Super I/O

Эта статья нуждается в переработке. Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей.

Super I/O (англ. Super Input/output; дословно: супер <контроллер> ввода-вывода) — название класса сопроцессоров, которые начали использоваться после 1980-х годов на материнских платах IBM PC-совместимых компьютеров путём сочетания функций многих контроллеров, сперва одной платой, устанавливаемой в слот расширения, а затем и одной микросхемой, тем самым достигая уменьшения числа микросхем контроллеров, и таким образом привели к снижению сложности и стоимости компьютера в целом. Super I/O объединяет интерфейсы различных низкоскоростных устройств.

Фактичес��и, на рынке материнских плат массового сегмента предоставлена продукция всего четырёх фирм: ITE Tech, Nuvoton, Microchip Technology и Fintek. Производители брендовой продукции (IBM, HP, Dell, FSC) как правило используют проприетарные разработки схемотехники материнских плат и не публикуют спецификаций применяемых контроллеров.

Как правило, включает в себя следующие функции:

• контроллер дисковода гибких дисков (floppy);
• контроллер параллельного порта (LPT-порт);
• контроллер последовательных (COM) портов, портов клавиатуры и мыши PS/2.

Super I/O также может включать в себя и другие интерфейсы, такие как игровой (MIDI или джойстик) или инфракрасный порты.

Изначально Super I/O связывались через шину ISA. Одновременно с развитием IBM PC-совместимых компьютеров происходило смещение Super I/O, сперва на шины VLB, затем стала использоваться шина PCI. Современные Super I/O используют шину LPC (интерфейс которой предоставляет южный мост материнской платы) и часто реализованы в составе чипсета.

Схемотехника материнской платы предполагает наличие цепей измерения, которые производятся с помощью аналогово-цифровых преобразователей, преобразующих измеряемый параметр в цифровые значения, после чего они могут быть переданы в другое вычислительное устройство на плате для дальнейшей обработки. Измерения, производимые на материнской плате, в основном касаются трёх групп параметров: обороты вентиляторов, температура и напряжения.

Скорость вращения вентиляторов, применяемых для охлаждения блоков и отдельных частей материнской платы, обычно контролируется при помощи тахометров, встроенных в вентилятор — обычно для этого используется датчик Холла. Такой вентилятор отличается дополнительными (кроме двух питания) проводами, одним (устанавливаемый в корпус, блок питания, на охлаждение радиаторов микросхем чипсепа материнской платы/видеокарты) или двумя (процессорный).

Для мониторинга температуры используется три типа датчиков: терморезисторы, транзисторы (например, 2N3904) и датчики интегрированные в процессор.

Логически аппаратный мониторинг выглядит как набор регистров, значение которых изменяется при изменении состояния на входах.

Примером современного Super I/O может служить микросхема Intel 631xESB/632xESB, обеспечивающая следующие функции^[2]:

1. Обеспечивает реализацию интерфейса ESI (англ. Enterprise South Bridge Interface, ESI) и порта PCI Express, обеспечивающим 8-кратный поток передачи к Memory Controller Hub (MCH)
2. Обеспечивает совместимость с версией 1.0a спецификации шины PCI Express
3. Обеспечивает совместимость с приложением к протоколу спецификации версии 2.0a шины PCI и приложению по электрической и механической спецификации шины PCI
4. Обеспечивает совместимость с версией 2.3 спецификации шины PCI в части поддержки работы на частоте 33 МГц (поддержка до семи пар Req/Gnt)
5. Обеспечивает логическую поддержку режимов потребления питания ACPI
6. Обеспечивает реализацию контроллера Enhanced DMA, контроллера прерываний и функции часов реального времени
7. Содержит интегрированный контроллер SATA с независимыми DMA-операциями на шести портах и поддержку AHCI
8. Содержит интегрированный контроллер IDE, обеспечивающий работу режимов Ultra ATA100/66/33
9. Содержит интегрированный контроллер интерфейса USB с поддержкой восьми портов; содержит четыре интегрированных контроллера UHCI; одержит один интегрированный высокоскоростной EHCI-контроллер, обеспечивающий работу в режиме USB 2.0
10. Содержит сдвоенный гигабитный MAC обеспечивающий работу в соответствии со спецификациями IEEE 802.3 с поддержкой интерфейса SerDes^[3]/Kumeran для двух PHY-компонентов
11. Обеспечивает работу PICMG-совместимого гигабитного Ethernet
12. Содержит интегрированный контроллер платы с базовой прошивкой ПЗУ, обеспечивающий расширяемость через внешнюю флеш-память и ОЗУ
13. Обеспечивает совместимость с версией 2.0 SMBus с дополнительной поддержкой I2C-устройств
14. Содержит интегрированный аудиоинтерфейс (AC’97 и Intel High Definition Audio), а также спецификацию модема AC’97
15. Имеет интерфейс LPC
16. Обеспечивает поддержку интерфейса Firmware Hub (FWH)
17. Обеспечивает дополнительные функции, например: управляет процессами во время перезагрузки и если во время первоначального старта центральным процессором не начинается выполнение инструкций, перезапускает компьютер; или переводит компьютер в режим останова в случае срабатывания защиты при открытии корпуса системного блока

Известны следующие ИМС <контроллеров Super I/O> производства Integrated Technology Express Inc:

• IT8700F^[4]
• IT8702F^[5]
• IT8705F/IT8705AF^[6]
• IT8706R^[7]
• IT8711F^[8]
• IT8712F^[9]
• IT8871^[10]

В качестве примера типового контроллера рассмотрим IT8705F/AF

IT8705 – высокоинтегрированный суперконтроллер ввода/вывода на основе интерфейса LPC. Контроллер обеспечивает функциональность на уровне наиболее часто используемых наследуемых функций обычного суперконтроллер ввода/вывода плюс инновации в контроле окружающей среды, такие как функция аппаратного мониторинга, регулирование скорости вращения вентилятора и фирменную разработку ITE — «SmartGuardian». Интерфейс LPC контроллера соответствует Спецификации интерфейса LPC 1.0 от 29 сентября 1997 года, публикуемой фирмой Intel^[11]. IT8705F отвечает требованиям руководства «Microsoft PC98 & PC99 System Design Guide», сам контроллер является ACPI-совместимым устройством.
Функции расширенного аппаратного мониторинга предоставлены тремя входами (используется 8-битное АЦП) с возможностью подключения в качестве источника аналогового сигнала (измерение температуры) внешних термисторов, температурного диода или транзистора подключенного в качестве диода (например, 2N3904).
Обеспечиваемая контроллером фирменная инновация SmartGuardian (направленная на уменьшения общего шума работающей системы и снижения потребляемой электроэнергии) представляет собой интеллектуальное включение/отключение вентилятора и управление скоростью его вращения.
Также доступны средства ISO 7816-совместимого считывателя смарт-карт и согласно спецификации Personal Computer Smart Card (PC/SC) Working Group.
Контроллер также имеет девять интегрированных логических устройств, благодаря чему представляет собой контроллер окружающей среды (управляя тремя вентиляторами). Каждое из девяти логических устройств может быть индивидуально включено или отключено с помощью регистров конфигурации программного обеспечения. Контроллер использует энергоэффективную схему для снижения энергопотребления. После того, как логическое устройство отключено, его цепи входов блокируются, выходы переключаются в третье состояние (высокоимпедансное состояние, Z-состояние) и отключаются от тактового генератора.

Контроллер окружающей среды контролирует температуру, восемь напряжений питания (включая напряжение батареи VBAT для питания CMOS-памяти содержащего данные конфигурирования BIOS и RTC) и скорость вращения вентилятора.
Один контроллер скорости вращения вентилятора отвечает за управление скоростью вращения трёх вентиляторов используя три выходных контакта управляемых 128-шаговыми импульсами (используется широтно-импульсная модуляция) и контролирует входы от тахометров трех вентиляторов.
Также контролер включает в себя:

• один высокопроизводительный КНГМД 2,88 МБ дискет (с сепаратором цифровых данных) поддерживающим два 360 к / 720 к / 1,2 МБ / 1,44 МБ / 2,88 МБ дисковода;
• один многорежимный высокопроизводительный параллельный порт IEEE 1284, который работает как двунаправленный стандартный параллельный порт (SPP), улучшенный параллельный порт (Enhanced Parallel Port, EPP) версий 1.7 и 1.9, или порт с расширенными возможностями (ECP);
• два, совместимых со стандартными 16C550, расширенных УАПП — для осуществления асинхронной связи; также осуществляется поддержка SIR и одного ИК-пульта дистанционного управления (пульт от телевизора);
• один MIDI порт работающий в режим совместимом с MPU-401 UART; один игровой порт со встроенным счетверённым таймером 558 и буферными микросхемами для поддержки прямого подключения двух джойстиков; шесть портов (44 выводов GPIO);
• осуществляется организация интерфейса с флэш-ПЗУ объёмом до восьми МБ (сигналами шины адреса FA [0:19], шины данных FD [0:7]); существует поддержка трёх управляющих сигналов — FCS#, FWE# и FRD#;
• осуществляется управление свечением и „миганием“ светодиода, индицирующим режим энергосбережения компьютера (англ. Power LED Blinking Control);
• управляет звуковой сигнализацией при сбое или отказе компьютера;
• кроме того, для мониторинга состояния системы и реакция на обнаруженные состояния соответственно предусмотрена технология SmartGuardian; вариант IT8705AF дополнительно позволяет контролировать вскрытие корпуса (аппаратная система обнаружения вторжений).

Контроллер требует одного входа тактового генератора с частотой 48/24 МГц и работает от одного источника питания +5 В. Выпускается в пластиковом 128-выводном корпусе типа PQFP.

• 
  Микросхемы Super I/O контроллер ITE IT8705F и BIOS на материнской плате ECS L7VMM2 REV1.1

Глобальный конфигурационный регистр

Контроллер окружающей среды (англ. Environment Controller, EC), встроенный в IT8705F, включает в себя восемь входов для контроля напряжения питания, три входа для датчиков температуры, три входа для тахометров вентиляторов и три набора улучшенных контроллеров вентиляторов.^[12]

IT8705F содержит 8-битный АЦП, ответственный за контроль напряжения и температуры. АЦП преобразует аналоговые сигнала на входе, начиная от 0 В и до 4,096 В, в 8-битные цифровые байты. Благодаря наличию дополнительных внешних компонентов аналоговые входы могут контролировать разные диапазоны, в дополнение к фиксированному входному диапазону от 0 В до 4,096 В. Входы датчиков температуры могут быть преобразованы в 8-разрядные цифровые байты и контролировать температуру с термисторов или термодиода. Встроенная ПЗУ обеспечивает регулировку нелинейных характеристики термисторов.

Входы тахометра вентилятора являются цифровыми входами с диапазоном от 0 до 5 В и используются при измерениях периодов импульсов с тахометра вентилятора. FAN_TAC1 и FAN_TAC2 оснащены программируемыми делителем и могут быть использованы для измерения различных диапазонов скорости вращения вентилятора. FAN_TAC3 снабжен фиксированным делителем и может быть использован только в диапазоне по умолчанию.

Контроллер окружающей среды в IT8705F предоставляет программистам несколько внутренних регистров и генератор прерываний для контроля окружающей среды и управления вентиляторами.

Доступ программиста к контроллеру окружающей среды осуществляется по адресам двух регистров:

1. Регистр адреса, адрес: Базовый адрес+05h
2. Регистр данных, адрес: Базовый адрес+06h

Базовый адрес определяется конфигурационным регистром логического устройства контроллера окружающей среды — LDN = 04h, индекс регистров = 60h, 61h.

Этот раздел статьи ещё не написан. Здесь может располагаться отдельный раздел. Помогите Википедии, написав его. (30 ноября 2016)

Этот раздел статьи ещё не написан. Здесь может располагаться отдельный раздел. Помогите Википедии, написав его. (30 ноября 2016)

• Low Pin Count
• Южный мост (компьютер)

По ИМС ITE

• IT8705F/IT8705AF Simple Low Pin Count Input/Output (Simple LPC I/O) Preliminary Specification V0.4.
• IT8705F Preliminary Environment Controller (EC) Programming Guide V0.3.
• Errata V0.1 for IT8705F/IT8705AF V0.4. Document Number: ITPM-ER01-IT8705.
• IT8705F Application Circuit. Document Number: IT-8705-CG-S01 V2.0.
• IT8712F Environment Control – Low Pin Count Input/Output (EC-LPC I/O) Preliminary Specification V0.9.1.
• IT8712F Preliminary Environment Controller (EC) Programming Guide V0.2.
• IT8718F Environment Control – Low Pin Count Input/Output (EC-LPC I/O) Preliminary Specification V0.3.
• Термальная угроза: мифы и реальность №1
• Укрощение кулеров

По ИМС Windond

• W83627HF/F, W83627HG/G Winbond LPC I/O. Revision: A1.
• Winbond LPC I/O W83627THF. Revision 1.0.
• Winbond LPC I/O W83697HF, W83697HG. Revision: A1.
• W83781D Winbond H/W Monitoring IC.

По ИМС SMSC

• LPC47M10x Preliminary. 100 Pin Enhanced Super I/O Controller with LPC Interface for Consumer Applications.
• SMSC LPC47M10x Reference Design ASSY 6097 Rev. A1. Document Number: 6097.

Другие материалы

• VIA VT82C686A South Bridge Datasheet. Revision 1.54
• VIA VT82C686B South Bridge Datasheet. Revision 1.71
• Advanced Configuration and Power Interface Specification. Hewlett-Packard Corporation, Intel Corporation, Microsoft Corporation, Phoenix Technologies Ltd., Toshiba Corporation. Revision 3.0.
• Intel “LPC Interface Specification Rev. 1.0” (Sept. 29, 1997)

• Список микросхем Super I/O