link140 link141 link142 link143 link144 link145 link146 link147 link148 link149 link150 link151 link152 link153 link154 link155 link156 link157 link158 link159 link160 link161 link162 link163 link164 link165 link166 link167 link168 link169 link170 link171 link172 link173 link174 link175 link176 link177 link178 link179 link180 link181 link182 link183 link184 link185 link186 link187 link188 link189 link190 link191 link192 link193 link194 link195 link196 link197 link198 link199 link200 link201 link202 link203 link204 link205 link206 link207 link208 link209 link210 link211 link212 link213 link214 link215 link216 link217 link218 link219 link220 link221 link222 link223 link224 link225 link226 link227 link228 link229 link230 link231 link232 link233 link234 link235 link236 link237 link238 link239 link240 link241 link242 link243 link244 link245 link246 link247 link248 link249 link250 link251 link252 link253 link254 link255 link256 link257 link258 link259 link260 link261 link262 link263 link264 link265 link266 link267 link268 link269 link270 link271 link272 link273 link274 link275 link276 link277 link278 link279

PersCom — Компьютерная Энциклопедия Компьютерная Энциклопедия

Процессоры

Процессорный разъем и шины

Зачем процессорному разъему сотни контактов? Почему рост производительности процессоров сопровождается увеличением количества их выводов, число которых приближается к тысяче (Socket 939)? Для ответа на эти вопросы разберемся с назначением магистралей системной шины, которая подключается к процессорному разъему.

 

Шина данных

Чем больше разрядность данных, тем выше производительность компьютера. Для передачи данных в современных процессорах используют отдельную магистраль — шину данных. Это параллельная шина, то есть каждый разряд данных передается по отдельной линии. Чем выше разрядность шины, тем больше линий. Шина данных в процессоре i286 была 16-разрядной, в процессоре i386 разрядность шины данных увеличена до 32. Начиная с процессора Pentium и до нынешнего Pentium 4 используется 64-разрядная шина, хотя исполнительные устройства ядра остаются при этом 32-разрядными. В итоге число выводов современного процессора для подключения шины данных увеличилось вчетверо по сравнению с i286.

Шина адреса

Вторая группа сигналов, используемых процессором — адресная. Адреса описывают номера ячеек памяти, в которых хранятся данные. Чем выше разрядность адресной шины, тем большее число ячеек памяти можно использовать для хранения данных, тем больше адресуемая память вычислительной системы.

Шина адреса в процессоре г286 была 24-разрядной, что позволяло адресовать 16 Мбайт физической памяти. i386, i486 и Pentium имели адресную шину шириной 32 бит и адресовали 4 Гбайт физической памяти. Шина адреса также является параллельной, то есть увеличение ее разрядности влечет увеличение числа адресных выводов процессора. Так, в процессоре Pentium III адресная шина насчитывает 36 разрядов, что позволило расширить адресуемую память до 64 Гбайт, а на разъеме прибавилось четыре вывода.

Служебная шина

Третья группа сигналов, необходимая процессору для работы, относится к служебным. С их помощью чипсет и процессор обмениваются командами и запросами, по служебной шине осуществляется тактирование и синхронизация процессора, управление напряжением питания. Число сигналов управления и, соответственно, количество выводов разъема, необходимое для обмена служебными сигналами, зависит от архитектуры процессора и чипсета, количества поддерживаемых команд и инструкций. С усложнением архитектуры число служебных линий и сигналов управления увеличивается. Так, процессор i286 имел 18 выводов служебной шины, а процессор Pentium — уже 83.

Шина питания

Подсчитаем число задействованных выводов для перечисленных выше шин современного процессора, например Pentium 4 с интерфейсом Socket 775: 36 для адресной шины, 64 для шины данных, 124 для служебной шины. Как же используются сотни остальных выводов процессора Pentium 41

Некоторое (относительно небольшое) число их зарезервировано для модернизации и будущих ревизий ядра. Например, в процессорах Pentium 4 520 с интерфейсом Socket 775 в резерве числится 28 выводов. Все оставшиеся выводы используются для подачи питания. Эти выводы на принципиальных схемах обычно называются Vcc (плюс питания), Vss (земля) и VTT (терминаторы). Так, в разъеме Socket 775 выводов Vcc — 226 штук, выводов VTT — 24, выводов Vss — 273. Зачем так много линий питания?

Дело в том, что базовые элементы цифровой логики (транзисторы) потребляют ток. Первый восьмиразрядный процессор Intel 8086 имел 29 000 транзисторов. Сейчас Pentium 4 на ядре Prescott насчитывает примерно 125 миллионов транзисторов. И эти миллионы микропереключателей надо обеспечить током. Небольшим, в доли микроампера. Но каждый. В итоге получается, что суммарный ток потребления процессора составляет десятки ампер. Например, максимальный потребляемый кристал-лом ток IСС для Pentium 4 Prescott равен 119 А. Существует мнемоническое правило для расчета минимального числа выводов питания микросхем: «один ампер на один вывод». Однако в такой микросхеме, как процессор, действует еще целый ряд факторов, ведущих к росту числа выводов питания: многослойная архитектура кристалла, борьба с наводками и прочие. Поэтому применительно к современным процессорам можно сформулировать правило: «четыре вывода питания на один ампер». По крайней мере, процессору Pentium III на ядре Tualatin хватало 77 выводов для тока 23 А, сейчас Pentium 4 на ядре Prescott имеет 523 вывода для тока 119 А.

Дальнейшая тенденция очевидна: с расширением разрядности ядра до 64 бит, с внедрением новых архитектур (особенно двухъядерных) и повышением рабочих частот будет расти число выводов процессора. Промежуточный рекорд AMD Athlon 64 с его Socket 939 недолговечен, на подходе новые рекордсмены по числу выводов.