super i o на материнской плате что это
Super I/O
Super I/O ( Super Input/output ) — класс сопроцессоров, используемых после 1980-х годов на материнских платах компьютеров путём сочетания функций многих контроллеров.
Сначала одной платой, которая устанавливалась расширения, микросхемой, что привело числа контроллеров, сложности компьютера
Super I/O объединяет интерфейсы различных низкочастотных устройств. включает следующие функции:
— контроллер дисковода гибких дисков (floppy);
— контроллер параллельного порта;
— контроллер последовательных (COM) портов.
Super I/O также может включать интерфейсы, такие как игровой (MIDI или джойстик) или
Изначально Super I/O связывались через шину ISA. Одновременно компьютеров происходило смещение Super I/O, сперва VLB, затем стала использоваться шина PCI. Современные Super I/O используют шину LPC (интерфейс которой предоставляет южный мост материнской платы) реализованы чипсета.
Функции современной микросхемы Super I/O
— реализацию интерфейса ESI ( Enterprise South Bridge Interface ) PCI Express обеспечивающим 8-ми кратный потоком передачи Controller Hub (MCH);
— совместимость 1.0a и 2.0a с пецификации шины PCI Express;
— совместимость 2.3 Спецификации шины PCI поддержки работы
— логическая поддержка режимов потребления питания ACPI;
— реализация контроллера Enhanced DMA, контроллера прерываний часов реального времени;
— интегрированный контроллер serial ATA DMA операциями портах AHCI;
— интегрированный контроллер IDE, обеспечивающий работу режимов Ultra ATA100/66/33;
— интегрированный контроллер интерфейса USB восьми портов; содержит четыре интегрированных контроллера UHCI;
— один интегрированный высокоскоростной EHCI контроллер, обеспечивающий работу USB 2.0;
— сдвоенный гигабитный MAC обеспечивающий работу IEEE 802.3 интерфейса SerDes/Kumeran для компонентов;
— обеспечивает работу гигабитного Ethernet;
— интегрированный контроллер платы прошивкой ПЗУ, обеспечивающий расширяемость через внешнюю
— совместимость 2.0 SMBus поддержкой I2° C устройств;
— интегрированный аудиоинтерфейс (AC’97 High Definition Audio),
— поддержку интерфейса Firmware Hub (FWH).
Дополнительные функции Super I/O :
— управляет процессами перезагрузки первоначального старта центральным процессором выполнение инструкций, перезапускает компьютер;
— переводит компьютер останова срабатывания защиты при открытии корпуса
Большинство микросхем Super I / O включают некоторые дополнительные низкоскоростные устройства, такие как:
За счет объединения множества функций в одном кристалле количество деталей, необходимых на материнской плате, сокращается, что снижает стоимость производства.
Исходные микросхемы Super I / O обменивались данными с центральным процессором через шину Industry Standard Architecture (ISA). По мере перехода от ISA к использованию шины Peripheral Component Interconnect (PCI), микросхема Super I / O часто оставалась самой большой причиной для продолжения включения ISA на материнскую плату.
Более поздние микросхемы Super I / O используют шину Low Pin Count (LPC) вместо ISA для связи с центральным процессором. Обычно это происходит через интерфейс LPC на микросхеме южного моста материнской платы.
Поскольку Intel заменяет шину LPC шиной расширенного последовательного периферийного интерфейса (eSPI), на рынке появились супер-микросхемы ввода-вывода, которые подключаются к этой шине.
Микросхемы мониторинга Super-IO/Multi-IO.
Микросхемы мониторинга Super-IO/Multi-IO
В настоящее время выпускается достаточно широкая номенклатура специальных микросхем мониторинга, которые обеспечивают все большую точность и новые возможности с выпуском каждой новой модификации. Чипсеты Intel обычно использовали внешние микросхемы мониторинга, например, LM78 и LM79 фирмы National Semiconductor, или 83781D/W83782D/W83783S/W83784R фирмы Winbond).
Очень часто на абсолютном большинстве плат функции мониторинга исполняет микросхема Super-IO/Multi-IO (рис. 1), которая одновременно содержит ряд «медленных» контроллеров периферийных устройств (последовательный, параллельный порты, контроллер ГМД, игровой порт и др.) и схемы управления вентиляторами, АЦП и другое оборудование для мониторинга. Поэтому она и называется мультиконтроллером (к этой же микросхеме подключается и BIOS EEPROM). Широко используются микросхемы Super-IO/Multi-IO Windond W83627THF, W83627EHG; Fintek F71882FG, ITE8705F, IT8712F.
Некоторые фирмы (типа ASUS) иногда используют специальные заказные чипы мониторинга, которые имеют соответствующую маркировку и ориентированы под конкретные системные платы (например, энергетический процессор EPU). Специальный энергетический процессор от ASUS автоматически определяет степень загрузки системы и оптимизирует ее энергопотребление в режиме реального времени. Это способствует уменьшению шума от вентиляторов и долгому сроку службы компонентов компьютера. Этот первый в мире энергетический процессор создан для экономии потребления энергии и задействуется с помощью переключателя на плате или с помощью утилиты AI Suite II. Он оптимизирует энергопотребление, выполняя мониторинг загрузки в режиме реального времени и регулируя параметры электропитания компонентов платы согласно текущим потребностям. Помимо этого, благодаря EPU повышается долговечность системных компонентов и снижается уровень генерируемого компьютером шума.
Рис. 1. Блок-схема микросхемы мониторинга Super-IO/Multi-IO
На обычных системных платах ПК часто встречается микросхема IT8712F (рис. 1). Она содержит 3 аналоговых входа для термодатчиков, 8 входов измерения напряжений, вход измерения напряжения батарейки (Vbat) для CMOS памяти, 5 входов с тахометров вентиляторов; встроенный ШИМ-контроллер для управления скоростью вращения вентиляторов с 5-ю программируемыми выходами. Эта микросхема автоматически определяет аварийные ситуации с остановкой вентиляторов и обеспечивает выдачу служебного звукового сигнала об этом в системный динамик. Эта же микросхема еще содержит в себе два последовательных UART-порта, 1 параллельный порт, контроллер мыши и клавиатуры, а также контроллер floppy-дисковода, GAME-порт и сторожевой таймер (подключена микросхема через шину LPC, на которую также подключена микросхема BIOS ROM).
Рис. 2. Фрагмент принципиальной схемы системной платы ПК (IT8712)
Итак, современные персональные компьютеры имеют развитую подсистему оптимизации энергопотребления и контроля жизненно важных параметров системы. Сегодня практически все материнские платы поддерживают так называемый аппаратный мониторинг, основные функции которого следующие:
— измерение основных питающих напряжений;
— измерение температуры процессора, микросхем чипсета и дополнительных контрольных точек;
— измерение скорости вращения вентиляторов.
— управление скоростью вращения вентиляторов в зависимости от нагрузки на компьютер, остановка вентиляторов при переходе в режим пониженного энергопотребления.
Для измерения температуры используются термодатчики, расположенные на плате, а также в кристалле процессора и микросхем чипсета. Результатом работы термодатчиков являются аналоговые величины (значения напряжений), которые подаются на АЦП. Результатом работы АЦП является соответствующий аналоговой величине цифровой код, пропорциональный значению температуры, который доступен для считывания через программно-доступные регистры. Значения напряжений питания измеряются по такой же схеме (с учетом особенностей микросхемы мониторинга). Для измерения скорости вращения вентиляторов, используются датчики, генерирующие импульсы при каждом обороте вентилятора с последующим цифровым измерением длительности паузы между двумя импульсами. Результат также считывается посредством программно доступных регистров.
Для программного включения и выключения вентиляторов, их подключают к напряжению питания +12V через транзисторные ключи, открытием и закрытием которых управляют программно-доступные регистры. Для обеспечения плавного управления скоростью вентиляторов, используется широтно-импульсная модуляция (ШИМ). При этом указанные транзисторные ключи открываются и закрываются с определенной частотой. Изменяя соотношение длительностей открытого и закрытого состояния ключей, можно управлять средним значением напряжения на двигателе вентилятора и, следовательно, скоростью его вращения. Код для управления скоростью записывает программа в доступные ей регистры (генерация периодического сигнала ШИМ выполняется аппаратно).
В отличие от архитектуры устройств материнской платы, архитектура подсистемы аппаратного мониторинга не до конца стандартизована, поэтому адреса регистров и назначение битов в регистрах этой подсистемы различны для различных материнских плат (таких вариантов более сотни и не все из них хорошо документированы). Микросхема мониторинга отвечает и за ряд интерфейсов на материнской плате, аппаратный мониторинг не является ее единственной, или основной функцией (как уже отмечалось выше, обычно она содержит контроллер гибких дисков, два последовательных порта, параллельный порт, контроллер аппаратного мониторинга, блок многофункционального ввода-вывода, игровой порт, порт для инфракрасного интерфейса и порт MIDI).
Каждому из перечисленных устройств соответствует свой номер LDN (Logical Device Number) и блок конфигурационных регистров, посредством которого устройству назначаются системные ресурсы (адреса портов и памяти, номер прерывания, номер канала DMA). Например, для подсистемы аппаратного мониторинга LDN=4. Для доступа к конфигурационным регистрам используются порты с адресами 002Eh, 002Fh, работающие как порт индекса конфигурации и порт данных конфигурации. При обращении к регистру, в порт индекса записывается его номер, затем через порт данных считывается или записывается значение регистра.
Каждое логическое устройство, в том числе и контроллер аппаратного мониторинга, также имеет набор регистров, обеспечивающих выполнение «прямых обязанностей» данного устройства (для контроллера аппаратного мониторинга такими функциями являются считывание значений температур, напряжений, скоростей вращения вентиляторов, а также управления вентиляторами). Здесь также используются порты индекса и данных, но их адреса программно настраиваемые (посредством выше упомянутых конфигурационных регистров).
Как было сказано выше, архитектура указанных ресурсов не стандартизована, и различается у плат различных моделей. Даже между платами, использующими одинаковые контроллеры мониторинга, могут быть программно-видимые различия, обусловленные различным включением измерительных и управляющих цепей контроллера. Поэтому, для создания универсальной программы потребуется обширная база данных, содержащая процедуры поддержки под каждую модель материнской платы. Теоретически, обеспечить универсальный протокол доступа к подсистеме аппаратного мониторинга может интерфейс ACPI, но на большинстве платформ он реализован достаточно ограниченно, что препятствует его эффективному использованию для решения рассматриваемых задач.
Мониторинг напряжений.
Для корректного определения значений от датчиков требуется согласование входных сопротивлений микросхемы мониторинга в зависимости от выходных сопротивлений датчиков с помощью дополнительных последовательных резисторов и схем-повторителей сигнала. Это позволяет достичь максимального соотношения сигнал/шум. Номиналы согласующих резисторов влияют на точность измерения значений напряжений (часто именно из-за такой неправильной схемы включения, пользователь и получает искаженные данные мониторинга).
Рис. 3. Входы напряжений микросхемы Super-IO/Multi-IO
Рис. 4. Фрагмент принципиальной схемы системной платы ПК
Мониторинг температур.
Обычно в ПК в первую очередь следят за показаниями датчиков температуры процессора (CPU) и графического процессора. Перегрев процессора или срабатывание защиты от перегрева чаще всего вызывает нестабильность работы ПК, в результате чего компьютер самопроизвольно «выключается». Практически почти все ноутбуки «страдают» от перегрева графического чипа (в результате перегрева графический чип со временем выходит из строя, что влечет за собой ремонт ноутбука).
В кристалл чипов в качестве датчиков температуры встраиваются термодиоды, которые формируют аналоговый сигнал пропорциональный температуре кристалла (рис. 5, конт. AL1, AK1). В многоядерных процессорах каждое ядро имеет свой термодиодный датчик температуры. Графические чипы также имеют встроенный термодиод. Аналоговый код температуры поступает на микросхему мониторинга, преобразуется в цифровой код, который записывается в регистр. С заданной дискретностью программным путем регистр опрашивается на предмет изменения температуры (но такая система, естественно, имеет задержку в реагировании). При резком «скачке» температуры (например, из-за отказа вентилятора) данная система не успеет среагировать и процессор «погибнет».
Поэтому в процессорах предусмотрена аналоговая встроенная система защиты от перегрева. Для этого в CPU Intel используется сигнал THERMTRIP# (рис. 5, конт. М2), он становится активным, когда температура кристалла превысит TCASEMAX на 20 градусов. По сигналу THERMTRIP# аппаратно формируются сигналы управления, запрещающие формирование напряжения питания ядра процессора (VCC), работу кнопки включения питания (пока температура кристалла не придет в норму). 
Рис. 5. Фрагмент принципиальной схемы системной платы ПК.
Таким образом, все современные процессоры и материнские платы поддерживают эффективные механизмы защиты процессора от перегрева, что дает гарантию их нормальной работы. Процессоры Intel (начиная от Pentium 4) и AMD (начиная от Athlon 64) поддерживают двухступенчатую температурную защиту. При достижении первого порогового значения происходит замедление процессора путем снижения тактовой частоты (точнее говоря, выполняется периодический пропуск определенного количества тактов при неизменной длительности такта). Второй порог достигается, если замедление процессора не привело к его остыванию, и он нагрелся до температуры, при которой существует опасность физического разрушения. В этом случае выполняется аварийное выключение питания (эта операция не может быть блокирована программно). Значения температур для первого и второго температурных порогов зависят от модели процессора. Например, для процессоров класса Intel Pentium 4 с ядром Prescott типовые значения порогов, соответственно 70 и 90оC (уточнить эту информацию, можно используя Data Sheet на конкретный процессор).
Компоненты системной платы, например, модули памяти, имеющие датчики температуры (см. рис. 6), при перегреве могут быть причиной подачи сигнала PROCHOT# (на рис. 5, конт. AL2 процессора) и вызвать запуск системы Thermal Monitor (благодаря чему процессор реже обращается к памяти и она остывает). 
Рис. 6. Фрагмент принципиальной схемы системной платы ПК
Как называются и как выглядят компоненты материнских плат.
Любой, кто разбирал компьютер, видел как много различных элементов на материнской плате, в этой статье я постараюсь кратко описать и показать основные компоненты, устанавливаемые на материнские платы современных компьютеров.
Электролитические конденсаторы схожи с аккумуляторами, но в отличии от которых выводят весь свой заряд в крошечные доли секунды. Используются, чтобы выровнять напряжение или блокировать постоянный ток в цепи.
Керамические SMD, танталовые, ниобиевые и др. Лучше для электроники, которая не требует высокой интенсивности работы.
Катушки и индуктивности
Генератор тактовых частот.
Генератор тактовых частот (клокер) — устройство, формирующее тактовые частоты, используемые на материнской плате и в процессоре.
Кварц перемещает энергию назад и вперед между двумя формами в равные доли времени. Задаёт частоту работы всей электрической схемы.
SuperIO (SIO, MultiIO, MIO, «мультик»).
встроенный Hardware Monitoring
контроллер управления скоростью вентиляторов
интерфейс для подключения CompactFlash-карт.
Мосты (северный и южный).
Одним из основным составляющим компонентом материнской платы будь то компьютера либо ноутбука является Северный мост (англ. Northbridge; в отдельных чипсетах Intel, также — контроллер-концентратор памяти с английского Memory Controller Hub)
MCH является системным контроллером чипсета на материнской плате платформы x86, к которому в рамках организации взаимодействия подключено следующие оборудование:
1. через Front Side Bus — микропроцессор, если в составе процессора нет контроллера памяти, тогда через шину контроллера памяти подключена— оперативная память.
2. через шину графического контроллера — видеоадаптер (в материнских платах нижнего ценового диапазона, видеоадаптер часто встроенный. В таком случае северный мост, произведенный Intel, называется GMCH (от англ. Chipset Graphics and Memory Controller Hub).
Название чипа как «Северный мост» можно объяснить представлением архитектуры чипсета в виде карты. В результате процессор будет располагаться на вершине карты, на севере
Исходя из назначения, северный мост определяет параметры (возможный тип, частоту, пропускную способность):
— системной шины и, косвенно, процессора (исходя из этого — до какой степени может быть разогнан компьютер);
— оперативной памяти (тип — например SDRAM, DDR, DDR2, её максимальный объем);
Во многих случаях именно параметры и быстродействие северного моста определяют выбор реализованных на материнской плате шин расширения (PCI, PCI Express) системы.
В свою очередь, северный мост соединён с остальной частью материнской платы через согласующий интерфейс и южный мост. Когда технологии производства не позволяют скомпенсировать возросшее, вследствие усложнения внутренней схемы, тепловыделение чипа, современные мощные микросхемы северного моста помимо пассивного охлаждения (радиатора) для своей бесперебойной работы требуют использования индивидуального вентилятора или системы жидкостного охлаждения, что в свою очередь увеличивает энергопотребление всей системы и требует более мощного блока питания.
Минуя северный мост согласно нашей схеме двигаясь на юг на материнской плате расположен южный мост.
Южный мост (от англ. Southbridge) (функциональный контроллер), также известен как контроллер-концентратор ввода-вывода (от англ. I/O Controller Hub, ICH).
Обычно это одна микросхема, которая связывает «медленные» (по сравнению со связкой «Центральный процессор-ОЗУ») взаимодействия (например, Low Pin Count, Super I/O или разъёмы шин для подключения периферийных устройств) на материнской плате с ЦПУ через Северный мост, который, в отличие от Южного, обычно подключён напрямую к центральному процессору.
Если взять функциональность, то южный мост включает в себя:
— контроллеры шин PCI, PCI Express, SMBus, I2C, LPC, Super I/O;
— 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).
Опционально южный мост также может включать в себя контроллер Ethernet, RAID-контроллеры, контроллеры USB, контроллеры FireWire, аудио-кодек и др. 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 и поддержку шины PCI-X и PCI Express. Хотя поддержка шины ISA используется достаточно редко, она все таки является 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 LPC получать прямой доступ к оперативной памяти, обходясь без помощи центрального процессора.
Контроллер прерываний обеспечивает механизм информирования ПО, исполняющегося на ЦПУ, о событиях в периферийных устройствах. IDE интерфейс позволяет «увидеть» системе жёсткие диски. Шина LPC обеспечивает передачу данных и управление SIO (это такие устройства, как клавиатура, мышь, параллельный, последовательный порт, инфракрасный порт и флоппи-контроллер) и BIOS ROM (флэш).
APM или ACPI функции позволяют перевести компьютер в «спящий режим» или выключить его.
Системная память CMOS, поддерживаемая питанием от батареи, позволяет создать ограниченную по объёму область памяти для хранения системных настроек (настроек BIOS).
Меню настроек Bios.
Северный и южный мосты материнской платы вкупе составляют одно целое устройство управления всей системой так сказать глаза, уши, руки ЦП. Вкупе эти два чипа называются – чипсет.
Чипсет (англ. chipset) — набор микросхем, спроектированных для совместной работы с целью выполнения набора каких-либо функций. Так, в компьютерах чипсет, размещаемый на материнской плате выполняет роль связующего компонента, обеспечивающего совместное функционирование подсистем памяти, центрального процессора (ЦП), ввода-вывода и других. Чипсеты так можно встретить и в других устройствах, например, в радиоблоках сотовых телефонов.
Чаще всего чипсет современных материнских плат компьютеров состоит из двух основных микросхем северного и южного моста (иногда объединяемых в один чип, т. н. системный контроллер-концентратор (англ. System Controller Hub, SCH):
Иногда в состав чипсета включают микросхему Super I/O, которая подключается к южному мосту по шине Low Pin Count и отвечает за низкоскоростные порты: RS232, LPT, PS/2.
Существуют и чипсеты, заметно отличающиеся от традиционной схемы. Например, у процессоров для разъёма LGA 1156 функциональность северного моста (соединение с видеокартой и памятью) полностью встроена в сам процессор, и следовательно, чипсет для LGA 1156 состоит из одного южного моста, соединенного с процессором через шину DMI.
Создание полноценной вычислительной системы для персонального и домашнего компьютера на базе, состоящих из столь малого количества микросхем (чипсет и микропроцессор) является следствием развития техпроцессов микроэлектроники развивающихся по закону Мура.
В создании чипсетов, обеспечивающих поддержку новых процессоров, в первую очередь заинтересованны фирмы-производители процессоров. Исходя из этого, ведущими фирмами (Intel и AMD) выпускаются пробные наборы, специально для производителей материнских плат, так называемые англ. referance-чипсеты. После обкатки на таких чипсетах, выпускаются новые серии материнских плат, и по мере продвижения на рынок лицензии (а учитывая глобализацию мировых производителей, кросс-лицензии) выдаются разным фирмам-производителям и, иногда, субподрядчикам производителей материнских плат.
Список основных производителей чипсетов для архитектуры x86: Intel, NVidia, ATI/AMD: (после перекупки в 2006 году ATi вошла в состав Advanced Micro Devices), Via, SiS
Микропроцессор (ЦП)- является полным механизмом вычисления.