本来，我已经准备放弃再写深入架构的文章，因为这类文章的适用范围不大，只有少数对电脑有狂热兴趣的朋友才会去看。但是，在看过网上的一些评论性文章之后，我决定继续工作下去。Why？原因很简单，我发现有许多文章都在争论同级产品中那个比较好，不少人仅仅是对产品有表面的了解，就妄下结论（包括外国某些著名站点）。由于国内大部分文章（特别是所谓的抢“鲜”评测）都是从外国站点转译的，在翻译过程中，如果对产品没有深入的认识，很容易犯同样的错误。因此，掌握产品的架构就变得十分重要了，只有清楚了内部工作原理，才能客观地评价一个产品。

　　为了对抗VIA，英特尔可是有备而来，在全球范围狂吹i815/i815E，看看各大站点的评测报告，你就能发现芯片巨人的影响力之大。实际上，英特尔自己的评测也表明i815/i815E确实不比i820好多少，既然BX与i820相差不远，i815/i815E和BX也不过半斤八两。下面，我将和各位详细分析这款新芯片组。

一、i815/815E的新特性

与i810相比，i815E有几个重大变化，提高了芯片组的总体性能：

　　1. 82815 GMCH（Graphics & Memory Controller Hub，图形和内存控制中心），利用英特尔图形技术，加强了向后兼容性，统一图形驱动程序，提高OS和图形性能的PC133系统内存利用率。

　　2. 加强升级GPA（Graphics Performance Accelerator，图形性能加速卡），增加i752显卡的缓存，最大性能增益可达30%。

　　3. AGP 4X图形总线，除了CC820之外，英特尔提供的第二款SDRAM＋AGP 4X芯片组；82801BA ICH（Input/Output Controller Hub，输入/输出控制中心）第二代，比传统的南桥架构多二倍的带宽，提供了专有的数据路径来对附加带宽进行优化。

　 4. 双USB控制器，拥有双倍带宽（24M bps），支持4个端口；AC 97音频，完全六声道环绕声和软件Modem支持。

　　5. CNR（Communication and Networking Riser，通讯和网络升级卡），可扩展USB、LAN和音频能力数字视频输出，允许连接传统电视和数字平面显示器，兼容DVI（Digital Visual Interface，数字化视像接口）规格。

　 6. 整合了LAN能力，提供三种独特的网络环境：1Mbps home PNA、10/100Mbps LAN、可管理

10/100Mbps LAN。它们使用SingleDriver技术，以同样的驱动程序来配合，简化了网络的复杂性；

ATA/100，使用Ultra ATA Storage驱动程序，向后兼容Ultra DMA 66/33硬盘。

二、i815和i815E的区别在于I/O HUB接口

　　i815包括82815 GMCH和82801AA ICH，i815E包括82815 GMCH和82801BA ICH2。i815与i815E的最大区别在于ICH（ICH2）、AMR（CNR）和GPA，i815使用ICH和AMR，仅支持ATA-66。i815E使用ICH第二代，支持ATA-100和CNR设备。作为I815E的基本图形核心i752，是Intel在i740图形技术的基础发展起来，属于一种低成本的图形性能解决方案，i752能解决大部分普通的程序应用，对于大型3D程序就没有办法。用户如果要升级i815E平台的图形性能，可以有两种方法去实现：1. I815E和I815一样，屏蔽了i752，通过额外的AGP 4X插槽连接外置的AGP 4X显示卡，这种方法对于整体和图形子系统的性能提升有根本的作用。但是无形中，你就浪费了本身的i752。2. 如果你不需要另外购买显示卡但又想稍微提升i752的性能，可以通过购买AIMM模块GPA卡来升级图形性能。GPA的全称为：图形性能加速（Graphics Performance Accelerator），意思是否跟AGP：Accelerated Graphics Port（图形加速接口）差不多呢？GPA卡就是插在3.3V 的AGP 插槽中，它板载2颗 4-8MB PC133标准SDRAM，SDRAM符合Intel PC SG/SDRAM v0.99标准，4层电路板设计，采用32位宽度的数据接口。在GPA卡上贴的标签“AIMM-X-abc”：比如 AIMM-133-333。AIMM的意思就是AGP Inline Memory Module，133也就是PC133标准，在333中 a = CL，b=Trcd，c=Trp，根据Intel官方公布，GPA卡能提升i752图形性能20-30%，目前已经有Micron和一个Smart Modular技术公司推出了相应的产品，4MB产品的价格低于200元。

三、82815（GMCH）特性

　　IDE控制器：Ultra ATA/66/33（ICH）、Ultra ATA/100/66/33（ICH2）；USB主控制接口：1个主控制器和2个USB端口（ICH）、2个主控制器和4个USB端口（ICH2）；SMB（System Management Bus，全系统管理总线）兼容大多数I^2 C设备：ICH有总线主控能力，ICH2有总线主控和主线副控；AC 97 2.1适应链结音频和电话解码器：2通道（ICH）、升级到6通道（ICH2）；i815的FWH与i810或i820都无甚分别，FWH（ Firmware Hub，固件中心）是82802，包含一个RNG（Random number Generator，随机数字发生器），五个GPIs（General Purpose Inputs，普通操作输入），寄存器级块锁定，硬件级锁定，非易失性闪光存储器可记录系统平台编码和数据，此外，FWH也可由其它厂商提供；AOL（Alert On LAN，局域网警告）：AOL（ICH和ICH2均支持），AOL2（ICH2）；82801BA（ICH2），360针EBGA（Enhanced Ball Grid Array，增强形球状矩阵排列）封装。

四、GMCH系统内存接口

　　GMCH整合的内存控制器支持64位 100/133MHz SDRAM，支持标准64位宽DIMM设备，12个多元地址线（SMAA [12：0] ），两个bank选择线（SBS [1：0] ），兼容2M、4M、8M、16和32M * 64 DIMM不对称寻址。GMCH有6个SCS#线（2个用于电子载入备份），可以支持6个64位SDRAM列。至于CL2和CL3的SDRAM，可包括单边和双边DIMM。此外，GMCH也提供了1024纵深刷新队列，用开放内存排列保持4个页的内存，让任何一个bank的内存都能做存储工作。GMCH拥有自动侦察机制，一旦发现内存超出系统要求，会立即通过系统时钟发生器的双线接口，把SDRAM时钟调到100MHz，保证系统稳定性。

五、AGP接口

GMCH支持单AGP连接器，有两个可选择模式：

- 3.3V，非5V安全，兼容AGP 1.0和2.0。

- 1.5V，非3.3V安全，兼容AGP 2.0。

　　AGP定义（PIPE#或SBA[ 7:0]）周期到SDRAM，无须经过主机总线，AGP FRAME#周期到SDRAM也无须主机总线干预。GMCH支持PIPE#或SBA[ 7:0]寻址机制，但不能同时进行，只可以在初始化时任选一个。另外，GMCH还能做：高优化权存取、从HUB接口到AGP的内存写入、AGP到HUB接口的处理。

GMCH支持的AGP数据传输率和信号级

六、整合图形芯片

　　在GMCH中，显示缓存专门用于Z缓冲，纹理和显示缓冲区定位在系统内存中，如果没有显示缓存，才把Z缓冲定位于系统内存。2D图形部分，i752包括了BLT和算术STRBLT引擎、一个硬件指针和扩展型2D寄存器和指令集。在输出方面，GMCH的内置图形模式兼容多种扫描设备，它可以直接驱动CRT到1600*1200分辨率，提供一个数字视频输出接口与外部设备相连，间接驱动1280*1024非梯状DDP EDID 1.2数字平面显示器或数字CRT。高达1.3V信号允许连接高频率装置，如1.8V电视输出解码器。AGP连接器之中，信号基本与普通的AGP相同，但主要以优化AIMM卡为目标，可以消除一些特殊类型的AGP信号（滤波、开放排出等）。某些现有的AGP连接器信号对显示缓存无太大作用，因此没有加载到GMCH的AGP接口中。

七、系统时钟

　　82815 GMCH拥有新型时钟架构，它整合的SDRAM缓冲区可以运行在100或133MHz，不受系统总线频率约束。GMCH使用USB时钟复件来作为点时钟输入到图形像素时钟PLL。

八、GMCH的能源消耗

　　82815内核电压是1.85V，系统内存操作电压是3.3V，显示缓存的电压也是3.3V，AGP 1X/2X 输入/输出可用3.3V或1.5V，AGP 4X输入输出仅支持1.5V，AGP接口电压由主板上的VDDQ发生器来决定。

九、寄存器

　　GMCH拥有大量寄存器和指令来控制图形，英特尔图形驱动程序在这个架构级提供了软件接口，很明显，寄存器/指令接口属于API（Application Programming Interfaces，应用程序接口）级。

GMCH有以下三大类的寄存器：

　　1. PCI设置寄存器，GMCH包含PCI设置寄存器用于设备0（主机到HUB接口桥/DRAM控制器）、设备1（AGP桥）、设备2（GMCH内部图形设备）。

　　2. 显示缓存接口寄存器，定位于内存空间，寻址列表偏移量从基本内存地址编程到MMADR寄存器（设备2，PCI设置偏移量14h）。

　　3. 显示缓存侦察和诊断寄存器，寄存器存取通过I/O或内存空间来完成，寻址列表偏移量从基本内存地址编程到MMADR寄存器（设备1，PCI设置偏移量14h）。

GMCH拥有两组软件易接近的寄存器，存取主机I/O地址空间：

　　1. 控制寄存器，映射到主I/O空间控制PCI配置空间的存取（也可看作I/O映射寄存器）；

　　2. 内部配置寄存器，又分成三个逻辑设备寄存器集（“逻辑”意味着它们位于一个单独的物理设备中）：

（1）第一个寄存器集用于主机到HUB接口桥/DRAM控制器，控制PCI总线0的操作（如：DRAM设置、

芯片组操作参数、可选特性）。

（2）第二个寄存器用于AGP接口。

（3）第三个用于内部图形设备。

　　GMCH支持PCI配置空间存取通过机制#1来完成，GMCH的内部寄存器（I/O映射和配置寄存器）由主机来存取。除了CONF_ADDR仅支持Dword外，寄存器的存取可通过字节、字（16位）或Dword（32位）来做到，所有多字节数区域都使用小型结束排序（低地址包含在最少的配置部分中）。GMCH有两个寄存器预留在处理器I/O地址空间：配置地址寄存器（CONF_ADDR）和配置数据寄存器（CONF_DATA），配置地址寄存器负责开启/关闭配置空间，并决定配置空间的那一部分可用配置数据窗口反映出来。

十、PCI设备空间存取

　　GMCH和I/O控制HUB通过HUB接口来连接。HUB接口属于逻辑PCI总线#0，所有内部数据交换都由此总线负责。系统主要PCI扩充总线负责PCI到PCI桥，还用一个可编程PCI总线数字连接到I/O控制器。此处要注意：PCI 0不属于PCI总线#0。物理PCI总线#0是不存在的，HUB接口、GMCH内部设备和I/O控制HUB以软件连接成逻辑PCI总线#0。

　　GMCH包含三个PCI设备，设备0、1、2作为一个映射留在PCI总线#0：设备0：主机到HUB接口桥/DRAM控制器，逻辑上属于PCI总线#0，物理上包含PCI寄存器、DRAM寄存器，和其它GMCH特殊寄存器。设备1：AGP桥支持1X/2X/4X传输率。设备2：GMCH内部图形设备，这类寄存器已经包括了专用的PCI寄存器。

十一、PCI总线配置机制

　　PIC总线的基于Slot的可配置空间，允许每个设备包含8个功能，每个功能包含256 8位配置寄存器。PCI规格定义了两个总线周期来存取PCI配置空间（配置读和配置写），处理器直接支持内存和I/O空间，GMCH通过映射来执行机制，PCI提供的机制有两个：#1和#2。GMCH仅支持#1，使用CONF_ADDR和CONF_DATA寄存器，并以Dword I/O写入周期来放置数值到CONF_ADDR中，对PCI总线、总线设备、设备功能、寄存器功能进行详细说明。CONF_ADDR[ 31]必须设置为1来开启配置周期，然后CONF_DATA成为四字节配置空间的联系窗口，任何读或写到CONF_DATA的结果将被转换成CONF_ADDR的适当周期。GMCH负责转换和路由处理器I/O存取到CONF_ADDR和CONF_DATA寄存器到内部GMCH配置寄存器、内部图形设备或HUB接口。

十二、逻辑PCI总线#0配置机制

　　GMCH解码总线数字（位 23:16）和CONF_ADDR寄存器范围内的设备数字，CONF_ADDR设备数字是0，配置周期的目标就是一个PCI总线#0设备。设备#0，GMCH中主机到HUB接口桥/DRAM控制器的实体；设备#1，GMCH中AGP接口的实体；设备#2，GMCH中内部图形设备的实体。配置周期到一个GMCH内部设备受到GMCH的限制，不能通过HUB接口来发送，只有PCI总线#0上的设备#3-#31才是通过HUB接口来发送信号。

十三、主PCI（PCI0）和下游配置机制

　　如果CONF_ADDR上的总线数字是非零，GMCH会生成一个配置周期越过HUB接口，I/O控制器HUB将比较非零总线数字（包含在二级总线数字中）和主PCI扩展总线（PCI0）或下流PCI总线上的次要总线数字寄存器。

十四、DRAM设备方案

DD（Double Side，双面内存）、SD（Single Side，单面内存）

分配的内存空间

WE（Write Enalbe，可写入），RE（Read Enable，可读取）：

当RE=1时，处理器按照GMCH要求，直接读取系统主内存中相应的内存段；

当RE=0时，主机读存取直接指向HUB接口/PCI 0；

当WE=1时，处理器按照GMCH要求直接写入系统主内存中相应的内存段；

当WE=0时，主机写入存取直接指向HUB接口/PCI 0。

通过RE、WE就能实现四种状态：只读、只写、读/写、完全禁止。如果RE=1和WE=0代表了只读。

GMCH把内存空间分给了各种设备：

1. DOS区（00000h– 9FFFFh），640KB空间。

2. 视频缓存区（A0000h– BFFFFh），128KB图形适配器内存空间。用于映射传统的视频设备（如：VGA控制器），此区域不能用属性位和处理器初始化周期控制，只能以HUB接口工AGP/内部图形设备来做终止，也是SMM（System Management Mode，系统管理模式）的缺省空间。

3. 黑白适配器区（B0000h– B7FFFh），专门分配给单色图形控制器。

4. 扩充区（C0000h– DFFFFh），128KB ISA扩展区域。共分为8个16KB段，每段代表一种读/写状态：只读、只写、读/写，读/写禁止，用于映射到GMCH和子牵引解码到ISA空间，内存段被禁止时将不会映射到其它地方。

5.扩展系统BIOS区（E0000h– EFFFFh），64KB区域。共分为4个16KB段，每段都分配了读和写属性，可以映射到主内存或HUB接口，通常，这个区域用于RAM或ROM。内存段被禁止时将不会映射到其它地方。

6.系统BIOS区域（F0000h– FFFFFh），这是一个单独的64KB段，可分配读和写属性，缺省为读/写禁止，并拥有一个向前到HUB接口的周期。为了加快存取速度，GMCH把BIOS的内容映射到DRAM，关闭时此区，不能进行映射。

7.GMCH支持4GB寻址内存空间和64KB + 3寻址I/O空间。在1MB以下的内存可通过编程来进行控制属性，GMCH主机桥会自动终止任何超过4GB的存取，并对主机总线上的数据进行归零处理。在下面的例子中，假定内存全部兼容，并且VGA区可能会映射到内部图形设备。GMCH内存映射包括了许多可编程区域，所有区域必须统一，而且没有硬件互锁机制，存取超出范围的区域会导致不确定的结果。

高级系统地址映射表

详细的映射区域表，并显示了每一部分的作用

兼容区分为以下几个部分：

1. 0-640 KB DOS区；

2. 640-768 KB 视频缓冲区；

3. 768-896 KB 16K每段，共8段，扩充区；

4. 896-960 KB 16K每段，共4段，扩展系统BIOS区；

5. 960 KB - 1 MB 系统BIOS内存。

　　GMCH支持兼容区中所有16个内存段，以上13个内存区都能独立开启/关闭读/写周期。在兼容区以上100000h （1 MB）到FFFFFFFFh（4 GB-1）的空间称为扩充内存区，分为几个部分：主内存，即1MB到512M使用128M技术，除非内存孔建立了，否则所有此区域的存取都将指向DRAM；从TOM（Top of- main memory，主内存顶端）到4GB，称为PCI内存空间，其中APIC设备空间从FEC0_0000h（4 GB-20 MB）到FECF_FFFFh和FEE0_0000h到FEEF_FFFFh，高级BIOS区域从4GB到（4GB-2MB），15MB - 16MB内存孔。

　　也许你已经在BIOS设置中看到过此选项，它可以控制设备0空间中FDHC寄存器的开启，存取指向HUB接口。开启此选项后，物理DRAM内存无法映射到内存中。某些旧式ISA设备（视频加速卡）和测试卡使用内存孔来进行操作，但它不是一个必须的选项，毕竟没有人会放弃16MB以后的内存空间。GMCH可以把主内存看成SMRAM（System Management RAM，系统管理内存），供SMM模式使用，GMCH支持三种SMM选项：兼容SMRAM（AB段开启）、高段内存（HSEG）、顶段内存（TSEG）。它还提供SMI句柄代码和数据存储，此区域通常被隐藏于操作系统之后，让处理器直接存取来进入SMM。所有内存块指定的读或写都能映射到GMCH DRAM内存，使ROM代码执行更迅速，ROM会自动在DRAM的副 本中加入只读属性，让操作系统感觉不到它与普通ROM的差别。

单边内存与双边内存的配搭

十五、DVMT（Dynamic Video Memory Technology，动态视频内存技术）

　　GMCH支持显示缓存，用DC来执行渲染缓冲（如：Z缓冲），需要4MB缓存来完成上述工作，而且要借助纹理MIP映射。如果使用了DVMT，可以直接在系统内存执行渲染，会自动分辨出纹理MIP映射和渲染。显示缓存发出或接收的数据内部缓冲FIFO（First Input First Output，先入先出队列）确定资料可以同步到内部管道，显示缓存接口时钟DVM将同步到内核和系统总线。

十六、i752的功能

　　GMCH集成的i752显示芯片，拥有3D渲染、BLT和STRBLT（2D操作）、显示、运动补偿和覆盖功能。GMCH支持1024*1024到1*1纹理像素的11级LOD，在小型缓存中能够提供有效的MIP映射，它有几种过滤方式：邻近点采样、线性过滤、MIP邻近点采样、MIP线性、三线性、各向异性等。GMCH还支持多种纹理模式，透视修正映射是其最常用的，映射图能够平铺、镜像到U或V方向，甚至放到纹理的末尾和暂时性物体（clamp，紧夹模式），用户也可以对纹理联合其它物体的属性进行定义。

3D管道结构

十七、平面/数字CRT接口/1.8V TV输出接口

　　GMCH拥有专门的平面显示器输出接口，它是一个16位数字端口，包括4个控制位和12个数据位，使用1.8V 电压，支持多种显示模式，即使外部传换器不支持缩放，也可由GMCH本身来实现。

GMCH支持的数字显示模式

十八、AC 97六声道

　　支持AC 97是ICH2的特点之一，能用于AC（Audio Codec，音频多媒体数字信号编解码器），MC（modem codec，调制解调器多媒体数字信号编解码器），AMC（audio/modem codec，音频/调制解调器多媒体数字信号编解码器）。不要以为AC 97仅与声音有关，其实它还包括了Modem的数据交换，通过数字链路来接通多个设备。ICH2支持六声道输出，在代替ISA音频和Modem的前提下，还提高了系统的总体性能。

三种AC 97解决方案

十九、电路接口

GMCH的接口定义

ICH2的接口定义

HUB接口信号行程

ICH2与PCI的接口例子

ICH2与LAN的连接

82562ET/82562EM的终结

二十、CK815时钟发生器

1. 2 DIMM插槽

CK815时钟发生器是56针SSOP封装，它有9个100MHz SDRAM时钟（3.3V）[SDRAM0?7, DClk]，7个33MHz（3.3V）的PCI时钟，2个33MHz的APIC时钟，同步于处理器时钟（2.5V），1个48MHz USB时钟（3.3V，非SSC，第三类缓冲），1个48MHz DOT时钟（3.3V，非SSC），3个3-V 66MHz时钟（3.3V），1个REF时钟14.31818MHz（3.3V），涉及振荡器输入，能源降低针脚，伸展频谱支持，用于关闭无用时钟的IIC功能。

2 DIMM时钟解决方案

2. 3 DIMM插槽

而3 DIMM时钟发生器与2 DIMM稍有不同，区别在于，它有13个SDRAM时钟，1个PCI时钟，1个APIC时钟，其它指标都与2 DIMM插槽相类似。

二十一、Glue 芯片 3（英特尔ICH2 Glue芯片）

　　为了节省ICH2平台的成本，英特尔把一些功能控制集成在单个芯片中，此芯片就是Glue芯片。其主要功能有:PWROK信号生成，STR（Suspend To RAM，内存唤醒）电路控制，能源上升电路支持，快速FLUSH#/INIT#电路，硬盘单色LED驱动，IDE重启信号生成/PCIRST#缓冲，DDC（Display Data Channel，显示数据通道）到显示器电压转换，测试专用第三状态缓冲区等。

AIMM显示缓存

二十二、讨论

　　讲完理论，再讨论一下i815/i815E的价值，因为网上已经有许多测试报告，在这里我就不再重复了，总的来说，PC133 SDRAM+815E平台在普通应用方面性能高于RDRAM+820平台，而且价格要低得多，是PC用户不错的选择。不过，从另一角度看，根本没有必要从BX升级到i815，至于i815E是没有选择的选择，追求稳定性和兼容性的朋友不想买VIA系芯片组，那么只能用i815E了。其实，看看各大主板厂商对BX产品的价格定位就可以知道，它们仍然把BX作为主流产品来推广，除了卖清存货之外，BX的高性能也是一个不容置疑的因素。以前，英特尔在自己的i810主板中使用i754显卡，图形性能自然要比其它i810主板的i752好一些啦，不知这次英特尔又有否搞鬼。与当年i810需要质量好的PC100内存一样，i815E对内存的要求也非常严格，英特尔的PC133标准CAS为2，市面上大多数PC133内存均不符合规格（VIA标准CAS=3），很容易出现死机现象。

　　网上许多测试报告的真实性极其有限，千万不要被分数所玩弄，基准测试只是一个参考，即使是自己测出来的分数，也有局限性，不能保证100%通用。最明显的例子是VIA 694x与最新版440BX芯片组的比较，速度、兼容性、稳定性均是BX占优，所以重要的是相信口碑，别拿那些所谓实测报告当宝贝。