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.

Яндекс.Метрика