Tudo o que você precisa saber sobre chipsets

Afinal de contas, o que é um chipset? Quais são suas funções? Qual é a sua importância? Qual é a sua influência no desempenho do micro? Neste tutorial responderemos a estas e outras questões.


Chipset é o nome dado ao conjunto de chips (set significa “conjunto”, daí o seu nome) usado na placa-mãe.


Nos primeiros PCs, a placa-mãe usava circuitos integrados discretos. Com isso, vários chips eram necessários para criar todos os circuitos necessários para fazer um computador funcionar. Na Figura 1 você pode ver uma placa-mãe de um PC XT.



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Figura 1: Placa-mãe de um PC XT.


Após algum tempo os fabricantes de chips começaram a integrar vários chips dentro de chips maiores. Como isso, em vez de usar uma dúzia de pequenos chips, uma placa-mãe poderia ser construída usando apenas meia dúzia de chips maiores.


O processo de integração continuou e em meado dos anos 90 as placa-mãe eram construídas usando apenas dois ou até mesmo um único chip grande. Na Figura 2 você pode ver uma placa-mãe para 486 (lançada por volta de 1995) usando apenas dois chips grandes com todas as funções necessárias para fazer a placa-mãe funcionar.



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Figura 2: Uma placa-mãe para 486. Este modelo usa apenas dois chips grandes.


Com o lançamento do barramento PCI, um novo conceito, que ainda hoje em dia é utilizado, pôde ser empregado pela primeira vez: a utilização de pontes. Geralmente as placas-mãe possuem dois chips grandes: um chamado ponte norte e outro chamado ponte sul. Às vezes, alguns fabricantes de chip podem integrar a ponte norte e a ponte sul em um único chip; neste caso a placa-mãe terá apenas um circuito integrado grande!


Com o uso da arquitetura em pontes os chipsets puderam ser padronizados. Falaremos mais sobre isso na próxima página.


Os chipsets podem ser fabricados por várias empresas, como ULi (novo nome da ALi), Intel, VIA, SiS, ATI e nVidia. No passado havia outros fabricantes no mercado, como era o caso da UMC e OPTi.


A maioria das pessoas confunde o fabricante do chipset com o fabricante da placa-mãe. Por exemplo, se uma placa-mãe usa um chipset fabricado pela Intel não significa necessariamente que a Intel também é a fabricante da placa. ASUS, ECS, Gigabyte, MSI, DFI, Chaintech, PCChips, Shuttle e também a Intel são alguns dos vários fabricantes de placas-mãe presentes no mercado. Os fabricantes de placas-mãe compram dos fabricantes de chipsets os chipsets para serem integrados em suas placas. Na verdade, existe um aspecto muito interessante nessa relação. Para construir uma placa-mãe, o fabricante da placa pode seguir o projeto padrão do fabricante do chipset, também conhecido como “modelo de referência”, ou pode criar seu próprio projeto, fazendo modificações no circuito para oferecer maior desempenho e mais funcionalidades.


Aqui você pode encontrar uma lista completa dos fabricantes de placas-mãe.








Ponte Norte





O chip ponte norte, também chamado de MCH (Memory Controller Hub, Hub Controlador de Memória) é conectado diretamente ao processador e possui basicamente as seguintes funções:



  • Controlador de Memória (*)
  • Controlador do barramento AGP (se disponível)
  • Controlador do barramento PCI Express x16 (se disponível)
  • Interface para transferência de dados com a ponte sul

(*) Exceto para processadores soquete 754, soquete 939 e soquete 940 (processadores da AMD, como é o caso do Athlon 64), já que nesses processadores o controlador de memória está localizado no próprio processador, e não na ponte norte.


Alguns chips ponte norte também controlam o barramento PCI Express x1. Em alguns outros é a ponte sul quem controla o barramento PCI Express x1. Em nossas explicações assumiremos que a ponte sul é o responsável por controlar as pistas PCI Express x1, mas tenha em mente que isso pode variar de acordo com o modelo do chipset.


Na Figura 3 você pode ver um diagrama que mostra a função da ponte norte no computador.



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Figura 3: Ponte norte.


Como você pode ver, o processador não acessa diretamente a memória RAM ou a placa de vídeo. É a ponte norte que funciona como intermediário no acesso do processador a estes dispositivos. Por causa disso, a ponte norte tem influência direta no desempenho do micro. Se um chip de ponte norte tem um controlador de memória melhor do que outro, o desempenho geral do micro será melhor. Isto explica o motivo pelo qual você pode ter duas placas-mãe voltadas para a mesma classe de processadores e que obtêm desempenhos diferentes.


Como comentamos anteriormente, nos processadores Athlon 64 o controlador de memória está integrado no próprio processador e é por isso que praticamente não existe diferença de desempenho entre placas-mãe para esta plataforma.


Como o controlador de memória está na ponte norte, é este chip que limita o tipo e a quantidade máxima de memória que você pode instalar no micro (no caso do Athlon 64, quem é o responsável por tais limites é o próprio processador, já que o controlador de memória está embutido nele).


A conexão entre a ponte norte e a ponte sul é feita através de um barramento. No início, o barramento utilizado para conectar a ponte norte à ponte sul era o barramento PCI. Atualmente, o barramento PCI não é mais usado para esse tipo de conexão e foi substituído por um barramento dedicado. Falaremos mais sobre isso adiante, já que o tipo de barramento utilizado nesta conexão pode afetar o desempenho do micro








Ponte Sul





O chip ponte sul, também chamado ICH (I/O Controller Hub, Hub Controlador de Entrada e Saída) é conectado à ponte norte e sua função é basicamente controlar os dispositivos on-board e de entrada e saída tais como:



  • Discos Rígidos (Paralelo e Serial ATA)
  • Portas USB
  • Som on-board (*)
  • Rede on-board (**)
  • Barramento PCI
  • Barramento PCI Express (se disponível)
  • Barramento ISA (se disponível)
  • Relógio de Tempo Real (RTC)
  • Memória de configuração (CMOS)
  • Dispositivos antigos, como controladores de interrupção e de DMA

(*) Se a ponte sul tiver controlador de som on-board, será necessário a utilização de um chip externo chamado de codec (abreviação de codificador/decodificador) para funcionar.


(**) Se a ponte sul tiver controlador de rede on-board, será necessário a utilização de um chip chamado phy (pronuncia-se “fái”, abreviação de physical, camada física, em português) para funcionar.


A ponte sul é também conectada a dois outros chips disponíveis na placa-mãe: o chip de memória ROM, mais conhecido como BIOS, e o chip Super I/O, que é o responsável por controlar dispositivos antigos como portas seriais, porta paralela e unidade de disquete.


Na Figura 4 você pode ver um diagrama que mostra a função da ponte sul no computador.



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Figura 4: Ponte sul.


Como você pode ver, enquanto que a ponte sul pode ter alguma influência no desempenho do disco rígido, este componente não é tão crucial no que se refere ao desempenho geral do micro quanto à ponte norte. Na verdade, a ponte sul tem mais a ver com as funcionalidades da sua placa-mãe do que com o desempenho. É a ponte sul que determina a quantidade (e velocidade) das portas USB e a quantidade e tipo (ATA ou Serial ATA) das portas do disco rígido que sua placa-mãe possui, por exemplo








Conexão Entre as Pontes





Quando o conceito de pontes começou ser usado, a comunicação entre a ponte norte e a ponte sul era feita através do barramento PCI, como mostramos na Figura 5. O problema é que a taxa de transferência máxima do barramento PCI, 132 MB/s, era compartilhada por todos dispositivos PCI conectados à ponte sul, em especial os discos rígidos. Naquela época, isso não representava problemas, já que a taxa de transferência máxima dos discos rígidos era de 8 MB/s ou 16 MB/s.



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Figura 5: Comunicação entre a ponte norte e a ponte sul usando o barramento PCI.


Mas quando placas de vídeo (até então as placas de vídeo eram PCI) e discos rígidos de alto desempenho foram lançados, foi criado um “gargalo” no barramento PCI. Para você ter uma idéia, a taxa de transferência máxima de um disco rígido ATA-133 é a mesma do barramento PCI! Por isso, em teoria, um disco rígido ATA-133 consumiria toda a largura de banda do barramento PCI, reduzindo assim, a velocidade de comunicação entre os dispositivos conectados ao barramento.


Para placas de vídeo de alto desempenho, a solução foi a criação de um novo barramento conectado diretamente à ponte norte, chamado AGP (Accelerated Graphics Port, Porta Gráfica Acelerada).


A solução final veio quando os fabricantes de chipsets começaram a usar uma nova abordagem: eles criaram um barramento dedicado de alto desempenho entre a ponte norte e a ponte sul e conectaram os dispositivos PCI na ponte sul.



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Figura 6: Comunicação entre a ponte norte e a ponte sul usando um barramento dedicado.


Quando a Intel começou usar esta arquitetura, ela passou a chamar as pontes de “hubs”. A ponte norte passou a ser chamada MCH (Memory Controller Hub, Hub Controlador de Memória) e a ponte sul passou a ser chamada ICH (I/O Controller Hub, Hub Controlador de Entrada e Saída). Isto é apenas uma questão de nomenclatura para indicar o tipo de arquitetura que está sendo usado.


Com a utilização dessa nova arquitetura, que é o tipo de arquitetura usado pelas placas-mãe de hoje, quando o processador precisa ler dados do disco rígido, os dados são transferidos do disco para a ponte sul e então repassados para a ponte norte (através de um barramento dedicado) que por sua vez chega até o processador (ou diretamente para a memória se o Bus Mastering – também conhecido como DMA – estiver habilitado). Como você pode ver, agora o barramento PCI ficou mais “folgado”, o que não acontecia na arquitetura anterior, onde ele estava sobrecarregado.


A velocidade desse barramento dedicado depende do modelo do chipset. Por exemplo, no chipset Intel 925X a taxa de transferência máxima deste barramento é de 2 GB/s. Outro detalhe é que os fabricantes adotam nomes diferentes para esse barramento:



  • Intel: DMI (Direct Media Interface) ou Intel Hub Architecture (*)
  • ULi/Ali: HyperTransport
  • VIA: V-Link
  • SiS: MuTIOL (**)
  • ATI: A-Link ou PCI Express
  • nVidia: HyperTransport (**)

(*) A interface DMI é mais nova, usada a partir dos chipsets i915 e i925, e usa dois canais de dados separados, um para a transmissão e outro para a recepção (comunicação full-duplex). O Intel Hub Architecture, usado pelos chipsets anteriores, usa um mesmo caminho tanto para a transmissão quanto para a recepção (comunicação half-duplex).


(**) Alguns chipsets da nVidia e da SiS são formados apenas por um único chip, ou seja, tanto as funções da ponte norte quanto as funções da ponte sul estão integradas em apenas um chip.


No Radeon Xpress 200 da ATI, a comunicação entre a ponte norte e a ponte sul é feita através de duas pistas PCI Express. Isso não afeta o desempenho do sistema, porque ao contrário do barramento PCI, o barramento PCI Express não é compartilhado por todos dispositivos PCI Express, já que ele é uma solução ponto-a-ponto, o que significa que esse barramento é usado para conectar apenas dois dispositivos, o receptor e o transmissor; nenhum outro dispositivo pode ser “pendurado” a esta conexão. Uma pista é usada para a transmissão e a outra para recepção dos dados (comunicação full-duplex).


O barramento HyperTransport também usa dois canais de dados separados, um para a transmissão e outro para a recepção (comunicação full-duplex). Clique aqui para aprender mais sobre este barramento


Se você quiser saber mais detalhes sobre um determinado chipset, vá até a página do seu fabricante. Aqui você pode encontrar uma lista completa dos fabricantes de chipsets e seus respectivos endereços na internet.


Como comentamos anteriormente, você pode estar curioso para saber o que são os “dispositivos PCI on-board” listados nas Figuras 5 e 6. Dispositivos on-board, como rede e som, podem ser controlados pelo chipset (ponte sul) ou por um chip controlador adicional. Quando a segunda opção é usada, o chip controlador é conectado ao barramento PCI

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