало этапами стремительной эволюции компьютерных платформ, ведущей к тесной интеграции всех систем.
Курс на сближение
Дальнейшей интеграцией стал перенос контроллера памяти из Северного моста в кристалл процессора, реализованный c выходом наборов системной логики 5-й серии (после 900-й серии Intel фактически обнулил счетчик, начав новую нумерацию). Хабовая структура фактически потеряла смысл, сохранился только дуплексный DMI-линк, производительностью 8 GT/sec по каждому из четырех каналов. Набор системной логики перестал быть таковым в силу того, что сократился до одного чипа — Южного моста, в качестве которого задействован Platform Controller Hub (PCH).
Рис 8. Блок-схема платформы на базе чипсета Intel B250/H270
Начиная с чипсетов 7-й серии получила новое развитие и USB-шина. Ее функциональность вышла за первоначально очерченные пределы: добавилась двойная роль в схемах управления питанием и интеграция с процессорными видеоинтерфейсами — HDMI и дисплей-портом. Все это стало возможным, благодаря использованию нового конструктива портового разъема — USB Type C. Самый современный на данный момент чипсет пока еще поддерживает только обмен данными по протоколу USB 3.1 Gen 1. SuperSpeed+ реализуется внешними по отношению к PCH контроллерами.