Функции южного моста

Функцией южного моста является передача необходимых данных и сигналов управления устройству, подключенному к южному мосту от процессора, оперативной памяти или видеокарты. Обратно устройства южного моста могут передавать данные и сигналы своего состояния устройствам северного моста.

Южный мост включает в себя:

- контроллеры шин PCI, PCI Express, SMBus, I2C, LPC, Super I/O

- DMA контроллер;

- контроллер прерываний;

- PATA (IDE) и SATA контроллеры;

- часы реального времени (Real Time Clock);

- управление питанием (Power management, APM и ACPI);

- энергонезависимую память BIOS (CMOS);

- звуковой контроллер (обычно AC'97 или Intel HDA).

PCI- шина ввода-вывода для подключения периферийных устройств к материнской плате компьютера.

Стандарт на шину PCI определяет:

- физические параметры (например, разъёмы и разводку сигнальных линий);

- электрические параметры (например, напряжения);

- логическую модель (например, типы циклов шины, адресацию на шине).

PCI Express – компьютерные шина, использующая программную модель шины PCI и высокопроизводительный физический протокол, основанный на последовательной передаче данных.

В отличие от стандарта PCI, использовавшего для передачи данных общую шину с подключением параллельно нескольких устройств, PCI Express, в общем случае, является пакетной сетью с топологией типа звезда.

Устройства PCI Express взаимодействуют между собой через среду, образованную коммутаторами, при этом каждое устройство напрямую связанно соединением типа точка-точка с коммутатором.

Устройства PCI Express взаимодействуют между собой через среду, образованную коммутаторами, при этом каждое устройство напрямую связанно соедением типа точка-точка с коммутатором.

Устройства PCI Express взаимодействуют между собой через среду, образованную коммутаторами, при этом каждое устройство напрямую связано соединением типа точка-точка с коммутатором.

Кроме того, шиной PCI Express поддерживается:

- горячая замена карт;

- гарантированная полоса пропускания (QoS);

- управление энергопотреблением;

- контроль целостности передаваемых данных.

Шина PCI Express нацелена на использование только в качестве локальной шины. Так как программная модель PCI Express во многом унаследована от PCI, то существующие системы и контроллеры могут быть доработаны для использования шины PCI Express заменой только физического уровня, без доработки программного обеспечения. Высокая пиковая производительность шины PCI Express позволяет использовать её вместо шин AGP и тем более PCI и PCI-X. Де-факто PCI Express заменила эти шины в персональных компьютерах.

DMA контроллер (Прямой доступ к памяти) - режим обмена данными между устройствами или же между устройством и основной памятью (RAM) без участия Центрального Процессора (ЦП). В результате скорость передачи увеличивается, так как данные не пересылаются в ЦП и обратно.

Кроме того, данные пересылаются сразу для многих слов, расположенных по подряд идущим адресам, что позволяет использование т. н. «пакетного» (burst) режима работы шины — 1 цикл адреса и следующие за ним многочисленные циклы данных. Аналогичная оптимизация работы ЦП с памятью крайне затруднена.

В оригинальной архитектуре IBM PC (шина ISA) был возможен лишь при наличии аппаратного DMA-контроллера (микросхема с индексом Intel 8237).

DMA-контроллер может получать доступ к системной шине независимо от центрального процессора.

Контроллер содержит несколько регистров, доступных центральному процессору для чтения и записи. Регистры контроллера задают порт (который должен быть использован), направление переноса данных (чтение/запись), единицу переноса (побайтно/пословно), число байтов, которое следует перенести.

Центральный процессор программирует контроллер DMA, устанавливая его регистры. Затем процессор даёт команду устройству (например, диску) прочитать данные во внутренний буфер. DMA-контроллер начинает работу, посылая устройству запрос чтения (при этом устройство даже не знает, пришёл ли запрос от процессора или от контроллера DMA). Адрес памяти уже находится на адресной шине, так что устройство знает, куда следует переслать следующее слово из своего внутреннего буфера. Когда запись закончена, устройство посылает сигнал подтверждения контроллеру DMA. Затем контроллер увеличивает используемый адрес памяти и уменьшает значение своего счётчика байтов. После чего запрос чтения повторяется, пока значение счётчика не станет равно нулю. По завершении цикла копирования устройство инициирует прерывание процессора, означающее завершение переноса данных.

Контроллер может быть многоканальным, способным параллельно выполнять несколько операций.

Опционально южный мост также может включать в себя контроллер Ethernet, RAID-контроллеры, контроллеры USB, контроллеры Fire Wire и аудио-кодек.

Реже южный мост включает в себя поддержку клавиатуры, мыши и последовательных портов, но обычно эти устройства подключаются с помощью другого устройства — Super I/O (контроллера ввода-вывода).

Поддержка шины PCI включает в себя традиционную спецификацию PCI, но может также обеспечивать поддержку шины PCI-X и PCI Express. Хотя поддержка шины ISA используется достаточно редко, она осталась, что интересно, неотъемлемой частью современного южного моста.

Шина SM используется для связи с другими устройствами на материнской плате (например, для управления вентиляторами). Контроллер DMA позволяет устройствам на шине ISA или LPS получать прямой доступ к оперативной памяти.

Контроллер прерываний - микросхема или встроенный блок процессора, отвечающий за возможность последовательной обработки запросов на прерывание от разных устройств.

Как правило представляет собой электронное устройство, иногда выполненное как часть самого процессора или же сложных микросхем его обрамления, входы которого присоединены электрически к соответствующим выходам различных устройств. Номер входа контроллера прерываний обозначается «IRQ». Следует отличать этот номер от приоритета прерывания, а также от номера входа в таблицу векторов прерываний (INT). Так, например, в IBM PC в реальном режиме работы (в этом режиме работает MS-DOS) процессора прерывание от стандартной клавиатуры использует IRQ 1 и INT 9.

В первоначальной платформе IBM PC используется очень простая схема прерываний. Контроллер прерываний представляет из себя простой счётчик, который либо последовательно перебирает сигналы разных устройств, либо сбрасывается на начало при нахождении нового прерывания. В первом случае устройства имеют равный приоритет, во втором устройства с меньшим (или большим при обратном счёте) порядковым номером обладают большим приоритетом.

SATA контроллер (англ.Serial ATA) - последовательный интерфейс обмена данными с накопителями информации. SATA является развитием параллельного интерфейса ATA (IDE), который после появления SATA был переименован в PATA (Parallel ATA).

Энергонезависимая память подгруппа более общего класса энергонезависимых запоминающих устройств; разница заключается в том, что в отличие от жестких дисков, устройства NVRAM предлагают прямой доступ. В более общем смысле, энергонезависимая память — любое устройство компьютерной памяти, или его часть, сохраняющее данные вне зависимости от подачи питающего напряжения.

Однако попадающие под это определение носители информации, ПЗУ, ППЗУ, устройства с подвижным носителем информации (диски, ленты)и другие носят свои, более точные названия.

Поэтому термин «энергонезависимая память» чаще всего употребляется более узко, по отношению к полупроводниковым БИС запоминающих устройств, которая обычно выполняется энергозависимой, и содержимое которой при выключении обычно пропадает. Под понятие энергонезависимой памяти подпадают по сути энергозависимая память, энергонезависимость“ которой обеспечивается применением технологией с ускользающее малым потреблением Например вкупе с подпиткой от миниатюрной батарейки или SSD.

Звуковой контроллер – это дополнительное оборудование персонального компьютера, позволяющее обрабатывать звук(выводить на акустические системы и/или записывать). На момент появления звуковые платы представляли собой отдельные карты расширения, устанавливаемые в соответствующий слот. В современных материнских платах представлены в виде интегрированного в материнскую плату аппаратного кодека (согласно спецификации Intel AC’97 или Intel HD Audio).

Одним из важнейших устройств не только самого южного моста, но и компьютера в целом, является контроллер прерываний. Его основной функцией является передача процессору сигнала от периферийного устройства, с тем, чтобы процессор обработал информацию от этого устройства. Кроме этого, контроллер прерываний осуществляет арбитраж этих прерываний. Дело в том, что запрос на прерывания устройства могут передать в любой момент. И возникает ситуация, когда надо решить, прерывание какого устройства в данный момент надо разрешить, то–есть решить вопрос приоритета, назначить порядок и очерёдность разрешения прерываний. Вот это и осуществляет контроллер прерываний. Более подробно работу контроллера прерываний мы рассмотрим позднее.

Также не менее важным является контроллер прямого доступа к памяти или контроллер DMA. Его использование позволяет достичь в некоторых случаях заметного быстродействия. Дело в том, что все взаимодействия в компьютере, такие как передача команд, данных между компонентами компьютера происходит через центральный процессор.

Если между двумя устройствами должен произойти обмен данными, то центральный процессор сначала считывает данные от первого устройства, а затем передаёт эти данные другому устройству. Такой режим передачи информации носит название режим PIO, программный ввод–вывод.

Этот режим нагружает процессор и скорость его невелика, по сравнению с режимом DMA, который называется прямым доступом к памяти.

Суть режима DMA состоит в том, что устройства между которыми происходит обмен информацией, например, между оперативной памятью RAM и «жёстким» диском, информируют процессор о выбранном режиме, информируют о занятии шины, по которой и будет происходить обмен. Затем они производят обмен информацией и завершают цикл, о чём предупреждают центральный процессор. Чтобы вы получили представление, насколько режим DMA быстрее режима PIO, приведу такие сравнения. Самый быстрый режим PIO 4 имеет скорость порядка 16–17 мегабит в секунду. Так вот, это скорость самого медленного режима DMA.

Самый быстрый режим DMA, называется Ultra DMA и имеет скорость порядка 133 мегабит в секунду. Контроллер шины PCI отвечает за связь между южным мостом и устройствами PCI, которые также являются периферийными устройствами. Например, это могут быть сетевые карты, внутренние модемы, звуковые карты и так далее. Контроллер шины SMbus отвечает за шину, задачами которой являются вспомогательные функции, такие как контроль за температурой корпуса центрального процессора, или БИОС для определения состава аппаратных средств.

Часы реального времени вырабатывают отсчёты времени каждые 54,936 миллисекунд и вырабатывают прерывание для регенерации памяти, например. А вообще, по этим часам можно сказать и так, живёт вся система, так как на основе этих часов в компьютере задаются свои временные интервалы для каждого из устройств. на основе их строятся сигналы синхронизации, тактирования.

Управление питанием служит для снижения энергопотребления компьютерной системы в целом. Это позволяет экономить ресурсы. Если включен один компьютер, то это не так заметно. А если целая сеть, то экономия электричества будет ощутима.

Современные компьютеры умеют включать режим сниженного энергопотребления, когда на компьютерах никто не работает, но они должны оставаться включенными.

Южный мост отвечает за организацию взаимодействия с медленными компонентами ЭВМ: платами расширения, периферийными устройствами, устройствами ввода-вывода, каналами межмашинного обмена и так далее.

То есть, Южный мост ретранслирует данные и запросы от подключенных к нему устройств в северный мост, который передает их в процессор или ОЗУ, и принимает от северного моста команды процессора и данные из ОЗУ, и ретранслирует их в подключенные к нему устройства.

В состав южного моста входят:

- контроллер шины связи с северным мостом (PCI, hub link, DMI, Hyper Transport и т.д.);

- контроллер шины связи с платами расширения (PCI, PCI и т.д.);

- контроллер линий связи с периферийными устройствами и другими ЭВМ (USB, Fire Wire, Ethernet и т.д.);

- контроллер шины связи с жесткими дисками (ATA, SATA, SCSI и т.д.);

- контроллер шины связи с медленными устройствами (шины ISA, LPC, SPI и т.д.).

Дата добавления: 2015-11-30