介紹完擴充介面卡標準之後,主機板相關介紹的「通論」部分就差不多告一段落了 (各種接頭、「機殼線」的介紹與接法、安裝選購相關的內容我打算放在之後的電腦組裝系列連載中介紹),接下來進入後半段之後我打算談談歷代的晶片組,同時也會觸及到一些之前在 4-1 節中曾經簡單談過的系統架構。

晶片組的前身

如同前面介紹過的,近代晶片組通常由北橋 (Northbridge) 與南橋 (Southbridge) 組成,而當今較新的晶片組則實質上僅剩下南橋單獨一顆組成,從這裡我們可以看出整個趨勢是往整合的方向前進的,而在現代晶片組出現之前,實際上晶片組的功能是散落在多塊晶片當中,以 1987 年的 IBM PC/XT 為例,使用了下面這些 TTL 晶片來達成早期晶片組所提供的功能:

  • Intel 8284
    適用於 Intel 8086、8088 的時脈產生器 (Clock Generator) 與驅動器 (Driver)
  • Intel 8288
    用於 Intel 8086、8088 的匯流排控制器 (Bus Controller)
  • Intel 8259
    可編程插斷控制器 (Programmable Interrupt Controller)
  • Intel 8254
    可編程計時器 (Programmable Interval Timer)
  • Intel 8255
    並列 I/O 介面 (Parallel I/O Interface)
  • Intel 8237
    直接記憶體存取控制器 (DMA Controller)

後來的 IBM PC/AT 隨著性能提升,更是增加到需要九個晶片之多。這麼多晶片帶來的直接影響當然就是佔據主機板上大量的面積與高昂的製作成本,畢竟相較於處理器本身來說其實這些晶片內部的電晶體分布與電路複雜度都簡單很多,所以隨著半導體技術提升自然很快就會想到,為什麼不把這些簡單的晶片聚集起來變成單一一顆晶片呢?而且從前幾節討論記憶體與處理器的時候我們就知道,電子訊號傳輸經過的實際距離會對性能有影響,整合在一起性能也會有所提升,於是晶片組這個概念就漸漸萌芽了。

晶片組的雛形

最早開始將前面那堆晶片進行整合的歷史應該可以追溯到 Intel 80286、IBM PC/AT 的年代 (1984 年左右),當時由一家稱為 Chips and Technologies 的公司為 PC/AT 設計了一款由三顆晶片組成的晶片組,稱之為 NEAT (New Enhanced AT) Chipset (值得注意的是,當時 CHIPSet 是這間公司的商標,而且這家公司在 1997 年被 Intel 收購了)。

chips

NEAT Chipset (代號為 CS8221) 由 82C211 CPU 與匯流排控制器、82C212 記憶體控制器、82C206 整合周邊控制器 (Integrated Peripherals Controller, IPC)、82C215 資料/位置緩衝器四顆晶片共同組成,前三顆晶片 (下圖這張主機板配置圖的紅框處,藍框處則是 CPU) 可以提供原先得由前面列的六種晶片才能夠提供的功能。

MSX9658

當時的系統架構圖是長這樣的 (挺複雜的所以我加上了一些標註):

MSM9659