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Chipsatz
Wie Computer bis vor wenigen Jahren noch funktionierten...
"Von Neumann-Architektur"
Die "von Neumann Architektur" (VNA) beschreibt die Arbeitsweise der heutigen Computer.
| CPU | ||
| Control Unit | ALU | |
| ↓ ↑ | ↓ ↑ | |
| BUS | ||
| ↓ ↑ | ↓ ↑ | |
| I/O-Unit | RAM |
Der Chipsatz ist allgemein betrachtet mehrere, zusammenängende Schaltkreise. Man unterscheidet zwischen der "Zwei Brücken Architektur" und dem "PCH"-Design. Der Chipsatz dient zur Steuerung der Komponenten und dient auch dem Datenverkehr. In Zukunft soll das alles in die CPU verlagert werden, um den BUS einzusparen. Der Nachteil am BUS ist, dass alle Komponenten sich die Bandbreite des BUS teilen müssen. So ist das gerade bei Komponenten, die viel Datenvolumen erzeugen (SSDs, Gigabit-Netzwerkkarten oder Grafikkarten) ein Problem, da sie sich gegenseitig beeinflussen. Das wäre quasi so als hätte man 1 Mio Supersportwagen, aber nur eine 3-spurige Autobahn. Es nützt nichts so schnelle, tolle Wagen zu haben, weil ein Stau entstehen wird. So verhält sich das mit dem BUS.
Die FSB-Architektur
Irgendwann began man aus dem Datenverkehr des BUS die richtig hungrigen Komponenten, also Komponenten, die richtig viel Datenverkehr erzeugen, herauszuziehen und das Board Datentransfertechnisch in zwei Teile zu teilen. Dabei blieb der eine Teil mit dem BUS-System ausgestattet während der andere Teil mit einem neuen System breitbandig ausgestattet wurde, der mehr Datentransfer zulässt.
| CPU | ||||
| 12,8 Gb/s| (FSB) | ||||
| Grafik | ------- | -------Northbridge------- | ------- | RAM |
| 2,0 Gb/s | DMI/HI | ||||
| | | ||||
| Southbridge | ||||
| | | ||||
| SATA, PCI, Sound, etc |
* Die CPU ist mittels FSB an die Northbridge mit 12,8 GB/s angebunden
* Die Grafikkarte und RAM hängen direkt an der Northbridge
* Die Southbridge ist mittels DMI oder HI an die Northbridge angebunden
* An die Southbridge sind Ethernet, USB, Sound, SATA/IDE, etc. angeschlossen
FSB-Formel: (QP-Bits / 8 = 32) x FSB-Takt, bspw: (256 / 8) x 400 = 12800 MB
Die Northbridge
Dabei handelt es sich um einen Chip, der "nördlich auf dem Board" nahe der CPU, RAM und PCIe (damals AGP) sitzt. Als wichtigster Chip auf dem Mainboard ist er mittels Front-Side-Bus (FSB) direkt mit der CPU verbunden. Direkt an der Northbridge sind Grafikkarte und RAM angeschlossen. Somit mussten sich die Grafikkarte und RAM nicht mehr die Bandbreite mit anderen Komponenten teilen, wie das früher der Fall war. Die Northbridge verbindet also direkt CPU, Grafikkarte und RAM. Niemand mehr dazwischen, der noch stören könnte. Da er ziemlich leistungsstark sein muss, muss er mindestens passive gekühlt werden. Bei älteren Northbridges ist der Speicherkontroller mit ingetriert. Später wurde der Speicherkontroller in die CPU verlagert.
Die Southbridge
Ein separater Chip "im Süden", also unten, direkt bei den PCI-Steckplätzen und "onboard"-Peripherie (SATA-Controller, Soundchip, USB, Ethernet, IEEE1394 etc.) regelt den Datentransfer und die Datensteuerung zwischen den Geräten. Er ist langsamer getaktet und bedarf im Regelfall keiner Kühlung, da die Anforderungen an die Southbridge nicht sehr hoch ist. Sie bei älteren Boards mit der Northbridge über PCI oder proprietäre Schnittstellen wie "Hypertransport" verbunden. Bei aktuelleren Boards ist sie per DMI (Direct Media Interface) angebunden. Intel bezeichnet seine Northbridge als "ICH" (I/O Controller Hub).
Die PCH-Architektur
Irgendwann merkte man, dass die Verbindung über den FSB zu langsam wurde, da die Grafikkarten und RAM immer mehr leisten konnten. 12,8 Gb/s reichten einfach nicht mehr aus und so musste man sich überlegen wie man die Sache schneller und direkter gestalten könnte. Man entschloss sich die Northbridge wegfallen zu lassen und die beiden hungrigsten Komponenten (Grafikkarte und RAM) direkt mit der CPU zu verbinden. Ab jetzt war die mögliche Datenübertragungsmenge nur noch durch die Leistung dieser Komponenten begrenzt.
Da auch die Festplatten (bspw. SSDs), aber auch Ethernet (1000 Mbit) immer leistungsfähiger wurden, mussten diese an etwas angeschlossen werden, was leistungsfähiger als die Southbridge war. Die Southbridge wurde durch das PCH (Platform Controller Hub) ersetzt. Vom PCH zur CPU wurde eine neue Verbindung hergestellt - das DMI 2.0 (FDI).
| Grafik | -------- | CPU | -------- | RAM |
| 12 Gb/s | DMI 2.0 | ||||
| PCH | ||||
| | | ||||
|
SATA, PCI, USB, LAN, Sound etc. |
