Trong bài này chúng tôi sẽ trả lời những câu hỏi đó và còn nhiều hơn thế .

Chipset là một tập hợp nhiều Chip dùng trên Motherboard .

Trong những PC đầu tiên , Microsoft dùng những mạch điện tích hợp (IC) riêng biệt . Vì thế mà cần nhiều Chip để tạo ra mạch điện  để Motherboard làm việc . Trong hình dưới , bạn có thể thấy một Motherboard PC XT

1. Motherboard XT

Sau đó một thời gian , những nhà sản xuất Chip bắt đầu tích hợp một số Chip lại với nhau thành những Chip lớn hơn . Thay vì cần hàng tá Chip nhỏ thì Motherboard chỉ cần nửa tá Chip lớn .

Khoảng giữa những năm  1990 , những Motherboard chỉ dùng 2 hoặc thậm chí là 1 Chip lớn . Trong hình dưới , bạn có thể thấy một Motherboard để dùng cho CPU 486 của năm  1995 chỉ có 02 Chip lớn có đầy đủ hầu hết mọi tính năng để Motherboard có thể làm việc .

2. Motherboard 486 chỉ có 02 Chip lớn

Cùng với việc phát hành Bus PCI , đó là một khái niệm mới khi ấy , hiện nay vẫn được sử dụng , lần đầu tiên đưa ra những Chip cầu . Thông thường trên Microsoft có 02 Chip lớn : North Bridge và South Bridge . Đôi lúc , một số nhà sản xuất Chip lại có thể tích hợp cả hai Chip trên thành một Chip . Khi ấy trên Microsoft sẽ chỉ có 01 Chip tích hợp lớn . Hoặc tùy thuộc vào cấu trúc của CPU mà có thể chỉ cần một Chip South Bridge là đủ .

Ngày trước , có một vài công ty  khác nhau cung cấp Chipset cho PC . Ngày nay chỉ còn lại Intel , AMD và VIA vẫn còn sản xuất Chipset , và họ chỉ thiết kế những sản phẩm cho Motherboard để dùng cho những bộ vi xử lí  của mình . VIA cũng đã từng thiết kế Chipset cho CPU để làm việc với những nền tảng  của Intel và AMD . Những công ty  khác đã từng sản xuất Chipset bao gồm ATI , NVIDIA , VIA , SiS , ULi/Ali và OPTi .

Chúng ta cần tránh nhầm lẫn giữa nhà sản xuất Chipset với những nhà sản xuất Motherboard . Ví dụ , Motherboard dùng cho những bộ vi xử lí  của Intel không  phải nhất thiết do Intel sản xuất . Asus , Gigabyte , MSI , ASRock , Biostar và cả Intel chỉ là một số còn lại sản xuất Motherboard trên thị trường . Những nhà sản xuất Motherboard mua Chipset từ những nhà sản xuất Chipset và sau đó chế tạo ra Motherboard .

North Bridge

Chip North Bridge , cũng còn có tên gọi khác là MCH ( Memory Controller Hub ) , được nối trực tiếp tới CPU và có những tính năng cơ bản sau đây :

• Mạch điều khiển bộ nhớ ( nếu có ).
• Mạch điều khiển PCI Express ( nếu có ).
• Mạch điều khiển AGP ( nếu có )
• Giao diện để truyền dữ liệu với Chip South Bridge

Những CPU hiện nay của Intel đã tích hợp sẵn mạch điều khiển bộ nhớ và mạch điều khiển PCIe , điều đó có nghĩa là không  cần Chip này trên Motherboard nữa .

Trong hình dưới , những CPU của AMD có tích hợp mạch điều khiển bộ nhớ nhưng không tích hợp mạch điều khiển PCIe vì thế mà vẫn cần có Chip North Bridge trên Motherboard . AMD tuyên bố những bộ vi xử lí  của mình đã có “North Bridge tích hợp “ nhưng thực sự mới chỉ tích hợp mạch điều khiển bộ nhớ mà thôi .Đó chính là vấn đề tại sao trên Motherboard của nền tảng  AMD vẫn có Chip North Bridge trong khi nhà sản xuất CPU là AMD lại nói Chip của mình đã tích hợp Chip North Bridge.

3. Cấu hình Chipset những CPU hiện nay của Intel

4. Cấu hình Chipset những CPU hiện nay của AMD

Mạch điều khiển PCI Express tích hợp trong Chip North Bridge hoặc trong CPU có thể chỉ cung cấp một vài Lane . Hầu hết những cấu hình chung cung cấp 16-Lane , cho phép Motherboard có 01 khe PCIe x16 hoặc 02 khe PCIe x16 nhưng mỗi khe làm việc với tốc độ x8 .

Vì vậy việc thêm Lane cho giao diện PCIe để cung cấp cho những khe cắm khác cần phải cung cấp từ Chip South Bridge . Những mạch điều khiển PCIe cao cấp thường có nhiều hơn 16-Lane cho phép những nhà sản xuất cung cấp nhiều khe PCIe x16 cho Card màn hình hoặc cho phép kết nối của khe cắm khác và những thiết bị trực tiếp tới Chip North Bridge hoặc CPU .

Việc kết nối giữa North Bridge và South Bridge thực hiện qua Bus . Ban đầu Bus PCI được dùng nhưng về sau được thay thế bằng Bus riêng . Chúng tôi sẽ giải thích kỹ hơn về sau .

South Bridge

Chip South Bridge , cũng có tên gọi khác là ICH (I/O Controller Hub) hoặc PCH (Platform Controller Hub) , được nối tới North Bridge ( hoặc CPU trong nền tảng  hiện nay của Intel ) và có nhiệm vụ điều khiển những thiết bị I/O và các thiết bị tích hợp như :

• Cổng cho các thiết bị lưu trữ như SATA , PATA .
• Những cổng USB .
• Những cổng LAN tích hợp trên Motherboard .
• Bus PCI
• Bus PCIe ( nếu cần) ,
• RTC .
• Bộ nhớ CMOS .
• Những thiết bị cũ như điều khiển ngắt , điều khiển DMA
• Những khe ISA với những Motherboard cũ .

Những thiết bị tích hợp khác trên Motherboard có thể có như thêm những mạch điều khiển USB , SATA và mạng , sẽ được kết nối tới Chip South Bridge qua những Lane 1x PCIe riêng biệt . Trên một số Motherboard những thiết bị này có thể được nối tới Chip North Bridge thay vì South Bridge nếu như mạch điều khiển PCIe tích hợp nằm trong Chip North Bridge .

South Bridge cũng được kết nối tới 2 Chip khác trên Motherboard đó là Chip ROM có chứa BIOS và Chip Super I/O để điều khiển những thiết bị cũ như cổng RS323 , cổng song song , ổ đĩa mềm , cổng PS/2 cho bàn phím và Mouse .

Hình dưới cho thấy sơ đồ nguyên lí vai trò của South Bridge trong máy tính

5. Chip South Bridge

Cấu trúc cầu bên trong

Khái niệm cầu ( Bridge ) bắt đầu được dùng khi truyền thông giữa North Bridge và South Bridge thực hiện qua Bus PCI . Vấn đề với cách thức này băng thông có sẵn của Bus PCI là 132MB/s sẽ bị chia xẻ giữa tất cả các thiết bị PCI trong hệ thống  và tất cả những thiết bị đều kết nối tới South Bridge , nhất là ổ cứng .

6.  Truyền thông giữa North và South Bridge dùng Bus PCI

Khi Card màn hình cao cấp và những ổ cứng tốc độ cao phát hành thì sẽ xảy ra hiện tượng “nút thắt cổ chai” . Với Card màn hình cao cấp , giải pháp là tạo ra Bus mới kết nối trực tiếp tới North Bridge , có tên gọi AGP (Accelerated Graphics Port). Với cách này thì Card màn hình không nối tới Bus PCI vì thế không làm ảnh hưởng tới hiệu suất làm việc .

Giải pháp cuối cùng được những nhà sản xuất Chipset theo phương pháp mới đó là dùng kết nối tốc độ cao riêng biệt giữa North Bridge và South Bridge và nối những thiết bị PCI tới South Bridge . Cấu trúc này được dùng cho tới ngày nay . Những khe PCI chuẩn được nối tới South Bridge .

Những Lane của PCIe có thể sẵn sàng trên cả Chip North Bridge và South Bridge . Thông thường những Lane PCIe có sẵn trong Chip North Bridge để dùng cho Card màn hình , còn những Lane có trong South Bridge để dùng  cho những thiết bị có tốc độ chậm hơn và các thiết bị tích hợp như những cổng thêm của USB , SATA , mạng .

7. Truyền thông giữa North và South Bridge dùng kết nối riêng biệt

Cấu hình của kết nối riêng biệt phụ thuộc vào model Chipset . Những Chipset Intel đầu tiên dùng cấu trúc này có 01 kênh 266MB/s riêng biệt . Kênh này là Half-Duplex , có nghĩa là North Bridge và South Bridge không trao đổi thông tin với nhau cùng một lúc . Một Chip truyền dữ liệu thì Chip kia phải chờ .

Hiện tại Intel dùng kết nối riêng biệt có tên gọi DMI (Direct Media Interface) , có khái niệm tương tự như PCI Express , với những Lane truyền thông nối tiếp , và những kênh riêng cho dữ liệu truyền và nhận ( truyền thông Full-Duplex ) . Phiên bản DMI đầu tiên dùng 4-Lane có thể đạt tới tốc độ truyền dữ liệu 1GB/s cho mỗi hướng ( 2.5GB/Lane ) , phiên bản DMI thứ hai có tốc độ 2GB/s cho mỗi hướng . Một số Chipset mobile dùng 2-Lane thay vì 4-Lane nên có băng thông một nửa .

AMD dùng đường dữ liệu riêng biệt có tên gọi “A-Link” , cũng là kiểu PCI Express nhưng có tên gọi khác mà thôi . “A-Link” và “A-Link II” dùng 4-Lane PCIe 1.1 có băng thông 1GB/s . Kết nối “A-Link III” dùng 4-Lane PCIe 2.0 nên có băng thông 2GB/s .