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8. Le chipset pour ordinateur PC.

8.1. Introduction - 8.2. Architecture Pentium 8.3. Architecture Pentium II 233 - 450 Mhz, premiers Pentium Pro - premiers Pentium III 450 à 600 Mhz - 8.4. Le Camino Intel i820 - 8.5. VIA Apollo Pro 133 et Apollo VCM133 - 8.6. VIA Apollo KX133 et KT 133 - 8.7. VIA ProSavage PM133 - 8. INTEL i820E - 9. Intel i850 - 10. AMD-760 - 11. NVIDIA pour Athlon et Duron - 12. INTEL i845 - 13. Intel i865 et i875 - 14. En conclusion

Dans les cartes électroniques de base, le microprocesseur est directement relié à la RAM et aux périphériques. Actuellement, les fréquences externes des processeurs (FSB) leur sont nettement plus hautes, impossible de les relier directement avec les autres composants. La solution utilisée dans les PC est d'inter-connecter les processeurs aux autres composants par l'intermédiaire d'un ensemble de composants: le CHIPSET. C'est le composant principal d'une carte mère.

Un chipset n'est pas constitué d'un seul circuit intégré, mais de 8 pour les ordinateurs les plus anciens et 2 dans les PC actuels (le Northbridge et le Southbridge). En gros, le Northbridge sert de connection entre le processeur et la Ram, le southbridge gère les bus internes et connections externes (en intégrant souvent une carte réseau et une carte audio. Tous les fabricants actuels (VIA, NVIDIA et INTEL) utilisent un principe identique: le northbridge est adapté à chaque modèle de processeur et connecté à un southbridges interchangeable suivant la qualité et le nombre de périphériques souhaités (par exemple, le nombre de canaux audio). Lorsqu'on évolue vers un nouveau processeur, on ne remplace que le northbridge.

Ce type de circuit disparaît, ou plutôt le nombre de fonction diminue. Les processeurs modernes intègrent maintenant le contrôleur mémoire, quelques modèles comme les I5 et I7 gèrent directement les bus PCI-express

Pour la liste complète des chipset

8.2. Architecture Pentium

Commençons par analyser la structure d'une carte mère pour PENTIUM ( MMX), K5 et K5 MMX (donc pas K6-2 ou K6-3). Le bus ISA est gérer comme faisant partie du bus PCI. Le cache L2 est connecté entre la RAM et le processeur.

La fréquence interne est calculée par la multiplication de la fréquence externe et d'un facteur multiplicateur. Ces cartes mères acceptent des FSB (Front Side Bus) de 25, 33, 50 et 66 Mhz. Les chipsets d'Intel équivalents sont la série 430, plus deux lettres pour la version.

8.3. Architecture PENTIUM II 233 – 450 Mhz, Pentium III jusqu'à 600 Mhz, Pentium Pro

Pour les Pentium II et premiers Pentium III, la série utilisée est l'INTEL 440.

8.3.1. 440 LX: Pentium II 233 -333 Mhz

Le 440 LX est utilisé par les Pentium II et premiers CELERON (sans cache L2) qui utilisent une version bridée, le 440EX. Il est identique au 440 BX suivant mais avec un bus FSB externe limité à 66 Mhz.

8.3.2. Architecture Pentium II de 350 à 450– premiers Pentium III 450 à 600 Mhz

L'INTEL 440 BX accepte des FSB (Front Side Bus) de 100 Mhz mais également de 66 Mhz comme vitesse inférieure (compatible avec les premier Pentium II et Celeron). Il utilise toujours le Slot A et gère les bus vidéo AGP I et II.

Le 440 ZX est identique au 440 BX mais n'accepte que deux barettes de RAM en Dimm au lieu de quatre.

8.3.3. Pentium Pro

Les premiers Pentium Pro (FSB 66) utilisaient chipsets équivalents à la série 430 pour Pentium I..

Le 440 FX (correspond au 430 HX), permet l'utilisation de mémoire RAM autocorrective ECC. Il a aussi été utilisé sur les premières cartes mères pour Pentium II.

Le 450 KX et le 450 GX  permettent de gérer 2 processeurs sur la même carte mère. L'Intel 450 GX accepte 4 processeurs et gère deux bus PCI et deux bus mémoire, un pour chaque couple de Pentium Pro. De plus il gère un bus EISA-VLB (spécifique au 486).

8.4. Le Camino INTEL I820 pour Pentium III série B (533B et 600B) - 1999 et INTEL i840 (XEON)

Le Camino accepte une fréquence externe de 133 Mhz, pour seulement 100 Mhz avec le 440 BX, soit un gain de performance de 33 %. L'autre différence est le type de mémoire accepté: la Direct Rambus (DRDRam), une technologie qui fonctionne à 300 ou 400 Mhz. Elle est plus chère que la Dimm PC100 avec des performances supérieures. Un petit adaptateur appelé Memory Translator Hub (ou MTH) était commercialisé par Intel pour accepter la DIMM avec ce chiptset.

Le taux de transfert des Rambus DRDRam est suffisant pour l'AGP 4X. Il utilise une structure accelerated I-Iub qui permet des transferts vers le southbridge de 266 MO/s (133 MO/s pour le 440BX). Il est compatible avec les disques durs UDMA-66. 

L'Intel 820 accepte le biprocesseur (deux processeurs identiques sur une seule carte mère en mode symétrique SMP (symétrie multiprocessing).L'INTEL i840 est quasiment identique mais pour Xeon.

8.5. VIA Apollo Pro 133 et Apollo VCM133. (Pentium III)

Ce chipset pour Pentium III est commercialisé en fin 1999. Il gère la PC133 (comme les Intel 810 et 815) en utilisant des northbridges différents pour les processeurs AMD ( KX133) mais le même southbridge. Ses performances par rapport aux ordinateurs utilisant le 440BX sont 4 à 7 % supérieures.

8.6. VIA Apollo KX133 et Apollo KT133 (Athlon et Duron)

VIA a commercialisé l’Apollo KX133 avant AMD, c'est le premier circuit d’interface spécifique Athlon. Il gère le bus EV6 à 200 et 266 Mhz développé par alpha, l’AGP 4X, la mémoire SDRam PC 133 et PC100 et les disques durs ATA en UDMA 66. Il est utilisé pour les Athlon et DURON socket 462 et en slot A.

Sorti courant 2000, l' Apollo KT133 est livré en même temps avec les KX133. Il accepte le socket 462 pour les Duron et Tunderbird. Identique au KX sur bien, il n'accepte plusde bus ISA, c'est une version allégée du KX.

7. VIA ProSavage PM133. (Celeron / Pentium II / Pentium III)

Les ordinateurs bon marché sont l'avenir de l'informatique. Pour concurrencer le i815, VIA propose le ProSavage PM133. Il intègre un northbridge Apollo Pro133 (CELERON et PENTIUM II / III), un contrôleur Ethernet 10/100, un processeur graphique S3 Savage 4 (3D) et S3 Savage 2000 (2D).

8. INTEL i815 - i820E

Avec le succès mitigé du i820 (mémoire Rambus trop chère et concurrence de VIA en PC-133), INTEL sort mi-2000 le i815 avec chipset graphique intégré mais également le i820E. Ce dernier est identique au i820, mais accepte deux canaux USB distincts, un double contrôleur de disque dur ATA-100 et une carte audio 6 canaux.

De plus, il inclut un nouveau slot CNR (incompatible avec AMR) pour la connection de cartes audio et modem.

9. Le I850 (Pentium IV)

Le i850 d'Intel reprend les mêmes caractéristiques que l'I820 (et mémoire Rambus) mais est utilisé par les premiers Pentium IV. Ses mauvaises performances ont réduit celles du processeur (aussi liée aussi à l'architecture Netburst).

L´i850 du northbridge MCH (Memory Controller Hub) i82850 et du southbridge ICHE (I/O Controller Hub) i8201BA (comme l'i815E)

Le Northbridge i82850:

- Un bus relié au processeur à une fréquence de 100 MHz en Quad Bumped (4 données transférées par cycle d'horloge)
- deux canaux de RDRAM (dual-channel), accès simultané aux deux barrettes doublant la bande passante. Solution performante mais chère au prix de la Rambus de l'époque.
- Le bus AGP 4x
- Le bus Interlink d'Intel pour le Southbridge

Le southbridge reprend des caractéristiques standards: deux contrôleurs de disques durs Ultra ATA 100, deux contrôleurs USB 1.1, une carte ethernet 10/100 Mbits et une carte audio AC´97 sur 6 canaux.

8.11. AMD-760 (Athlon et Duron)

AMD annonce en décembre 2000 la sortie de l'AMD-760. Il accepte la mémoire SDRAM DDR (Double Data Rate) sur les flancs montants et descendants pour ses processeurs Athlon 1 GHz, 1,1 et 1,2 Ghz. Une version spécifique (760-MP) est spécifique aux Athlons MP (bi-processeurs).

8.12. NVIDIA nForce pour Athlon et Duron.

NVIDIA, initialement concepteur de circuits électroniques pour cartes graphiques, sort en juin 2001 une architecture révolutionnaire pour processeur AMD, le nForce: constitué du nForce Integrated Graphics Processor (IGP) et nForce Media and Communications Processor (MCP) comme southbridge.

IGP

La principale caractéristique de l’IGP (Northbridge) est l'utilisation de deux contrôleurs mémoires indépendants, (MC1 et MC2). C'est le Dual Channel (TwinBank).

Deuxième caractéristique, l'IGP intègre directement un contrôleur graphique GeForce2 qui peut être désactivé pour utiliser une carte graphique en AGP 4X.

Et en dernier, le northbridge du nForce utilise le DASP (Dynamic Adaptive Speculative Pre-Processor): une mémoire cache L3 intelligente qui récupère des données lorsque les accès mémoires sont plus faible. Les performances sont augmentées de 6 à 30 % selon les applications. 

Le MCP

La connexion entre le northbridge et le southbridge utilise le bus hypertransport (utilisé ensuite par les processeur AMD) avec des taux de transferts de 800 MB/s, à comparer avec les technologies concurrentes interlink (Intel) et V-Link (VIA) avec une bande passante de 266 MB/s.

Le reste sont similaire aux concurrents: 2 contrôleurs de disques durs ATA-100, bus PCI, USB 1.1 carte graphique et réseau intégrée.

8.13. INTEL i845.

Confronté aux prix des barrettes RAMbus et à la concurrence de VIA, INTEL sort fin décembre 2001 le I845 pour Pentium IV. Il est équivalent au i850 sauf qu'il utilise de la mémoire Dimm PC133/PC100. Son successeur, l'i845D, utilise des mémoires DDR. Suivent plusieurs versions équivalentes selon les avancées technologiques. Remarquez que les 845 ne gèrent pas les disques ATA-133, uniquement les ATA-100.

Le socket (donc processeur) utilisé est le 478 avec FSM de 400 Mhz. Il intègre le bus graphique AGP 4X, 4 ports USB 1.1, gère les mémoires Dimm PC133 (compatible PC 100) et intègre l'audio compatible AC'97 et une carte réseau Ethernet 10/100 (les standards de l'époque).

D'autres variantes vont être développées par INTEL comme le i845D, identique sauf pour la gestion mémoire qui passe en DDR 200 / DDR 266. la dernière (i845E) va également suivre les évolutions INTEL de l'époque en permettant l'utilisation de processeur avec vitesse externe de 533 (mais aussi pour compatibilité 400 Mhz) et reprend désormais l'USB 2.0.

La version 845G et suivantes sont des versions améliorées du 845E au niveau des fonctions graphiques améliorées dénommées Extreme Graphic. Suivant le Southbridge utilisé, certaines cartes mères (utilisée pour les CELERON) pourraient utiliser des mémoires PC133. Les I845G (FSB de 533) et 845 GE (FSB 400) vont surtout intégrer l'hyperthreading (comme les suivants), 6 ports désormais en USB 2.0, une carte Ethernet 10/100 et un circuit audio AC'97 sur 6 canaux. Ils gèrent la DDR 200 et 266, un port AGP 4X mais aussi un circuit graphique intégré.

Les i845GL (FSB400) et i845GV (FSB533) sont identiques aux deux précédants mais dédiés aux processeurs Celeron: le bus AGP disparaît, seul le circuit graphique interne peut être utilisé pour l'affichage. Les technologies RAM acceptées sont les DDR266 et DDR333.

Le dernier de la série, le i485P, n'intègre pas de circuit graphique: FSB acceptés de 400 ou 533 et DDR 266 ou 333.

8.14. Intel 865 et Intel 875

Ces deux séries gèrent maintenant le DUAL-Channel (appelé aussi Twin Bank) qui permet de coupler deux barettes de RAM DDR333 ou DDR400 augmentant les taux de transfert à partir de la mémoire vers le processeur. Ces chipset vont également implanter de nouvelles technologies comme deux ports S-ATA tout en gardant une interface ATA 100, le bus AGP en version 8X.

Le i845P reprend l'Hyper-Treading, accepte les Pentium IV avec FSB 533 et 400. Le nombre de ports USB passe à 8 avec toujours une carte audio sur 6 canaux en AC'97 et une carte Ethernet 10/100. Le i865PE est quasiment identique sauf qu'il accepte aussi les FSB 800 et les disques durs en RAID en option.

Le petit dernier, l'i875 n'accepte plus les processeurs avec FSB de 400 (seulement les 533 et 800). Le RAID est toujours optionnel. Ce chipset accepte les mémoires DDR 333 et DDR 400 avec correction d'erreur ECC

8.15. Pour terminer.

L'évolution des Chipset suit l'évolution des processeurs et d'autres. Avec les Intel 865 et 875, on retrouve une autre évolution des cartes mères avec le Dual-channel. Pourtant l'utilisation d'un chipset (et surtout de la séparation en deux parties: northbridge - southbridge) disparaît de plus en plus. La réponse est plutôt simple: les processeurs reprennent directement les contrôleurs mémoires, contrôleurs PCI express et (souvent pour les bas de gamme) directement le circuit graphique. Nous verrons qu'ici aussi, les chipsets dédiés à des cartes graphiques disparaissent aussi dans les PC. Avec le Nforce, NVIDA reprenait directement ses circuits graphiques dans le northbridge, ce qu'Intel à fait lui aussi dans plusieurs versions du 845. En dernier, la majorité des processeurs de bas de gamme intègrent maintenant le circuit graphique (et plus le chipset). Pour le Dual Channel, c'est AMD qui a débuté avec les Athlon 64 et Opteron fin des années 2000 en intégrant le contrôleur mémoire dans le processeur. Intel a suivi avec l'I7 (certaine versions gèrent même trois banks de mémoires en parallèle). Cette modification entraîne quelques petits problèmes: changer de type de mémoire RAM oblige à changer de socket (avant: on changeait le northbridge). Pourtant, on n'a pas changé de type de mémoires RAM depuis plusieurs années en gardant la technologie DDR-3.

Liste des chipsets:
Liste et caractéristiques des chipsets utilisés dans les PC
Assemblage d'un PC, carte mère:
L'installation d'une carte mère, paramétrage suivant le processeur, ventillateur

La suite du cours hardware 1 > 9. Mémoire PC

< 7. Structure interne des processeurs

Mise à jour 21/09/2015

Matériel informatique 1: PC et périphériques. Matériel informatique 2: réseaux, serveurs et communication. Systèmes d'exploitations Windows

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