หลักการทำงานและโครงสร้างของ Chipset
หลักการทำงานของ Chipset โดยทั่วไป ชุดChipset จะประกอบด้วย Chip มากกว่า 1 Chip และ chipset แต่ละตัวจะมี transistor มากกว่า 1 ล้านตัว ซึ่งมีหลากหลายหน้าที่ โดยสรุปได้ดังนี้
1. หลักการทำงานหลักของ Chipset คือควบคุมการทำงานและการเชื่อมต่อของการรับส่งข้อมูลระหว่างหน่วยความจำหลัก หรือ อุปกรณ์รับเข้า-ส่งออก (input/output device) หรือ อุปกรณ์ต่อพ่วงต่าง ๆ
2. ทำหน้าที่ควบคุมและเป็นทางผ่านของข้อมูลจากอุปกรณ์ต่าง ๆทุกอย่างที่ซีพียูไม่ได้ทำ เช่น การส่งข้อมูลจากหน่วยความจำหลักไปยังซีพียู การส่งผ่านข้อมูลจากฮาร์ดดิสก์ จากไดรฟ์ซีดีรอม รวมถึงการส่งข้อมูลของแผงวงจร (Card) ต่าง ๆ
3. ทำหน้าที่เป็นตัวกำหนดจัดการไม่ว่าจะเป็นเรื่องของการกำหนดความถี่ ให้แก่บัสทั้งระบบ หรือจะเป็นการจำกัดสิทธิในการให้ใช้ ซีพียู กำหนดให้เมนบอร์ดนั้นต้องมี Slot แบบใดบ้าง
4. สนับสนุนการทำงานของ Processor หลายตัว (Multi Processor) โดยที่วงจรควบคุมของ Chip Set จะทำหน้าที่ประสานงานการทำงานของ Processor ทั้งสอง ไม่ให้แต่ละ Processor รบกวนการทำงานของกันและกัน โดยทำงานร่วมกับระบบปฏิบัติการโดยเรียกการทำงานในลักษณะนี้เรียกว่า SMP ( Symmetric Multiprocessing )โครงสร้างของ Chipset โดยปกติอุปกรณ์ต่างๆ และส่วนประกอบของเมนบอร์ด มักจะทำงานร่วมกันในลักษณะที่เรียกว่า "สอดประสานไปด้วยกัน (Synchronous)" โดยใช้ความถี่สัญญาณนาฬิกาเป็นหลัก และบนเมนบอร์ดจะมีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ส่วนหนึ่งที่คอยทำหน้าที่ให้กำเนิดสัญญาณนาฬิกา ชิปเซตจะทำหน้าที่ช่วยจัดการ ในการทำงานของอุปกรณ์ต่างๆ ที่ต่อพ่วงกับเมนบอร์ด โดยแบ่งออกเป็น 2 โครงสร้าง คือ
1. โครงสร้าง North Bridge และ South Bridge
2. โครงสร้าง Accelerated Hub Architecture
หน้าที่ของ Chipset ในส่วนของโครงสร้าง North BridgeChipset ที่ทำหน้าที่ในฝั่ง North Bridge คือ จะทำการ
ควบคุมอุปกรณ์ RAM และ AGP ทำการเชื่
อมต่อโดยตรงกับ CPU และ VGA Card หรือ AGP Card หน่วยความจำหลัก และหน่วยความจำแคช (Static RAM) และ Slot สำหรับต่ออุปกรณ์ต่างๆ ที่ต่อผ่าน PCI Bus ทั้งหมด ซึ่งถูกควบคุมผ่านสะพานทิศเหนือ จะเห็นว่า Chipset ในฝั่ง North Bridge เป็นอุปกรณ์หลัก ที่ทำหน้าที่ควบคุมของคอมพิวเตอร์
หน้าที่ของ Chipset ในส่วนของโครงสร้าง Southern Bridge
หน้าที่อื่นๆ ที่เหลือของ Chipset เป็นงานของ Southern Bridge ได้แก่ การควบคุมอุปกรณ์ต่อพ่วง (Peripheral Devices) Hard disk, CD-ROM Drive , Slot IDE, USB, ACPI Controller และ Flash BIOS รวมทั้งควบคุมการทำงานของอุปกรณ์ที่ต่อเชื่อมกับ ISA Bus ด้วย หน้าที่เพิ่มอีกอย่างหนึ่งของ Southern Bridge คือเป็นตัวควบคุม Power Management Controllers
หน้าที่ของ Chipset ในส่วนของโครงสร้าง Accelerated Hub Architectur
หน้าที่ของชิปเซ็ตแบบ Accelerated Hub Architecture (AHA)คือเป็นสถาปัตยกรรมที่ผนวกตัวประมวลผลภาพและเสียงเข้าด้วยกัน รวมทั้งการแบ่งหน่วยความจำของระบบแบ่งปันไปให้ชิปประมวลผลกราฟิกใช้ ซึ่งจะมีโครงสร้างที่ คล้ายกับแบบ North Bridge , South Bridge แต่จะมี Firmware Hub ที่เป็นส่วน ที่ใช้เป็นระบบรักษาความปลอดภัย(Security) ให้แก่เครื่องคอมพิวเตอร์เพิ่มเข้ามาด้วย ชิปเซ็ตที่มีโครงสร้างแบบนี้จะมีระบบบัสแบบ PCI ที่เชื่อมต่อระหว่าง Graphics กับ I/O Controller นั้น ที่มีความกว้างของบัส 32 บิต ความเร็ว 66 MHz ทำให้มีความสามารถในการถ่ายโอนข้อมูลระหว่างกันถึง 264 MB./Sec ซึ่งถือว่าเร็วกว่าแบบ North Bridge , South Bridge ในปัจจุบันผุ้ผลิตส่วนใหย่นิยมออกแบบ Chipset ด้วยโครงสร้างของ AHA มากขึ้น เนื่องจาก AHA ช่วยลดปัญหาคอขวดของ PCI และเพิ่ม bandwidth ในการส่งข้อมูลเพิ่มขึ้นเท่าตัว และ เพิ่มขีดความสามารถในการโต้ตอบข้อมูลได้เร็วยิ่งขึ้น จะมี Chip หลักคือ GMCH : Graphic & Memory Controller Hub, ICH : I/O Controller Hub และ FWH : Firmware Hub
Chipset กับการใช้งานในอดีตถึงปัจจุบัน
ชิพเซ็ตยุคแรก (ยุคที่ 1 ถึง 3)ปัจจุบันมีผู้ผลิต Chipset หลายรายด้วยกัน รายใหญ่ที่สุดคือ Intel รายย่อยๆลงไปได้แก่ VIA , SiS , Winbond, Acer ผู้ผลิตแต่ละรายต่างก็พยายามพัฒนาให้ Chipset ของตัวเองทำงานได้ดีที่สุด ผนวกเอาเทคโนโลยีใหม่เข้าไว้มากที่สุดยุคสมัยของ Chipset จะเปลี่ยนไปตามวิวัฒนาการของซีพียูและ Mainboard ในที่นี้ จึงขอแบ่งยุคของชิพเซ็ต ตามวิวัฒนาการของProcessor ของค่าย Intel
ในที่นี้ขอจำกัดความรวมยุคของ Chipset ตั้งแต่ 1ถึง 3 ให้อยู่ในกลุ่มเดียวกัน เนื่องจากวิสัฒนาการและเทคโนโลยี ได้แตกต่างกันมากนัก โดยในเมนบอร์ดยุคแรกๆ จะมี Processor เพียงชุดเดียว และวงจรควบคุมก็ไม่ซับซ้อนมากนัก ซึ่งสัญญาณนาฬิกาหรือความถี่ที่วงจรในส่วนนี้ผลิตออกมาจะมีหน่วยเป็นเมกะเฮิรตซ์ (MHz) หรือจำนวนรอบ/วินาที โดยสัญญาณนาฬิกานี้จะคอยให้จังหวะในการอ่านคำสั่ง และประมวลผลคำสั่งที่อ่านมาได้ในตัวซีพียูเอง รวมทั้งจังหวะการส่งข้อมูลระหว่างอุปกรณ์ต่างๆ บนเมนบอร์ด ซึ่งในซีพียูยุคแรกๆ ก็ใช้ความถี่หรือสัญญาณนาฬิกาเพียงแค่ 4.77 ถึง 8 เมกะเฮิรตซ์, ดาต้าบัสขนาด 8-bit ดังนั้น ในยุคนี้ Chipset จึงมีลักษณะสนับสนุนการใช้งานระบบ Local Bus และ ISA Bus ทำหน้าที่เป็น Peripheral Controller จนมีการพัฒนาชิปในรุ่นต่อมา โดยส่วนใหญ่มีสองตัวคือ ทำหน้าที่เป็น System Controller, Memory Controller และ Address/Data Buffer ในตัวเดียวกันทำหน้าที่เป็น System Controller, Memory Controller และ Address/Data Buffer ในตัวเดียวกัน ชิปเซตรุ่นนี้ได้แก่ Intel 8088, Intel 8086, Intel 286 เป็นต้น Chipset ในยุคนี้ ได้ล่าสมัยและไม่สามารถใช้ได้กับ Processor รุ่นใหม่ๆได้
รุ่นต่อไปนี้ จะเป็นรุ่นที่ได้รับความนิยม โดยเริ่มตั้งแต่ยุคที่สี่ จนถึงปัจจุบัน
ชิพเซ็ตยุคที่สี่ (486 Class)
จะเป็นยุคที่ไม่มี Chipset ตัวไหนที่มีอำนาจครอบครองของยุคนี้ได้ เนื่องจาก มีการผลิตที่หลากกลายรูปแบบ จากหลากหลายผู้ผลิตที่แตกต่างกันออกแต่สามารถสรุปแนวคิดเทคโนโลยีของยุคที่ 4 ได้ ดังนี้
1. จะสนับสนุนการทำงานของ PCI Bus 2.0, FPM DRAM และสามารถรองความเร็วถึง 33MHz
2. สนับสนุนการสร้างประสานระหว่าง VLB, ISA และ PCI โดยมีแนวคิดที่ทำงานโดยไม่จำเป็นต้องมี ISA ซึ่งจะใช้ Bus เป็นตัวเชื่อมในการดำเนินงานระหว่าง VLBและ PCI ซึ่งเรียกว่า “VIP” เช่น AMD and Cyrix’s 5x86 chips
ชิปเซตยุคที่ 5 (Pentium Class)
Chipset ในยุคนี้ออกแบบมาเพื่อรองรับเทคโนโลยีใหม่ 2 ประการได้แก่ เทคโนโลยีของระบบบัส และเทคโนโลยีของไมโครโปรเซสเซอร์ โครงสร้างการทำงานถูกออกแบบมาให้ใช้กับระบบบัสของ PCI โดยมีการเชื่อมต่อที่เรียกว่า PCI Bridge (Socket7) โดยแบ่งการทำงานออกเป็น 3 ส่วน
ส่วนที่ 1 : เป็นการเชื่อมต่อระหว่างโปรเซสเซอร์กับหน่วยความจำหลัก โดยมีชิปเซตที่เรียกว่า North Bridge ทำหน้าที่เป็นตัวเชื่อมอัตราความเร็วในการสื่อสารข้อมูลผ่าน North Bridge กับ System Bus
ส่วนที่ 2 : เป็นส่วนเชื่อมต่อกับ PCI Bus โดยอาศัย North Bridge และลดความเร็วลงเหลือ 33 MHz
ส่วนที่ 3 : เป็นส่วนที่เชื่อมโยงกับกับ I/O ที่เป็น 8 บิต และ 16 บิต ชิปเซ็ตส่วนนี้เรียกว่า South Bridge
การสังเกตว่าชิปตัวใดเป็น North Bridge หรือ South Bridge ให้ดูที่ตัวอักษร ถ้าลงท้ายด้วย “X” จะเป็น North Bridge ถ้าลงท้ายด้วย “B” จะเป็น South Bridge ตัวอย่าง Chipset ในรุ่นนี้ เช่น 430FX, 430VX, 430TX, 430HX เป็นต้น
ชิปเซตยุคที่ 6 (Pentium Pro / Pentium II Class)
เป็นชิปเซตที่สนับสนุน Pentium และปรับปรุงให้มีประสิทธภาพดีขึ้น โดยใช้กับ Pentium II/III/Pro และ Celeron มีการบรรจุระบบเสียงเข้าไปในชิปเซต โดยเน้นให้ Chipset เป็นส่วนหนึ่งของการทำงานฝั่ง Server และ Multiprocessor มากขึ้น ซึ่งในรุ่นนี้ยังคงแนวคิดกการเชื่อมต่อใน Socket 7 โดยผ่านการเชื่อมต่อผ่าน Slot 1 ทั้งนี้ Chipset ในระดับนี้ ยังรองรับสัญญาณนาฬิกาได้ตั้งแต่ 150 – 500 MHz ตัวอย่าง Chipset ในรุ่นนี้ เช่น 810 (Whitney), 820 (Camino), 815(Solano) เป็นต้น
ชิปเซตยุคที่ 7 (Pentium 4/ Pentium M Class)
Chipset รุ่นนี้จะมี 3 ตัว ซึ่งพบได้ในตระกูล i8xx เช่น i810/810e, i8220/820e, i840, i815/815e และ i850 สิ่งที่แตกต่างไปจากเดิมคือ เลิกใช้ PCI Bridge Architecture (Socket 7) เนื่องจากระบบนี้ไม่สอดคล้องกับระบบบัสที่มีความเร็วสูง เช่น 133 MHz ใช้สถาปัตยกรรมแบบ Hub Architecture เช่นชิปเซตตระกูล i800 โดยการเชื่อมต่อกับส่วนต่าง ๆ จะใช้ Topology ที่มีลักษณะ Hub จะมีการแยก Chip การทำงานออกเป็นสองตัว โดยสองตัวแรกจะทำหน้าที่เหมือน North Bridge กับ South Bridge ส่วน Chip ตัวที่ 3 คอยควบคุม Chip สองตัวแรกเท่ากับเป็นการทำงานแบบควบคุมจากศูนย์กลาง (Accelerated Hub) Chipset ซึ่งคล้ายกับ Bios ที่มีหน้าที่ควบคุมการทำงานของอุปกรณ์ต่างๆ ในเครื่องคอมพิวเตอร์ ทั้งยังสามารถทำงานด้วยความเร็วบัส 400 – 533 MHz รองรับหน่วยความจำแบบ RDRAM ตัวอย่าง Chipset ในรุ่นนี้ เช่น I850, I845 เป็นต้นชิปเซตยุคใหม่
Chipset ในยุคนี้ ถูกพัฒนาขึ้นมาเพื่อรองรับการทำงานของโปรเซสเซอร์ ซึ่งได้เปลี่ยนกรรมวิธีในการจัดลำดับคำสั่งมาเป็นแบบ เธรดดิ่ง(Threading) โดยจะแบ่งคำสั่งต่างๆออกเป็นหลายๆสตรีมเพื่อให้โปรเซสเซอร์หลายตัวช่วยประมวลผลสตรีมเหล่านั้นไปพร้อมๆ กัน ซึ่ง Intel® ได้แนะนำเทคโนโลยีเธรดดิ่งในระดับโปรเซสเซอร์ ที่เสนอคุณสมบัติการทำงานแบบคู่ขนาน และเพื่อเป็นการเร่งความเร็วให้ถึงประสิทธิผลในการทำงานจริง อันได้แก่เทคนิคแบบซูเปอร์ไปป์ไลน์ การทำนายคำสั่งล่วงหน้า หรือ ซูเปอร์สเกลล่า มาบรรจุไว้ในตัวโปรเซสเซอร์ด้วย ตัว Chipset ที่ถูกพัฒนาขึ้นมาในรุ่นนี้จึงช่วยส่งเสริมการทำงานซึ่งกัน และกัน เป็นผลให้โปรเซสเซอร์สามารถเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าให้กลายเป็นพลังงานประมวลผลได้อย่างมีประสิทธิภาพและสนับการความเร็วในการถ่ายโอนข้อมูลด้วยความเร็วสูง ด้วย Hyper Threading Technology และ QuickPath Interconnect Technology
การเลือก Chipset ให้เหมาะต่อการใช้งาน และ บทสรุป
เมื่อเราพิจารณาแล้วว่าจะใช้ CPU จากค่ายใหนเราก็เลือกใช้ Main Board ที่สนับสนุน CPU นั้นโดยอาจต้องคำนึงถึง ชื่อของผู้ผลิต Main Board ด้วยเพราะถึงแม้ว่าจะใช้ Chipset เดียวกัน มีคุณสมบัติเหมือนกันแต่ก็มีประสิทธิภาพที่ต่างกันอีกทั้งยังมีเสถียรภาพที่ต่างกันด้วย ซึ่งในเรื่องของ เสถียรภาพนั้นเป็นเรื่องที่สำคัญมากในการเลือก Main Board เพราะ Main Board มีเสถียรภาพต่ำก็จำทำให้เครื่องคอมฯของเราหยุดทำงานบ่อยโดยไม่ทราบสาเหตุ ซึ่งผู้ผลิตบางรายจะเน้นในเรื่องเสถียรภาพเป็นหลัก บางรายเน้นที่ความเร็วเป็นหลัก ซึ่งราคาก็จะแตกต่างกันไป ดังนั้นก่อนที่เราจะพิจารณาซื้อ Mainboard ควรที่จะหาข้อมูลของ Mainboard ที่เราจะซื้อเพื่อมาพิจารณาก่อนว่ามีปัญหาหรือเปล่า ราคาเท่าไหร่ ประสิทธิภาพเป็นอย่างไร ซึ่งข้อมูลเหล่านี้สามารถหาได้จาก นิตยสารคอมพิวเตอร์ทั่วไป หรือบน Internet
หลักการพิจารณาเลือกซื้อ Chipset มีจุดสำคัญดังนี้
• เป็นชิพเซ็ตสำหรับซีพียูรุ่นใด ซีพียูที่มีสถาปัตยกรรมต่างกันต้องการชิพเซ็ตที่แตกต่างกัน
• รองรับความเร็งสูงสุดของบัสได้เท่าใด
• รองรับการทำงานร่วมกับหลาย ๆ ซีพียูได้หรือไม่
• รองรับการทำงานร่วมกับหน่วยความจำชนิดใด
• รองรับการขยายขนาดความจุของหน่วยความจำได้สูงสุดที่เท่าไหร่
• ความสามารถอื่น ๆ ซึ่งโดยมากมักจะไม่แตกต่างหรือมีผลต่อกันมากนัก เช่น รองรับ
• ระบบบัส PCI หรือ PCI X รุ่นใด รองรับมาตรฐาน PCI Express หรือไม่
บทสรุป
ซีพียูจะทำงานได้เต็มที่เพียงใดจะขึ้นอยู่กับการทำงานของส่วนประกอบอื่น ๆด้วย ซีพียูที่เร็วอาจถูกจำกัดให้ช้าลงด้วย Cache ที่ช้ากว่า หรือซีพียูและ RAM เร็วทั้งคู่อาจไม่สามารถติดต่อกันได้ทันหากระบบบัสมีความเร็วต่ำหรือมีขนาดเล็กกว่า ซึ่งต้องพึ่งพาองค์ประกอบหลักที่มีความสำคัญอย่างมากบนเมนบอร์ด เป็นส่วนประกอบที่ติดตั้งมาให้แล้วอย่างถาวรอยู่บนเมนบอร์ด ไม่สามารถถอดหรือเปลี่ยนแปลงได้ นั่นคือ Chipset เป็นตัวกำหนดว่าเมนบอร์ดนี้
- จะสามารถใช้กับ CPU ชนิดใดได้บ้าง
- รองรับหน่วยความจำชนิดใดบ้าง
- มี Slot ประเภทใดถูกติดตั้งไว้บนเมนบอร์ดได้
- สามารถรองรับการทำงานร่วมกับอุปกรณ์ประเภทใดได้บ้าง
- เป็นตัวกลางในการทำหน้าที่ในการประสานงานระหว่าง CPU กับ หน่วยความจำ
- ตัวควบคุมแคช(Cache Controller)
- ตัวควบคุมฮาร์ดดิสก์ (IDE Controller)
- ตัวควบคุมบัส PCI
ในส่วนของ Chipset ผู้ผลิตจะต้องทำการพัฒนาอย่างไม่หยุดนิ่ง เพื่อรองรับการทำงานของ CPU และอุปกรณืใหม่ๆได้ ทั้งนี้ผู้ผลิตเองก็เริ่มที่จะนำแนวคิดกรีนโซลูชั่นมาใช้เป้นส่วนหนึ่ง ซึ่งจะช่วยในการปรับปรุงระบบความร้อน, ความเสถียรของระบบเพื่อถนอมอายุการใช้งานของส่วนประกอบและเพิ่มความสามารถในการประหยัดไฟฟ้าได้สูงสุด ในอนาคตอาจเป็นไปได้ที่หน้าที่ของ Chipset จะลดลงและเพิ่มประสิทธิภาพในการทำงานให้กับส่วนอื่นต่อไป
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น