В вычислительной технике северный мост (также хост-мост или контроллер-концентратор памяти ) — это микрочип , который включает в себя архитектуру набора микросхем базовой логики на материнских платах для обработки высокопроизводительных задач, особенно для старых персональных компьютеров . Он напрямую подключается к ЦП через системную шину (FSB) и обычно используется вместе с более медленным южным мостом для управления связью между ЦП и другими частями материнской платы. [1]
Исторически разделение функций между чипами ЦП, северного моста и южного моста было необходимо из-за сложности интеграции всех компонентов на одном кристалле . [2] Однако, по мере того, как скорость ЦП со временем увеличивалась, возникло узкое место из-за ограничений, вызванных передачей данных между ЦП и его поддерживающим чипсетом. [3] Тенденция к интегрированным северным мостам началась ближе к концу 2000-х годов — например, графический процессор Nvidia GeForce 320M в MacBook Air 2010 года представлял собой комбинированный чип северного моста/южного моста/графического процессора. [4]
На старых ПК на базе Intel северный мост также назывался внешним контроллером памяти или контроллером графики и памяти , если он был оснащен встроенной графикой. Все чаще эти функции интегрировались в саму микросхему ЦП, [5] начиная с контроллеров памяти и графики. С 2010-х годов уменьшение кристалла и повышение плотности транзисторов позволило повысить интеграцию чипсета, и функции, выполняемые северными мостами, теперь часто включаются в другие компоненты, такие как южные мосты или сами ЦП. [5] [6]
Intel и AMD выпустили чипсеты, в которых все функции северного моста были интегрированы в ЦП. [6] Соответствующий южный мост был переименован Intel в Platform Controller Hub , а AMD — в Fusion Controller Hub . Процессоры AMD FX по-прежнему требовали внешних чипов северного и южного мостов. Современные процессоры Intel Core имеют северный мост, интегрированный на кристалле ЦП, где он известен как uncore или системный агент .
Северный мост обычно управляет коммуникациями между ЦП , в некоторых случаях ОЗУ и видеокартами PCI Express (или AGP ), а также южным мостом . [7] [8] Некоторые северные мосты также содержат интегрированные видеоконтроллеры, также известные как Graphics and Memory Controller Hub в системах Intel. Поскольку разные процессоры и ОЗУ требуют разной сигнализации, данный северный мост обычно работает только с одним или двумя классами ЦП и, как правило, только с одним типом ОЗУ.
Есть несколько чипсетов, которые поддерживают два типа оперативной памяти; как правило, они становятся доступными при переходе на новый стандарт. Например, северный мост чипсета Nvidia nForce2 2002 года работал только с процессорами Socket A в сочетании с DDR SDRAM .
Чипсет Intel i875 будет работать только с системами, использующими процессоры Pentium 4 или Celeron с тактовой частотой более 1,3 ГГц и использующими DDR SDRAM, а чипсет Intel i915G работает только с Intel Pentium 4 и Celeron, но может использовать память DDR или DDR2 . [ необходима цитата ]
Чипы северного моста чаще всего встречаются на ПК на базе X86, но их также можно найти на других платформах, таких как платформа PowerPC . Типичным примером северного моста на платформе PowerPC являются старые компьютеры Apple на базе PowerPC, такие как iMac G5 , в которых использовался чип северного моста IBM CPC945. Согласно заметке разработчика Apple, чип северного моста Power Mac G5 подключался к «среднему мосту», который затем подключался к южному мосту. [9]
.jpg/1280px-IBM_CPC945_Northbridge_(15420568058).jpg)
Название происходит от изображения архитектуры в виде карты. ЦП будет находиться в верхней части карты, что сопоставимо с направлением на север на большинстве географических карт общего назначения. ЦП будет подключен к чипсету через быстрый мост (северный мост), расположенный к северу от других системных устройств, как показано на рисунке. Затем северный мост будет подключен к остальной части чипсета через медленный мост (южный мост), расположенный к югу от других системных устройств, как показано на рисунке.
Северный мост играет важную роль в том, насколько сильно можно разогнать компьютер , поскольку его частота обычно используется в качестве базовой для ЦП, чтобы установить собственную рабочую частоту. Этот чип обычно нагревается по мере увеличения скорости процессора, требуя большего охлаждения. Существует предел разгона ЦП, поскольку цифровые схемы ограничены физическими факторами, такими как время нарастания, спада, задержки и хранения транзисторов , произведение полосы пропускания усиления тока, паразитная емкость и задержка распространения , которая увеличивается (помимо других факторов) с рабочей температурой ; следовательно, большинство приложений для разгона имеют программно налагаемые ограничения на множитель и внешнюю настройку часов. Кроме того, тепло является основным ограничивающим фактором, поскольку для правильной активации полевых транзисторов внутри ЦП необходимы более высокие напряжения , и это более высокое напряжение производит большее количество тепла, требуя более эффективных тепловых решений на кристалле.
Общая тенденция в проектировании процессоров заключалась в интеграции большего количества функций в меньшее количество компонентов, что снижало общую стоимость материнской платы и повышало производительность. Контроллер памяти , который управляет связью между ЦП и ОЗУ, был перемещен на кристалл процессора компанией AMD, начиная с процессоров AMD K8 , и компанией Intel с процессорами Nehalem . Одним из преимуществ интеграции контроллера памяти на кристалле ЦП является снижение задержки от ЦП к памяти.
Некоторые чипы северного моста поддерживали два процессора, например, контроллер памяти Intel 5000X, использовавшийся в оригинальном Mac Pro 2006 года.
Другим примером такого рода изменений является nForce3 от Nvidia для систем AMD K8 . Он сочетает в себе все функции обычного южного моста с портом Accelerated Graphics Port (AGP) и подключается напрямую к ЦП. На платах nForce4 он позиционировался как процессор медиа-коммуникаций (MCP).
Процессоры AMD Accelerated Processing Unit характеризуются полной интеграцией функций северного моста в кристалл ЦП, а также ядрами процессора, контроллером памяти, высокоскоростным интерфейсом PCI Express (обычно для видеокарт) и интегрированным графическим процессором ( iGPU ). Это была эволюция AMD K8, поскольку контроллер памяти был интегрирован в кристалл ЦП в AMD64.
Северный мост был заменен системным агентом, представленным микроархитектурой Intel Sandy Bridge в 2011 году, который по сути обрабатывает все предыдущие функции северного моста. [10] Процессоры Intel Sandy Bridge характеризуются полной интеграцией функций северного моста в чип ЦП, вместе с ядрами процессора, контроллером памяти, высокоскоростным интерфейсом PCI Express и интегрированным графическим процессором (GPU). Это было дальнейшее развитие архитектуры Westmere, которая также включала ЦП и ГП в одном корпусе . [11]
Последние процессоры AMD, начиная с Zen 2, переместили некоторые функции ввода-вывода из кристалла ЦП на кристалл ввода-вывода в том же корпусе MCM , что и ЦП. Этот кристалл обычно не считается частью северного моста, поскольку он находится в том же корпусе, что и ЦП, но он выполняет некоторые из тех же функций. [12]
