Микропроцессоры

История развития процессоров до появления первого PC

SMM

Корпус PGA

Гнезда для процессоров

Разъемы процессора

Напряжение питания процессоров

Тестирование процессоров

Возможность модификации процессора

Модернизация процессора

Тестирование быстродействия процессора

Причины неисправности процессоров

Микропроцессоры

“Мозгом” персонального компьютера является микропроцессор, или центральный про цессор — CPU (Central Processing Unit). Микропроцессор выполняет вычисления и обработ ку данных (за исключением некоторых математических операций, осуществляемых в ком пьютерах, имеющих сопроцессор) и, как правило, является самой дорогостоящей микросхе мой компьютера. Во всех PC-совместимых компьютерах используются процессоры, поддер живающие семейство микросхем Intel, но выпускаются и проектируются они не только самой Intel, но и компаниями AMD, Cyrix, IDT и Rise Technologies.
В настоящее время Intel доминирует на рынке процессоров, но так было далеко не всегда. Компания Intel прочно ассоциируется с изобретением первого процессора и его появлением на рынке. Но, несмотря на это, два наиболее известных в конце 70-х годов процессора, используе мых в ПК, не принадлежали Intel (один из них, правда, являлся прямым аналогом процессора Intel). В персональных компьютерах того времени чаще всего использовались процессоры Z-80 компании Zilog и 6502 компании MOS Technologies. Процессор Z-80 представлял собой улуч шенный и более дешевый аналог процессора 8080. Сегодня подобная ситуация произошла с многочисленными клонами процессоров Intel Pentium, созданными компаниями AMD, Cyrix (теперь VIA), IDT и Rise Technologies. Более того, в некоторых случаях аналог приобретал большую популярность, чем оригинал. Компания AMD в течение прошлого года заняла значи тельную часть рынка, получив в результате большую прибыль. Но, несмотря на это, многие ут верждают, что Intel все еще играет главенствующую роль на рынке процессоров.
Когда-то давно у меня был компьютер, содержащий оба упомянутых процессора. Он состоял из основной системы Apple, созданной на базе процессора 6502 с тактовой частотой 1 МГц (да да, именно 1 МГц), и системной платы Microsoft Softcard (платы Z-80), подключенной к одному из разъемов. Системная плата Softcard содержала, в свою очередь, процессор Z-80 с тактовой частотой 2 МГц. Такая конструкция позволяла использовать программное обеспечение для про цессоров обоих типов в одной системе. Процессор Z-80 использовался в конце 70-х — начале 80-х годов и работал с операционной системой CP/M. Процессор 6502, в свою очередь, исполь зовался в ранних версиях компьютеров Apple (т.е. до появления платформы Mac).
Звездный час компаний Intel и Microsoft наступил в 1981 году, когда IBM выпустила пер вый персональный компьютер IBM PC с процессором Intel 8088 (4,77 МГц) и операционной системой Microsoft Disk Operating System (DOS) версии 1.0. С этого момента практически во все персональные компьютеры устанавливаются процессоры Intel и операционные системы Microsoft. В следующих разделах вы узнаете о процессорах, используемых в персональных компьютерах, о технических параметрах этих микросхем и о том, почему за одно и то же время одни процессоры выполняют гораздо больше операций, чем другие.

История развития процессоров до появления первого PC">

Обратите внимание, что первый процессор был выпущен за 10 лет до появления первого компьютера IBM PC. Он был разработан компанией Intel, назван Intel 4004, а его выпуск со стоялся 15 ноября 1971 года. Рабочая частота этого процессора составляла всего 108 кГц (0,108 МГц!). Он содержал 2 300 транзисторов и производился по 10-микронной технологии. Шина данных имела ширину 4 разряда, что позволяло адресовать 640 байт памяти. Этот про цессор предназначался для использования в программируемых калькуляторах.
История развития процессоров до появления первоaо PC 73
В апреле 1972 года Intel выпустила процессор 8008, который работал на частоте 200 кГц. Он содержал 3 500 транзисторов и производился все по той же 10-микронной технологии. Шина данных была 8-разрядной, что позволяло адресовать 16 Кбайт памяти. Этот процессор предназначался для использования в терминалах и программируемых калькуляторах. Следующая модель процессора, 8080, была анонсирована в апреле 1974 года. Этот процессор содержал 6 000 транзисторов и мог адресовать уже 64 Кбайт памяти. На нем был собран первый персональный компьютер (не PC) Altair 8800. В этом компьютере использовалась операционная система CP/M, а Microsoft разработала для него интерпретатор языка BASIC. Это была первая мас совая модель компьютера, для которого были написаны тысячи программ.
Со временем процессор 8080 стал настолько известен, что его начали копировать. В конце 1975 года несколько бывших инженеров Intel, занимавшихся разработкой процессора 8080, создали компанию Zilog. В июле 1976 года эта компания выпустила процессор Z-80, который представлял собой значительно улучшенную версию 8080. Он был не совместим с 8080 по контактным выводам, но сочетал в себе множество различных функций, например интерфейс памяти и схему обновления ОЗУ (RAM), что позволяло разработать более дешевые и простые компьютеры. В Z-80 был также включен расширенный набор команд процессора 8080, по зволяющий использовать его программное обеспечение. В этот процессор вошли новые ко манды и внутренние регистры, поэтому программное обеспечение, разработанное для Z-80, могло быть использовано практически со всеми версиями 8080. Первоначально процессор Z-80 работал на частоте 2,5 МГц (более поздние версии работали уже на частоте 10 МГц), со держал 8,5 тыс. транзисторов и мог адресовать 64 Кбайт памяти.
Компания Radio Shack выбрала процессор Z-80 для своего первого персонального компь ютера TRS-80 Model 1. Следует заметить, что Z-80 стал первым процессором, используемым во многих новаторских системах, к числу которых относятся Osborne и Kaypro. Этому приме ру последовали другие компании, и вскоре Z-80 стал стандартным процессором для систем, работающих с операционной системой CP/M и наиболее распространенным программным обеспечением того времени.
Intel не остановилась на достигнутом и в марте 1976 года выпустила процессор 8085, кото рый содержал 6 500 транзисторов, работал на частоте 5 МГц и производился по 3-микронной технологии.
В этом же году компания MOS Technologies выпустила процессор 6502, который был аб солютно непохож на процессоры Intel. Он был разработан группой инженеров компании Motorola. Эта же группа работала над созданием процессора 6800, который в будущем транс формировался в семейство процессоров 68000. Цена первой версии процессора 8080 достига ла 300 долларов, в то время как 8-разрядный процессор 6502 стоил всего лишь около 25 долларов. Такая цена была, безусловно, более приемлема, в частности Стив Возняк (Steve Wozniak) встроил этот процессор в новые модели Apple I и Apple II. Процессор 6502 исполь зовался также в системах, созданных компанией Commodore и другими производителями. Этот процессор и его преемники с успехом работали в игровых компьютерных системах, в число которых вошла приставка Nintendo Entertainment System (NES). Компания Motorola продолжила работу над созданием серии процессоров 68000, которые впоследствии были ис пользованы в компьютерах Apple Macintosh. В настоящее время в этих системах применяется процессор PowerPC — преемник 68000.
В июне 1978 года Intel выпустила процессор 8086, который содержал набор команд под кодовым названием х86. Этот же набор команд до сих пор поддерживается в самых совре менных процессорах Pentium III. Процессор 8086 был полностью 16-разрядным — внутрен ние регистры и шина данных. Он содержал 29 тыс. транзисторов и работал на частоте 5 МГц. Благодаря 20-разрядной шине адреса он мог адресовать 1 Мбайт памяти. При создании про цессора 8086, обратная совместимость с 8080 не предусматривалась. Но в то же время значи тельное сходство их команд и языка позволили использовать более ранние версии программ ного обеспечения. Это свойство впоследствии сыграло важную роль в развитии программно го обеспечения ПК, включая операционную систему CP/M (8080).
74 Глава 3. Типы и специфиeации миeропроцессоров
Несмотря на высокую эффективность процессора 8086, его цена была все же слишком высока по меркам того времени и, что еще важнее, для его работы требовалась дорогая мик росхема поддержки 16-разрядной шины данных. Чтобы уменьшить себестоимость процессо ра, в 1979 году Intel выпустила упрощенную версию 8086, которая получила название 8088. Процессор 8088 использовал те же внутреннее ядро и 16-разрядные регистры, что и 8086, мог адресовать 1 Мбайт памяти, но, в отличие от предыдущей версии, использовал внешнюю 8-разрядную шину данных. Это позволило обеспечить обратную совместимость с ранее раз работанным 8-разрядным процессором 8085 и таким образом значительно снизить стоимость создаваемых системных плат и компьютеров. Именно поэтому IBM выбрала для своего пер вого ПК “урезанный” процессор 8088.
Это решение имело далеко идущие последствия для всей компьютерной индустрии. Про цессор 8088 был полностью программно-совместимым с 8086, что позволяло использовать 16-разрядное программное обеспечение. В процессорах 8085 и 8080 использовался очень по хожий набор команд, поэтому программы, написанные для процессоров предыдущих версий, можно было достаточно легко преобразовать для процессора 8088. Это, в свою очередь, по зволяло разрабатывать самые разные программы для персонального компьютера IBM, что явилось залогом его будущего успеха. Не желая останавливаться на полпути, компания Intel была вынуждена обеспечить поддержку обратной совместимости 8088/8086 с большей ча стью процессоров, выпущенных в то время.
Растущая популярность IBM PC и архитектуры Intel в некотором роде ограничила разви тие персонального компьютера. Тем не менее успех IBM PC привел к разработке большого количества программ, периферийных устройств и аксессуаров, в результате чего PC стал промышленным стандартом. Процессор 8088, который использовался в первом PC, содержал около 30 тыс. транзисторов и работал на частоте 5 МГц. Одна из последних версий процессо ра Pentium III Xeon имеет кэш-память второго уровня объемом 2 Мбайт и содержит 140 млн транзисторов — самый большой показатель за всю историю полупроводниковых устройств. На данный момент Intel выпустила процессоры, работающие на частоте свыше 2 ГГц, и сле дует заметить, что компания AMD практически не отстает от лидера. Все это является прак тическим подтверждением закона Мура, в соответствии с которым быстродействие процес соров и количество содержащихся в них транзисторов удваивается каждые 1,5–2 года.

SMM

Задавшись целью создания все более быстрых и мощных процессоров для портативных компьютеров, Intel разработала схему управления питанием. Эта схема дает возможность процессорам экономно использовать энергию батареи и таким образом продлить срок ее службы. Intel впервые реализовала такую возможность в процессоре 486SL, который является усовершенствованной версией процессора 486DX. Впоследствии, когда возможности управ ления питанием стали более универсальными, их начали встраивать в Pentium и во все про 104 Глава 3. Типы и специфиeации миeропроцессоров
цессоры более поздних поколений. Система управления питанием процессоров называется SMM (System Management Mode — режим управления системой).
SMM физически интегрирована в процессор, но функционирует независимо. Благодаря этому она может управлять потреблением мощности, в зависимости от уровня активности процессора. Это позволяет пользователю определять интервалы времени, по истечении кото рых процессор будет частично или полностью выключен. Данная схема также поддерживает возможность приостановки/возобновления, которая позволяет мгновенно включать и отклю чать мощность, что обычно используется в портативных компьютерах. Соответствующие па раметры устанавливаются в BIOS.
Суперскалярное выполнение
В процессорах Pentium пятого и последующих поколений встроен ряд внутренних кон вейеров, которые могут выполнять несколько команд одновременно. Процессор 486 и все предшествующие в течение определенного отрезка времени могли выполнять только одну команду. Технология одновременного выполнения нескольких команд называется суперска лярной. Благодаря использованию данной технологии и обеспечивается дополнительная эф фективность по сравнению с процессором 486.
Суперскалярная архитектура обычно ассоциируется с микросхемами RISC (Reduced Instruction Set Computer — компьютер с упрощенной системой команд). Процессор Pentium — одна из первых микросхем CISC (Complex Instruction Set Computer — компьютер со сложной системой команд), в которой применяется суперскалярная технология, реализованная во всех процессорах пятого и последующих поколений.
Рассмотрим на примере установки электрической лампочки инструкции CISC.
1. Возьмите электрическую лампочку.
2. Вставьте ее в патрон.
3. Вращайте до отказа.
И аналогичный пример в виде инструкций RISС.
1. Поднесите руку к лампочке.
2. Возьмите лампочку.
3. Поднимите руку к патрону.
4. Вставьте лампочку в патрон.
5. Поверните ее.
6. Лампочка поворачивается в патроне? Если да, то перейти к п.5
7. Конец.
Многие инструкции RISC являются довольно простыми (или сокращенными), поэтому для выполнения какой-либо операции потребуется большее число подобных инструкций. Их основное преимущество состоит в том, что процессор выполняет меньше операций, что, как правило, уменьшает время выполнения отдельных команд и, соответственно, всей задачи (программы). Можно долго спорить о том, что же в действительности лучше — RISC или CISC, хотя, если говорить честно, такого понятия, как “чистая” микросхема RISC или CISC, не существует. Подобная классификация не более чем вопрос терминологии.
Процессоры Intel и совместимые с ними процессоры можно определить, как микросхемы CISC. Несмотря на это, процессоры пятого и шестого поколения обладают различными атрибу тами RISC и разбивают во время работы команды CISC на более простые инструкции RISC. SMM 105
Технология MMX
В зависимости от контекста, MMX может означать multi-media extensions (мультимедийные расширения) или matrix math extensions (матричные математические расширения). Технология MMX использовалась в старших моделях процессоров Pentium пятого поколения (рис. 3.2) в ка честве расширения, благодаря которому ускоряется компрессия/декомпрессия видеоданных, манипулирование изображением, шифрование и выполнение операций ввода-вывода — почти все операции, используемые во многих современных программах.
Фотография публикуется с разрешения Intel
В архитектуре процессоров MMX есть два основных усовершенствования. Первое, фун даментальное, состоит в том, что все микросхемы MMX имеют больший внутренний встро енный кэш, чем их собратья, не использующие эту технологию. Это повышает эффектив ность выполнения каждой программы и всего программного обеспечения независимо от того, использует ли оно фактически команды MMX.
Другое усовершенствование MMX состоит в расширении набора команд процессора 57 новыми командами, а также во введении новой возможности выполнения команд, называе мой одиночный поток команд — множественный поток данных (Single Instruction — Multiple Data, SIMD).
В современных мультимедийных и сетевых приложениях часто используются циклы; хотя они занимают около 10% (или даже меньше) объема полного кода приложения, на их выпол нение может уйти до 90% общего времени. SIMD позволяет одной команде осуществлять од ну и ту же операцию над несколькими данными, подобно тому как преподаватель, читая лек цию, обращается ко всей аудитории, а не к каждому студенту в отдельности. Технология SIMD позволяет ускорить выполнение циклов при обработке графических, анимационных, видео- и аудиофайлов; в противном случае эти циклы отнимали бы время у процессора. Intel также добавила 57 новых команд, специально разработанных для более эффективной обработки звуковых, графических и видеоданных. Эти команды предназначены для выполне ния с высокой степенью параллелизма последовательностей, которые часто встречаются при работе мультимедийных программ. Высокая степень параллелизма в данном случае означает, что одни и те же алгоритмы применяются ко многим данным, например к данным в различ ных точках при изменении графического изображения.
Такие компании, как AMD и Cyrix, лицензировали у Intel технологию MMX и реализовали ее в собственных процессорах.
106 Глава 3. Типы и специфиeации миeропроцессоров Инструкции SSE
В феврале 1999 года Intel представила общественности процессор Pentium III, содержа щий обновление технологии MMX, получившей название SSE (Streaming SIMD Extensions — потоковые расширения SIMD). До этого момента инструкции SSE носили имя Katmai New Instructions (KNI), так как первоначально они были включены в процессор Pentium III с кодо вым именем Katmai. Процессоры Celeron 533A и выше, созданные на основе ядра Pentium III, тоже поддерживают инструкции SSE. Более ранние версии процессора Pentium II, равно как Celeron 533 и ниже (созданные на основе ядра Pentium II), SSE не поддерживают. Инструкции SSE содержат 70 новых команд для работы с графикой и звуком в дополне ние к существующим командам MMX. Фактически этот набор инструкций кроме названия KNI имел еще и второе название — MMX-2. Инструкции SSE позволяют выполнять операции с плавающей запятой, реализуемые в отдельном модуле процессора. В технологиях MMX для этих целей использовалось стандартное устройство с плавающей запятой.
Инструкции SSE2, содержащие в себе 144 дополнительные команды SIMD, были пред ставлены в ноябре 2000 года вместе с процессором Pentium 4. В SSE2 были включены все ин струкции предыдущих наборов MMX и SSE.
Потоковые расширения SIMD (SSE) содержат целый ряд новых команд для выполнения операций с плавающей запятой и целыми числами, а также команды управления кэш памятью. Новые технологии SSE позволяют более эффективно работать с трехмерной графи кой, потоками аудио- и видеоданных (DVD-воспроизведение), а также приложениями распо знавания речи. В целом SSE обеспечивает следующие преимущества:
-- более высокое разрешение/качество при просмотре и обработке графических изображений;
-- улучшенное качество воспроизведения звуковых и видеофайлов в формате MPEG2, а также одновременное кодирование и декодирование формата MPEG2 в мультимедий ных приложениях;
-- уменьшение загрузки процессора и повышение точности/скорости реагирования при выполнении программного обеспечения для распознавания речи.
Инструкции SSE и SSE2 особенно эффективны при декодировании файлов формата MPEG2, который является стандартом сжатия звуковых и видеоданных, используемым в DVD-дисках. Следовательно, SSE-оснащенные процессоры позволяют достичь максимальной скорости декодирования MPEG2 без использования дополнительных аппаратных средств (например, платы декодера MPEG2). Кроме того, процессоры, содержащие набор инструкций SSE, значительно превосходят предыдущие версии процессоров при распознавании речи. Одним из основных преимуществ SSE по отношению к MMX является поддержка опера ций SIMD с плавающей запятой, что очень важно при обработке трехмерных графических изображений. Технология SIMD, как и MMX, позволяет выполнять сразу несколько операций при получении процессором одной команды. В частности, SSE поддерживает выполнение до четырех операций с плавающей запятой за цикл; одна инструкция может одновременно обра батывать четыре блока данных. Для выполнения операций с плавающей запятой инструкции SSE могут использоваться вместе с командами MMX без заметного снижения быстродейст вия. SSE также поддерживает упреждающую выборку данных (prefetching), которая пред ставляет собой механизм предварительного считывания данных из кэш-памяти. Обратите внимание, что наилучший результат использования новых инструкций процес сора обеспечивается только при их поддержке на уровне используемых приложений. На сего дняшний день большинство компаний, занимающихся разработкой программного обеспече ния, модифицировали приложения, связанные с обработкой графики и звука, что позволило более полно использовать возможности SSE. Например, графическое приложение Adobe SMM 107
Photoshop поддерживает инструкции SSE, что значительно повышает эффективность исполь зования SSE-оснащенных процессоров. Поддержка инструкций SSE встроена в DirectX 6.1 и в самые последние видео- и аудиодрайверы, поставляемые с операционными системами Windows 98 Second Edition, Windows Me, Windows NT 4.0 (с пакетом обновления 5 или более поздним) и Windows 2000.
Инструкции SSE являются расширением технологий MMX, а SSE2 — расширением инст рукций SSE. Таким образом, процессоры, поддерживающие SSE2, поддерживают также ин струкции SSE, а процессоры, поддерживающие инструкции SSE, в свою очередь, поддержи вают оригинальные команды MMX. Это означает, что стандартные MMX-приложения могут выполняться практически на любых системах.
3DNow и Enhanced 3DNow
Технология 3DNow разработана компанией AMD в ответ на реализацию поддержки инст рукций SSE в процессорах Intel. Впервые (май 1998 года) 3DNow реализована в процессорах AMD K6, а дальнейшее развитие — Enhanced 3DNow — эта технология получила в процессорах Athlon и Duron. Аналогично SSE, технологии 3DNow и Enhanced 3DNow предназначены для ус корения обработки трехмерной графики, мультимедиа и других интенсивных вычислений. 3DNow представляет собой набор из 21 инструкции SIMD, которые оперируют массивом данных в виде единичного элемента. В Enhanced 3DNow к существующим добавлены еще 24 новых инструкции. Технологии обработки данных 3DNow и Enhanced 3DNow хоть и подоб ны SSE, но несовместимы на уровне инструкций, поэтому производителям программного обеспечения необходимо отдельно реализовать поддержку этих технологий.
Технология 3DNow, как и SSE, поддерживает операции SIMD с плавающей запятой, а также позволяет выполнять до четырех операций с плавающей запятой за один цикл. Инст рукции 3DNow для операций с плавающей запятой могут использоваться вместе с командами MMX без заметного снижения быстродействия. Поддерживается и упреждающая выборка данных — механизм предварительного считывания данных из кэш-памяти.
Все технологии ускорения обработки данных компаний Intel и AMD реализованы на уровне операционных систем Windows 9x и Windows NT/2000. Кроме этого, все программ ные интерфейсы DirectX (с версии 6) компании Microsoft и Open GL компании SGI оптими зированы для технологии 3DNow, а практически все современные видеодрайверы 3Dfx, ATI, Matrox и nVidia поддерживают 3DNow и Enhanced 3DNow. Несмотря на то что технология 3DNow поддерживается многими компьютерными играми и драйверами видеоадаптеров, су ществует ряд профессиональных графических приложений (к их числу относится и Adobe Photoshop), не поддерживающих 3DNow.
Динамическое выполнение
Этот метод сначала использовался в процессорах шестого поколения (P6). Динамическое выполнение представляет собой “творческую” комбинацию трех методов обработки данных в процессоре — предсказание множественного перехода (ветвления), анализ потока команд и упреждающее выполнение. При динамическом выполнении более эффективно обрабатыва ются данные в процессоре, поскольку при этом учитывается логическая последовательность, а не просто обрабатывается поток команд.
Способ написания программы значительно влияет на эффективность процессора. Например, неблагоприятное воздействие могут оказать частые прерывания выполняемых процессором операций и переходы (ветвления) к меткам в других местах программы. Задержки также проис 108 Глава 3. Типы и специфиeации миeропроцессоров
ходят, когда процессор не может обрабатывать новую команду, пока не завершена текущая ин струкция. Динамическое выполнение позволяет процессору не только динамически предсказы вать порядок выполнения команд, но и при необходимости выполнять их внутри арифметико логического устройства в другом порядке для повышения быстродействия. Динамическое вы полнение — один из отличительных признаков всех процессоров шестого поколения. Предсказание множественного перехода (ветвления)
С помощью этого метода можно выяснить, каким будет поток управления программы че рез несколько команд ветвления. При использовании специального алгоритма процессор мо жет предсказать переходы или ветвления в потоке команд. Это применяется для чтения сле дующих команд из памяти с вероятностью не менее 90%. Это возможно потому, что во время выборки команд процессор просматривает также и те команды, которые следуют далее в про грамме, т.е. несколько “забегает” вперед.
Анализ потока команд
Это средство анализирует и планирует выполнение команд в оптимальной последователь ности, независимо от их первоначального порядка в программе. Процессор рассматривает декодируемые команды программного обеспечения и определяет, доступны ли они для обра ботки или же зависят от других команд, которые следует выполнить предварительно. Затем процессор определяет оптимальную последовательность обработки и выполняет команды наиболее эффективным способом.
Упреждающее выполнение
Этот метод повышает эффективность с помощью опережающего просмотра счетчика ко манд и выполнения тех из них, к которым, вероятно, потребуется обратиться позже. По скольку обработка команд программного обеспечения основана на предсказании ветвлений, результаты сохраняются в пуле (накопителе) и могут быть использованы в дальнейшем. Если в результате обработки потока команд окажется, что они должны быть выполнены, то уже за вершенные команды пропускаются, а их результаты записываются в основные регистры про цессора в первоначальном порядке выполнения команд программы. Эта методика, по суще ству, позволяет процессору завершать команды заранее, а затем использовать уже вычислен ные результаты по мере необходимости.
Архитектура двойной независимой шины
Эта архитектура (Dual Independent Bus — DIB) впервые была реализована в процессоре шестого поколения и предназначалась для увеличения пропускной способности шины про цессора и повышения производительности. При наличии двух независимых шин данных для ввода-вывода процессор получает доступ к данным с любой из них одновременно и парал лельно, а не последовательно, как в системе с одной шиной. Вторая, или фоновая (backside) входная шина процессора с DIB применяется кэш-памятью второго уровня, поэтому она мо жет работать значительно быстрее, чем в том случае, если бы ей пришлось использовать (совместно с процессором) основную шину.
В архитектуре DIB предусмотрено две шины: шина кэш-памяти второго уровня и шина, соединяющая процессор и основную память, или системная шина. Процессоры Pentium Pro, SMM 109
Celeron, Pentium II/III, Athlon и Duron могут использовать обе шины одновременно, благодаря чему снижается критичность такого параметра, как пропускная способность шины. Для реализации архитектуры DIB кэш-память второго уровня перемещена с системной платы в один корпус с процессором, что позволило приблизить быстродействие кэш-памяти второго уровня к быстродействию встроенной кэш-памяти, которое значительно превосходит быстродействие памяти, помещаемой на системную плату. Чтобы поместить кэш в корпус процессора, понадобилось модифицировать гнездо процессора. В настоящее время сущест вуют следующие процессоры, которые устанавливаются в гнездо типа Socket и поддержива ют DIB: Pentium Pro (Socket 8), Pentium III/Celeron (Socket 370) и Socket A (Athlon/Duron); в гнездо типа Slot устанавливаются процессоры Pentium II/III/Celeron (Slot 1) и Athlon (Slot A). DIB также позволяет системой шине выполнять одновременно несколько транзакций (а не одну последовательность транзакций), благодаря чему ускоряется поток информации внутри системы и повышается эффективность. Все средства архитектуры DIB повышают пропуск ную способность почти в три раза по сравнению с процессором, имеющим архитектуру оди ночной шины.
Производство процессоров
Основным химическим элементом, используемым при производстве процессоров, являет ся кремний, самый распространенный элемент на земле после кислорода. Это базовый ком понент, из которого состоит прибрежный песок (кремниевый диоксид); однако в таком виде он не подходит для производства микросхем.
Чтобы кремний можно было использовать в качестве материала для изготовления микро схем, необходим длительный технологический процесс, который начинается с получения кристаллов чистого кремния по методу Жокральски (Czochralski). По этой технологии сырье, в качестве которого используется в основном кварцевая порода, преобразуется в электроду говых печах в металлургический кремний. Затем для удаления примесей полученный крем ний плавится, дистиллируется и кристаллизуется в виде полупроводниковых слитков с очень высокой степенью чистоты (99,999999%). После механической нарезки слитков полученные заготовки загружаются в кварцевые тигли и помещаются в электрические сушильные печи для вытяжки кристаллов, где плавятся при температуре более 2500° по Фаренгейту. Для того чтобы предотвратить образование примесей, сушильные печи обычно устанавливаются на толстом бетонном основании. Бетонное основание, в свою очередь, устанавливается на амор тизаторах, что позволяет значительно уменьшить вибрацию, которая может негативно ска заться на формировании кристалла.
Как только заготовка начинает плавиться, в расплавленный кремний помещается неболь шой медленно вращающийся затравочный кристалл (рис. 3.3). По мере удаления затравочно го кристалла от поверхности расплава вслед за ним вытягиваются кремниевые нити, которые, затвердевая, образуют требуемую кристаллическую структуру. Изменяя скорость перемеще ния затравочного кристалла (10–40 мм в час) и температуру (примерно 2500° по Фаренгейту), получаем кристалл кремния малого начального диаметра, который затем наращивается до нужной величины. В зависимости от размеров микросхем, выращенный кристалл достигает 8–12 дюймов (20–30 мм) в диаметре и 5 футов (около 1,5 м) в длину. Вес выращенного кри сталла достигает нескольких сотен фунтов.
Заготовка вставляется в цилиндр диаметром 200 мм (текущий стандарт), часто с плоской вырезкой на одной стороне для точности позиционирования и обработки. Затем каждая заго товка разрезается алмазной пилой более чем на тысячу круговых подложек толщиной менее миллиметра (рис. 3.4). После этого подложка полируется до тех пор, пока ее поверхность не станет зеркально гладкой.
110 Глава 3. Типы и специфиeации миeропроцессоров
Кристалл
Единичный кремниевый
кристалл
Водяная охлаждающая камера
Теплозащитный кожух
Угольный нагреватель
Поддерживающий кристаллизатор
Лоток для сбора жидкости
Электрод
Кварцевый кристаллизатор
Графитовый кристаллизатор
Рис. 3.3. Цилиндрическая кремниевая заготовка создается при большой температуре и высоком давлении
Защитный кожух
Лезвие алмазной
пилы
Направляющая
Рис. 3.4. При изготовлении процессора заготовка разрезается алмазной пилой более чем на тысячу круговых подложек SMM 111 В производстве микросхем используется процесс, называемый фотолитографией. Техно логия этого процесса такова: на полупроводник, служащий основой чипа, один за другим на носятся слои разных материалов; таким образом создаются транзисторы, электронные схемы и проводники (дорожки), по которым распространяются сигналы. В точках пересечения спе цифических схем можно создать транзистор или переключатель (вентиль).
Фотолитографический процесс начинается с покрытия подложки слоем полупроводника со специальными добавками, затем этот слой покрывается фоторезистивным химическим со ставом, после чего изображение микросхемы проектируется на ставшую теперь светочувст вительной поверхность. В результате добавления к кремнию (который, естественно, является диэлектриком) донорных примесей получается полупроводник. Проектор использует специ альный фотошаблон (маску), который является, по сути, картой данного конкретного слоя микросхемы. (Микросхема процессора Pentium III содержит пять слоев; другие современные процессоры могут иметь шесть или больше слоев. При разработке нового процессора потре буется спроектировать фотошаблон для каждого слоя микросхемы.)
Проходя через первый фотошаблон, свет фокусируется на поверхности подложки, остав ляя отпечаток изображения этого слоя. (Каждое изображение на микросхеме называется кри сталлом.) Затем специальное устройство несколько перемещает подложку, а тот же фотошаб лон (маска) используется для печати следующей микросхемы. После того как микросхемы будут отпечатаны на всей подложке, едкая щелочь смоет те области, где свет воздействовал на фоторезистивное вещество, оставляя отпечатки фотошаблона (маски) конкретного слоя микросхемы и межслойные соединения (соединения между слоями), а также пути прохожде ния сигналов. После этого на подложку наносится другой слой полупроводника и вновь не много фоторезистивного вещества поверх него, затем используется следующий фотошаблон (маска) для создания очередного слоя микросхемы. Таким способом слои наносятся один по верх другого до тех пор, пока не будет полностью изготовлена микросхема.
Финальная маска добавляет так называемый слой металлизации, используемый для со единения всех транзисторов и других компонентов. В большинстве микросхем для этого слоя используют алюминий, но в последнее время стали использовать медь. Например, при произ водстве процессоров компании AMD на фабрике в Дрездене используется медь. Это объясня ется лучшей проводимостью меди по сравнению с алюминием. Однако для повсеместного использования меди необходимо решить проблему коррозии.
Замечание
В миeросхемах Pentium III и Celeron, содержащих “медный” (coppermine) eристалл (coppermine — eодовое имя 0,18-миeронноaо eристалла), использoется алюминиевая, но ниeаe не медная схема соединений, eаe мо жет поeазаться из еaо названия. Оeазывается, что название миeросхемы ниeаeоaо отношения e меди не име ет; она была названа в честь реeи Coppermine, eоторая протеeает в северо-западной части Канады. Компа ния Intel испытывает определеннoю симпатию e реeам (и дрoaим aеолоaичесeим стрoeтoрам), расположенным в северо-западной части североамериeансeоaо eонтинента, поэтомo часто использoет их в eачестве eодовых имен. Например, предыдoщая версия процессора Pentium III (0,25-миeронный eристалл) имеет eодовое имя Katmai (одна из реe штата Алясeа). Кодовые имена сoществoющих процессоров Intel напоминают дорожные заметeи пoтешественниeа на плотах: Deerfield, Foster, Northwood, Tualatin, Gallatin, McKinley и Madison — это названия реe штатов Ореaон, Калифорния, Алясeа, Монтана, Массачoсетс и Вермонт.
Когда обработка круговой подложки завершится, на ней будет фотоспособом отпечатано максимально возможное количество микросхем. Микросхема обычно имеет форму квадрата или прямоугольника, по краям подложки остаются некоторые “свободные” участки, хотя производители стараются использовать каждый квадратный миллиметр поверхности.
В настоящее время стандартный размер подложки — 200 мм в диаметре. Общая площадь подложки приблизительно равна 31 416 мм2. В современном процессоре Pentium II 300 МГц со 112 Глава 3. Типы и специфиeации миeропроцессоров держится 7,5 млн транзисторов, для их изготовления используется 0,35-микронная технология (один микрон — миллионная доля метра). При изготовлении по этой технологии сторона квад ратного кристалла равна 14,2 мм, а площадь — 202 мм2. Таким образом, из одной подложки диаметром 200 мм можно получить приблизительно 150 микросхем Pentium II 300 МГц.
В последнее время наблюдается тенденция к увеличению подложки и уменьшению разме ра элементов на кристалле микросхемы. В названии технологии указан размер отдельно взя тых элементов схем и транзисторов. Например, при изготовлении процессоров Pentium II 333–450 МГц используется 0,25-микронная технология; размер кристалла, изготовленного по этой технологии, меньше: кристалл имеет форму квадрата со стороной всего лишь 10,2 мм, а площадь микросхемы равна 104 мм2. Теперь на той же подложке диаметром 200 мм может разместиться приблизительно 300 микросхем Pentium II, т.е. в два раза больше, чем при ис пользовании старой 0,35-микронной технологии.
При изготовлении процессоров Pentium III 600 МГц и более производительных использу ется 0,18-микронная технология; при этом площадь микросхемы равна 104 мм2, а сторона квадратного кристалла — 10,2 мм. Таким образом, кристалл процессора Pentium III имеет те же размеры, что и кристалл Pentium II, но в то же время содержит 28,1 млн транзисторов (для сравнения: Pentium II содержит 7,5 млн транзисторов). В будущем планируется перейти с 0,18-микронной технологии к 0,13-микронной и увели чить размер подложки с 200 до 300 мм. Это приведет к существенному увеличению количест ва микросхем на одной подложке и позволит выпускать микросхемы с 200 млн транзисторов. Например, анонсированный в мае 2000 г. процессор Pentium III Xeon с 2 Мбайт встроенного кэша содержит 140 млн транзисторов.
В промышленности наблюдается тенденция к увеличению диаметра подложки: в настоя щее время используются подложки диаметром 200 мм, но в недалеком будущем диаметр под ложки будет увеличен до 300 мм. А если увеличится площадь поверхности, значит, увеличит ся и количество изготавливаемых из одной подложки микросхем (порядка 675).
При вводе новой поточной линии не все микросхемы на подложке будут годными. Но по мере совершенствования технологии производства данной микросхемы возрастет и процент годных (работающих) микросхем, который называется выходом годных. В начале выпуска новой продукции выход годных может быть ниже 50%, однако ко времени, когда выпуск продукта данного типа прекращается, он составляет уже 90%. Большинство изготовителей микросхем скрывают реальные цифры выхода годных, поскольку знание фактического отно шения годных к бракованным может быть на руку их конкурентам. Если какая-либо компа ния будет иметь конкретные данные о том, как быстро увеличивается выход годных у конку рентов, она может скорректировать цены на микросхемы или спланировать производство так, чтобы увеличить свою долю рынка в критический момент. Например, в течение 1997 и 1998 годов у AMD был низкий выход годных, и компания утратила значительную долю рын ка. Несмотря на то что AMD предпринимала усилия для решения этой проблемы, ей все же пришлось подписать соглашение, в соответствии с которым IBM Microelectronics должна бы ла произвести и поставить AMD некоторые ею же разработанные микропроцессоры. По завершении обработки подложки специальное устройство проверяет каждую микросхему на ней и отмечает некачественные, которые позже будут отбракованы. Затем микросхемы выре заются из подложки с помощью высокопроизводительного лазера или алмазной пилы.
После того как кристаллы вырезаны из подложек, каждая микросхема испытывается от дельно, упаковывается и снова проходит тест. Процесс упаковки называется соединением: по сле того как кристалл помещается в корпус, специальная машина соединяет тонюсенькими золотыми проводами выводы кристалла со штырьками (или контактами) на корпусе микро схемы. Затем микросхема упаковывается в специальный пакет — контейнер, который, по су ществу, предохраняет ее от неблагоприятных воздействий внешней среды.
SMM 113 После того как выводы кристалла соединены со штырьками на корпусе и микросхема упако вана, выполняется заключительное тестирование, чтобы определить правильность функциони рования и номинальное быстродействие. Разные микросхемы одной и той же серии зачастую обладают различным быстродействием. Специальные тестирующие приборы заставляют каж дую микросхему работать в различных условиях (при разных давлениях, температурах и такто вых частотах), определяя значения параметров, при которых прекращается корректное функ ционирование микросхемы. Параллельно определяется максимальное быстродействие; после этого микросхемы сортируются по быстродействию и распределяются по приемникам: микро схемы с близкими параметрами попадают в один и тот же приемник. Например, микросхемы Pentium III 750, 866 и 1 000 МГц представляют собой одну и ту же микросхему, т.е. все они бы ли напечатаны с одного и того же фотошаблона, кроме того, сделаны они из одной и той же за готовки, но в конце производственного цикла были отсортированы по быстродействию. Поскольку в процессе производства, естественно, совершенствуется линия по сборке мик росхем, процент версий с более высоким быстродействием возрастает. Это означает, что, ес ли на подложке всего 150 микросхем, скорее всего, более 100 из них будут работать с такто вой частотой 1 000 МГц и только несколько не будут обладать таким быстродействием. Па радокс состоит в том, что Intel продает намного больше дешевых микросхем, маркированных частотами 933 и 866 МГц. Вероятно, это происходит потому, что процессоры, которые могли бы работать на частоте 1 000 МГц, на основе результатов тестирования автоматически на правляются в приемник для процессоров, предназначенных для работы на частотах 933 или 866 МГц. Далее эти микросхемы соответствующим образом маркируются и продаются по бо лее низкой цене. Пользователи, обнаружив, что многие из этих дешевых чипов фактически работают на гораздо более высокой тактовой частоте, чем указанная в маркировке, стали по вышать частоту, на которой работает процессор. Теория разгона (overclocking) описывает по ведение микросхемы на тактовых частотах, превышающих номинальную. Во многих случаях процессоры работают без сбоев, поскольку, по сути, они были рассчитаны на более высокое быстродействие, просто в их маркировке указана более низкая тактовая частота.
Для того чтобы положить этому конец, Intel и AMD решили встроить защиту от разгона в большинство своих новейших чипов. Это делается в процессе соединения: микросхемы изме няются таким образом, что не могут работать при тактовых частотах, превышающих указан ную (в соответствии с которой была установлена их цена). Были изменены схемы, связанные со штырьками частоты шины (Bus Frequency — BF); благодаря этому появилась возможность контролировать внутренний множитель, используемый микросхемой. Но даже после этого некоторые пользователи нашли способ повысить тактовую частоту шины системных плат и, невзирая на то что микросхема не позволяет устанавливать более высокий множитель, им все же удалось повысить быстродействие.
Бoдьте бдительны — мошенничесeий разaон PII и PIII
Следoет таeже сeазать о том, что неeоторые недобросовестные личности изобрели небольшoю лоaичесeoю схе мo, eоторая позволяет обойти блоeировeo процессора, допoсeая работo миeросхемы при oвеличенных значени ях множителя. Эта схема может быть леaeо спрятана в процессоре PII или в eорпoсе PIII, после чеaо oeазанная миeросхема марeирoется eаe процессор, имеющий более высоeoю таeтовoю частотo. К сожалению, слoчаи по добноaо мошенничества происходят довольно часто. Сoществoет большая вероятность тоaо, что, приобретая сис темo или, например, процессор aде-нибoдь на местной eомпьютерной барахолeе, вы полoчаете за свои деньaи всеaо лишь перемарeированнoю миeросхемo. Поэтомo я настоятельно реeомендoю приобретать процессоры тольeо в специализированных маaазинах, занимающихся продажей eомпьютерной техниeи.
Как-то раз я установил процессор 200 МГц Pentium в системе, которая, как предполага лось, должна использовать множитель 3x при тактовой частоте системной платы 66 МГц. Я попробовал изменить множитель, установив его равным 3,5x, а не 3х, но микросхема отказа 114 Глава 3. Типы и специфиeации миeропроцессоров лась работать быстрее; фактически она работала с тем же или даже более низким, чем преж де, быстродействием. Это явный признак внутренней защиты от разгона. Но на моей систем ной плате был переходник для установки нештатной тактовой частоты 75 МГц; после уста новки множителя 3x тактовая частота процессора фактически была увеличена до 225 МГц. Система работала быстро и без сбоев. Однако я не рекомендовал бы повышать таким образом тактовую частоту процессора; особенно это касается компьютеров, на которых выполняется ответственная работа. Хотя иногда интересно попробовать: я автомобилист и люблю “разгонять” свой автомобиль.
Основная проблема защиты от разгона, предусмотренной компаниями Intel и AMD, со стоит в том, что искушенный “фальшивомонетчик” всегда может найти способ обойти ее, вставив определенную логическую схему в пластиковый корпус процессора. Эта проблема в большей степени касается процессоров, расположенных в корпусе с крышкой, которая может скрыть дополнительную схему. Процессоры последних версий менее восприимчивы к попыт кам подобного рода. Чтобы защитить себя от покупки фальсифицированных микросхем, сверьте, в первую очередь, номера спецификаций и серийные номера с существующей доку ментацией Intel и AMD. Следующее, на что необходимо обратить внимание, это место по купки аппаратного обеспечения. Чрезвычайно опасно покупать что-либо на Web-узлах разно образных Internet-торгов, так как покупателю там могут “всучить” все, что угодно. Рассадни ком фальсифицированных аппаратных средств также могут быть передвижные выставки- продажи компьютерной техники.
Подделка компьютерных компонентов не ограничивается только процессорами. Мне при ходилось видеть поддельную память (SIMM/DIMM), фальсифицированные манипуляторы “мышь”, фальшивые видеокарты и микросхемы кэш-памяти, поддельные операционные сис темы и приложения, “левые” системные платы. Такие аппаратные средства, как ни странно, действительно работают, но обладают гораздо более низкими параметрами, чем необходимо. Например, одним из наиболее часто подделываемых аппаратных компонентов является мышь Microsoft. Оптовая цена мыши 35 долларов, в то время как устройства зарубежных произво дителей стоят гораздо дешевле, например 2 доллара 32 цента. И вот кому-то в голову пришла “светлая” мысль: сделать 2-долларовую мышь похожей на мышь Microsoft, после чего про дать ее “со скидкой” — всего лишь за 20 долларов. Многие из тех, кто купил такую мышь, до сих пор уверены, что совершили выгодную сделку.

Корпус PGA

Корпус типа PGA до недавнего времени был самым распространенным. Он использовался начиная с 80-х годов для процессоров 286 и сегодня применяется для Pentium и Pentium Pro. На нижней части корпуса микросхемы имеется массив штырьков, расположенных в виде ре шетки. Корпус PGA вставляется в гнездо типа ZIF (Zero Insertion Force — нулевая сила встав ки). Гнездо ZIF имеет рычаг для упрощения процедуры установки и удаления чипа.
Для большинства процессоров Pentium используется разновидность PGA — SPGA (Staggered Pin Grid Array — шахматная решетка массива штырьков), где штырьки на нижней стороне чипа расположены в шахматном порядке, а не в стандартном — по строкам и столб цам. Это было сделано для того, чтобы разместить штырьки ближе друг к другу и уменьшить занимаемую микросхемой площадь. Справа на рис. 3.5 показан корпус Pentium Pro, на кото ром штырьки расположены по двойному шаблону SPGA; рядом с ним — обычный корпус процессора Pentium 66. Обратите внимание, что на верхней половине корпуса Pentium Pro имеются дополнительные штырьки, которые расположены среди других строк и столбцов в шахматном порядке.
Корпуса SEC и SEP 115
Рис. 3.5. Pentium 66 в корпусе PGA (слева) и Pentium Pro в корпусе SPGA, на котором штырьки расположены по двойному шаблону (справа)
Корпуса SEC и SEP
Фактически корпуса всех процессоров, предшествовавших Pentium II/III, проектировались по принципу “каждому чипу — свое гнездо”. При проектировании корпуса процессора Pentium II/III пришлось отказаться от этого подхода; корпус этой микросхемы относится к типу SEC (Single Edge Cartridge — корпус с односторонним контактом). Процессор и несколько микросхем кэш-памяти второго уровня установлены на маленькой плате (очень похожей на память SIMM, только несколько больших размеров). Картридж вставляется в разъем систем ной платы, называемый Slot 1, который очень похож на разъем платы адаптера.
Разместив в картридже процессор и кэш-память второго уровня в виде отдельных микро схем, Intel тем самым создала модуль центрального процессора, который стал более простым и дешевым по сравнению с предшествующей моделью Pentium Pro. Картридж SEC представ ляет собой новаторскую, хотя и слегка громоздкую, конструкцию корпуса, объединившую шину данных и встроенную кэш-память второго уровня, заключенные в пластиковый и ме таллический картридж. Дополнительные компоненты смонтированы непосредственно на подложке (или основании) картриджа, что позволяет выполнять операции с высоким быстро действием. Технология SEC предусматривает возможность использования для выделенной кэш-памяти второго уровня пакетных статических ОЗУ (BSRAM) — распространенного про мышленного стандарта. Это приводит к значительному уменьшению стоимости по сравне нию с микросхемами кэш-памяти, применяемыми в Pentium Pro.
Корпус SEP (Single Edge Processor — корпус с одним процессором) является более деше вой разновидностью SEC. В корпусе SEP нет верхней пластмассовой крышки, а также может не устанавливаться кэш-память второго уровня (или же устанавливается меньший объем). Корпус SEP вставляется в разъем Slot 1. Чаще всего в корпус SEP помещают недорогие про цессоры, например Celeron.
Slot 1 — это разъем системной платы, имеющий 242 контакта. Размеры разъема Slot 1 по казаны на рис. 3.6. Корпус SEC или SEP, внутри которого находится процессор, вставляется в Slot 1 и фиксируется специальной скобой. Иногда имеется крепление для системы охлажде ния процессора. На рис. 3.7 показаны части крышки, из которых состоит картридж SEC. Об ратите внимание на большую пластину, рассеивающую тепло, выделяемое процессором. Корпус SEP показан на рис. 3.8.
116 Глава 3. Типы и специфиeации миeропроцессоров Гнезда для процессоров 117 Процессор Pentium III упаковывается в корпус, который называется SECC2 (Single Edge Contact Cartridge, версия 2) и является разновидностью корпуса SEC. Крышка расположена с одной стороны, а с другой стороны непосредственно к микросхеме прикрепляется охлаж дающий элемент. Такое конструктивное решение позволяет более эффективно отводить от процессора тепло. Процессоры в этом корпусе вставляются в разъемы Slot 1.
Основная причина перехода к использованию корпусов SEC и SEP состояла в том, чтобы при минимуме затрат переместить кэш-память второго уровня с системной платы на одну плату с процессором. Используя корпуса SEC и SEP, Intel может легко варьировать объем и быстродействие кэш-памяти, поставляемой в одной упаковке с процессором Pentium II/III.

Гнезда для процессоров

Socket 7 (и Super 7) Гнездо типа Socket 7, в сущности, представляет собой тип Socket 5 с одним дополнитель ным ключевым выводом во внутреннем углу ключевого контакта. Поэтому в гнезде типа Socket 7 всего 321 вывод, расположенный по сетке SPGA 21?21. Действительное отличие этого гнезда заключается не в нем самом, а в сопутствующем блоке регулирования напряже ния питания VRM (Voltage Regulator Module).
118 Глава 3. Типы и специфиeации миeропроцессоров Этот блок представляет собой небольшую плату, содержащую все схемы для регулирова ния напряжения, которые используются, чтобы понизить напряжение питания 5 В до величи ны, необходимой для питания процессора.
Главной причиной появления блока регулирования напряжения стало создание компанией Intel новых процессоров Pentium, работающих на разных напряжениях:
3,3 (VR);
3,465 (VRE);
3,1;
2,8
2,45
На этих же и других напряжениях работают процессоры компаний AMD и Cyrix. Такое количество процессоров побудило производителей системных плат устанавли вать блок регулирования напряжения непосредственно на системной плате.
На рис. 3.10 показано расположение контактов гнезда Socket 7.
Компания AMD доработала гнездо Intel Socket 7 и назвала его Super Socket 7 (или просто Super 7). Это гнездо поддерживает процессоры, работающие на частотах от 66 до 95 и 100 МГц. Его стали активно использовать производители системных плат Acer Laboratories Inc. (Ali), VIA Technologies и SiS. По быстродействию эти платы не уступают аналогичным моделям с использованием разъемов Slot 1 и Socket 370.
Иными словами, если вы хотите купить плату Pentium, которая легко модернизируется до следующего поколения более быстродействующих процессоров, вам нужна системная плата с гнездом типа Socket 7 и адаптером напряжения питания VRM.
Socket 8
Это гнездо SPGA с огромным количеством (387!) штырьков. Оно разработано специально для процессора Pentium Pro с интегрированной кэш-памятью второго уровня. Дополнитель ные штырьки должны позволить набору микросхем системной логики управлять кэш Рис. 3.10. Гнездо типа Socket 7 (вид сверху) Гнезда для процессоров 119
памятью второго уровня, которая интегрирована в один корпус с процессором. Socket 370 (PGA-370)
В январе 1999 года Intel представила новое гнездо для процессоров класса P6. Это гнездо получило название Socket 370 (PGA-370), так как содержит 370 выводов (штырьков) и перво начально разрабатывалось для более дешевых процессоров Celeron и Pentium III версий PGA. Платформа Socket 370 предназначалась для вытеснения с рынка систем среднего и нижнего уровней архитектуры Super 7 (что ей вполне удалось), поддерживаемой компаниями AMD и Cyrix. Новое гнездо позволяет использовать менее дорогие процессоры, монтажные системы, радиаторы и т.п., тем самым уменьшая стоимость всей конструкции.
Первоначально все процессоры Celeron и Pentium III выпускались в исполнении SECC или SEPP. Эта конструкция представляла собой в целом монтажную плату, содержащую процессор и кэш-память второго уровня, установленную на отдельной плате, которая, в свою очередь, бы ла подключена к системной плате через разъем Slot 1. Микросхема кэша второго уровня явля лась частью процессора, но не была непосредственно в него интегрирована. Модуль многокри стальной микросхемы был разработан Intel для процессора Pentium Pro, стоимость которого, однако, оказалась слишком высокой. Плата с отдельно расположенными микросхемами была гораздо дешевле, поэтому процессор Pentium II и отличался от своего предшественника. Компания Intel, начиная с процессора Celeron 300А (представленного в августе 1998 года), стала объединять кэш-память второго уровня непосредственно с кристаллом про цессора; разделенные микросхемы больше не применяются. При использовании полностью интегрированной кэш-памяти необходимость в установке процессора на отдельной плате ис чезает. Следует заметить, что в целях снижения себестоимости Intel вернулась к конструкции Socket, которая была использована, в частности, в процессоре Celeron. 120 Глава 3. Типы и специфиeации миeропроцессоров
Все процессоры Celeron с рабочей частотой 333 МГц и ниже доступны только в корпусе Slot 1, 366–433 МГц — как в корпусе Slot 1, так и в Socket 370, а начиная с модели 466 МГц — только в корпусе Socket 370. Процессоры в исполнении Socket 370 (PGA-370) можно устанавливать в разъем Slot 1. Для этого необходимо приобрести специальный пере ходник PGA–Slot 1.
FCPGA
В октябре 1999 года Intel анонсировала процессоры Pentium III с интегрированной кэш памятью, которые подключались к гнезду Socket 370. В них использовался корпус FCPGA (Flip Chip Pin Grid Array). Скорее всего, именно этот корпус будет использоваться в после дующих версиях процессоров Intel.
Обратите внимание, что некоторые системные платы Socket 370 не поддерживают новых процессоров Pentium III и Celeron в корпусе FCPGA. Это связано с тем, что новые процессо Гнезда для процессоров 121
ры имеют два вывода RESET и им нужна поддержка спецификации питания VRM 8.4. Пред шествующие системные платы, разработанные только для процессоров Celeron, относятся к традиционным системным платам, а более новые, поддерживающие второй вывод RESET и спецификацию VRM 8.4, называются улучшенными системными платами. Чтобы выяснить, относится ли гнездо к компонентам расширенных версий, обратитесь к производителям сис темной платы или системы. Некоторые системные платы, к числу которых принадлежит Intel CA810, поддерживают спецификацию VRM 8.4 и обеспечивают соответствующее напря- жение. Однако без поддержки вывода Vtt процессор Pentium III в корпусе FCPGA будут удерживаться в положении RESET#.
Установка нового процессора в корпусе FCPGA в старую системную плату не приведет к выходу из строя последней. Скорее всего, можно повредить сам процессор: Pentium III, изго товленный по 0,18-микронной технологии, использует напряжение питания 1,60–1,65 В, в то время как в устаревших платах рабочее напряжение 2,00 В. Существует также вероятность того, что системная плата выйдет из строя. Это может произойти, если BIOS системной пла ты не сможет правильно идентифицировать напряжение процессора. Чтобы гарантировать совместимость системной платы и BIOS, перед установкой обратитесь к производителю ком пьютера или системной платы.
Конструкция системной платы с разъемом Slot 1 позволяет поддерживать практически все процессоры Celeron, Pentium II или Pentium III, в том числе и “гнездовые” версии процессо ров Celeron и Pentium III. Для этого следует воспользоваться адаптером типа Slot-socket, ко торый иногда называется также slot-ket. Этот адаптер, по существу, представляет собой плату Slot 1, содержащую только гнездо Socket 370, что позволяет использовать процессор PGA в любой плате Slot 1. Пример типичного адаптера slot-ket будет приведен несколько позже, в разделе “Процессор Celeron”.
Socket 423
Socket 423 представляет собой гнездо ZIF-типа, анонсированное в ноябре 2000 года для процессора Pentium 4 (кодовое имя Willamette). Гнездо Socket 423 показано на рис. 3.13. Архитектура Socket 423 поддерживает шину процессора 400 МГц, соединяющую процес сор с ядром контроллера памяти (Memory Controller Hub — MCH), который является основ ной частью микропроцессорного набора системной платы. В процессоре используется пять выводов идентификатора напряжения (VID), которые позволяют с помощью модуля VRM, встроенного в системную плату, задать точное значение нужного напряжения для определен ного процессора. Таким образом, можно автоматически устанавливать величину напряжения. Первые версии процессора Pentium 4 используют напряжение питания 1,7 В, которое может измениться в следующих моделях. Маленькая треугольная метка в одном из углов указывает расположение вывода 1, тем самым помогая правильно установить микросхему.
Socket A (Socket 462)
В июне 2000 года компания AMD представила гнездо Socket A, называемое также Socket 462, предназначенное для поддержки процессоров Athlon и Duron версии PGA. Это гнездо разрабатывалось для замены Slot A, используемого изначальным процессором Athlon. В настоящее время в процессорах Athlon и Duron используется встроенная кэш-память второ го уровня, поэтому дорогой корпус, предназначенный для первых версий процессора Athlon, больше не нужен.
122 Глава 3. Типы и специфиeации миeропроцессоров
Рис. 3.13. Расположение вывода 1 гнезда Socket 423 (Pentium 4)
Socket A (Socket 462) содержит 462 контакта и имеет те же размеры, что и Socket 370. Однако поместить процессор для гнезда Socket 370 в Socket A невозможно. Это гнездо под держивает 32 значения напряжения питания в диапазоне 1,100–1,850 В с шагом 0,025 В (контакты процессора VID0–VID4). Блок регулирования напряжения питания встроен в сис темную плату. Внешний вид гнезда Socket A (Socket 462) показан на рис. 3.14.
Существует в общей сложности 11 “заглушенных” отверстий, в число которых вошли и два внешних микроотверстия. Эти отверстия используются для правильной ориентации про цессора в гнезде во время его установки. Схема расположения выводов Socket A показана на рис. 3.15.
Компания AMD объявила о том, что все новые версии процессоров Athlon и Duron будут выпускаться только для гнезда Socket A.
Гнезда для процессоров 123
2,54
2,54
1,27
1,27
SOCKET 462
13,72
(2X)
55,9
52,40
65,5
Гнезда ZIF
Коль скоро у пользователей не пропадает желание наращивать вычислительные возмож ности процессоров, производителям следует побеспокоиться о том, чтобы процедура уста новки процессора была как можно проще. Однако, когда Intel разработала спецификацию гнезда Socket 1, оказалось, что для установки процессора в стандартное гнездо Socket 1 нуж но приложить усилие (сила вставки), равное 45 кг. Такое большое усилие может легко повре дить микросхему или гнездо во время удаления или переустановки. Учитывая этот факт, не которые изготовители системных плат стали использовать гнездо LIF (Low Insertion Force — небольшая сила вставки); для установки в это гнездо микросхемы, имеющей 169 контактов, обычно требовалось усилие в 27 кг. (При установке процессора в стандартное гнездо или LIF я советовал бы вынимать системную плату, чтобы вы могли поддерживать ее с другой сторо ны, когда вставляете микросхему.) Однако и усилие в 27 кг может повредить системную пла ту, кроме того, требуется специальный инструмент для удаления микросхемы из гнезда тако го типа. Необходимо было разработать другой тип гнезда, чтобы пользователь мог легко за менить центральный процессор.
Таким гнездом стало специальное гнездо ZIF (Zero Insertion Force — нулевая сила встав ки). Его начали применять в системных платах вместо гнезда Socket 1. Однако в специфика ции гнезда Socket X не указано, относится оно к типу ZIF, LIF или стандартному, а указано лишь расположение контактов. В настоящее время почти все изготовители системных плат используют гнезда типа ZIF. Благодаря им сводится к минимуму риск повреждения при заме не процессора — при установке процессора силу вообще прилагать не нужно! Большинство гнезд ZIF имеют рычаг; вы просто поднимаете рычаг, опускаете процессор в гнездо, а затем опускаете рычаг. Заменить процессор при такой конструкции проще простого.

Разъемы процессора

После перемещения кэш-памяти второго уровня с системной платы на процессор был разработан разъем Slot 1, в который можно устанавливать процессоры Pentium II, Pentium III и Celeron. Специально для процессоров Xeon (Pentium II и Pentium III) было разработано гнездо Slot 2. Эти два типа разъемов рассматриваются в следующих разделах. Напряжение питания процессоров 125
Slot 1 (SC242)
Этот разъем используется для установки корпуса SEC, в котором находится процессор Pentium II. Внутри корпуса содержится плата с установленными кэш-памятью второго уровня и процессором. В отличие от Pentium Pro, кэш установлен на плате, а не внутри корпуса процес сора. Это технологическое решение позволило Intel использовать стандартные микросхемы SRAM и оснащать процессоры Pentium II кэш-памятью различного объема. Например, есть Celeron-версии Pentium II, в которых вообще не установлена кэш-память второго уровня, но есть и такие, в которых емкость кэш-памяти превышает 512 Кбайт (стандарт для большинства про цессоров Pentium II). На рис. 3.16 показаны размеры разъема Slot 1 и размещение контактов. Slot 2 (SC330)
Гнездо Slot 2 (его иногда называют SC330) используется в высокопроизводительных сис темных платах на базе процессоров Pentium II Xeon и Pentium III Xeon. Внешний вид гнезда Slot 2 показан на рис. 3.17.
Процессоры Pentium II/III Xeon упакованы в корпус большего размера (рис. 3.18), чем корпуса процессоров Pentium II/III.
Системные платы с гнездом Slot 2 применяются в основном в высокопроизводительных системах, чаще всего в серверах или рабочих станциях, созданных на базе процессоров Pentium II/III Xeon.

Напряжение питания процессоров

В последнее время явно прослеживается тенденция к снижению напряжения питания про цессоров. Наиболее очевидным следствием этого является снижение потребляемой мощно сти. Конечно, если потребляемая мощность меньше, то функционирование системы обходит ся дешевле; еще более важным является снижение потребляемой мощности для переносных систем, так как благодаря этому компьютер может работать намного дольше на одной и той же батарее. Именно значительное удлинение срока службы батареи, вызванное снижением потребляемой мощности, повлекло за собой множество усовершенствований, направленных на понижение напряжения питания процессора.
126 Глава 3. Типы и специфиeации миeропроцессоров Еще одним преимуществом является то, что при пониженном напряжении, а следовательно, и при более низкой потребляемой мощности выделяется меньше тепла. Процессор и вентилятор можно размещать ближе к другим компонентам, т.е. упаковка системы может быть более плотной; кроме того, срок службы процессора возрастает. К преимуществам можно отнести и то, что про цессор вместе с вентилятором потребляет меньшую мощность, а потому может работать быстрее. Именно благодаря снижению напряжения удалось повысить тактовую частоту процессоров.
До выпуска портативных компьютеров на базе Pentium и Pentium MMX в большинстве процессоров использовалось одно и то же напряжение и для процессора, и для схем ввода вывода. Вначале большинство процессоров, а также схемы ввода-вывода работали при на пряжении, равном 5 В, которое позже было снижено до 3,5 или 3,3 В (в целях уменьшения потребляемой мощности). Когда один и тот же уровень напряжения используется для процес сора, его внешней шины и сигналов схем ввода-вывода, говорят, что такой процессор исполь зует единственный, или унифицированный, уровень напряжения.
Напряжение питания процессоров 127
При создании процессора Pentium для переносных компьютеров компанией Intel был раз работан способ, применяя который можно значительно уменьшить потребляемую мощность при сохранении совместимости с существующими наборами микросхем системной логики, микросхемами логики шины, микросхемами памяти и другими компонентами, рассчитанны ми на 3,3 В. Благодаря этому был создан компьютер с двумя уровнями напряжения, или с расщеплением уровня напряжения, в котором процессор использовал более низкое напряже ние, а схемы ввода-вывода работали при напряжении 3,3 В. Это новшество стали называть технологией уменьшения напряжения (Voltage Reduction Technology — VRT); оно появилось в портативных вариантах процессора Pentium в 1996 году. Позже два уровня напряжения ис пользовались также в процессорах для настольных систем; например, в Pentium MMX ис пользовалось напряжение 2,8 В, а схемы ввода-вывода работали при напряжении 3,3 В. Те перь в большинстве современных процессоров как для переносных, так и для настольных компьютеров используются два уровня напряжения. В некоторых современных процессорах типа Mobile Pentium II используется напряжение 1,6 В, хотя все еще поддерживается совмес тимость с компонентами ввода-вывода, работающими при напряжении 3,3 В.
Гнезда и разъемы процессоров Pentium Pro (Socket 8) и Pentium II (Slot 1 или Slot 2) имеют специальные контакты Voltage ID (VID), которые используются процессором для сообщения системной плате точных значений необходимого напряжения. Это позволяет преобразовате лям напряжения, встроенным в системную плату, автоматически устанавливать правильный уровень напряжения сразу при установке процессора.
К сожалению, в Socket 7 и в системных платах, рассчитанных на более ранние версии процессоров, возможность автоматической установки напряжения не предусмотрена. Это оз начает, что необходимо устанавливать перемычки или указывать напряжение для устанавли ваемого процессора при конфигурировании системной платы вручную. Для процессоров Pentium (Socket 4, Socket 5 или Socket 7) требуются различные напряжения, но последние про цессоры версии MMX рассчитаны на напряжение 2,8 В, за исключением процессоров Pentium для переносных компьютеров, работающих при напряжении 1,8 В. Напряжения, потребляе мые процессорами, приведены в табл. 3.12.
Таблица 3.12. Напряжения, используемые процессорами с одним и двумя уровнями напряжения Название Процессор Напряжение ядра
процессора, В Напряжение схем ввода-вывода, В Уровень напряжения
VRE (3,5 В) Intel Pentium 3,5 3,5 Один
STD (3,3 В) Intel Pentium 3,3 3,3 Один
MMX (2,8 В) Intel MMX Pentium 2,8 3,3 Два
VRE (3,5 В) AMD K5 3,5 3,5 Один
3,2 В AMD K6 3,2 3,3 Два
2,9 В AMD K6 2,9 3,3 Два
2,4 В AMD K6-2/K6-3 2,4 3,3 Два
2,2 В AMD K6/K6-2 2,2 3,3 Два
VRE (3,5 В) Cyrix 6x86 3,5 3,5 Один
2,9 В Cyrix 6x86MX/MII 2,9 3,3 Два
MMX (2,8 В) Cyrix 6x86L 2,8 3,3 Два
2,45 В Cyrix 6x86LV 2,45 3,3 Два
128 Глава 3. Типы и специфиeации миeропроцессоров
Обычно приемлемый диапазон составляет ±5% от номинального напряжения.
Большинство системных плат с гнездом типа Socket 7, а также рассчитанные на более поздние версии процессоров Pentium поддерживают несколько уровней напряжения (например, 2,5; 2,7; 2,8 и 2,9 В) для совместимости с будущими устройствами. Преобразова тель напряжения, встроенный в системную плату, трансформирует напряжение питания в на пряжения различных уровней, необходимые для питания процессора. Значения соответст вующих напряжений должны быть указаны в документации к системной плате и процессору. Процессоры Pentium Pro, Celeron и Pentium II/III/IV автоматически устанавливают вели чину напряжения питания, управляя встроенным в системную плату преобразователем на пряжения через контакты Voltage ID (VID).
Обратите внимание, что в режимах питания STD или VRE величины напряжения, пода ваемого на ядро процессора и схемы ввода-вывода, практически одинаковы; такие режимы называется одноуровневыми. При установке какого-либо другого режима, отличного от STD или VRE, системная плата по умолчанию переходит на двухуровневый режим, при котором на ядро процессора подается какое-либо определенное напряжение, а на схемы ввода-вывода — постоянное по величине напряжение, равное 3,3 В.
Гнездо Socket 5 предназначалось для поддержки режимов STD или VRE. Любой процессор, работающий в этих режимах, может быть установлен как в Socket 5, так и в Socket 7. Конструк ция разъемов Socket 4 позволяет обеспечить только лишь одно значение напряжения — 5 В, а также имеет ряд конструктивных отличий. В частности, совершенно разные схемы выводов и уменьшенное количество контактов. Таким образом, процессор, разработанный для гнезд Socket 7 или Socket 5, нельзя использовать в конструкциях более ранних версий. Системные платы последних версий позволяют в целях повышения производительности отменить установленное значение напряжения. Причем эту величину можно изменить вруч ную, ведь для разгона процессора достаточно увеличить напряжение на десятую часть вольта. Следует заметить, что в этом случае, конечно, увеличивается нагрев процессора, поэтому не обходимо принять соответствующие меры по отводу избыточного тепла.
Перегрев и охлаждение
В компьютерах с быстродействующими процессорами могут возникать серьезные проблемы, связанные с перегревом микросхем. Более быстродействующие процессоры потребляют большую мощность и соответственно выделяют больше тепла. Для отвода тепла необходимо принимать до полнительные меры, поскольку встроенного вентилятора может оказаться недостаточно. Для охлаждения процессора нужно приобрести дополнительный теплоотвод (радиатор). В некоторых случаях может потребоваться нестандартный теплоотвод с большей площадью поверхности (с удлиненными ребрами).
Теплоотводы бывают пассивными и активными. Пассивные теплоотводы являются про стыми радиаторами, а активные содержат небольшой вентилятор, требующий дополнитель ного питания.
Теплоотводы могут быть прижатыми к микросхеме или приклеенными к ее корпусу. В первом случае для улучшения теплового контакта между радиатором и корпусом микросхемы их поверх ности следует смазать теплопроводящей пастой. Она заполнит воздушный зазор, обеспечив луч шую передачу тепла. На рис. 3.19 показаны способы соединения теплоотвода и процессора. Эффективность теплоотводов определяется отношением температуры радиатора к рас сеиваемой мощности. Чем меньше это отношение, тем эффективность рассеивания тепла выше. Для увеличения эффективности радиатора в него встраивают вентиляторы. Такие теп лоотводы называются активными (рис. 3.20). Разъем питания вентилятора похож на обычный Переaрев и охлаждение 129
разъем питания накопителя, но в последнее время выпускаются радиаторы с вентилятором, который подключается к системной плате.
Активные теплоотводы со встроенным вентилятором выпускаются для быстродействую щих процессоров, однако в случае отказа такого теплоотвода процессор быстро перегревает ся. Вентиляторы обычно подключаются к разъему питания дисковода или специальному разъему питания 12 В для вентилятора на системной плате. Однако нередко эти вентиляторы представляют собой дешевые устройства на подшипниках с гарантией работы всего на один год. Когда подшипники изнашиваются, вентилятор начинает издавать скрежет и останавли вается, что приводит к перегреву процессора и выходу его из строя.
На рис. 3.21 показаны элементы охлаждения процессоров Pentium II/III. Здесь представле на так называемая “коробочная” версия этих процессоров, т.е. процессор и элементы охлаж дения монтируются изготовителем, и вам не нужно принимать дополнительных мер для ох лаждения процессора.
Надежность пассивных теплоотводов стопроцентная, поскольку они не имеют никаких механических компонентов, выходящих из строя. В большинстве случаев они представляют собой алюминиевый радиатор, который рассеивает тепло через конвекцию (рис. 3.22). Одна ко пассивные радиаторы не охлаждают процессор в достаточной степени, если через их пла стины не протекает поток воздуха, обычно создаваемый вентилятором блока питания или до полнительным вентилятором, установленным в корпусе. Если корпус и блок питания разра ботаны с учетом распределения температур, то можно использовать менее дорогой пассивный теплоотвод вместо активного.
Сопроцессоры 131
Для эффективной работы радиатора необходимо обеспечить надежный контакт с корпу сом процессора. Даже небольшая воздушная прослойка между процессором и радиатором приведет к перегреву процессора и выходу его из строя. Для надежности соединения тепло отводных элементов иногда используются специальные крепежные материалы, например те плопроводный клей. Один из примеров крепления радиатора показан на рис. 3.23. В большинстве новых систем используется улучшенный формфактор системной платы, на зываемый ATX. В системах с системной платой и корпусом этого типа улучшено охлаждение процессора: он установлен близко от источника питания, а вентилятор источника питания в большинстве систем ATX установлен так, что обдувает процессор. И потому в таких системах можно использовать пассивный теплоотвод (т.е. обойтись без вентилятора процессора). Рис. 3.23. Крепление радиатора с помощью теплопроводной клейкой пластины

Тестирование процессоров

Компании-производители используют для тестирования процессоров специальное обору дование. (Самый лучший и доступный прибор для рядового пользователя — работающий компьютер.) Используя диагностические программы, вы можете проверить работоспособ ность процессора и системной платы. В большинстве компьютеров процессор устанавливает ся в гнездо, что упрощает его замену.
Такие компании, как Diagsoft, Symantec, Micro 2000, Trinitech и Data Depot, предлагают специализированное диагностическое программное обеспечение, позволяющее выполнить проверку всей системы и процессора в частности. В принципе для тех же целей можно вос пользоваться диагностическими программами, входящими в операционную систему, которые дадут возможность “на скорую руку” оценить параметры установленного процессора. К числу наиболее известных ошибок можно отнести ошибки, возникающие при делении чи сел с плавающей запятой, которые были характерны для ранних версий процессоров Pentium. Поскольку процессор является мозгом системы, при его выходе из строя большинство компьютеров перестает работать. Если вы заподозрили, что процессор неисправен, попро буйте заменить его другим (такого же типа), вынутым из работоспособной платы. Возможно, виновником действительно окажется процессор. Но, если компьютер по-прежнему не работа ет, причину следует искать в другом месте.
В очень редких случаях проблемы возникают из-за заводских дефектов, о которых надо знать заранее, так как это поможет избежать ненужного ремонта или замены. О неисправно стях такого рода лучше всего узнать у разработчика.
Замечание
Более подробно дефеeты процессоров описываются в дополнении, eоторое можно найти на прилаaаемом eомпаeт-дисeе.
134 Глава 3. Типы и специфиeации миeропроцессоров

Возможность модификации процессора

Все процессоры могут содержать дефекты разработки, или ошибки. Часто с помощью программного обеспечения или аппаратных средств можно избежать эффектов, вызванных любой конкретной ошибкой. Ошибки в процессорах хорошо описаны в документах и руково дствах компании Intel (Specification Update manuals), которые можно найти на Web-сервере. Другие изготовители процессоров также имеют свои Web-серверы, где размещают советы, рекомендации, предупреждения, а также бюллетени, в которых перечислены все возможные неполадки и указаны способы их исправления.
Ранее единственным способом исправления ошибки в процессоре была замена микросхе мы. Теперь в процессоры Intel P6, включая Pentium Pro и Pentium II, встроено новое средство, которое позволяет исправлять многие ошибки, изменяя микропрограмму в процессоре. Это средство называется перепрограммируемой микропрограммой; благодаря ему некоторые ти пы ошибок можно устранить, модифицируя микропрограммы. Модификации микропрограмм постоянно находятся в системной ROM BIOS и загружаются в процессор системой BIOS во время выполнения теста при включении питания. При каждой перезагрузке системы этот код будет перезагружаться, тем самым гарантируется, что ошибка будет устранена в любой мо мент работы процессора.
Самый простой способ проверить модификацию микропрограммы — использовать про грамму модификации процессоров Pentium Pro и Pentium II (Pentium Pro and Pentium II Processor Update Utility), разработанную и поддерживаемую компанией Intel. С помощью этой программы можно проверить, правильно ли модифицирована BIOS на системных платах для всех процессоров Pentium Pro. Программа отображает поколение (изменение) процессора и версию микропрограммы модификации. Чтобы можно было установить новую модификацию микропрограммы, BIOS системной платы должна содержать подпрограммы поддержки мо- дификации микропрограмм; фактически все BIOS плат для Pentium Pro и Pentium II такие подпрограммы имеют. С помощью программы модификации процессора (Processor Update) компании Intel можно также определить, присутствует ли необходимый код в BIOS, сравнить номер версии процессора с номером версии микропрограммы модификации, загруженной в настоящее время, или установить новую микропрограмму модификации, если это необходи мо. Использование указанной программы с системными платами, содержащими микропро грамму модификации подпрограмм BIOS, позволяет модифицировать только эти микропро граммы; остальная часть BIOS не изменится. Программа модификации поставляется со всеми процессорами, которые Intel называет упакованными (“боксированными”) процессорами (boxed processors). Термин упакованные относится к процессорам, укомплектованным для ис пользования системными интеграторами, т.е. сборщиками систем. Если вам нужна самая со временная версия этой утилиты, обратитесь к ближайшему дилеру компании Intel.
Если BIOS вашей системной платы не имеет подпрограммы модификации микропро грамм процессора, вы должны получить полностью обновленную BIOS.
При сборке системы с процессором Pentium Pro, Celeron или Pentium II/III необходимо ис пользовать программу модификации процессора, чтобы убедиться, что BIOS содержит моди фикации микропрограмм, специфические для конкретного поколения устанавливаемого про цессора. Другими словами, следует удостовериться, что модификация соответствует исполь зуемому поколению процессора.
В табл. 3.16 указаны версии микропрограммы модификации для каждого поколения про цессора. Номера версий содержатся в файле базы данных, который поставляется вместе с программой модификации процессоров Pentium Pro, Pentium и Pentium II.
Кодовые названия процессоров Intel 135
Таблица 3.16. Поколения (номера изменений) процессоров и номера версий микропрограммы модификации, описанные в файле PEP6.PDB (база данных о модификациях)
Процессор Поколение (номер изменения)
Сигнатура изменения Необходимый номер изменения микропрограммы модификации Pentium Pro C0 0x612 0xC6
Pentium Pro sA0 0x616 0xC6
Pentium Pro sA1 0x617 0xC6
Pentium Pro sB1 0x619 0xD1
Pentium II C0 0x633 0x32
Pentium II C1 0x634 0x33
Pentium II dA0 0x650 0x15
С помощью программы модификации процессора (Checkup3.exe) сборщик системы мо жет легко проверить наличие нужной версии микропрограммы модификации во всех систе мах с процессорами Pentium Pro, Celeron, Pentium II/III и Xeon. Например, если система со держит процессор поколения C1 и сигнатура изменения — 0x634, то BIOS должна содержать версию 0x33 микропрограммы модификации. Программа модификации идентифицирует по коление процессора, сигнатуру и версию микропрограммы модификации, используемой в на стоящее время.
Чтобы в систему можно было установить новую микропрограмму модификации, BIOS должна содержать Intel-определенные подпрограммы модификации процессора, дабы про грамма модификации могла постоянно устанавливать последнюю версию. В противном слу чае изготовитель системной платы должен полностью обновить BIOS. Рекомендуется запус кать программу модификации процессора после обновления BIOS системной платы и перед установкой операционной системы (после сборки компьютера на основе процессоров P6). Программа проста в использовании и выполняется всего за несколько секунд. Поскольку про грамме модификации, возможно, потребуется загрузить новый код в вашу BIOS, установите все переключатели на системной плате в положение “enable flash upgrade”, позволяющее об новить флэш-память.
После выполнения программы выключите питание системы и перезагрузите компьютер, а не делайте перезапуск из памяти. Только в этом случае можно гарантировать, что новая мо дификация будет правильно инициализирована в процессоре. Также вы должны быть увере ны, что все переключатели, например переключатели обновления флэш-памяти и др., воз вращены в нормальное положение.
Более подробное описание процесса обновления микропрограммы можно найти на Web- узлах производителей процессоров и системных плат.

Модернизация процессора

При создании процессора 486 и более поздних компания Intel, учитывая тот факт, что мо жет потребоваться наращивание вычислительных возможностей, разработала стандартные гнезда типа Socket, которые подходят для ряда процессоров. Таким образом, имея системную плату с гнездом типа Socket 3, можно установить в него фактически любой процессор 486, а имея системную плату с гнездом типа Socket 7 — любой процессор Pentium.
Чтобы максимально использовать возможности системной платы, вы можете установить самый быстрый процессор из числа поддерживаемых вашей платой. Обычно это определяет ся типом гнезда на системной плате.
Например, если ваша системная плата имеет гнездо типа Socket 5 для Pentium, можете ус тановить процессор Pentium MMX 233 МГц с преобразователем напряжения 2,8 В или AMD-K6. Если у вас гнездо типа Socket 7, значит, ваша системная плата поддерживает (непосредственно, без каких-либо преобразователей) более низкое напряжение, необходимое, например, для Pentium MMX или AMD-K6.
Замена процессора может в некоторых случаях удвоить эффективность системы, например если Pentium 100 поменять на Pentium MMX 233. Однако если у вас Pentium 233, то заменить его вы не сможете, поскольку это самый быстрый процессор, который можно установить в гнездо типа Socket. В таком случае вам придется полностью заменить системную плату, чтобы установить Pentium II. Если ваш корпус не какой-то особенный и в него можно установить стан дартную системную плату с формфактором Baby-AT или ATX, рекомендую заменить систем ную плату и процессор, а не пытаться найти процессор, который будет работать с вашей платой. Одно время Intel активно продвигала идею процессоров OverDrive. Но частая смена типов корпусов и разъемов, напряжения питания, изменение системы охлаждения и прочее привело к тому, что процессоры OverDrive не пользуются популярностью.

Тестирование быстродействия процессора

Пользователи обожают знать, насколько “быстрый” у них компьютер. Чтобы помочь им удовлетворить это любопытство, разработаны программы тестирования (для измерения раз личных параметров эффективности системы и процессора). Хотя ни одно число не может 216 Глава 3. Типы и специфиeации миeропроцессоров полностью отобразить эффективность сложного устройства, такого, как процессор или весь компьютер, тесты могут быть полезны при сравнении различных компонентов и систем. Единственно верный и точный способ измерить эффективность системы — проверить ее в работе с приложениями. На производительность одного компонента системы зачастую ока зывают влияние другие ее компоненты. Нельзя получить точных цифр, сравнивая системы, которые имеют не только разные процессоры, но и разные объемы или типы памяти, жесткие диски, видеоадаптеры и пр. Все это влияет на результаты испытаний, и получаемые значения могут существенно отличаться от истинных, если тестирование проводилось неправильно. Тесты бывают двух видов: тесты компонентов, измеряющие эффективность таких специ фических частей компьютерной системы, как процессор, жесткий диск, видеоадаптер или на копитель CD-ROM, и тесты системы, измеряющие эффективность всей компьютерной систе мы, которая выполняет данное приложение или данный набор тестовых программ. Тесты чаще всего выдают только один вид информации. Лучше всего проверить систему, используя собственный набор операционных систем и приложений.

Причины неисправности процессоров

Процессоры, как правило, чрезвычайно надежны, и чаще всего проблемы в работе ком пьютера возникают по вине других устройств. Но, если вы уверены, что причина кроется в процессоре, воспользуйтесь нашими советами, которые помогут решить эту проблему. Са мым простым решением является замена микропроцессора другим, заведомо исправным про цессором. Если таким образом удалось решить проблему, значит, замененный процессор был неисправен. Если нет — следовательно, причина кроется в чем-то другом.
В том случае, если во время выполнения POST (тестирования при включении питания) процессор распознается неправильно, это связано в первую очередь с неверными параметра ми системной платы или устаревшей версией BIOS. Проверьте правильность установки соот ветствующих перемычек системной платы и конфигурацию существующего процессора. Также убедитесь, что версия BIOS соответствует конкретной системной плате. Если система, как вам кажется, начинает после прогревания работать некорректно, по пробуйте установить более низкую частоту процессора. Если проблема при этом исчезает, следовательно, процессор был “разогнан” или неисправен.
Большинство аппаратных проблем в действительности являются скрытыми проблемами программного обеспечения. Убедитесь в том, что в системе установлены последние версии драйверов периферийных устройств и наиболее подходящая для системной платы версия BIOS. Это же относится и к используемой операционной системе — в самых последних вер сиях обычно содержится меньше ошибок.