Super I/O (; 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 полностью реализующей функционал контроллера, 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.
Фактически, 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 Low Pin Count (LPC) (интерфейс которой предоставляет южный мост материнской платы) и часто реализованы в составе чипсета.
Super I/O и схемы аппаратного мониторинга + Сводная таблица ИМС контроллеров Наименование Количествоизмеряемыхнапряжений Количестводатчиковтемпературы Количествовходовконтролявентиляторов Количествовыходовконтролявентиляторов IT8705F 8/1 3 3 3 IT8712F 8/1 3 3 3 W83627HF 7/2 3 3 2 W83637HF 5/2 3 3 3 W83697HF 6/2 2 2 2 VT82C686x 5/1 2/1 2 Нет LPC47M15x 8 2 2 2 LPC47M192 8 2 2 2 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.
Super I/O производства Intel Примером современного Super I/O может служить микросхема Intel 631xESB/632xESB, обеспечивающая следующие функции: Обеспечивает реализацию интерфейса ESI (, ESI) и порта PCI Express, обеспечивающим 8-кратный поток передачи к Memory Controller Hub (MCH) Обеспечивает совместимость с версией 1.0a спецификации шины PCI Express Обеспечивает совместимость с приложением к протоколу спецификации версии 2.0a шины PCI и приложению по электрической и механической спецификации шины PCI Обеспечивает совместимость с версией 2.3 спецификации шины PCI в части поддержки работы на частоте 33 МГц (поддержка до семи пар Req/Gnt) Обеспечивает логическую поддержку режимов потребления питания ACPI Обеспечивает реализацию контроллера Enhanced DMA, контроллера прерываний и функции часов реального времени Содержит интегрированный контроллер SATA с независимыми DMA-операциями на шести портах и поддержку AHCI Содержит интегрированный контроллер IDE, обеспечивающий работу режимов Ultra ATA100/66/33 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 Содержит сдвоенный гигабитный MAC обеспечивающий работу в соответствии со спецификациями IEEE 802.3 с поддержкой интерфейса SerDesSerializer/Deserializer (SerDes) Solutions /Kumeran для двух PHY-компонентов Обеспечивает работу PICMG-совместимого гигабитного Ethernet Содержит интегрированный контроллер платы с базовой прошивкой ПЗУ, обеспечивающий расширяемость через внешнюю флеш-память и ОЗУ Обеспечивает совместимость с версией 2.0 SMBus с дополнительной поддержкой I2C-устройств Содержит интегрированный аудиоинтерфейс (AC’97 и Intel High Definition Audio), а также спецификацию модема AC’97 Имеет интерфейс LPC Обеспечивает поддержку интерфейса Firmware Hub (FWH) 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
Super I/O производства Integrated Technology Express Inc (ITE) Известны следующие ИМС <контроллеров Super I/O> производства Integrated Technology Express Inc: IT8700FSimple Low Pin Count Input / Output (Simple LPC I/O). Preliminary Specification V0.1. Copyright © 2001 ITE, Inc. IT8702FSuper - Low Pin Count Input / Output (LPC I/O). Preliminary Specification V0.5. Copyright © 2004 ITE, Inc. IT8705F/IT8705AFSimple Low Pin Count Input / Output (Simple LPC I/O). Preliminary Specification V0.4. Copyright © 2003 ITE, Inc. IT8706RSpecial General Purpose I/O. Preliminary Specification V0.1. Copyright © 2000 ITE, Inc. IT8711FApplication Circuit V0.2. SCHEMATIC REVISION IT-8711-CG-S01 VER 0.2. June 21, 2001 IT8712FEnvironment Control – Low Pin Count Input / Output (EC - LPC I/O). Preliminary Specification V0.81. Copyright © 2004 ITE, Inc. IT8871APPLICATION CIRCUIT V0.3 SCHEMATIC REVISION IT-8871-CG-4J-S01. VER0.3 Oct 24, 2000
IT8705F/AF В качестве примера типового контроллера рассмотрим IT8705F/AF
IT8705 – высокоинтегрированный суперконтроллер ввода/вывода на основе интерфейса LPC (соответствует Спецификации интерфейса LPC 1.0 от 29 сентября 1997 года, публикуемой фирмой IntelIntel Low Pin Count (LPC) Interface Specification Revision 1.1 August 2002 ).
IT8705F отвечает требованиям руководства «Microsoft PC98 & PC99 System Design Guide», сам контроллер является ACPI-совместимым устройством.
Также доступны средства ISO 7816-совместимого считывателя смарт-карт и согласно спецификации Personal Computer Smart Card (PC/SC) Working Group.
Контроллер обеспечивает функциональность на уровне наиболее часто используемых наследуемых функций обычного суперконтроллер ввода/вывода плюс инновации в контроле окружающей среды, такие как: функции аппаратного мониторинга и расширенного аппаратного мониторинга. 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). Регулирование скорости 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. Фирменная разработка ITE — «SmartGuardian» (направленная на уменьшения общего шума работающей системы и снижения потребляемой электроэнергии) которая представляет собой интеллектуальное включение/отключение вентилятора(ров) и управление скоростью его вращения. Кроме того, технология обслуживает соответствующую реакцию на обнаруженные состояния мониторинга состояния системы. Вариант исполнения IT8705AF дополнительно позволяет контролировать вскрытие корпуса (аппаратная система обнаружения вторжений).
Также контролер включает в себя: один высокопроизводительный 2,88 МБ дискет (с сепаратором цифровых данных) поддерживающим два дисковода всего ряда стандартных ёмкостей дискет (360 кБ / 720 кБ / 1,2 МБ / 1,44 МБ / 2,88 МБ); 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 (); управляет звуковой сигнализацией при сбое или отказе компьютера.
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.
Контроллер окружающей среды Контроллер также имеет девять интегрированных логических устройств, благодаря чему представляет собой контроллер окружающей среды () (не путать с Embedded controller и Expansion card). 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.
Контроллер окружающей среды, встроенный в IT8705F, включает в себя восемь входов для контроля напряжения питания, три входа для датчиков температуры, три входа для тахометров вентиляторов, управляя тремя вентиляторами, и три набора улучшенных контроллеров вентиляторов.
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.
Назначение выводов и сигналы контроллера