МАТЕРИНСКАЯ ПЛАТА (MATH BOARD)

3
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
СУМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
К ПЕЧАТИ И В СВЕТ
разрешаю на основании
«Единых правил»,
п.2.6.14
Заместитель первого проректора –
начальник организационно – методического управления
В.Б. Юскаев
СТРОЕНИЕ ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
по курсу “Архитектура компьютеров”
для студентов специальности
«Информационные технологии проектирования»
дневной формы обучения
ЧАСТЬ 4
«МАТЕРИНСКАЯ ПЛАТА»
Все цитаты, цифровой
и фактический материал,
библиографические данные
проверены, запись единиц
соответствует стандартам
Составители:
Ответственный за выпуск
В.Г. Концевич,
А.М. Лавренко
В.Г. Неня
Декан инженерного факультета
А.А. Евтушенко
Сумы
Изд-во СумГУ
2007
4
Навчальне видання
Концевич Валерій Георгійович
Лавренко Олександр Максимович
БУДОВА ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМП’ЮТЕРА
НАВЧАЛЬНИЙ ПОСІБНИК
з курсу “Архітектура комп’ютерів”
для студентів спеціальності
«Інформаційні технології проектування»
денної форми навчання
ЧАСТИНА 4
“МАТЕРИНСЬКА ПЛАТА”
(Російською мовою)
Відповідальний редактор
Редактор
Комп’ютерне верстання
План 2005 р., поз .
Підп. до друку
С.М. Симоненко
С.М. Симоненко
В.Г. Концевич
Обл.-вид. арк.
.
Формат 60х84/16.
Тираж 50 пр.
Ум. друк. арк.
Папір офс.
Ум. фарбовідб.
Друк офс.
Замовлення № .
____________________________________________________________
Вид-во СумДУ при Сумському державному університеті
40007, м. Суми, вул. Римського-Корсакова, 2
5
Свідоцтво про внесення суб’єкта видавничої справи до
Державного реєстру ДК №2365 від 08.12.2005 р.
__________________________________________________
__________Надруковано
у
друкарні
СумДУ
40007, м. Суми, вул. Римського-Корсакова, 2.
6
СОДЕРЖАНИЕ
МАТЕРИНСКАЯ ПЛАТА ........................................................................ 7
КОНСТРУКЦИЯ И КОМПОНЕНТЫ ................................................................ 7
КАК СОЗДАЕТСЯ МАТЕРИНСКАЯ ПЛАТА................................................... 10
ТИПЫ И ТИПОРАЗМЕРЫ ............................................................................ 11
ВЫБОР МАТЕРИНСКОЙ ПЛАТЫ ................................................................. 18
РЕМОНТ МАТЕРИНСКОЙ ПЛАТЫ ............................................................... 24
МИКРОПРОЦЕССОР ............................................................................. 30
ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ ................................................. 30
АРХИТЕКТУРА ПРОЦЕССОРА .................................................................... 39
АРИФМЕТИКО-ЛОГИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО .............................................. 40
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ......................................... 43
ТЕМПЕРАТУРА ПРОЦЕССОРА .................................................................... 47
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ.................................................................. 51
МНОГОЯДЕРНЫЕ ПРОЦЕССОРЫ ................................................................ 57
РАЗГОН ПРОЦЕССОРА ............................................................................... 62
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПРОГРАММЫ И УТИЛИТЫ........................................ 70
Утилиты-информаторы ................................................................... 71
Программное охлаждение CPU. Софт-кулеры .............................. 74
Проверка надежности. Стресс-утилиты ...................................... 77
ЧИПСЕТ .................................................................................................... 79
СЛОТЫ И СОКЕТЫ ............................................................................... 83
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ............................................................... 88
7
МАТЕРИНСКАЯ ПЛАТА
Основной частью любой компьютерной системы является материнская
плата с главным процессором и поддерживающими его микросхемами. Это
основной модуль, элемент без которого компьютер не может работать. Такая
плата называется “МАТЕРИНСКАЯ ПЛАТА” (mother board), “СИСТЕМНАЯ
ПЛАТА” (system board) или “ГЛАВНАЯ ПЛАТА” (main board). Именно материнская плата является сердцем современного компьютера, а не процессор,
как принято считать. На материнской плате монтируются все основные
устройства компьютера, к ней же подключается внешнее оборудование вычислительной машины.
Функционально материнскую плату можно описать различным образом. Иногда такая плата содержит всю схему компьютера (одноплатные). В
противоположность одноплатным, в шиноориентированных компьютерах
системная плата реализует схему минимальной конфигурации, остальные
функции реализуются с помощью многочисленных дополнительных плат.
Все компоненты соединяются шиной. В системной плате нет видеоадаптера,
некоторых видов памяти и средств связи с дополнительными устройствами.
Эти устройства (платы расширения) добавляются к системной плате путем
присоединения к шине расширения, которая является частью системной платы.
Первая материнская плата была разработана фирмой IBM и показана в
августе 1981 года (PC-1). В 1983 году появился компьютер с увеличенной
системной платой (PC-2). Максимум, что могла поддерживать PC-1 без использования плат расширения- 64К памяти. PC-2 имела уже 256К, но наиболее важное различие заключалось в программировании двух плат. Системная
плата PC-1 не могла без корректировки поддерживать наиболее мощные
устройства расширения, такие, как жесткий диск и улучшенные видеоадаптеры.
КОНСТРУКЦИЯ И КОМПОНЕНТЫ
Материнская плата — это комплекс различных устройств поддерживающий работу системы в целом. Обязательными атрибутами материнской
платы являются базовый процессор, оперативная память, системный BIOS,
контролер клавиатуры, разъемы расширения.
Плата представляет собой электронное устройство, выполненное из
стекловолокна, электронные компоненты которого связаны между собой металлическими дорожками.
Хотя общее количество дополнительных функциональных возможностей системной платы различается в зависимости от производителя и модели,
она является ядром, связывающим основные компоненты компьютера. К основным компонентам системной платы относятся:
 интегральные схемы (ИС, микросхемы, чипы, чипсеты), представляющие
8






собой пластиковые или керамические блоки. Для соединения микросхемы с
панелью на чипах имеются серебряные штырьки. Размер микросхемы зависит от количества штырьков и обычно служит показателем сложности чипа. Меньшие чипы (14-штырьковые) могут выполнять только несколько
функций, 8088-й микропроцессор имеет 40 штырьков, а 80386 – 132
штырька;
микросхемы постоянного запоминающего устройства ROM (ПЗУ, Flash), в
которую записывается BIOS - программа, управляющая взаимодействием
отдельных частей компьютера. В микросхемах ПЗУ, наряду с основными
элементами, содержится ПО, необходимое для запуска компьютера;
микросхемы оперативной памяти RAM (ОЗУ), предназначенные для временного хранения программ и данных;
микросхемы-контроллеры, управляющие работой системной шины, портов,
винчестера и других устройств хранения информации HDD, FD, CD-ROM.
К каждому дисковому контроллеру может подключаться несколько дисковых накопителей. Между дисковым контроллером и основной памятью
может быть целая иерархия контроллеров и магистралей данных, сложность которой определяется главным образом стоимостью компьютера.
Поскольку время передачи часто составляет очень небольшую часть общего времени доступа к диску, контроллер в высокопроизводительной системе разъединяет магистрали данных от диска на время позиционирования
так, что другие диски, подсоединенные к контроллеру, могут передавать
свои данные в основную память. Поэтому время доступа к диску может
увеличиваться на время, связанное с накладными расходами контроллера
на организацию операции ввода/вывода.
Практически любая современная системная плата имеет два канала IDEконтроллера, интегрированных в чипсет - первичный (Primary) и вторичный (Secondary), каждый из которых представляет собой, по сути, отдельный контроллер, имеющий собственный разъем на плате и отдельный
шлейф с двумя оконечными разъемами, к которому можно подключить один или два
накопителя. Причем для обеспечения взаимной совместимости устройств, работающих на
одном шлейфе, одно из них должно работать в
режиме Master (ведущий), а другое - в режиме
Slave (ведомый), и эти режимы устанавливаются перемычками непосредственно на самом устройстве;
разъемы для подключения плат (карт) других устройств (слоты расширения): ISA, PCI, AGP, т.е. для расширения возможностей ПК. Можно добавить память или для ускорения математических вычислений добавить математический сопроцессор;
кэш II-уровня;
разъемы параллельного + 2 последовательных порта;
9
 перемычки и коннекторы для кабелей системного блока.
Существуют и так называемые "одноплатные" компьютеры. В этом
случае в материнскую плату встраивают часть других модулей, например
видеокарту, звуковую карту и др. Обычно на "одноплатном" компьютере все
же оставляют один-два разъема для добавления дополнительных модулей.
Конструкция материнской платы и ее составляющие рассмотрены на
примере Soyo КТ333 Ultra Dragon Platinum Edition.
Конденсаторы имеют ёмкость в 4800 микрофарад. В настоящее время
такие производители, как Asus, MSI и ниже по классу, ставят конденсаторы
около 2000-2200 микрофарад, что составляет меньше половины от идеального. На чипе установлен вентилятор.
Присутствуют пять подключений для вентиляторов, каждый из которых имеет мониторинг, т.е. имеется возможность получения оповещения о застрявшем вентиляторе в любом из 5
подключений.
Для стабилизации питания на плате установлено 14
довольно высокого качества конденсаторов (фотография
приведена на рисунке).
Расширение: материнская плата должна иметь как
можно меньше интегрированных плат. Ни в коем случае
10
не должно быть видеоплаты, т.к. они очень сильно загружают ОЗУ, и процессор часто ждёт, пока ОЗУ и видеоплата обмениваются информацией. На этой
плате есть маленькое количество устройств: USB, IDE RAID, Soundcard 5.1,
Smart Card Reader. Огромным плюсом является присутствие RAIDконтроллера, позволяющего подключить 8 IDE устройств.
IDE RAID-контроллер очень сильно увеличивает overall performance два одинаковых жёстких диска могут читать и писать одновременно, увеличивая скорость в два раза (RAID массив 0 уровня). Все прекрасно знают, что
HDD - это самое медленное устройство компьютера. Также возможно использовать режим "зеркало", когда оба жестких диска заполняются идентичными данными, и, если один выходит из строя, ни один байт информации не
будет потерян (RAID 1-го уровня). Кстати, следует отметить, что компания
Soyo была одна из самых первых в удачной попытке интеграции данного
контроллера.
КАК СОЗДАЕТСЯ МАТЕРИНСКАЯ ПЛАТА
В данном разделе рассмотрен процесс изготовления материнским плат,
используемый в компании Gigabyte.
1 Многослойные куски текстолита поступают
на фабрику уже готовыми, причем от десятков разных поставщиков, которые готовят
их по шаблону, разработанному компанией.
2 Путь платы на фабрике начинается с принтера, который наносит флюс.
3 После нанесения флюса платы поступают в
машину, которая устанавливает на них мелкие компоненты. Компоненты закреплены
на специальных лентах, а специальный автомат поочередно захватывает их и лепит на
плату.
4 Затем на плату наклеиваются большие элементы.
5 После этого плата сначала сушится горячим
воздухом, затем переворачивается, и процесс печати, установки элементов и сушки
повторяется заново.
6 Затем наступает черед этапов контроля, которых на протяжении всего
пути платы очень много, поэтому можно с уверенностью утверждать, что
брак пройти не может. После первичной сборки, пока на плате нет еще
даже разъемов, плата тестируется трижды:
 первый раз – на предмет наличия и отсутствия контактов в соответствующих частях платы;
 второй этап – это визуальное тестирование. На плату накладывается
11
маска, и человеком проверяется правильность
установки больших, и маленьких элементов ;
 третий этап – оптический дефектоскоп, который автоматически высматривает наличие
механических дефектов на плате.
7 Окончательная сушка, а затем плата поступает
в сборочный цех.
8 Все операции по монтажу различных компонентов особым разнообразием не отличаются. Особо следует отметить, что паяльник на сборке практически не используется.
9 После того как плата становится платой, она
отправляется на этап окончательного контроля.
Случайность определяет, куда именно она попадет – на автоматический контроль, где сборщик лишь устанавливает процессор и память, а
все остальное делает автомат, или же на ручной, где оператор полностью собирает систему
и проверяет ее с помощью специальных тестов. Из в общем-то обычных
тестов следует выделить отдельно температурный, при котором готовые
системы погружаются в шкаф с горячим (40 градусов по Цельсию) воздухом и работают там продолжительное время. Если верить Gigabyte,
окончательное тестирование проходит 100% плат.
10 После тестов готовые платы отправляются на упаковку.
ТИПЫ И ТИПОРАЗМЕРЫ
Крепится материнская плата к корпусу, и чтобы не возникло всякого
рода недоразумений, были разработаны форм-факторы. ФОРМ-ФАКТОР –
это стандарт, определяющий размеры материнской платы, места ее крепления к корпусу; расположение на ней интерфейсов шин, портов ввода/вывода,
процессорного гнезда и слотов для оперативной памяти, а также тип разъема
для подключения блока питания.
Первая материнская плата с разработанным форм-фактором появилась
к 12 августа 1981 году в компьютере спецификации PC. В 1983 году в IBM
разработали новую спецификацию – XT PC. Соответственно изменились и
материнские платы: вместо пяти слотов стало восемь, а расстояние между
ними изменилось от 1 дюйма до 0,8 дюйма. К тому же, в PC использовалось
устройство для хранения программ на кассетной ленте, так вот этот кассетный порт в ХТ РС убрали.
На сегодняшний день существует четыре преобладающих типоразмера
материнских плат – AT, ATX, LPX и NLX. Кроме того, есть уменьшенные
варианты формата AT (Baby-AT), ATX (Mini-ATX, microATX) и NLX
(microNLX). Более того, недавно выпущено расширение к спецификации
microATX, добавляющее к этому списку новый форм-фактор – FlexATX. Все
12
эти спецификации определяют форму и размеры материнских плат, а также
расположение компонентов на них и особенности корпусов.
AT. Форм-фактор АТ делится на две, отличающиеся по размеру модификации – AT и Baby AT. Полноразмерная материнская плата этого формфактора была разработана для компьютеров ХТ РС. Помещалась она в корпуса Tower или Desktop. Через год размеры были уменьшены и появился новый форм-фактор – Baby-AT.
Размер полноразмерной AT платы Full Size AT достигает 12x13,8 дюйма, а это значит, что такая плата вряд ли поместится в большинство сегодняшних корпусов. Монтажу такой платы наверняка будет мешать отсек для
дисководов и жестких дисков и блок питания. Кроме того, расположение
компонентов платы на большом расстоянии друг от друга может вызывать
некоторые проблемы при работе на больших тактовых частотах. Поэтому
после материнских плат для процессора 386 такой размер уже не встречается.
Единственные материнские платы, выполненные в форм-факторе AT,
доступные в широкой продаже, - это платы соответствующие формату
Baby AT (8,57x13,04 дюйма). Появился этот форм-фактор в 1983 году для ХТ
РС компьютеров, но применялся он и для спецификации АТ. До 1996 года
материнские платы этого форм–фактора были, пожалуй, самыми распространенными.
Полноразмерную плату АТ всегда можно заменить платой Baby–AT, но
вот наоборот вряд ли может получиться. Дело в том, что размеры Baby-AT
равны 33х22,5 см, и не каждый корпус, созданный под этот форм-фактор,
может позволить разместить материнскую плату типа АТ. В принципе, некоторые производители могут уменьшать длину платы для экономии материала
или по каким-то другим причинам. Для крепления платы в корпусе в плате
сделаны три ряда отверстий. Платы форм-фактора Baby-AT снабжены встроенным разъемом для подключения клавиатуры. Это может быть 5штырьковый DIN или PS/2 (min-DIN).
Все AT платы имеют общие черты. Почти все имеют последовательные
и параллельные порты, присоединяемые к материнской плате через соединительные планки. Они также имеют один разъем клавиатуры, впаянный на
плату в задней части. Гнездо под процессор устанавливается на передней
стороне платы. Слоты SIMM и DIMM находятся в различных местах, хотя
почти всегда они расположены в верхней части материнской платы.
Сегодня этот формат плавно сходит со сцены. Часть фирм еще выпускает некоторые свои модели в двух вариантах – Baby AT и ATX, но это происходит все реже и реже. Тем более, что все больше новых возможностей,
предоставляемых операционными системами, реализуются только на ATX
материнских платах. Не говоря уже просто об удобстве работы – так, чаще
всего на Baby AT-платах, все коннекторы собраны в одном месте, в результате этого либо кабели от коммуникационных портов тянутся практически
через всю материнскую плату к задней части корпуса, либо от портов IDE и
FDD – к передней. Гнезда для модулей памяти находятся чуть ли не под бло-
13
ком питания. При ограниченности свободы действий внутри весьма небольшого пространства MiniTower это неудобно. Вдобавок, неудачно решен вопрос с охлаждением – воздух не поступает напрямую к самой нуждающейся
в охлаждении части системы – процессору.
LPX (mini-LPX). Еще до появления ATX, первым результатом попыток снизить стоимость PC стал форм-фактор низкопрофильных корпусов
LPX. В 1987 году компания Western Digital разработала системную плату с
новым форм-фактором LPX. Предназначался для использования в корпусах
Slimline или Low-Pro file.
Задача снижения стоимости была решена путем введения стойки. Вместо того чтобы вставлять карты расширения непосредственно в материнскую
плату, в этом варианте они помешаются в подключаемую к плате вертикальную стойку параллельно материнской плате. Это позволило заметно уменьшить высоту корпуса, поскольку обычно именно высота карт расширения
влияет на этот параметр. Расплатой за компактность стало максимальное
количество подключаемых карт - 2-3 штуки. Еще одно нововведение,
начавшее широко применяться именно на платах LPX - это интегрированный на материнскую плату видеочип. Размер корпуса для LPX составляет
9х13'', для Mini LPX - 8x10''. После появления NLX LPX начал вытесняться
этим форм-фактором.
Платы этого типа имеют только один интерфейс для подключения одной платы. На такой плате размещены слоты шин, куда подключаются уже
платы расширения, которые оказываются расположенными параллельно системной плате. Такое расположение позволяет значительно уменьшить высоту корпуса, хотя и имеет несколько недостатков. На самой материнской плате
расположены в ряд порты ввода/вывода, разъем для подключения монитора,
разъемы для подключения клавиатуры и мыши, USB. Размеры системных
плат LPX составляют 33х22,9 см. Позже появился форм-фактор Mini-LPX с
размерами плат 26,4х20,1 см.
ATX (mini-ATX, micro-ATX, Flex-ATX). В середине 1995 года компанией Intel был предложен новый форм-фактор, предназначенный для исправления всех тех недостатков, что выявились со временем у форм-фактора AT.
Принципиально конструктивное воплощение было очень простым –
повернуть Baby AT-плату на 90 градусов и внести соответствующие поправки в конструкцию. К тому моменту у Intel уже был опыт работы в этой области – форм-фактор LPX. В ATX как раз воплотились лучшие стороны и Baby
AT, и LPX: от Baby AT была взята расширяемость, а от LPX – высокая интеграция компонентов. В результате получилось:
 интегрированные разъемы портов ввода-вывода. На всех современных платах коннекторы портов ввода-вывода присутствуют на плате, поэтому
вполне естественным выглядит решение расположить на ней и их разъемы,
что приводит к довольно значительному снижению количества соединительных проводов внутри корпуса. К тому же, заодно среди традиционных
параллельного и последовательного портов, разъема для клавиатуры,
14
нашлось место и для новичков – портов PS/2 и USB. Кроме всего, в результате несколько снизилась стоимость материнской платы за счет
уменьшения кабелей в комплекте;
 значительно увеличившееся удобство доступа к модулям памяти. В результате всех изменений гнезда для модулей памяти переехали дальше от слотов для материнских плат, от процессора и блока питания. В результате
наращивание памяти стало в любом случае минутным делом, тогда как на
Baby AT - материнских платах порой приходится браться за отвертку;
 уменьшенное расстояние между платой и дисками. Разъемы контроллеров
IDE и FDD переместились практически вплотную к подсоединяемым к
ним устройствам. Это позволяет сократить длину используемых кабелей,
тем самым повысив надежность системы;
 разнесение процессора и слотов для плат расширения. Гнездо процессора
перемещено с передней части платы на заднюю рядом с блоком питания.
Это позволяет устанавливать в слоты расширения полноразмерные платы процессор им не мешает. К тому же, решилась проблема с охлаждением –
теперь воздух, засасываемый блоком питания, обдувает непосредственно
процессор;
 улучшено взаимодействие с блоком питания. Теперь используется один
20-контактный разъем вместо двух, как на AT-платах. Кроме того, добавлена возможность управления материнской платой блоком питания –
включение в нужное время или по наступлению определенного события,
возможность включения с клавиатуры, отключение операционной системой и т.д.;
 напряжение 3,3 В. Такое напряжение, используемое современными компонентами системы (карты PCI), поступает из блока питания. В AT-платах
для его получения использовался стабилизатор, установленный на материнской плате. В ATX-платах необходимость в нем отпадает.
По требованию стандарта ATX, материнские платы должны иметь порты ввода/вывода в как бы одном блоке в верхнем левом углу. Конкретный
размер материнских плат описан в спецификации исходя из удобства разработчиков – из стандартной пластины (24х18") получается либо две платы
ATX (12x9,6"), либо четыре – Mini-ATX (11,2х8,2"). Кстати, учитывалась и
совместимость со старыми корпусами - максимальная ширина ATX платы,
12", практически идентична длине плат AT, чтобы была возможность без
особых усилий использовать ATX-плату в AT-корпусе. Однако сегодня это
больше относится к области чистой теории – AT корпус практически не
найти. Также, по мере возможности крепежные отверстия в плате ATX полностью соответствуют форматам AT и Baby AT.
Кроме этого, изменилось расположение процессорного гнезда, разъемов IDE и слотов оперативной памяти. Изменился и разъем подключения
блока питания, предотвращающий неправильное подключение электропитания. Собирать компьютеры на базе платы АТХ приятно и быстро. Малое количество шлейфов способствует лучшей циркуляции воздуха в корпусе.
15
Впоследствии появились уменьшенные версии материнских плат АТХ:
Mini-ATX – 28,4х20,8 см, Micro-ATX – 24,4х24,4 см и Flex-ATX –
22,9х20,3 см.
Форм-фактор ATX во всех его модификациях становится все более популярным. В особенности это касается плат для процессоров на шине P6.
Так, к примеру, из готовящихся к выпуску материнских плат LuckyStar для
этих процессоров 4 будут исполнены в формате Mini-ATX, 3 – ATX и всего
лишь одна – Baby AT. А если еще учесть, что материнских плат для Socket 7
сегодня делается гораздо меньше, хотя бы по причине значительно меньшего
числа новых чипсетов для этой платформы, то ATX одерживает убедительную победу.
microATX. Форм-фактор ATX разрабатывался еще в пору расцвета
Socket 7 систем, и многое в нем сегодня несколько не соответствует времени. Например, типичная комбинация слотов, из расчета на которую составлялась спецификация, выглядела как 3 ISA/3 PCI/1 смежный, ISA, отсутствие AGP, AMR, и т.д. Опять же, в любом случае, 7 слотов не используются
в 99 процентах случаев, особенно сегодня, с такими чипсетами, как MVP4,
SiS 620, i810, и прочими, готовящимися к выпуску подобными продуктами.
В общем для дешевых PC ATX – пустая трата ресурсов. Исходя из подобных
соображений, в декабре 1997 года была представлена спецификация формата
microATX, модификация ATX платы, рассчитанная на 4 слота для плат расширения.
По сути, изменения, по сравнению с ATX, оказались минимальными.
До 9,6x9,6" уменьшился размер платы, так что она стала полностью квадратной, уменьшился размер блока питания. Блок разъемов ввода/вывода остался
неизменным, так что microATX плата может быть с минимальными доработками использована в ATX 2.01 корпусе.
NLX (Mini-NLX). Со временем спецификация LPX подобно Baby AT
перестала удовлетворять требованиям времени. Выходили новые процессоры, появлялись новые технологии. И она уже не была в состоянии обеспечивать приемлемые пространственные и тепловые условия для новых низкопрофильных систем.
В результате, подобно тому, как на смену Baby AT пришел ATX, так
же в 1997 году как развитие идеи LPX, учитывающее появление новых технологий, появилась спецификация форм-фактора NLX. Формат нацелен на
применение в низкопрофильных корпусах. При ее создании брались во внимание как технические факторы (например, появление AGP и модулей
DIMM, интеграция аудио/видеокомпонентов на материнской плате), так и
необходимость обеспечить большее удобство в обслуживании. Так, для
сборки/разборки многих систем на базе этого форм-фактора отвертка не требуется вообще.
Платы NLX схожи с платами LPX, но они рассчитаны на системы с новыми процессорами. К тому же они оборудованы портом AGP. Вследствие
новых требований к охлаждению элементы платы размещены таким образом,
16
чтобы как можно меньше мешать циркуляции воздуха в корпусе. Изменилось
крепление самой платы. Порты ввода/вывода смещены к краю платы.
Основные черты материнской платы NLX:
стойка для карт расширения, находящаяся на правом краю платы.
Причем материнская плата свободно отсоединяется от стойки и выдвигается
из корпуса, например, для замены процессора или памяти;
процессор, расположенный в левом переднем углу платы прямо
напротив вентилятора;
группировка высоких компонентов, вроде памяти, в левом конце
платы, чтобы позволить размещение на стойке полноразмерных карт расширения;
нахождение на заднем конце платы блоков разъемов ввода/вывода
одинарной (в области плат расширения) и двойной высоты для размещения
максимального количества коннекторов.
Фактически стойка – это одна материнская плата, разделенная на две
части – часть, где находятся собственно системные компоненты, и подсоединенная к ней через 340-контактный разъем под углом в 90 градусов часть,
где находятся всевозможные компоненты ввода/вывода – карты расширения,
коннекторы портов, накопителей данных, куда подключается питание. Таким
образом, во-первых повышается удобство обслуживания - нет необходимости
получать доступ к ненужным в данный момент компонентам. Во-вторых,
производители в результате имеют большую гибкость – делается одна модель
основной платы и стойка под каждого конкретного заказчика с интеграцией
на ней необходимых компонентов.
В отличие от довольно строгих прочих спецификаций NLX обеспечивает производителям куда большую свободу в принятии решений, NLXкорпус должен уметь управляться как с этими двумя форматами, так и со
всеми промежуточными. Обычно платы, вписывающиеся в минимальные
размеры, обозначаются как Mini NLX. Размеры системной платы NLX равны
34,5х22,9 см, а Mini-NLX – 25,4х20,3 см.
Стоит также упомянуть небезынтересную подробность: у NLX-корпуса порты USB располагаются на передней панели, что очень удобно для
идентификационных решений типа e.Token.
По спецификации некоторые места на плате
обязаны оставаться свободными, обеспечивая возможности для расширения функций, которые появятся в будущих версиях спецификации. Например, для создания на базе форм-фактора NLXматеринских плат для серверов и рабочих станций.
WTX. Спецификации AT и ATX не вполне
устраивают мощные рабочие станции и серверы.
Там свои проблемы, где стоимость играет не самую
главную роль. На передний план выходят обеспечение нормального охла-
17
ждения, размещение больших объемов памяти, удобная поддержка многопроцессорных конфигураций, большая мощность блока питания, размещение
большего количества портов контроллеров накопителей данных и портов
ввода/вывода. Так, в 1998 году родилась спецификация WTX. Ориентированная на поддержку двухпроцессорных материнских плат любых конфигураций, поддержку сегодняшних и завтрашних технологий видеокарт и памяти.
Особое внимание, пожалуй, стоит уделить двум новым компонентам -Board
Adapter Plate (BAP)и Flex Slot.
В этой спецификации разработчики попытались отойти от привычной
модели, когда материнская плата крепится к корпусу посредством расположенных в определенных местах крепежных отверстий. Здесь она крепится к
BAP, причем способ крепления оставлен на совести
производителя платы, а стандартный BAP крепится к
корпусу.
Помимо обычных вещей вроде размеров платы
(14х16,75''), характеристик блока питания (до 850 Вт) и
т.д. спецификация WTX описывает архитектуру Flex
Slot в каком-то смысле, AMR-для рабочих станций.
Flex Slot предназначен для улучшения удобства обслуживания, придания дополнительной гибкости разработчикам, сокращения выхода материнской платы на
рынок. Выглядит Flex Slot-карта примерно так, как показано на рисунке.
На подобных картах могут размещаться любые PCI, SCSI или IEEE
1394 контроллеры, звук, сетевой интерфейс, параллельные и последовательные порты, USB, средства для контроля за состоянием системы.
FlexATX. Развитием спецификаций microATX и NPX стало появление
форм-фактора FlexATX. Это даже не отдельная спецификация, а всего лишь
дополнение к спецификации microATX. Глядя на успех iMac, в котором, по
сути, ничего нового, кроме внешнего вида, и не было, производители PC решили также пойти по этому пути. И первым стал как раз Intel, в феврале на
Intel Developer Forum объявивший FlexATX – материнскую плату, по площади процентов на 25-30 меньшую, чем microATX.
Теоретически, с некоторыми доработками, FlexATX-плата может быть
использована в корпусах, соответствующих спецификациям ATX 2.03 или
microATX 1.0.
Обычно замена материнской платы требует переустановки всей системы. Если на ПК установлен XP, то, благодаря механизму активации XP, система жёстко привязывается к железу, и замена слишком большого количества оборудования (сейчас это больше трёх, но в ближайшем будущем
Microsoft обещает увеличить это количество до 5) приведёт к тому, что система перестанет работать и потребует активировать её ещё раз. Для замены
системной платы без переустановки необходимо в Device Manager в разделе
IDE ATA/ATAPI Controllers поменять Bus Master IDE контроллер, установ-
18
ленный там, на Standard Dual Channel PCI IDE Controller. Если этого не сделать, то при загрузке на новой материнской плате система может не найти
жёсткого диска и поступит сообщение о inaccessible boot device.
ВТХ - стандарт, обладающий рядом преимуществ по сравнению с
устаревшим и изжившим себя АТХ. Известные крупные производители, среди которых AOpen, ASUS, AVC, Chenbro, Evercase, FIC, FSP, Foxconn,
HIPRO , Gigabyte, MiTAC, MSI, Shuttle, TaiSol, Thermaltake и Yeong Yang,
уже освоили выпуск ВТХ-совместимых продуктов и готовы к смене стандарта АТХ на ВТХ. С поддержкой этих компаний, Intel рассчитывает на то, что
ВТХ станет основным стандартом, преобладающим на рынке уже в 2006 году.
ВЫБОР МАТЕРИНСКОЙ ПЛАТЫ
Выбор материнской платы - это самый важный этап при модернизации
компьютера. Как и при выборе других внутренних устройств ПК, основным
критерием является цель модернизации.
Начинать поиск иной материнской платы для своего компьютера следует с поиска требуемой информации в Internet, где можно посмотреть характеристики. Кроме того, следует посетить какой-нибудь крупный форум, где
опытные пользователи делятся своими впечатлениями о различных моделях
устройств и о тех или иных проблемах, возникших при эксплуатации.
Если пользователь использует ПК, например для офисной работы и изредка как мультимедийное устройство, то может использоваться экономный
вариант материнской платы, такой, как, например, AsRock, у которой соотношение цены и качества довольно неплохое.
Основные характеристики современных материнских плат, на которые
следует обращать внимание при покупке или модернизации компьютера:
 компания-производитель;
 форм-фактор;
 тип установленного на плате чипсета;
 тип и быстродействие поддерживаемых платой процессоров;
 тип и быстродействие поддерживаемых платой модулей оперативной памяти;
 расширение. Пользователю следует помнить основное – не существует
способов увеличения надежности платы путем интеграции на нее дополнительных микросхем. Каждая дополнительная микросхема, каждый «внешний» по отношению к чипсету контроллер потенциально снижает надежность платы. Поэтому можно сделать вывод: если на плате встроены контроллеры, которые вряд ли когда-нибудь будут использованы, то это минус
без потенциальных плюсов. Не стоит покупать нечто в составе платы, если
оно не нужно сегодня или завтра, лучше купить потом в виде отдельной
карты расширения. Кроме того, при модернизации системы внешние контроллеры имеют одну очень приятную особенность: их можно установить
19
на новую плату в отличие от встроенных;
 скорость. Данный параметр для опытного пользователя не является решающим, т.к в большинстве случаев требуется стабильно работающая плата.
Пользователь получит намного больше, чем те 5-6% скорости, которыми,
как правило, отличаются системные платы, предназначенные для установки однотипных CPU (да и то наблюдаются эти 5-6% обычно в низкоуровневой «синтетике», а в большинстве реальных приложений разница, как
правило, не более 1-2%). Для увеличения быстродействия существует масса других способов, намного более эффективных и намного меньших по
трудозатратам;
 охлаждение - это важный фактор для стабильности и скорости работы оборудования. Необходимо уделять внимание на наличие всевозможных радиаторов и вентиляторов на всей плате.
Не рекомендуется устанавливать платы, в которых на микросхеме северного моста стоит активное охлаждение (радиатор + вентилятор), вряд ли там
установлены дорогие и надежные вентиляторы. А дешевый и простенький
через какой-нибудь год активной работы компьютера забьется пылью и
умрет.
Предпочтение следует отдавать достаточно высоким «игольчатым» радиаторам. При отсутствии вентилятора такой дизайн радиатора обеспечивает
максимально эффективное его охлаждение потоками воздуха внутри корпуса.
Менее предпочтительными являются высокие «пластинчатые» радиаторы,
даже если их пластины достаточно узки и их много. В таких радиаторах
воздушные потоки, дующие «поперек» плоскости пластин, будут охлаждать их намного хуже.
Наихудшими вариантами из всех являются маленькие плоские «пластинчатые» радиаторы или радиаторы с очень коротенькими «иголочками», а
также подавляющее число «украшательских» решений. Фактически, такой
радиатор является на 70% (это по самым мягким оценкам) сплошной бутафорией. Он разве что способен чуть-чуть компенсировать мгновенный
кратковременный нагрев, но от последствий постоянного перегрева он чип
20
не спасет.
Очень многое о качестве может рассказать способ крепления. Если на плате
наблюдаются специальные «прижимы» для радиатора, то с высокой степенью вероятности это свидетельствует о том, что между чипом и радиатором находится термопаста.
Если же крепление у радиатора отсутствует, то можно утверждать, что он к
чипу приклеен. И, скорее всего, приклеен он липкой пластиковой лентой,
теплопроводящие способности которой очень далеки даже от самой посредственной термопасты. Это означает что охлаждающие способности такого радиатора искусственно снижены (именно за счет способа крепления);
 вентиляция самого корпуса и вентилятора на процессоре;
 стабилизация - ёмкость конденсаторов-стабилизаторов, определяющая стабильность работы платы. Количество и емкость конденсаторов на плате
сами по себе ни о чем не говорят. Для хорошо спроектированной платы
много конденсаторов большой емкости не являются жизненной необходимостью. Для плохо спроектированной платы много конденсаторов — почти
обязательно.
Скорее всего, большое количество конденсаторов (по сравнению с другими
платами на базе того же чипсета и с аналогичной функциональностью),
«разбросанных» более-менее равномерно по всей плате, а не сосредоточенных компактными группками в определенных местах, — это в большинстве случаев является довольно точным признаком не очень качественной
разводки;
 электропитание. На данный момент имеются следующие стандарты подключения кабелей питания к системной плате:
обычный 20-контактный одиночный разъем ATX. Пришел с появлением стандарта ATX и сохранился до времен выхода первых систем с процессорами Pentium 4;
20-контактный ATX + 4-контактный 12V;
20-контактный ATX + 4-контактный 12V + 6-контактный разъем
AUX. Появился впервые в Pentium 4-системах, но постепенно преобразовался
в тип 2;
24-контактный разъем ATX + 4-контактный разъем 12V. Появился с
выходом плат под Pentium 4/Socket 775;
24-контактный разъем ATX + 8-контактный разъем EPS12V. Пришел с серверов, но сейчас такими разъемами оснащаются и некоторые десктопные платы.
Также иногда на платах встречаются дополнительные разъемы под питание
для периферийных устройств (туда вставляется обычный штекер, такой же,
как подключается к винчестерам, оптическим приводам и т.п.). Как правило, таким образом компенсируется отсутствие 4-контактного разъема 12V
на плате либо отсутствие соответствующего коннектора на старом БП. В
целом это, безусловно, «лучше, чем ничего», однако следует понимать и то,
что старый БП может просто не потянуть новую плату с процессором по
21
мощности, а мощность от увеличения количества подсоединений у него не
вырастет;
 встроенная графика. Такие платы могут рекомендоваться только тем пользователям, которые четко себе представляют, что это такое. Всем остальным лучше покупать платы, предусматривающие установку «внешней» видеокарты. В качестве компромиссного решения существуют платы, оснащенные встроенной графикой, но позволяющие устанавливать видеокарту.
По большому счету, данное решение является оптимальным для всех. Есть
одно маленькое «но»: оно, как правило, стоит дороже как плат без встроенной графики, так и тех плат со встроенной графикой, в которые видеокарту
установить не получится. Недостатки встроенной графики:
o бесполезно ждать требуемой скорости;
o проблемы с большими разрешениями. Не стоит рекомендовать ее использование тем, кто собирается работать с разрешением экрана более
1024x768, особенно на CRT-мониторе;
 встроенный звук является сейчас стандартом, плату без звука найти практически невозможно. Проблемы могут возникать только с используемым
стандартом или AC’97, или HDA. Встроенный звук стандарта HDA (при
хорошем качестве его реализации на плате) однозначно лучше AC'97: он
может соперничать со старыми PCI-картами. Разумеется, именно в качестве, а не в трехмерных эффектах;
 возможность разгона. Следует отметить, что материнских плат, конструктивно предусматривающих возможность разгона, не существует. Есть
оверклокерский BIOS, который может быть написан для любой платы. И
есть лишь две разновидности системных плат: правильно спроектированные и качественно изготовленные и неправильно спроектированные и некачественно изготовленные. Правильно спроектированная и качественно
изготовленная системная плата обладает неким запасом прочности, позволяющем ей сохранять работоспособность даже в нештатных режимах.
«Плохая» плата работает уже и так на пределе, поэтому малейшие отклонения от него вводят ее в ступор.
Единственным достоинством т.н. «оверклокерских» плат является возможность управлять из BIOS микросхемами преобразователей напряжения и
частотными генераторами, а также фиксировать частоту шин при промежуточных частотах FSB. Следует понимать, что физически такая возможность
присутствует в любой плате: в процессе инициализации BIOS все равно
определяет, какими должны быть частоты и напряжения, и соответствующим образом инициализирует чипы. В «оверклокерских» платах возможность управления этими параметрами вынесена в меню BIOS. В платах, не
поддерживающих разгон, это спрятано внутрь и происходит «на автомате».
Сами микросхемы преобразователей напряжения и частотных генераторов
и там, и там в 99% случаев стоят совершенно одинаковые. Специальный
оверклокерский дизайн плат — это маркетинговое понятие. «Оверклокерской» может считаться практически любая грамотно спроектированная и
22
качественно изготовленная плата, которая ДОЛЖНА иметь запас прочности, и к оверклокингу это никакого отношения не имеет;
 комплектация. Сравнение комплектации одной платы с комплектацией
другой обычно сводится к сравнению стоимости. Т.е. если к плате придется
«прикупать» дополнительные шлейфы (или еще что-то), то стоимость всей
дополнительной комплектации должна быть прибавлена к стоимости платы, чтобы сравнение цены с «конкуренткой», комплектация которой лучше,
было справедливым.
Можно считать, что комплектация лучше, если:
o используются «скругленные» шлейфы Parallel
ATA и FDD - их проще устанавливать и они создают меньше «беспорядка» внутри корпуса, и,
как следствие, улучшают вентиляцию;
o в комплекте с платой поставляется нужное ПО
типа Norton Internet Security или Power Quest
Partition Magic;
o в комплекте с платой идут дополнительные
планки, позволяющие вывести на заднюю стенку корпуса интерфейсные разъемы, которых нет на задней панели самой платы. Бывает
так, что возможность подсоединения планки с дополнительными портами USB или COM-портом сама плата поддерживает, а планки в комплекте нет;
 внешний вид. На практике проверено, вид самой платы может немало рассказать о её работоспособности, если компания не уделила внимания
внешнему виду, то вряд ли можно рассчитывать на её надёжность;
 OEM или Retail упаковка. RETAIL — это плата, упакованная с целью исключения механических повреждений в специально сконструированную
коробку (картонные или пенопластовые «вставки» сложной формы, прокладки, коробки внутри коробки и т.д.). OEM — это платы, официально
предназначенные не для продажи в розничных торговых сетях, а для использования сборщиками готовых компьютеров. Они не имеют собственной коробки, плата со шлейфами упаковывается в пластиковый пакет, а при
транспортировке пакеты с платами в количестве нескольких десятков штук
укладываются в одну большую коробку. Коробка с OEM-платами вскрывается не у продавца, а у более крупного дилера, для того чтобы поштучно
распродать их мелким продавцам, что иногда приводит к физическим повреждениям в процессе транспортировки до конечной точки продажи. Повреждения эти не всегда можно обнаружить при визуальном осмотре, более
того, в наиболее неприятных случаях плата даже сохраняет некоторую работоспособность, просто ведет себя странно. Хотя чисто теоретически платы в OEM-комплектации не могут продаваться в розницу, на практике это
встречается на каждом шагу. Вывод: если продавец предлагает плату не в
фирменной коробке, а в пластиковом пакете, это, скорее всего, OEM-плата.
Приобретая ее, имеется риск приобрести товар с механическими поврежде-
23
ниями;
 количество слотов под карты расширения должно определяться самим
пользователем с учетом потребностей и возможной модернизации. Совершенно не обязательно, чтобы количество слотов было максимальным.
Например, подход может быть таким:
o слот для замены встроенного звука на внешний;
o слот для установки сетевой карты;
o слот для контроллера FireWire для подключения цифровой видеокамеры;
o слот для подключения внешнего накопителя;
o запасной слот.
Впрочем, если пользователь не собирается устанавливать плату формата
mATX, можно поступить еще проще и выбрать ATX-плату с максимально
возможным количеством слотов. Для плат с PCI это число равняется шести. Однако нельзя забывать, что в группе 5-слотовых плат может присутствовать масса дополнительных предложений и не стоит отказываться от
них;
 количество разъемов для модулей памяти. Опыт показывает, что количества разъемов для подключения памяти всегда не хватает. Поэтому рекомендация проста - при прочих равных всегда выбирать из двух плат ту, на
которой разъемов для памяти больше. Для нормальных десктопов (в «полновесном» ATX-корпусе) лучше всего устанавливать платы с четырьмя
разъемами (а mATX - с тремя).
Отдельного замечания заслуживают время от времени выходящие у некоторых производителей ATX-платы с шестью разъемами, но следует учитывать, что каждый чипсет поддерживает лишь определенное количество
«банков» памяти и не всегда удастся забить все 6 разъемов любой комбинацией модулей. Поэтому 6 разъемов под DIMM скорее излишество, чем
необходимость. Кроме того, от каждого разъема отходит весьма большое
количество проводников, и если их 6 штук, то это очень сильно усложняет
разводку.
Можно сделать примечание для любителей разгона: чем меньше разъемов, тем проще разводка. От удаленного разъема памяти к чипсету или
процессору идет более длинный проводник, что также не способствует
стабильности функционирования платы в нештатном режиме. Кроме того,
каждый дополнительный модуль памяти создает дополнительную нагрузку на цепи питания;
 удобство сборки. Данный параметр важен только для профессиональных
сборщиков или тех, кто достаточно часто разбирает системный блок.
Для пользователя может быть предложен следующий алгоритм выбора
новой материнской платы:
Сначала выбирается процессор. Выбирать тип процессора следует до
выбора системной платы, потому что, несмотря на скромные размеры, процессор в намного большей степени определяет функциональность компьюте-
24
ра, чем системная плата. Платы до предела унифицированы, т.е. по функциональности большинство плат очень похожи друг на друга. А среди процессоров есть, как минимум, 3-4 различных архитектуры, каждая из которых обладает своими, только ей свойственными достоинствами и недостатками. Поэтому, только определившись с процессором, следует выбирать под него системную плату.
Выбор системной платы. Можно дать основную рекомендацию – не
поддаваться агрессивному маркетингу и не гоняться за новизной. Тем, кто
желает получить в результате стабильно и беспроблемно работающий компьютер, не нужно устанавливать ни одну плату, которая появилась на рынке
менее 2-3 месяцев назад. К сожалению, в платах бывают ошибки и в новых
чипсетах бывают ошибки. И никакая репутация, никакой послужной список и
«уровень громкости» брэнда не являются в данном случае 100% гарантией.
Выбор чипсета. Проблема выбора чипсета — одна из самых сложных
проблем, с которыми сталкиваются покупатели системных плат. Как правило, для одного и того же процессора можно подобрать различные системные
платы на базе нескольких чипсетов. Всего же производителей чипсетов для
настольных ПК на данный момент в секторе Intel-платформы — Intel, VIA,
SiS, ATI, а в секторе AMD —VIA, SiS, NVIDIA, ATI. Легко заметить, что
VIA, SiS и ATI «обслуживают» всех, Intel не делает чипсетов для процессоров AMD, а NVIDIA пока не делает чипсетов для процессоров Intel, хотя,
возможно, скоро начнет.
.1Любой современный чипсет вполне нормально справляется с функциями, которые указаны в его характеристиках, в 99% случаев. С функциями можно ознакомиться на сайте производителя.
.2По функциональности чипсеты, выпущенные различными производителями примерно в одно время, совпадают практически идеально.
.3В общем случае для обыкновенного, рядового пользователя, которому
нужно «всего понемножку», проблемы выбора чипсета не должно существовать - есть системная плата, которая имеет некие характеристики: поддержку процессоров определенного типа, памяти, накопителей,
видеокарт, разъемы для подключения внешних устройств и прочее.
РЕМОНТ МАТЕРИНСКОЙ ПЛАТЫ
Причиной выхода из строя материнских плат зачастую является недобросовестность многих мелких (впрочем, иногда и крупных) компьютерных
фирм.
Можно разделить все причины поломок на две категории: по вине
пользователя и по вине «внешних» обстоятельств. Дело в том, что чаще всего
встречаются вполне характерные и ожидаемые неисправности, главное - четко знать причину, повлекшую поломку.
Чаще всего по вине пользователей возникают те или иные механические повреждения. К таковым можно отнести поломки разъемов, поцарапан-
25
ные соскочившей отверткой дорожки, простую неаккуратность, ставшую
причиной короткого замыкания, например, попавшую на контакты скрепку.
Также возможно выгорание порта клавиатуры или LPT при ненадлежащем
обращении с последними.
Действие «внешних» обстоятельств чаще всего заключается в некачественном питании и перегреве, впрочем, виной полной или частичной неисправности платы может стать и некачественное устройство, установленное в
компьютер. Нередки поломки, происходящие по вине разработчиков из-за
просчетов при проектировании устройства или из-за использования некачественных радиоэлементов.
Независимо от типа неисправности для ее устранения понадобится ряд
материалов и инструментов:
 паяльная жидкость и припой;
 паяльник обычный, желательно мощностью не более 40 ватт и работающий
от низкого напряжения через трансформатор;
 паяльник газовый либо монтажный фен, последний хоть и дороже, но гораздо предпочтительней;
 скальпель, ножницы, спирт;
 мультиметр;
 индикатор POST-кодов или тестовый BIOS.
Неисправность портов ввода-вывода. Одной из самых частых неисправностей является выход из строя портов выводов (LPT,COM,PS/2 и др.).
Чаще всего она заключается в том, что, к примеру, периодически отходит
контакт в разъеме клавиатуры или мыши. Такая проблема встречается на
компьютерах, к которым часто подключаются и отключаются устройства.
Разъемы эти не вечные, имеют весьма ограниченный ресурс подключений/отключений кабелей и при интенсивном использовании разваливаются
или разрабатываются настолько, что штекер в них просто не держится. То же
самое касается слотов PCI и AGP: при неаккуратном обращении они могут
быть повреждены, после чего не будут обеспечивать нормальный контакт с
устройством.
Поменять разъем на плате в принципе несложно, но тут есть несколько
«но». Во-первых, нужно найти такой же разъем, во-вторых, снять его, не повредив, и в-третьих, снять неисправный разъем, не испортив печатную плату,
и установить на его место новый. Следует предупредить, что выпаять разъем
обычным паяльником, не повредив печатную плату или сам разъем, практически невозможно. Подобное можно осуществить только с газовым паяльником либо с монтажным феном. В противном случае легко получить не подлежащую ремонту плату с облезшими от продолжительного нагрева дорожками. Суть в том, что при помощи газового паяльника легко достаточно
быстро и равномерно прогреть все ножки разом и если разъем не выпадет
сам, просто вытащить его из платы, в то время как с обычным паяльником
придется прогревать каждую ножку отдельно либо искать специальные пере-
26
ходники для каждого типа разъемов.
После извлечения целого разъема, предназначенного для пересадки, с
ножек разъема следует снять припой и выровнять их пинцетом. Демонтировав неисправный разъем, нужно почистить место пайки спиртом и с помощью обычного паяльника и иголки восстановить залитые припоем отверстия
на месте контактов. После этого, предварительно нанеся на место пайки паяльную жидкость, можно просто вставить новый разъем на место старого и
путем прогрева все тем же газовым паяльником припаять его обратно.
Механические неисправности. Обычно это повреждение отверткой
дорожек печатной платы. В большинстве случаев, если поврежден только
верхний слой, последствия подобной неаккуратности можно легко устранить.
Печатные платы современных материнских плат имеют по 5-6 слоев, и если
верхний и нижний доступны, то с внутренними повреждениями уже ничего
не поделаешь. Чаще всего подобные «царапины» возникают в тех местах, где
находятся отверстия под винты, и около процессорного сокета. Обычно производители специально не ставят никаких элементов в непосредственной
близости от этих мест, дабы снизить вероятность повреждения при сборке, но
бывает и по-другому.
Существуют несколько вариантов такого повреждения и методы их
устранения:
 соскочившая отвертка прорезала несколько дорожек. Это самый простой
случай. Для восстановления дорожек проще всего использовать медные волоски из обычных низковольтных проводов. Для этого следует снять лак с
восстанавливаемых каналов примерно на 1 мм, после чего залудить дорожки и медные волоски и аккуратно припаять их к местам разрывов;
 отвертка, кроме дорожек на печатной плате, попала по ножкам чипа, в результате ножки были деформированы, но от чипа не отвалились, только
отошли в некоторых местах от печатной платы. При таком повреждении ни
в коем случае нельзя стараться вернуть ножки в исходное положение. Это
закончится тем, что они отвалятся совсем и придется менять микросхему.
Нужно с помощью увеличительного стекла и скальпеля поправить ножки
ровно настолько, чтобы ликвидировать между ними замыкания, и осторожно припаять оторвавшиеся от печатной платы обратно;
 повреждены детали печатной платы, причем на поврежденных деталях нет
маркировки или ее невозможно прочитать (элемент рассыпался от удара).
Это самая сложная ситуация. В этом случае придется искать точно такую
же материнскую плату и определять разновидность поврежденного элемента либо искать точно такую же сгоревшую плату и снимать элемент с нее;
 поломка пластиковых лепестков процессорного сокета. Из-за такой неисправности полностью рабочая плата становится негодной в силу невозможности установить на процессор систему охлаждения. В этом случае
остается только менять сокет целиком. Но это достаточно сложная операция и, не имея большого опыта пайки, наверняка сделаешь еще хуже, поэтому материнскую плату с такой неисправностью лучше всего отнести в
27
сервис-центр, чтобы сокет поменяли там, благо стоит это совсем недорого.
Неисправности питания. Нередки случаи выгорания материнской
платы из-за некачественного питания. Все дело в некачественных, дешевых
комплектующих, из которых собраны такие блоки. В лучшем случае, проработав до окончания гарантии, они сгорают из-за быстрого изменения характеристик низкосортных деталей.
Если материнская плата вышла из строя по этой причине, скорее всего,
пострадали узлы, отвечающие за питание отдельных устройств, установленных на матери. В таком случае нужно проверить наличие и соответствие
норме напряжений на процессоре, оперативной памяти и шине PCI. Но перед
этой трудоемкой процедурой стоит провести предварительный анализ ситуации с помощью индикатора POST-кодов, он укажет на явно неисправные узлы. Протестировав плату и определив по указанному коду неисправный участок, можно приступать к более детальной диагностике и ремонту.
Предположим, что индикатор указал на проблему с процессором. Проверка выявила, что на CPU не поступает питающее напряжение (подобная
ситуация может сложиться и с другими устройствами, имеющими отдельную
подачу энергии). Таким образом, логично сделать вывод, что неисправна система питания процессора. Питание CPU и многих других устройств основано на так называемых ШИМ-контроллерах (ШИМ - широтно-импульсная
модуляция). ШИМ представляет собой управляемый стабилизатор напряжения, с помощью которого можно получить различные его значения (для разных процессоров или при оверклокинге). Помимо ШИМ в таком «узле» питания содержатся дополнительные стабилизаторы, конденсаторы, транзисторные ключи и прочие элементы, но чаще всего выходит из строя именно
сам ШИМ. Стоит упомянуть, что при скачке напряжения, вызванном сгоранием блока питания, также может произойти пробой (с закипанием и, иногда,
вздутием) электролитических конденсаторов, установленных в цепи питания.
Для точной диагностики работы ШИМ лучше иметь осциллограф, но
если его нет, можно обойтись и простым мультиметром. В первую очередь
нужно попытаться найти информацию об уязвимых местах схемы питания
данной модели платы. Если ничего выяснить не удалось, следует проверить
цепь питания на предмет короткого замыкания. Если оно присутствует, скорее всего, дело либо в одном из стабилизаторов питания, либо в каком-то
конденсаторе. Устранив короткое замыкание, нужно «прозвонить» цепь и
проследить путь от процессора до ШИМ, то есть найти и проверить поочередно (при включенной плате) все элементы, стоящие в цепи питания. Таким
образом, можно отыскать точку, в которой пропадает напряжение, и возможного виновника неисправности. После извлечения из платы сгоревшего компонента необходимо найти описание основных элементов схемы питания и
проверить ее на наличие коротких замыканий и несоответствующих документации напряжений. Затем можно устанавливать новый элемент, не опасаясь его испортить. Неисправности в цепи питания материнской платы могут
возникать также по вине производителя. Чаще всего это выражается в стре-
28
мительно высыхающих электролитических конденсаторах (причины могут
быть очень разные: от низкого качества конденсаторов до перегрева), которые при этом теряют свою емкость и могут вызвать короткое замыкание. Чаще всего в результате этого внешний вид элементов схемы не меняется, но
плата не работает. Алгоритм поиска неисправности такой же, как и в предыдущем случае;
 материнская плата формата ATX не включается вообще. Если есть осциллограф, нужно проверить работу тактового генератора. За нее отвечает
кварц с маркировкой 32768 Гц. Чаще всего, он выглядит как маленький
блестящий цилиндр с двумя ножками. Если осциллографа нет, можно попробовать просто его поменять, сняв с любой другой материнской платы;
 все необходимые напряжения присутствуют, но система не запускается,
процессор не греется. Нужно вышеуказанным способом проверить работу
кварца 14,318 МГц.
Проблемы с охлаждением. Иногда, через довольно продолжительное
время после покупки, материнская плата может неожиданно начать работать
с перебоями. В этом случае стоит снять радиатор с северного моста и проверить качество термического интерфейса. Если производитель сэкономил и
вместо хорошей термопасты поставил дешевый термоскотч, то мост начинает
перегреваться, термоскотч – высыхать. Иногда не бывает никакого термоинтерфейса, а сам радиатор имеет неровную подошву. Чтобы устранить проблему, необходимо удалить остатки старого термоинтерфейса, выровнять и
отполировать подошву радиатора и нанести слой качественной термопасты.
При покупке дешевых плат стоит произвести эту процедуру сразу, не дожидаясь возникновения проблем.
Неисправности BIOS. Неисправности, связанные с BIOS, встречаются
очень часто. Виновниками чаще всего являются программисты, написавшие
прошивку, и вирусы. Впрочем, нередки случаи, когда сам пользователь «убивает» BIOS, к примеру, прошивая его не той микропрограммой. Несмотря на
большое разнообразие причин, результат всегда один и тот же - не запускающаяся система.
Типичные причины порчи микропрограммы:
 разгон процессора иногда вызывает сбой работы BIOS, и хотя микропрограмма цела, система не запускается. В большей части случаев проблема
устраняется сбрасыванием настроек CMOS с помощью соответствующего
джампера;
 действие вируса типа WINCIH. При этом содержимое BIOS перезаписывается мусором. Некоторые современные материнские платы от такой опасности защищены. Например, большинство GIGABYTE имеют двойной
BIOS, то есть на плате установлено две микросхемы: одна - перезаписываемая, другая - нет. Благодаря такой системе, в случае порчи одной прошивки работу на себя берет вторая;
 порча микросхемы с прошивкой либо порча микропрограммы, например,
из-за скачка напряжения;
29
 действия неопытного пользователя. Как правило, это выражается в том, что
пользователь по тем или иным причинам плохо прошивает BIOS.
Способ ремонта данной неисправности сильно зависит от модели материнской платы. Варианты восстановления испорченной прошивки:
 некоторые модели материнских плат поддерживают Recovery Mode. Этот
режим либо запускается автоматически при порче микропрограммы, либо
устанавливается специальным джампером на плате. В Boot Block BIOS есть
специальная программа для восстановления прошивки. Если при сбое этот
блок остался цел, то процедура восстановления BIOS очень проста. Для
этого надо сделать загрузочную дискету в DOS и поместить на нее программу-прошивальщик и файл с прошивкой. При включении система автоматически начнет загружаться с дискеты и даст возможность перезаписать
микропрограмму. Казалось бы, все совсем просто, но тут есть одна неприятная особенность: если версия программы старая, AGP-видеокарту она не
увидит и придется все делать вслепую либо заранее писать соответствующий скрипт;
 если материнская плата не поддерживает режим восстановления, не обязательно искать программатор – в этой роли может выступить другой рабочий компьютер. Единственным условием тут является совместимость типов микросхем, то есть материнская плата другого компьютера должна
поддерживать микросхемы того же объема, что и восстанавливаемая, так
как BIOS бывают разного размера. Наиболее часто встречаются микропрограммы размером 1 Мб, 2 Мб и 4 Мб. Сама операция довольно проста: на
рабочем компьютере аккуратно снимается микросхема BIOS, далее на ее
корпус наклеивается ленточка из изоленты, и микросхема неплотно (чтобы
легко было выдернуть) вставляется обратно. Далее на компьютере загружается DOS, и микросхема вынимается таким образом, чтобы первая и последняя ножки были выдернуты последними. После этого вставляется
флэшка, которую надо прошить. Вставлять надо опять же так, чтобы первая
и последняя ножки были вставлены первыми. После этого на компьютере
запускается программатор, и микросхема записывается нужной прошивкой.
Однако этот способ опасен, так как можно ненароком сжечь одну из
флэшек, хотя это и случается крайне редко.
Выгорание интегрированных устройств. Во всех современных материнских платах установлено множество интегрированных устройств. Это
сетевые и звуковые контроллеры, модемы, различные порты ввода-вывода. К
сожалению, они тоже довольно часто сгорают.
Многие из этих устройств не интегрированы в чипсет, а представлены
отдельными микросхемами, распаянными на плате. Таким образом, их тоже
достаточно легко заменить. Зачастую на материнскую плату устанавливаются устройства на стандартных чипах, тех же, на основе которых выпускаются
внешние устройства или PCI-платы. Например, если сгорела интегрированная звуковая карта, то можно поставить чип, снятый либо с такой же материнской платы, либо с PCI-карточки.
30
Индикатор POST-кодов предназначен для мониторинга состояния материнской платы и при ее включении выводит данные о тестируемом участке
в виде шестнадцатеричных кодов на индикатор. По его показаниям с большой вероятностью можно найти неисправный узел. Тестовый BIOS - это
сильно упрощенная версия индикатора, которая вставляется вместо «родного» BIOS и сообщает о состоянии платы звуковыми сигналами.
МИКРОПРОЦЕССОР
Процессор современного персонального компьютера (Central Processor
Unit, CPU) - это главный элемент компьютера, представляющий собой небольшую интегральную микросхему. Предназначен для выполнения всех
наиболее сложных и ответственных задач: он выполняет все необходимые
математические и логические операции, осуществляет управление устройствами компьютера, контролирует правильность их работы, обрабатывает
поступающую от различного оборудования информацию и формирует результаты этой обработки.
Современные микропроцессоры могут совершать до 4 млрд операций в
секунду.
ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
I4004. 15 ноября 1971 г. можно считать началом новой эры в электронике. В этот день компания приступила к поставкам первого в мире микропроцессора Intel 4004 - именно такое обозначение получил первый прибор,
послуживший отправной точкой абсолютно новому классу полупроводниковых устройств. С тех пор фирма Intel (INTegrated Electronics) прочно удерживает лидирующее положение на данном сегменте рынка. Максимальная тактовая чистота этого прапрадедушки современных «числодробилок» составляла всего 750 кГц.
I8080. Реализация ряда следующих проектов фирмы Intel по разработке
микропроцессоров на одном кристалле (i4040, i8008) возвестила о наступлении новой эры персональных компьютеров. Наиболее успешным был проект
разработки микропроцессора i8080. Кстати, впоследствии именно на этом
микропроцессоре был основан компьютер «Альтаир», для которого Бил
Гейтс написал свой первый интерпретатор Бейсика. Этот 8-разрядный микропроцессор был выполнен по n-канальной МОП-технологии (n-MOS), а его
тактовая частота не превышала 2 МГц. Классическая архитектура i8080 оказала огромное влияние на дальнейшее развитие однокристальных микропроцессоров.
I8086. В 1976 году фирма Intel начала усиленно работать над микропроцессором 8086, который появился на рыке в июне 1978 года и стал популярен благодаря компьютеру Compaq DeskPro. Размер его регистров по сравнению с 8080 был увеличен в два раза, что дало возможность увеличить его
производительность в 10 раз. Кроме того, размер информационных шин был
31
увеличен до 16 разрядов, что дало возможность увеличить скорость передачи
информации на микропроцессор и с него в два раза. Размер его адресной шины также был существенно увеличен - до 20 битов. Это позволило 86-му
прямо контролировать 1М оперативной памяти.
I8088. Несмотря на заслуженный успех i8080, настоящим промышленным стандартом для персональных компьютеров стал микропроцессор i8088,
который был анонсирован Intel в июне 1979 года, а в 1981 фирма IBM выбрала этот микропроцессор для своего первого персонального компьютера. Новый чип содержал примерно 29 тысяч транзисторов. Одним из существенных
достоинств микропроцессора i8088 была возможность (благодаря 20 адресным линиям) физически адресовать область памяти в 1 Мбайт. Здесь следует,
правда, отметить, что для IBM PC в этом пространстве было отведено всего
лишь 640 Кбайтов. Хотя с внешними периферийными устройствами (дисками, видео) i8088 был связан внешней 8-разрядной шиной данных, его внутренняя структура (адресуемые регистры) позволяла работать с 16разрядными словами.
Как известно, на системной шине IBM PC для передачи данных было
отведено 8 линий (1 байт). Первоначально микропроцессор i8088 работал на
частоте 4,77 МГц и имел быстродействие 0,33 MIPS (Million Instruction Per
Second), однако впоследствии были разработаны его клоны, рассчитанные на
более высокую тактовую частоту (например, 8 МГц).
I80286. Опираясь на архитектуру i8086 и учитывая запросы рынка, в
феврале 1982 года фирма Intel выпустила свой новый микропроцессор i80286. Новый ЦП в 3—6 раз превзошел своего предшественника (i8086) при
тактовой частоте первой модификации 8 МГц. Благодаря использованию
многовыводного корпуса, разработчики смогли применить схему с раздельными шинами адресов и данных.
Вместо 20-разрядной адресной шины 8088/8086 80286 имел 24разрядную шину. Эти дополнительные 4 разряда давали возможность увеличить максимум адресуемой памяти до 16 Мбайтов, такую же емкость имели
тогда и старшие модели большинства мэйнфреймов. Встроенная система
управления памятью и средства ее защиты открывали широкие возможности
использования МП в многозадачных средах. Кроме того, аппаратура i80286
обеспечивала работу с виртуальной памятью объемом до 1 Гбайта.
На кристалле было реализовано около 130 тысяч транзисторов. Наряду
с увеличением производительности этот микропроцессор мог теперь работать в двух режимах:
 реальном, который был похож на обычный режим работы i8088/86 с несколько расширенной системой команд и прекрасно подходил тем потребителям, для которых, помимо скоростных характеристик, жизненно важным было сохранение существующего задела ПО;
 защищённом, использующем более изощрённую технику управления памятью. В частности, защищённый режим работы позволял, например, таким
программным продуктам, как Windows 3.0 и OS/2, работать с оперативной
32
памятью свыше 1 Мбайта.
Благодаря 16 разрядам данных на новой системной шине, которая была
впервые использована в IBM PC/AT286, микропроцессор мог обмениваться с
периферийными устройствами 2-байтными сообщениями. 24-адресные линии
нового микропроцессора позволяли в защищённом режиме обращаться уже к
16 Мбайтам памяти. В микропроцессоре i80286 впервые на уровне микросхем были реализованы многозадачность и управление виртуальной памятью. При тактовой частоте 8 МГц достигалась производительность 1,2 MIPS.
I80386. Был создан Intel в 1985 году. Этот первенец 32-разрядных систем имел все права на звание процессора для ЭВМ общего назначения. В
последствии процессор i80386 получил окончание DX.
Использование КМОП-технологии с проектными нормами 1 мкм и
двумя уровнями металлизации позволило разместить на кристалле 275 тыс.
транзисторов и реализовать полностью 32-разрядную архитектуру ЦП.
С увеличением шины данных до 32 битов, число адресных линий также
было увеличено до 32. Само по себе это расширение позволило
микpопpоцессоpу прямо обращаться к 4Гб физической памяти и виртуальной
памяти емкостью до 64 Тбайтов.
Помимо работы с виртуальной памятью допускались операции с памятью, имевшей страничную организацию. Предварительная выборка команд,
буфер на 16 инструкций, конвейер команд и аппаратная реализация функций
преобразования адреса значительно уменьшили среднее время выполнения
команды. Благодаря этим архитектурным особенностям, процессор мог выполнять 3 - 4 млн команд в секунду, что примерно в 6 - 8 раз превышало аналогичный показатель для МП i8086. Безусловно, новый прибор остался совместимым со своими предшественниками на уровне объектных кодов.
Особый интерес представляли три режима работы кристалла:
 реальный, в котором обеспечивалась совместимость на уровне объектных
кодов с устройствами i8086 и i80286, работающими в реальном режиме.
При этом архитектура i80386 была почти идентична архитектуре 86-го
процессора, для программиста же он вообще (после включения питания)
представлялся как быстрый ЦП i8086, выполняющий соответствующие
программы с большей скоростью и обладающий расширенной системой
команд и регистрами. Благодаря этим качествам 32-разрядного продукта
компания сохранила прежних клиентов, которые хотели модернизировать
свои системы, не отказываясь от имевшегося задела в области программного обеспечения, и привлекла тех, кому изначально требовалась высокая
скорость обработки информации;
 защищенный. Одно из основных ограничений реального режима было связано с предельным объемом адресуемой памяти, равным 1 Мбайту. От него
свободен защищенный режим, позволяющий воспользоваться всеми преимуществами архитектуры нового ЦП. Защищённый режим был полностью
совместим с аналогичным режимом в i80286. Тем не менее в этом режиме
i80386 мог выполнять и свои «естественные» (native) 32-разрядные про-
33
граммы. Размер адресного пространства в этом случае увеличивался до
4 Гбайтов, а объем поддерживаемых программ - до 64 Тбайтов. Системы
защищенного режима обладали более высоким быстродействием и возможностями организации истинной многозадачности;
 режим виртуального процессора (V86), который открывал возможность
одновременного исполнения ОС и прикладных программ, написанных для
МП i8086, i80286 и 80386. Поскольку объем памяти, адресуемой 386-м
процессором, не ограничен значением 1 Мбайта, он позволял формировать
несколько виртуальных сред i8086.
Первым компьютером, использующим этот процессор, был Compaq
Desk Pro 386 (другие источники говорят о лидерстве фирмы ALR). Полностью 32-разрядная архитектура (32-разрядные регистры и 32-разрядная
внешняя шина данных) в новом микропроцессоре была дополнена расширенным устройством управления памятью MMU (Memory Management Unit),
которая помимо блока сегментации (Segmentation Unit) была дополнена блоками управления страницами (Paging Unit). Это устройство позволяло легко
переставлять сегменты из одного места памяти в другое (свопинг) и освобождать драгоценные килобайты памяти. На тактовой частоте 16 МГц быстродействие нового процессора составляло примерно 6 MIPS.
I80386SX. Процессор как более дешёвая альтернатива 32-разрядному
i80386 появился в июне 1988 года. Главное отличие - это 16-битный
вход/выход шины данных. Как следствие, его внутренние регистры заполняются в два шага.
Все процессоры семейства 486 имеют 32-разрядную архитектуру, внутреннюю кэш-память 8 Кб (у DX4 - 16 КВ). Модели SX не имеют встроенного
сопроцессора, он был вынесен на плату. Модели DX2 реализуют механизм
внутреннего удвоения частоты (например, процессор 486DX2-66 устанавливается на 33-мегагерцовую системную плату), что позволяет поднять быстродействие практически в два раза, так как эффективность кэширования
внутренней кэш-памяти составляет почти 90 процентов. Процессоры семейства DX4 486DX4-75 и 486DX4-100 предназначены для установки на 25- и
33-мегагерцовые платы.
24-разрядная адресная шина (адресуемое пространство - 16 Мбайтов)
стала особенно удобной для стандарта PC/AT, системная шина которых использует только 16 линий данных. Благодаря дешевизне нового изделия
многие производители «железа» стали заменять уже устаревший микропроцессор i80286 на более производительный i80386SX. Одним из решающих
факторов для замены была полная совместимость 32-разрядных микропроцессоров: программное обеспечение, написанное для i80386DX, корректно
работало и на i80386SX. Дело в том, что внутренние регистры их были полностью идентичны. Надо отметить, что уже к концу 1988 года микропроцессор i80386SX выпускался в количестве, существенно превосходящем рекордные показатели для i80386DX. Кстати, говорят, что индекс SX произошёл от
слова SiXteen (шестнадцать), поскольку разрядность внешней шины данных
34
нового тогда процессора была именно такой. В дальнейшем, правда, для 486
процессоров SX стал означать отсутствие математического сопроцессора.
I486DX. На осенней выставке Comdex в 1989 году фирма Intel впервые
анонсировала выпуск 32 разрядного прибора второго поколения - микропроцессора i486DX, который содержал 1,2 миллиона транзисторов на одном кристалле и был полностью совместим с процессором ряда х86. В борьбе с микропроцессорами-клонами фирма Intel намеренно убрала из названия нового
устройства число 80.
Новая микросхема впервые объединила на одном чипе такие устройства, как центральный процессор, математический сопроцессор и кэшпамять. Использование конвейерной архитектуры, присущей RISCпроцессорам, позволило достичь четырёхкратной производительности обычных 32-разрядных систем. Это связано с уменьшением количества тактов для
реализации каждой команды. 8-Кбайтная встроенная кэш-память ускоряет
выполнение программ за счёт промежуточного хранения часто используемых
команд и данных. На тактовой частоте 25 МГц микропроцессор показал производительность 16,5 MIPS. Созданная в июне 1991 года версия микропроцессора с тактовой частотой 50 МГц позволила увеличить производительность ещё на 50%. Встроенный математический сопроцессор существенно
облегчал и ускорял математические вычисления. Однако впоследствии стало
ясно, что подобный сопроцессор необходим только 30% пользователей.
I486SX. Появление нового микропроцессора i486SX фирмы Intel стало
одним из важнейших событий 1991 года. Уже предварительные испытания
показали, что компьютеры на базе i486SX с тактовой частотой 20 МГц работают быстрее (примерно на 40%) компьютеров, основанных на i80386DX с
тактовой частотой 33 МГц. Микропроцессор i486SX, подобно оригинальному
i486DX, содержит на кристалле и кэш-память, а вот математический сопроцессор у него заблокирован. Значительная экономия (благодаря исключению
затрат на тестирование сопроцессора) позволила фирме Intel существенно
снизить цены на новый микропроцессор.
Надо сказать, что если микропроцессор i486DX был ориентирован на
применение в сетевых серверах и рабочих станциях, то i486SX послужил
отправной точкой для создания мощных настольных компьютеров. Вообще
говоря, в семействе микропроцессоров i486 предусматривается несколько
новых возможностей для построения мультипроцессорных систем: соответствующие команды поддерживают механизм семафоров памяти, аппаратнореализованное выявление недостоверности строки кэш-памяти обеспечивает
согласованность между несколькими модулями кэш-памяти и т.д. Для микропроцессоров семейства i486 допускается адресация физической памяти
размером 64 Тбайта.
i80386SL. К концу 1991 года 32-разрядные микропроцессоры стали
стандартными для компьютеров типа лэптоп и ноутбук, однако обычные
микросхемы i80386DX/SX не полностью отвечали требованиям разработчиков портативных компьютеров. Для удовлетворения потребностей этого сег-
35
мента рынка в 1990 году фирмой Intel был разработан микропроцессор
i80386SL, который содержал примерно 855 тысяч транзисторов. Данный
микропроцессор представляет собой интегрированный вариант микропроцессора i80386SX, базовая архитектура которого дополнена ещё несколькими
вспомогательными контролерами. По существу, все компоненты, необходимые для построения портативного компьютера, сосредоточены в двух микросхемах: микропроцессоре i80386SL и периферийном контролере i82360SL. В
набор i82360SL впервые введено новое прерывание, называемое System
Management Interrupt (SMI), которое может быть использовано для обработки
событий, связанных, например, с управлением потребляемой мощностью.
Вместе с математическим сопроцессором i80386SL данный набор микросхем
позволяет создать 32-разрядный компьютер на площади, ненамного превышающий размер игральной карты.
I486SL. Микросхема i486SL представляет собой самый производительный процессор серии SL, разработанный фирмой Intel. Анонсированная в
конце 1992 года, эта микросхема объединяет характерные черты двух представителей процессорных семейств Intel: i486DX и i80386SL. По производительности новый процессор не уступает i486DX, но, благодаря пониженному
напряжению питания (3,3 В) и развитой технологии управления энергоснабжения (как в i80386SL), он может эффективно использоваться в портативных
компьютерах. Производительность системы на базе i486SL можно существенно улучшиться благодаря 16-разрядной шине высокоскоростного периферийного интерфейса PI, которая поддерживает быстрый интерфейс графического дисплея и устройств хранения информации на основе флэш-памяти.
По некоторым оценкам, системная плата компьютера на базе i486SL примерно на 60% меньше, чем при использовании i80386SL, а среднее время автономной работы компьютера-блокнота (около 3 часов) может увеличиться на
один час только за счёт использования нового микропроцессора.
I486DX2. В марте 1992 года фирма Intel объявила о создании второго
поколения микропроцессоров 486. Эти микропроцессоры, названные
i486DX2, обеспечили новую технологию, при которой скорость работы
внутренних блоков микропроцессора в два раза выше скорости остальной
части системы. Тем самым появилась возможность объединения высокой
производительности микропроцессора с внутренней тактовой частотой
50(66) МГц и эффективной по стоимости 25/33-мегагерцовой системной платой. Новые микропроцессоры по-прежнему включали в себя центральный
процессор, математический сопроцессор и кэш-память на 8 Кбайтов. Компьютеры, поставляемые на базе микропроцессоров i486DX2, работают приблизительно на 70% производительней тех, что основаны на микропроцессорах
i486DX первого поколения. Несколько позже появились процессоры
i486SX2, в которых, как следует из названия, отсутствует встроенный сопроцессор.
Следует напомнить, что технология умножения частоты стала использоваться также в процессорах OverDrive. По сути, основное различие между
36
процессорами серий DX2 и OverDrive Intel состоит в том, что первые монтируются на системных платах ещё при сборке компьютеров, а вторые должны
устанавливаться самими пользователями. Внутренние функциональные узлы
подобных устройств (математический сопроцессор, кэш, устройство управления памятью, арифметико-логическое устройство) используют удвоенную
тактовую частоту, в то время как остальные элементы системной платы (системная и внешняя кэш-память, вспомогательные микросхемы) работают с
обычной скоростью. Такая организация позволяет увеличить производительность системы, как правило, за счёт хранения части данных и выполняемых
кодов программ во внутренней кэш-памяти. Повышение производительности
процессоров сопровождается существенным увеличением потребляемой
мощности.
В настоящее время технология умноженной частоты (не только в два,
но и, например, в полтора, два с половиной или три раза) находит широкой
практическое применение во всех современных процессорах. Так, фирма
Intel выпускала серию микропроцессоров с умножением частоты - DX4 (кодовое название P24C ). Процессоры этого семейства - 486DX4-75, 486DX4-83
и 486DX4-100 - имеют кэш-память 16 Кбайтов и предназначены для установки в системные платы, работающие на тактовой частоте 25 и 33 МГц. Напряжение питания этих процессоров составляет 3,3 В, количество транзисторов
на кристалле - 1,6 миллиона.
Pentium. Название нового микропроцессора является зарегистрированной торговой маркой корпорации Intel.
Стремительное усложнение программного обеспечения и постоянное
расширение сферы применения компьютеров настоятельно требовали существенного роста вычислительной мощи центральных процессоров ПК и расширяющегося применения RISC-процессоров. Хотя в конце 80-х годов
ХХ века некоторые эксперты предсказывали близкий конец кристаллов СISC,
корпорация Intel вполне справедливо посчитала, что до этого еще далеко и в
микропроцессорах использованы не все возможности СISC-архитектуры.
Кроме того, фирма вряд ли пошла бы на отказ от программной совместимости с предшествующими моделями - стоимость накопленного системного и
прикладного ПО уже измерялась в миллиардах долларов.
Созданные в середине 1989 и 1995 годов процессоры Pentium и Pentium
Pro значительно отличались по своей архитектуре от своих предшественников. В основу архитектуры была положена суперскалярная архитектура, которая и дала возможность получить пятикратное получение производительности Pentium по сравнению с моделью 80486. Хотя Pentium проектировался
как 32-разрядный, для связи с остальными компонентами системы использовалась внешняя 64-разрядная шина.
Системы, построенные на базе Pentium, полностью совместимы с компьютерами, использующими микропроцессоры i8088, i80286, i80386, i486.
Микросхема содержит около 3,1 миллиона транзисторов и имеет 32разрядную адресную и 64-разрядную внешнюю шину данных, что обеспечи-
37
вает обмен данными с системной платой со скоростью до 528 Мбайт/с. В отличие от 486 процессоров, для производства которых использовалась CMOSтехнология, для Pentium фирма Intel применила 0,8-микронную BiCMOSтехнологию.Pentium с тактовой частотой 66 МГц имеет производительность
112 MIPS (миллионов операций в секунду).
Высокая скорость выполнения команд достигалась благодаря двум 5ступенчатым конвейерам (блока исполнения), работающим независимо и
обрабатывающих две инструкции за один такт синхронизации.
Для постоянной загрузки обоих конвейеров из кэша требуется широкая
полоса пропускания. Совмещенный буфер команд и данных обеспечить ее не
мог, и разработчики воспользовались решением из арсенала RISCпроцессоров, оснастив Pentium двумя 8-Кбайтными раздельными кэшами команд и данных. При этом обмен информацией с памятью через кэш данных
осуществлялся совершенно независимо от процессорного ядра, а буфер инструкций был связан с ним через высокоскоростную 256-разрядную внутреннюю шину.
Несмотря на то, что новый кристалл был спроектирован как 32разрядный, для связи с остальными компонентами системы использовалась
внешняя 64-разрядная шина данных с максимальной пропускной способностью 528 Мбайт/с.
Еще одной «изюминкой» архитектуры, позаимствованной у представителей универсальных ЭВМ, стала схема предсказания переходов, основанная
на использовании небольшой кэш-памяти, называемой Branch Target Buffer BTB (буфер меток перехода) , которая позволяет динамически предсказывать
переходы в исполняемых программах.
По скорости выполнения команд с плавающей точкой Pentium в пять семь раз превзошел процессор 486DX2/50 и почти на порядок - микросхему
486DX/33. Это достигается, в частности, благодаря реализации оптимальных
алгоритмов, а также специализированным блокам сложения, умножения и
деления с восмиступенчатой конвейеризацией, что позволяет выполнять операции с плавающей точкой за один такт. Как известно, в процессорах i486
специального конвейера для устройств с плавающей точкой предусмотрено
не было.
В настоящее время микросхемы Pentium сняты с производства.
Pentium Pro. С 1995 года фирма Intel объявила о начале коммерческих
поставок микропроцессора шестого поколения Pentium Pro. Стремление выжать из CISC-архитектуры практически все, на что она способна, заставило
разработчиков этого продукта пользоваться почти всеми техническими решениями, которые ранее применялись в суперЭВМ и мэйнфреймах.
В его основе лежит комбинация технологий, известная как Dynamic
Execution, динамического разделения порядка выполнения команд нескольких многоступенчатых конвейеров вместо двух 5-ступенчатых конвейеров,
характерных для Pentium. Собственно, это три технологии: многократное
предсказание ветвлений, анализ потоков данных и эмуляция выполнения ин-
38
струкций.
Для осуществления постоянной загрузки конвейера необходимы высокоэффективный кэш команд и высококачественная схема предсказания переходов. Поэтому в отличие от своего предшественника, имевшего двухвходовый ассоциативный кэш инструкций, Pentium Pro обладает более эффективным четырехвходовым кэшем, а также схемой предсказания ветвлений на 512
входов. Кроме того, для повышения производительности была применена
буферная память второго уровня емкостью 256 или 512 Кбайтов, расположенная в отдельном чипе и смонтированная в том же корпусе, что и процессор.
На кристалле процессора, как обычно, расположен 16 Кб кэш. Кристалл кэша связан с процессором собственной синхронной 64-разрядной шиной, работающей на тактовой частоте процессора.
Многофазный конвейер позволил обеспечить высокую тактовую частоту процессора - на сегодняшний день в семейство Pentium Pro входят микропроцессоры с тактовой частотами 200, 180, 166 и 150 МГц. Если микросхема
Pentium Pro 150 выпускается согласно технологическим нормам 0,6 мкм, то
процессоры с более высокой тактовой частотой используют уже технологические нормы 0,35 мкм.
Показатель производительности для Pentium Pro 200 по тесту
SPECint92 соответствует 366. Число транзисторов основного кристалла составляет примерно 5,5, а кристалла кэш-памяти - соответственно 15,5 или 31
миллион. При напряжении питания около 3 В процессор (вместе с кэшпамятью второго уровня) рассеивает примерно 14 Вт.
Архитектура Pentium Pro позволила соединять между собой множество
процессоров, создавая, таким образом, масштабируемость. Изделие выполнено в PGA-корпусе с 387 выводами.
Pentium II Xeon. Представлен в 1998 г. и предназначен для установки в
разъём конструкции Slot2, что связано с увеличением ёмкости кэш-памяти
второго уровня. Конструкторы смогли «заставить» L2-кэш работать на тактовой частоте процессорного ядра. Эта же концепция была реализована в
Pentium Pro, но при этом разработчики «столкнулись» на стадии производства (процент выхода двух качественных кристаллов оказался ниже предполагаемого), и процессор оказался довольно дорогим. Возможно, именно поэтому Pentium II изначально создавался с «разделением» кристаллов (основного и кэша L2), за что пришлось расплачиваться «половиной» тактовой частоты кэш-памяти второго уровня.
Высокая частота работы кэша вызвала увеличение теплоотдачи процессорного блока, поэтому потребовалось использование массивной пластины,
поглощающей тепло, что, в свою очередь, привело к увеличению веса и габаритов модуля.
В каждом модуле Slot 2 три специальных области данных: доступная
только для чтения, область для чтения/записи и динамическая информация о
температуре внутри процессорного модуля. В области первого типа помеще-
39
ны информация о версии процессора, данные о пошаговой отладке и указана
предельно допустимая температура. Во второю область памяти пользователи
могут вводить свою информацию. Доступ к динамическим данным об изменении температуры даёт возможность управляющим программам оповещать
администратора об опасных системных событиях.
Увеличение ёмкости кэша второго уровня повысило пропускную способность системы благодаря мгновенному доступу процессоров к часто используемым данным и инструкциям, хранящимся в быстрой кэш-памяти.
Большой кэш L2 значительно повысил общую производительность многопроцессорных конфигураций в системах, работающих с крупными массивами
несопоставимых данных.
АРХИТЕКТУРА ПРОЦЕССОРА
Физически микропроцессор представляет собой сверхбольшую электронную интегральную схему, сформированную на маленьком кристалле
кремния, выполненную в виде маленькой металлической или керамической
плоской коробочки, имеющую множество выводов и способную выполнять
функции центрального процессора. Степень интеграции определяется размерами кристалла и количеством реализованных в нём транзисторов. Часто
интегральные микросхемы называют чипами (chips).
Кремний применяется в микросхемах в силу того, что он обладает полупроводниковыми свойствами: его электрическая проводимость больше,
чем у диэлектриков, но меньше, чем у металлов. Кремний можно сделать как
изолятором, препятствующим движению электрических зарядов, так и проводником — тогда электрические заряды будут свободно проходить через
него. Проводимостью полупроводника можно управлять путем введения
примесей.
Архитектура материнской платы напрямую зависит от внешней архитектуры микропроцессора. К обязательным компонентам микропроцессора
относятся арифметико-логическое (исполнительное) устройство и блок
управления. Они характеризуются скоростью (тактовой частотой), разрядностью или длинной слова (внутренней и внешней), архитектурой и набором
команд. Архитектура микропроцессора определяет необходимые регистры,
стеки, систему адресации, а также типы обрабатываемых процессором данных. Обычно используются следующие типы данных: бит (один разряд), байт
(8 битов), слово (16 битов), двойное слово (32 бита). Выполняемые микропроцессором команды предусматривают, как правило, арифметические действия, логические операции, передачу управления (условную и безусловную)
и перемещение данных (между регистрами, памятью, портами ввода-вывода).
Микропроцессор содержит миллионы транзисторов, соединенных
между собой тончайшими проводниками из алюминия или меди и используемых для обработки данных. Так формируются внутренние шины. В результате микропроцессор выполняет множество функций – от математических и
40
логических операций до управления работой других микросхем и всего компьютера. С внешними устройствами микропроцессор может «общаться» благодаря шинам адреса, данных и управления, выведенных на специальные
контакты корпуса микросхемы. Стоит отметить, что разрядность внутренних
регистров микропроцессора может не совпадать с количеством внешних выводов для линий данных. Иначе говоря, микропроцессор с 32-разрядными
регистрами может иметь, например, только 16 линий внешних данных. Объём физически адресуемой микропроцессорной памяти однозначно определяется разрядностью внешней шины адреса как 2 в степени N, где N - количество адресных линий.
Микропроцессор подключен к различным компонентам, составляющим
то, что называется собственно компьютером. Микропроцессор может координировать и выполнять широкий спектр функций, благодаря поддерживающим его схемам, связанных с микропроцессором рядом шин. Каждый из этих
функциональных элементов связан с соответствующей управляющей, адресной шиной или шиной данных.
Вся работа компьютера подчинена синтезатору (генератору) переменной частоты, который расположен на материнской плате. Материальным носителем информации, представленной в двоичном виде, в компьютерах является электрический ток.
АРИФМЕТИКО-ЛОГИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО
Основные действия в процессоре происходят в так называемом "арифметико-логическом устройстве" или просто АЛУ. Это именно та часть процессора, где происходит непосредственно обработка данных, получаемых
АЛУ непосредственно из регистров.
АЛУ считывает данные из регистров, производит определенные вычисления (например, сложение, вычитание, увеличение на единицу, логическое "или" и т.д.), а затем заносит результаты вычислений обратно в регистры. Впоследствии эти данные (посредством кэша) возвращаются в основную
память. Таким образом, можно сделать
вывод, что регистры должны быть очень
быстрыми, иначе АЛУ будет простаивать во время записи и считывания данных.
В течение всего одного такта производится считывание данных из регистра и запись их в него. Другими словами, если в регистре Z хранится число X,
а АЛУ, по инструкции, следует, скажем,
прибавить к нему единицу, то возможно
записать число-ответ в этот же регистр.
41
В действительности это производится несколько не так просто. Для этого
следует четко представить себе, что делает процессор в течение такта.
Как известно, все современные микропроцессоры являются синхронными. Иными словами, там есть счетчик, который регулярно посылает сигналы, представляющие собой, в идеале, чередование прямоугольных импульсов. При "падении" импульса выставляются затворы регистров (черные и
синие стрелки), делается это для того, чтобы данные, поступающие из L1
кэша (синие стрелки, указывающие на регистры), записались в верный регистр. Помимо этого, на рисунке изображены четыре горизонтальных стрелки слева от АЛУ. Это – шина команд. По ней передаются инструкции для
АЛУ. (На данном процессоре можно сделать до 24=16 различных команд). На
все это уходит очень малое время ΔSignal. Оно занимает лишь небольшую
часть такта.
Затем надлежащие данные следует отправить по шине (красно-желтая
стрелка) в АЛУ. На доставку также уходит некоторое время (ΔB), так как
прежде чем АЛУ начнет производить вычисления, значения чисел в регистрах должны хорошо установиться.
После того как все вышеперечисленное было выполнено, АЛУ приступает к работе. После вычислений (ΔАЛУ)
результаты передаются шине данных регистров (еще ΔR). При "подъеме" следующего импульса они загружаются в регистры.
В этом заключается основная концепция современных микропроцессоров: в каждом цикле есть сигнал, который переключает определенные триггеры. Например, в регистры можно загружать данные лишь в начале ("подъеме") импульса, а считывать только в конце (загрузка в это время блокируется). Именно поэтому АЛУ может в течение одного цикла и считать, и записать данные в регистр.
Сказанное выше помогает дать ответ на вопрос: как получить высокую
тактовую частоту. Ясно, что высокая частота значит малое время между последовательными импульсами. Ясно также (см. рис.), что это время не может
быть меньше, чем сумма времен ΔSig, ΔB, ΔALU и ΔR (плюс еще немного,
для подстраховки). В противном случае, может оказаться так, что, например,
новые данные начнут загружаться, прежде чем результаты будут соответствующим образом занесены в регистры.
Итак, если имеется способ уменьшения какой-нибудь из Δ, то можно
увеличить частоту. Три возможных способа:
1 Сделать так, чтобы данные шли через процессор быстрее. Заставить поток битов ходить в процессоре быстрее непросто. Имеется два способа:
 насколько это возможно уменьшить число препятствий на пути электронов, а это зависит от:
o технологии производства. Чем лучше технология, тем лучше конечный продукт;
42
2
o температуры кристалла. Атомы в кристаллической решетке находятся в тепловом движении, и амплитуда его пропорциональна
температуре. А чем больше амплитуда, тем меньше шансов у электрона проскочить мимо атома. Таким образом, чем ниже температура, тем меньше помех движению электронов. Именно поэтому
охлажденные процессоры работают быстрее;
 сокращение проходимого битами пути. Для этого следует уменьшить
размеры транзисторов, а как следствие, расстояние между ними.
Сократить время вычислений. Машины хорошо умеют делать параллельно несколько операций. Поэтому какой-нибудь блок для сложения
сможет складывать быстрее, чем более простая конструкция, сокращая,
устройство, конечно, считает быстро, но зато оно и больше.
Делать как можно меньше операций в течение одного цикла. Например,
вместо 7 операций за один цикл делать одну. Тогда, очевидно, можно будет сократить и продолжительность цикла. Вроде бы звучит очень странно. Ведь в таком случае та же процедура займет в 7 раз дольше времени.
Но в данном случае помогает конвейер, который позволяет всем устройствам процессора выполнять свою работу одновременно.
Пусть, например, в процессоре есть 4 устройства:
o fetcher – ищет следующую инструкцию;
o декодер – выясняет смысл инструкции;
o АЛУ – выполняет инструкции;
o retire блок – возвращает результаты в память.
Итак, если в схеме используются конвейеры, процесс будет выглядеть
так: fetcher получает инструкцию 4, decoder декодирует инструкцию 3, АЛУ
выполняет инструкцию 2, а результат инструкции 1 отправляется назад в память. И, таким образом, в конце каждого такта имеется выполненная инструкция.
3
Такт
Fetcher
Decoder
АЛУ
Retire
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Инструкция 1
Инструкция 2
Инструкция 3
Инструкция 4
Инструкция 5
Инструкция 6
Инструкция 6
Инструкция 7
Инструкция 8
Инструкция 1
Инструкция 2
Инструкция 3
Инструкция 4
Инструкция 5
Инструкция 6
Инструкция 7
Инструкция 8
Инструкция 1
Инструкция 2
Инструкция 3
Инструкция 4
Инструкция 5
Инструкция 6
Инструкция 7
Инструкция 1
Инструкция 2
Инструкция 3
Инструкция 4
Инструкция 5
Инструкция 6
Суперконвейеризация, или разбиение конвейера на большое число стадий, позволяет делать за один цикл меньше, притом, что снаружи все выглядит так, что процессор делает все тот же объем работы за один цикл.
43
Глубокая конвейеризация - не единственный способ увеличить частоту.
Можно делать побольше операций параллельно. Ведь именно число операций, сделанных последовательно, определяет минимальную продолжительность цикла.
Пользователи со стажем помнят, что семейство К-6 обладало 6 уровневым конвейером, а у PII их было 12. И хотя у К6 были лучше и АЛУ (ΔАЛУ
меньше), и декодеры (они делают многое параллельно), но в К6-3 было очень
сложно достичь частоты PII при той же технологии производства. Предел для
0,35-микронного К6 равен 233 МГц, а для такого же PII - 300 МГц (то же самое можно сказать и о противостоянии следующих поколений: Athlon и P4).
Ultrasparc II использует конвейер с 9 стадиями, но следует учесть тот
факт, что RISC-процессоры не нуждаются в большом объеме декодировки.
На один только фетчинг и декодировку у PII уходит 7 циклов, в то время как
у UltraSPARC лишь 3. Так что, в некотором смысле, у UltraSPARC конвейеризация глубже.
Конвейер Alpha состоит из 7 стадий (10-у FPU), но и у него, по сравнению с PII, с декодировкой проблем меньше. Вдобавок к этому, инженеры
Alpha делают каждую стадию настолько простой, насколько это только возможно. Добиваются они этого, заставляя делать процессор по возможности
больше операций параллельно. Продолжительность такта, таким образом,
уменьшается до минимума. За что, впрочем, приходится платить: процессоры
Alpha просто огромны (302 мм2 у Alpha 21264).
Теперь ясно, почему латентность конвейеризованного FPU К7 (4 такта
на сложение, 4 такта на умножение) возросла по сравнению с К6 (2 - на сложение, 2 - на умножение). FPU К7 делает меньше работы за один такт, чем
К6, что позволяет ему достигать много больших частот. 10-уровневый конвейер для целочисленных операций (15 для FPU) позволил К7 достичь таких
частот, о каких К6 мог только мечтать.
Конечно же, не следует забывать, что частота - не единственное, что
делает процессор быстрым.
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ
Среди наиболее важных характеристик процессора можно перечислить
следующие:
 компания-производитель;
 тип разъема, к которому можно подключить такой процессор;
 быстродействие процессора;
 его модель.
Одни из главных параметров работы процессора – частота работы кристалла, определяющая количество операций за единицу времени, частота работы системной шины, объем внутренней кэш-памяти SRAM. По частоте
работы кристалла маркируют процессор.
44
Частота работы кристалла определяется скоростью переключений
транзисторов из закрытого состояния в открытое. В кварцевом кристалле,
который заключен в оловянный корпус, при пропускании через него электрического тока возникают колебания. Электрический ток является не
«сплошным», так сказать, не непрерывным, а «порубленным» на кусочки,
чтобы можно было из него составлять комбинации единиц (когда ток присутствует) и нулей (когда ток отсутствует). То есть идет череда тока и пауз.
«Рубит» электрический ток на «кусочки» в компьютере ТАКТОВЫЙ
ГЕНЕРАТОР, вмонтированный в центральный процессор. Выше частота тактового генератора — «мельче» кусочки тока и короче паузы между ними,
следовательно, быстрее проходит и обрабатывается информация, закодированная током и паузами, присутствием и отсутствием тока.
Ток присутствует в компьютере всегда (порядка до пяти вольт), но роль
пауз (нулей) выполняют пониженные участки (2,5 вольта), а роль собственно
тока (единиц) — участки с напряжением до 5 вольт. Напряжение тока, разумеется, не является абсолютно стабильной величиной, а постоянно колеблется в каких-то пределах, так вот колебания от нуля до 2,5 вольта принимаются
за "ноль", а колебания, в пределах выше 2,5 вольта, но ниже 5 вольт, принимаются за "единицу". Такие колебания напряжения тока и есть ТАКТОВАЯ
ЧАСТОТА. Одно колебание - один такт. Принято, что изменение логических
сигналов идет не как непрерывная функция, а в соответствии с тактами генератора. Итак, одна математическая или логическая операция выполняется
процессором за 1 такт, таким образом, количество тактов в единицу времени
определяет количество выполняемых процессором операций. Из школьного
курса физики известно, что частота в 1 Hz соответствует 1 колебанию в секунду. В компьютерных технологиях 1 электрическое колебание соответствует одному такту процессора. Таким образом, при частоте электрических
колебаний в 1 Hz процессор выполнял бы 1 математическую или логическую
операцию в секунду.
Частота электрических колебаний, задающая скорость работы CPU,
называется тактовой частотой процессора, т.е. тактовая частота указывает,
сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор выполняет в одну
секунду. Тактовая частота определяет быстродействие компьютера и измеряется в мегагерцах (МГц). При тактовой частоте в 1 MHz процессор уже способен выполнять миллион операций в секунду, при частоте в 100 MHz –
100 млн операций. Тактовая частота современных процессоров может достигать 1, 2 или даже 3 GHz, то есть подобные процессоры способны выполнять
несколько миллиардов операций в секунду. Чем выше тактовая частота, тем
выше производительность и быстродействие процессора.
Тактовая частота процессора определяется двумя составляющими:
внешней тактовой частотой, часто называемой ЧАСТОТОЙ ШИНЫ (FSB –
Frequency System Bus), и КОЭФФИЦИЕНТОМ УМНОЖЕНИЯ. В зависимости
от того, какую частоту тактов обеспечивает синтезатор переменной частоты
45
(кварцевый резонатор), и получается рабочая тактовая частота системной
шины (FSB), которая расположена на материнской плате. Тактовая частота
процессора получается умножением частоты шины FSB (Front Side Bus), по
которой CPU "общается" с северным мостом чипсета и через него - с памятью, на коэффициент умножения. Стандартными частотами FSB современных процессоров являются 100, 133, 166 MHz, именно они фигурируют в
настройках материнской платы. Для процессоров Duron эффективная частота
FSB составляет 200 MHz, для Athlon XP -- 266 или 333 MHz DDR (Double
Data Rate), для Pentium 4 -- 400 или 533 MHz QDR (Quad Data Rate), Celeron
1,7 GHz и старше -- 400 MHz QDR.
Кроме того, от частоты FSB зависят частоты и других шин, таких, как
PCI и AGP. Частота шины генерируется чипсетом и может изменяться в довольно широких пределах - от 66 до 166 МГц. Множитель в ранних моделях
процессоров Intel определялся как комбинация уровней на специальных входах процессора. В современных процессорах Intel коэффициент умножения
фиксирован, так что внутренняя тактовая частота определяется одним параметром – частотой FSB.
Существуют два типа частот FSB: документированные и недокументированные (официальные и неофициальные). К документированным частотам
относятся: 66, 100, 133 МГц (есть и выше), к недокументированным: 75, 83,
105, 110, 115 МГц, хотя вот тут могут быть и некоторые отличия, на то они и
называются - недокументированные частоты. Разница вот в чем, возьмем
шину PCI, которая работает на частоте 33 МГц (или 66 МГц). Так вот, работать на этой частоте она будет только тогда, когда частота FSB равна 66, 100
и 133 МГц, т. е. системная шина работает на документированной частоте. В
противном же случае частота PCI будет изменяться, а это не есть хорошо, так
как не все PCI-устройства могут работать на частоте, не равной 33 МГц.
В связи с тем, что тактовая частота процессора определяется тактовой
частотой FSB и коэффициентом умножения, значит, изменив эти параметры,
можно изменить частоту CPU. Правда, следует отметить, что коэффициент
можно изменить только в процессорах с ядрами до Klamath, а, начиная с ядра
Deschutes, насколько мне известно, коэффициент уже заблокирован (оба ядра
фирмы Intel).
Чем выше модель процессора, тем меньше требуется тактов для выполнения данной операции - тем же количеством тактов в секунду становится
возможным выполнить больше операций (сложение, умножение и т.д.). В
связи с быстрым развитием электронной промышленности скорость процессора (или мощность) удваивается каждые 1,5 - 2 года. Команды, отдаваемые
процессору, довольно-таки примитивны (например, сложить два числа, запомнить результат и т.п.). Поэтому сообразительность компьютера определяется в основном скоростью выполнения таких команд и их разрядностью
(8,16,32), а также тем, насколько быстро он обменивается информацией с
периферийными устройствами. Интеловские серии Intel-80286, Intel – 80386,
Intel- 80486 и Pentium, 80586, а также Pentium-2,3 и процессоры конкуриру-
46
ющей фирмы AMD различаются возрастающей производительностью самих
тактов, а не только увеличением непосредственно тактовой частоты тактового генератора.
Напряжение питания современных процессоров имеет тенденцию к
уменьшению, поскольку снижение напряжения питания приводит к уменьшению тепловыделения. Так, например, если ранние модели процессоров
486DX имели напряжение питания 5В, последние модели Pentium III имеют
напряжение питания ядра 2,0 В, Pentium 4 имеет напряжение питания ядра
1.6В. Напряжение питания может быть различным для различных блоков
процессора. Так, например, в процессоре Pentium II напряжение питания ядра
равно 2В, напряжение питания встроенного кэша L2 равно 3,3.
Со времени выхода первых процессоров было замечено, что довольно
часто процессор может работать не только на той частоте, которая нанесена
при маркировке на его корпус, а на несколько большей. Причина этого может
быть в следующем:
 фирмы-производители процессоров не могут допустить, чтобы их изделия
не обеспечивали надежную работу на той тактовой частоте, на которую
маркирован процессор, поэтому они закладывают некоторый запас для
обеспечения надежности;
 на фирме-изготовителе процессоры тестируются на рабочей частоте в
наиболее тяжелых режимах, которые редко встречаются на практике;
 иногда случается и так, что фирма-производитель процессоров имеет
большой заказ на партию процессоров с определенной тактовой частотой,
но в процессе его выполнения перешла на новый технологический процесс,
который позволяет добиться значительного увеличения частоты. В этом
случае процессоры, изготовленные по новой технологии, просто маркируются на более низкую тактовую частоту, оговоренную в контракте на поставку, и в таком виде отправляются заказчику (например, партия процессоров AMD K-6-2 266 МГц, которые могут работать на тактовой частоте
350-400 МГц);
 процессоры после изготовления проходят тесты и не все они могут стабильно работать на предполагаемой частоте. В этом случае производитель
тестирует забракованные процессоры на заниженной тактовой частоте и
если все в порядке, то именно ее и отпечатают на корпусе.
В любом случае необходимо знать, что у процессоров есть некий потенциал, заложенный производителем.
При выборе процессора можно дать рекомендацию, что не стоит стремиться устанавливать процессор с максимально большой частотой. Дело в
том, что тактовая частота процессора - это важный фактор, но есть нечто,
названное "bottleneck", что в переводе с английского означает "горлышко
бутылки". Обычно, для понимания значения этого термина используется следующий пример: для передачи большого количества воды диаметр трубы
намного важнее, чем давление в ней. Если сравнить частоты процессора с
трубами и водой: допустим, что частота процессора это - количество воды,
47
которое должно пройти через трубу как можно быстрее, а частота FSB - это
сама труба.В таком случае получается, что процессор с 266FSB и, допустим,
2600Mgz не будет настолько же эффективен, как процессор с 333FSB и
2000Mgz, т.к. готовые вычисления будут находиться в "ожидании", а процессор с 333Мгц получит следующие данные для обработки.
Производительность и высокое быстродействие современных процессоров обеспечиваются не только тем, что они работают на высоких тактовых
частотах, но также и тем, что в их внутренней архитектуре предусмотрена
специальная, собственная область памяти, в которой должны храниться многократно выполняемые процессором директивы, наиболее часто используемые им данные или результаты обработки команд, которые могут потребоваться процессору для осуществления последующих операций. Такая “внутренняя” память носит название КЭШ ПРОЦЕССОРА.
Действительно, какой бы высокой ни была тактовая частота CPU, микросхема будет ежесекундно простаивать в течение небольших промежутков
времени, ожидая, пока нужные данные поступят для последующей обработки
из оперативной памяти компьютера, поскольку шина, по которой передается
эта информация, обладает ограниченной пропускной способностью и может
транслировать лишь строго определенный объем битов в секунду. Гораздо
быстрее и удобнее “взять” наиболее востребованную информацию непосредственно из кэша. Кэш большинства современных процессоров состоит из
двух уровней:
 в первом (Cache Level 1) сохраняются данные, наиболее часто необходимые процессору для работы;
 во втором (Cache Level 2) – информация, не уместившаяся в кэше первого
уровня, а также набор регулярно обрабатываемых процессором инструкций.
ТЕМПЕРАТУРА ПРОЦЕССОРА
Нагрев процессора во время его работы – это явление абсолютно нормальное и, к сожалению, неизбежное: полупроводниковый кристалл, составляющий “начинку” процессора, имеет ограниченную теплопроводность, а
протекание электрического тока через любой материал всегда сопровождается выделением тепла. Вместе с тем процессор как сложное электронное
устройство может работать только в строго определенных температурных
режимах. Именно поэтому прогорание обмотки электродвигателя, износ
трущихся деталей вентилятора или забивание радиатора пылью могут привести к замедлению вращения или внезапной остановке кулера, а это грозит
перегревом процессора, что, в свою очередь, ведет к нарушению работоспособности компьютера или даже к выходу процессора из строя.
В связи с вышесказанным сразу следует сделать замечание о том, что
процессоры AMD разогреваются гораздо сильнее своих “конкурентов” производства компании Intel. Для сравнения можно сказать, что штатная темпе-
48
ратура нагрева процессоров Intel Pentium IV/Celeron составляет 30-50°С, в то
время как процессоры AMD нередко разогреваются до 55-80°С. Соответственно сами микросхемы должны быть оборудованы надежной системой
защиты от катастрофического перегрева.
В архитектуре процессоров Intel Pentium, начиная еще с самых ранних
моделей, такая система действительно предусмотрена. Микросхемы этого
семейства оснащены специальным диодным датчиком, величина обратного
тока которого напрямую зависит от температуры нагрева кристалла, и при
этом она непрерывно сравнивается с эталонным током от контрольного источника питания. Как только нагрев процессора достигает критической величины в 120-135°С, датчик в течение всего лишь нескольких наносекунд отправляет аварийный сигнал чипсету материнской платы, и тот мгновенно
выключает процессор, не позволяя ему сгореть.
В процессорах серии Pentium IV специалисты предусмотрели еще более совершенную технологию, получившую название Thermal Monitor: при
превышении безопасной температуры система термоконтроля принудительно
замедляет процессор с целью снизить нагрев его элементов, а если это не
приводит к требуемому результату, происходит аварийное отключение микросхемы.
Что же касается процессоров производства AMD, то вплоть до самых
последних моделей они вообще не были оснащены каким-либо механизмом
контроля над соблюдением температурного режима. Если система охлаждения неожиданно выходила из строя, то процессор попросту сгорал. В микросхемах серии Athlon XP появился встроенный температурный датчик, однако
значительная часть материнских плат, рассчитанных на работу с процессором этого типа, к сожалению, не поддерживает режим аварийного отключения питания микросхемы по сигналу термодиода, а системы контроля над
температурой процессора, установленные на самой плате, обладают высокой
степенью инертности. На практике это означает, что в случае неожиданной
остановки кулера температура “горячих” процессоров AMD многократно
возрастает в считанные секунды, и датчик на материнской плате фактически
не успевает отреагировать на это обстоятельство и вовремя поднять тревогу.
Проблему отчасти можно решить установкой на процессоры AMD мощных
кулеров с высокими эксплуатационными характеристиками, монтажом в
корпусе компьютера дополнительных охлаждающих вентиляторов либо использованием дорогостоящих водяных систем охлаждения процессора.
В принципе практика показывает, что надежности процессоров AMD
вполне хватает, чтобы выдержать один или два “тепловых удара”, когда на
микросхему подается питание при вышедшей из строя системе охлаждения в
течение 10-15 секунд. Однако такие аварии не идут данному устройству на
пользу: после нескольких подобных случаев процессор вполне может сгореть
в самый неожиданный момент и без каких-либо видимых на то причин.
Большинство пользователей постоянно следят за компьютером в основном только с программной стороны, забывая о регулярной очистке его
49
компонентов от пыли. Пользователи обновляют антивирусы, устанавливают
обновления Windows, забывая о необходимости просто чистить компьютер.
Достаточно часто вопрос теплового состояния компьютера возникает
после разгона основных компонентов, а также установки дополнительных
или более мощных устройств. Зачастую пользователь устанавливает более
мощный процессор, оставляя вентилятор от старого. Потом начинаются жалобы, что новые процессоры слабее, чем те, которые стояли ранее. Как уже
неоднократно указывалось ранее, процессор состоит из транзисторов (полупроводники), а у любого полупроводника есть свойство менять своё сопротивление при изменении температуры. Завышение температуры приводит к
нехватке питания в определённых секторах ЦП, что, естественно, является
причиной потери стабильности и замедления решения задач из-за нужды повторения вычисления, пока не получится правильный результат. Если процессор держит температуру в "спокойном" режиме около 50C о, то стоит заострить внимание на охлаждении, например, использовать медные вставки и
тем более полностью медные радиаторы с вентиляторами с потоком не менее
60 CFM (эти данные можно узнать на страницах создателей или на коробках).
Также следует уделять внимание циркуляции воздуха внутри самого системного блока.
Особое внима,
ние следует уделять
очистке
системного
блока от пыли. На рисунке слева приведены
данные о температуре
процессора Athlon 64
до очистки с открытой
и закрытой крышкой,
на рисунке справа после очистки от слоя
пыли. Анализ данных
показывает, что понижение температуры произошло сразу же после удаления
пыли из кулера процессора и остальных компонентов.
Есть несколько причин, по которым просто необходимо содержать
компьютер в чистоте. Первая и основная заключается в том, что новые процессоры рассеивают значительно больше тепла, чем предыдущие. Это повышает требования и к расчету потоков воздуха внутри корпуса. Одна из удачных попыток представить новый стандарт корпуса с необходимыми воздушными потоками - это новый форм-фактор Интел BTX.
50
Вторая, немаловажная причина сильно изменившийся
дизайн кулеров. На
рисунке представлены
фотографии
трех
наиболее популярных
кулеров
последних
пяти лети двух современных кулеров высокого класса: SLK948U
и K8 Silent Boost.
Сравнив количество
ребер и величину промежутков между ними, можно сказать, что
плотность ребер радиаторов сильно увеличилась, а расстояние между ними
уменьшилось. Уменьшение расстояния между ребрами благоприятствует
накоплению пыли. Чтобы заполнить меньший промежуток между ребрами
радиатора, достаточно более тонкого слоя пыли. Эти пылевые наслоения могут значительно уменьшить мощность воздушного потока.
Важно запомнить, что для ухудшения охлаждения не нужно, чтобы
весь кулер был укрыт слоем пыли, достаточно, чтобы пыль накопилась только в углах внутри самого радиатора, и это приведет к значительному снижению эффективности охлаждения. Содержание помещения, в котором находится компьютер, и самого компьютера в чистоте с каждым годом становится
все более важной проблемой. Накопление пыли может стать одной из причин
выхода компьютера из строя, поэтому необходимо хотя бы раз в полгода
очищать пылесосом компьютер от пыли.
Охлаждение из-за неимоверной скорости прогресса не просто желательно, а “жизненно необходимо” для современного компьютера. Самым
мощным источником тепла в компьютере является процессор, который состоит из миллионов транзисторов, внутреннюю удельную энергию которых
можно сравнивать с ядерным реактором. Транзисторы работают в режиме
переключения (из одного устойчивого состояния в другое), то есть вентильном. При этом выделяется большое количество тепла, которое требуется отвести, чтобы процессор не вышел из строя.
Для охлаждения процессора необходимо на него установить радиатор,
а на радиатор – вентилятор (это классический пример активной охладительной установки). Радиатор обладает различными параметрами, от которых
зависит качество охлаждения, а основными характеристиками являются материал, из которого выполнен радиатор, а также контакт радиатора и процессора. В принципе проблемы охлаждения процессора не существует, есть проблема несоответствия, точнее отставания конструкторских и дизайнерских
51
решений блоков охлаждения ПК.
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
С начала 90-х годов ХХ века, когда процессоры вошли в массовое использование, они пережили несколько ступеней развития. Апогеем развития
микпроцессорных структур, использующих существующие технологии микропроцессоров 6-го поколения, считается 2002 год, когда стало доступным
использование всех основных свойств кремния для получения больших частот при наименьших потерях при производстве и создании логических схем.
Сейчас же эффективность новых процессоров несколько падает, несмотря на
постоянный рост частоты работы кристаллов, поскольку кремниевые технологии близятся к пределу своих возможностей.
Ранее была указано, что частота работы кристалла является основной
характеристикой микропроцессора. Возможность транзистора переключаться
быстрее определяется технологией производства кремниевых пластин, из
которых делаются чипы. Технологический процесс определяет размеры транзистора (его толщину и длину затвора). Например, при использовании 90-нм
техпроцесса, который был введен в начале 2004 года, размер транзистора
составляет 90 нм, а длина затвора – 50 нм.
Например, корпорация Intel в апреле 2005 г. объявила о планах выпуска
недорогих 64-разрядных процессоров Celeron. Будут выпущены 5 процессоров с номерами моделей 326, 331, 336, 341, 346, 351 и 355 с тактовыми частотами в 2,53; 2,66; 2,8; 2,93; 3,06; 3,2 и 3,33 ГГц соответственно. Процессоры
будут производиться по 90 нм технологии в новом 775-контактном корпусе
PGA. В них будет реализована функция запрета выполнения "XD", которая
возможно будет использоваться в ОС компании Microsoft для реализации
защиты от вирусов.
Все современные процессоры используют полевые транзисторы. Переход к новому техпроцессу позволяет создавать транзисторы с большей частотой переключения, меньшими токами утечки, меньших размеров. Снижение
размеров позволяет одновременно уменьшить площадь кристалла, а значит, и
тепловыделение, а более тонкий затвор позволяет подавать меньшее напряжение для переключения, что также снижает энергопотребление и тепловыделение.
Сейчас на рынке наблюдается тенденция: с одной стороны, компаниипроизводители стараются как можно быстрее внедрить новые техпроцессы и
технологии в свои новинки, с другой - наблюдается искусственное сдерживание роста частот процессоров, что связано:
 сказывается ощущение маркетологами неполной готовности рынка к очередной смене семейств процессоров, а фирмы еще не получили достаточно
прибыли с объема продаж, производящихся сейчас, CPU – запас еще не иссяк. Достаточно заметно превалирование значимости цены готового изделия над всеми остальными интересами компаний;
52
 значительное снижение темпов «гонки частот» связано с пониманием
необходимости внедрения новых технологий, которые реально увеличивают производительность при минимальном объеме технологических затрат.
Как уже было замечено, производители столкнулись с проблемами при
переходе на новые техпроцессы. Технологическая норма 90 нм оказалась достаточно серьезным технологическим барьером для многих производителей
чипов. Это подтверждает и компания TSMC, которая занимается производством чипов для многих гигантов рынка, таких, как компании AMD, nVidia,
ATI, VIA. Долгое время ей не удавалось наладить производство чипов по
технологии 0,09 мкм, что привело к низкому выходу годных кристаллов. Это
одна из причин, по которой AMD долгое время переносила выпуск своих
процессоров с технологией SOI (Silicon-on-Insulator). Задержки связаны с
тем, что именно на этой размерности элементов стали сильно проявляться
всевозможные, ранее не столь сильно ощутимые негативные факторы: токи
утечки, большой разброс параметров и экспоненциальное повышение тепловыделения.
Как известно, существует два тока утечки:
 ток утечки затвора, вызванный самопроизвольным перемещением электронов между кремниевым субстратом канала и поликремниевым затвором;
 подпороговая утечка, вызванная самопроизвольным перемещением электронов из истока транзистора в сток.
Оба эти эффекта приводят к тому, что приходится поднимать напряжение питания для управления токами в транзисторе, а это негативно сказывается на тепловыделении. Так вот, уменьшая размеры транзистора, прежде
всего, уменьшаются его затвор и слой диоксида кремния (SiO2), который является естественным барьером между затвором и каналом. С одной стороны,
это улучшает скоростные показатели транзистора (время переключения), но с
другой – увеличивает утечку. То есть получается своеобразный замкнутый
круг. Так вот переход на 90 нм – это очередное уменьшение толщины слоя
диоксида и одновременно увеличение утечек. Борьба с утечками – это опять
же увеличение управляющих напряжений и соответственно значительное
повышение тепловыделения. Все это привело к задержке внедрения нового
техпроцесса со стороны конкурентов рынка микропроцессоров – Intel и
AMD.
Один из альтернативных выходов – это применение технологии SOI
(кремний на изоляторе), которое недавно внедрила компания AMD в своих
64-разрядных процессорах. Впрочем, это стоило ей немалых усилий и преодоления большого количества попутных трудностей. Зато сама технология
предоставляет громадное количество преимуществ при сравнительно малом
количестве недостатков.
Суть технологии — транзистор отделяется от кремниевой подложки
еще одним тонким слоем изолятора. Такая технология обеспечивает:
 отсутствие неконтролируемого движения электронов под каналом транзистора, сказывающегося на его электрических характеристиках;
53
 после подачи отпирающего тока на затвор время ионизации канала до рабочего состояния (до момента, пока по нему пойдет рабочий ток) сокращается, то есть улучшаются второй ключевой параметр производительности
транзистора, время его включения/выключения;
 при той же скорости, можно просто понизить отпирающий ток. Или найти
какой-то компромисс между увеличением скорости работы и уменьшением
напряжения.
При сохранении того же отпирающего тока увеличение производительности транзистора может составить до 30%, если оставить частоту той
же, делая упор на энергосбережение — до 50 %. Характеристики канала становятся более предсказуемыми, а сам транзистор — более устойчив к спорадическим ошибкам. Единственным недостатком SOI является то, что приходится уменьшать глубину области эмиттер/коллектор, что прямо и непосредственно сказывается на увеличении ее сопротивления по мере сокращения
толщины.
Необходимость перехода на новые техпроцессы очевидна, но технологам это дается каждый раз все с большим трудом. Первые микропроцессоры
Pentium (1993 г.) производились по техпроцессу 0,8 мкм, затем - по 0,6 мкм.
В 1995 году впервые для процессоров 6-го поколения был применен техпроцесс 0,35 мкм. В 1997 году он сменился на 0,25 мкм, а в 1999 – на 0,18 мкм.
Современные процессоры выполняются по технологии 0,13 и 0,09 мкм, причем последняя была введена в 2004 году. Как видно, для этих техпроцессов
соблюдается закон Мура, который гласит, что каждые два года частота кристаллов удваивается при увеличении количества транзисторов с них. С такими же темпами сменяется и техпроцесс. Правда, в дальнейшем «гонка частот» опередит этот закон. К 2006 году компания Intel планирует освоение
65-нм техпроцесса, а к 2009 – 32-нм.
Для снижения подканальной утечки до последнего времени ничего не
предпринималось. Сейчас ситуация начинает меняться, поскольку рабочий
ток, наряду со временем срабатывания затвора, является одним из двух основных параметров, характеризующих скорость работы транзистора, а утечка
в выключенном состоянии на нем непосредственно сказывается — для сохранения требуемой эффективности транзистора приходится соответственно
поднимать рабочий ток со всеми вытекающими условиями.
Изготовление микропроцессора — это сложнейший процесс, включающий более 300 этапов. Микропроцессоры формируются на поверхности
тонких круговых пластин кремния — подложках в результате определенной
последовательности различных процессов обработки с использованием химических препаратов, газов и ультрафиолетового излучения.
Подложки обычно имеют диаметр 200 миллиметров. Однако корпорация Intel уже перешла на пластины диаметром 300 мм. Новые пластины позволяют получить почти в 4 раза больше кристаллов, и выход годных значительно выше. Пластины изготавливают из кремния, который очищают, плавят и выращивают из него длинные цилиндрические кристаллы. Затем кри-
54
сталлы разрезают на тонкие пластины и полируют их до тех пор, пока их поверхности не станут зеркально гладкими и свободными от дефектов. Далее
последовательно, циклически повторяясь, производят термическое оксидирование (формирование пленки SiO2), фотолитографию, диффузию примеси
(фосфор), эпитаксию (наращивание слоя).
Преимущества 90 нм техпроцесса очевидны - уменьшение площади
каждого чипа почти в два раза, т.к. меньший размер компонентов позволяет
упаковать их на меньшей площади. Уменьшается и длина соединительных
цепей. В итоге обеспечиваются меньшее энергопотребление, а также большая
скорость работы транзисторов.
AMD, IBM, Intel и другие тяжеловесы индустрии используют один и
тот же принцип производства полупроводников. Основные отличия между
ними заключаются в типе и числе шагов техпроцесса, а также используемом
оборудовании и материалах.
Основой любого производства чипов является подложка, которая затем
проходит через несколько сотен шагов - в зависимости от требуемого продукта до 500, некоторые из которых повторяются много раз. В процессе изготовления микросхем на пластинызаготовки наносят в виде тщательно
рассчитанных рисунков тончайшие
слои материалов. На одной пластине помещается до нескольких
сотен микропроцессоров. Весь процесс производства процессоров
можно разделить на несколько этапов: выращивание диоксида кремния и создание проводящих областей, тестирование, изготовление
корпуса и доставка.
Основные этапы производства:
1 На подложку слой за слоем
наносится сложная структура.
В начале процесса производства имеется только слой кремния в виде подложки толщиной
около миллиметра.
2 Поверхность кремния окисляется с помощью пара. Получившийся оксид кремния формирует основу для последующего процесса
травления.
3 На подложку наносится слой фоторезиста. С помощью литографии на
подложку переносится требуемый шаблон. В условиях высоких температур и специального химического состава незащищённый фоторезист
55
твердеет. Открытые участки фоторезиста удаляются. После этого химикаты избирательно действуют на те участки оксида кремния, которые не
защищены фоторезистом. Фоторезист, химикаты и другие материалы
удаляются с помощью сверхчистого газа.
4 Подложка бомбардируется ионами. В итоге получается транзистор с истоком, затвором и стоком.
5 На одной из последующих фаз с помощью ультрафиолетовой литографии добавляются металлические контакты.
Более современный способ производства подложек SOI был разработан
Soitec. Сначала изолирующий оксидный слой наносится напрямую на кремниевую подложку. Затем окисленная сторона SOI-подложки прикрепляется
ко второй, необработанной подложке. Теперь осталось только удалить излишек материала с одной из сторон "бутерброда".
Для этого Soitec разработала способ точной обработки SmartCut. Он
ускоряет ионы, которые пронизывают оксидный слой первой подложки и
проходят в слой кремния ниже. Здесь используются ионы водорода, которые
"просачиваются" намного быстрее, чем ионы кислорода. Экономия времени
приводит к снижению себестоимости производства. Ионы водорода проникают сквозь оксидный слой и ослабляют связи, создавая плоскость разрыва.
В итоге внешняя часть подложки может отслоиться по данной плоскости.
Любые оставшиеся неровности поверхности можно затем легко отполировать.
SOI-процесс используется IBM
(процессоры Power) и AMD (Athlon 64,
Turion 64, Opteron). Intel не планирует
внедрять SOI в ближайшем будущем.
AMD применила SOI уже со вторым поколением Athlon и сегодня тесно сотрудничает с партнёрами над оптимизацией
SOI.
56
Фирмами Intel и AMD при производстве процессоров используется
технология "напряжённого кремния" (strained silicon). Этот принцип был реализован Intel в 90-нм ядре Prescott
процессора Pentium 4: расширение
шага кристаллической решётки
кремния во время соединения с другим материалом (к примеру, германий) существенно увеличивает скорость переключения транзисторов.
Кремниевая решётка растягивается
примерно на 1%. В итоге улучшается мобильность электронов, которые проходят через кристаллическую решётку, и чип требует меньшего напряжения (что приводит и к
снижению тепловыделения). Транзисторы, использующие технологию напряжённого кремния, также обеспечивают больший
запас вычислительной мощности процессора.
Более подробных сведений о самом техпроцессе
ни AMD, ни Intel не дают.
Известно, что существующие КМОПтранзисторы имеют много ограничений и не
позволят в ближайшем будущем поднимать частоты процессоров также безболезненно. В конце 2003 года на Токийской конференции специалисты Intel сделали очень важное заявление о
разработке новых материалов для полупроводниковых транзисторов будущего. Прежде всего, речь идет о новом диэлектрике затвора транзистора с высокой диэлектрической проницаемостью (так называемый «high-k»-материал),
который будет применяться взамен используемого сегодня диоксида кремния
(SiO2), а также о новых металлических сплавах, совместимых с новым диэлектриком затвора. Решение, предложенное исследователями, снижает ток
утечки в 100 раз, что позволяет вплотную подойти к внедрению производственного процесса с проектной нормой 45 нанометров. Оно рассматривается
экспертами как маленькая революция в мире микроэлектронных технологий.
Важность открытия ученых Intel нельзя недооценивать. После пяти лет
исследований в лабораториях корпорации разработали специальный материал, позволяющий заменить традиционный диоксид кремния в обычном
маршруте производства микросхем. Требования к такому материалу весьма
серьезны: высокая химическая и механическая (на атомарном уровне) совместимость с кремнием, удобство производства в едином цикле традиционного
кремниевого техпроцесса, но главное — низкие утечки и высокая диэлектрическая проницаемость. Для нового high-k-материала был разработан свой
57
высокоточный процесс нанесения, во время которого формируется один молекулярный слой этого материала за один цикл.
МНОГОЯДЕРНЫЕ ПРОЦЕССОРЫ
Сегодня уровень развития микропроцессоров Intel достиг той отметки,
когда линейный рост тактовой частоты уже не приносит желаемого эффекта.
Так, разницу между скоростью работы, к примеру текстового редактора, на
процессорах с маркировкой 1200, 2200 или даже 3200 увидеть просто невозможно. Но, с другой стороны, существует целый ряд приложений, где производительности никогда не бывает много.
Первой данный факт признала компания Intel, поэтому ею и был сделан
революционный ход— в процессорах для настольных систем компания внедрила технологию Hyper-Threading. Решение простое и элегантное: простаивающие ресурсы физического процессора отдаются в распоряжение логическому чипу.
Однако смысл от внедрения нескольких процессоров — физических
или логических — появляется лишь в том случае, когда операционная система, системные и прикладные программы «умеют» задействовать имеющиеся
возможности. Т.е. второй процессор не нужен, если Windows 98 все равно
работает с одним, и лишь Windows XP с установленным Service Pack 2 уже
способна адекватно работать с логическими процессорами. Хотя многопроцессорными конфигурациями операционные системы семейства Windows NT
не удивишь уже давно, не говоря уже о различных *nix-клонах.
Впрочем, сегодня Hyper-Threading выглядит не ново, ведь развитие полупроводникового производства открывает возможности для многопроцессорности на базе одного чипа, а именно полноценной многоядерности. Как
частный случай, – двухъядерности.
Повышенный интерес производителей процессоров к двухъядерному
дизайну в немалой степени объясняется наличием такого мощного оружия,
как изготовление чипов с применением технологических норм 90 нм.
Уменьшение линейных размеров отдельно взятого полупроводникового элемента ведет к уменьшению линейных размеров всего чипа, позволяя разместить большее количество полупроводниковых элементов, формирующих,
например, кэш-память второго уровня.
В нашем случае многоядерность подразумевает всего два ядра, находящихся в пределах одного чипа, другими словами, - это два раздельных
процессора на одной кремниевой подложке. Преимущества такого подхода к
проектированию высокопроизводительных процессоров очевидны, тем более
что два сильнейших игрока на рынке серверных чипов Sun Microsystems и
IBM уже выпустили подобные продукты.
Если быть кратким, размещение двух процессоров в общем чипе —
один из путей увеличения производительности без необходимости наращи-
58
вания тактовых частот и «лишнего» энергопотребления. Иначе говоря,
двухъядерный процессор, работающий с тактовой частотой ниже, чем у
практически аналогичного одноядерного чипа, покажет более высокую производительность и потребует меньшее количество энергии. Хотя относительно последнего утверждения существуют вполне обоснованные подозрения,
что прирост производительности будет наблюдаться исключительно для
многопотоковых приложений.
Будущие многоядерные процессоры, уже тщательно проверенные в лабораториях, обеспечат симметричную мультипроцессорную обработку данных на одном кристалле. Так, пока одно ядро выполняет операцию, другое
может извлекать данные из памяти или посылать команду операционной системе и т. п. При многопоточной обработке информации это приведет к гигантскому повышению производительности системы в целом. И если будущее вычислительной техники — за распределенной обработкой данных в
неоднородных сетях, то многопоточная архитектура новых процессоров будет в большой степени соответствовать потребностям пользователей прикладного ПО.
У компании AMD есть сильный козырь — ввод в
эксплуатацию предприятия Fab 36 в Дрездене (Германия), оснащенного оборудованием для выпуска чипов
по технологическому процессу 65 нм. Специалисты
компании полагают, что появление процессоров, изготовленных с применением данных норм, не за горами
— это 2006 год. Однако в 2005 году двухъядерные процессоры будут производиться с использованием технологии 90 нм. Если быть более точным, то 14 июля 2004 года компания AMD
объявила о завершении стадии разработки нового двухъядерного процессора.
Процессор будет продаваться как Opteron для серверного рынка и Athlon 64
– для рынка настольных чипов. Конечно, речь не идет о практически одинаковых процессорах с разной маркировкой, они будут различаться частотой,
объемом кэш-памяти и количеством выводов, имея лишь общую «начинку»
— то, что называется dual-core. Существует три модификации двухъядерных
Opteron – Egypt, Italy и Denmark, для «настольного» же двухъядерного
Athlon 64 кодовое имя — Toledo.
Конечно, не стоит ожидать, что двухъядерные процессоры станут 32разрядными. Архитектура IA32, как считают в AMD, доживает свой век, и
новые чипы будут 64-разрядными, это даже не обсуждается.
Интегрированные в процессоры, спроектированные с учетом 64разрядной архитектуры, контроллер памяти и шина Hyper Transport теоретически позволяют добиться от двухъядерного процессора производительности, аналогичной производительности двух раздельных процессоров, объединенных в рамках единой системы. Другое неоспоримое достоинство архитектуры AMD64 – своеобразное «предвидение» ситуации. Еще на стадии
проектирования AMD64 разработчики предусмотрели возможность соедине-
59
ния до четырех процессоров Opteron , не используя набор системной логики,
что позволяет без особых проблем объединить на одном кристалле кремния
два процессорных ядра, так как все необходимые компоненты уже присутствуют.
Немаловажное обстоятельство: в двухъядерных процессорах будет использоваться общий контроллер памяти. Он позволит избежать пресловутого
«бутылочного горлышка» в конечной системе с точки зрения пропускной
способности. Например, сегодняшний сервер на базе двух чипов AMD
Opteron имеет соответственно два контроллера памяти, что обусловливает
вполне достаточную пропускную способность: можно смело объединить два
ядра, используя один общий контроллер.
Двухъядерные процессоры будут совместимы с нынешними процессорными разъемами и, следовательно, с системными платами, отвечающими
требованиям многоядерных процессоров. Потребуется обновление BIOS, но в
целом новые чипы должны без проблем работать с платами сегодняшнего
дня.
В отношении энергопотребления процессоров AMD собирается попрежнему придерживаться своей нынешней тактики. Коль скоро имеются три
градации энергопотребления — 30, 55 и 89 Вт, — есть все основания предполагать, что двухъядерные чипы будут им соответствовать.
Есть сведения, что двухъядерный процессор от AMD появится в формфакторе Socket 939, будет изготавливаться по технологии «кремний-наизоляторе» и 90-нм техпроцессу.
Точной информации о размерах ядер и количестве входящих в них
транзисторов пока нет, однако можно сделать кое-какие предположения.
Итак, площадь ядра ClawHammer с 1 Мбайтом кэш-памяти второго уровня
составляет 193 кв. мм. Для настольных систем данная площадь ядра выглядит великоватой, однако для серверных процессоров это не является проблемой. Площадь собственно ядра ClawHammer составляет 28%, или 54 кв. мм,
площадь 1 Мбайт кэш-памяти второго уровня – 42%, или 81 кв. мм, площадь
блока северного моста и ввода-вывода – 30%, или 58 кв. мм.
Если предположить, что в двухъядерном процессоре у каждого ядра
есть собственная кэш-память второго уровня объемом 1 Мбайта, то будет:
два ядра, два блока кэш-памяти и один общий блок северного моста и вводавывода, то есть без малого удвоенная площадь ядра ClawHammer. С учетом
перехода на более тонкий технологический процесс (90 нм против 130 нм)
площадь двух ядер составляет 33%, или 65 кв. мм, площадь двух блоков кэшпамяти – 49%, или 97 кв. мм, площадь блока северного моста и ввода-вывода
– 18%, или 35 кв. мм. Итого, общая площадь двухъядерного процессора
Opteron составит примерно 197 кв. мм.
Компания AMD не пошла по пути Intel, которая ранее просто использовала свободные ресурсы единого физического процессорного ядра для
имитации логического второго процессора. Вместо этого реализовано второе
физическое процессорное ядро с использованием шины Hyper Transport для
60
межпроцессорных связей. Основная идея состоит в том, что механизм,
названный очередью системных запросов (System Request Queue, SRQ), может взаимодействовать с двумя процессорными ядрами «0» и «1». В нынешних чипах AMD присутствует только ядро «0», однако добавление второго
ядра («1») требует минимальных усилий – вся необходимая инфраструктура
присутствует с самого начала.
Одно из главных преимуществ двухъядерной архитектуры AMD перед
технологией Intel Hyper-Threading — каждое процессорное ядро использует
собственную кэш-память второго уровня. Не секрет, что одной из основных
проблем при построении многопроцессорных и многоядерных систем является «борьба» за память. Если запущенное приложение достаточно мало и
полностью помещается в кэш-памяти, то особых проблем не возникает, но
сегодня время больших массивов данных. Работа с большими изображениями, обработка видеомассивов и баз данных означают интенсивное использование оперативной памяти. Именно поэтому столь существенная часть системы, как встроенный в процессоры Athlon 64 и Opteron собственный контроллер памяти, обусловливает взрывообразный рост производительности.
Борьба двух процессорных ядер за данные из основной памяти — факт
не новый. Такая же ситуация наблюдается и в более старых системах, оснащенных процессорами Xeon или Athlon MP. В подобных системах процессоры осуществляют запросы на доступ к основной памяти у контроллера памяти, находящегося, как правило, в северном мосту набора системной логики, и
потому (в общем случае) прирост производительности с этой точки зрения
составляет не более 50% по сравнению с однопроцессорной системой.
Двухъядерная архитектура Athlon 64 и Opteron несколько больше, чем просто старая двухпроцессорная схема в рамках одного чипа.
Определенное преимущество размещения двух ядер (даже по старой
двухпроцессорной схеме) на одном чипе – заметное уменьшение задержек,
но маловероятно, что система с одним двухъядерным процессором Opteron
будет показывать более высокую производительность, нежели система с
двумя одноядерными Opteron . Последняя имеет два массива памяти, поэтому
проблем с доступом к памяти, как у системы с двухъядерным Opteron , в данном случае не возникает.
На рынке присутствуют системные платы для двух процессоров
Opteron , имеющие только один массив памяти, второй процессор получает
доступ к памяти с помощью шины Hyper Transport. Конечные системы, собранные на основе данных плат, гораздо медленнее тех, что используют системные платы с раздельными для каждого процессора массивами памяти.
Представляется, система на базе двухъядерного Opteron должна находиться
по производительности где-то между двумя вышеописанными случаями.
Стоит сказать несколько слов о шине Hyper Transport, которая будет
применяться для межъядерных соединений в процессоре. Текущая версия
Hyper Transport позволяет достичь пиковой скорости обмена данными 6,4
Гбайт/с (3,2 Гбайт/с в каждую сторону) на частоте 800 МГц — этого явно
61
недостаточно для соединений между двумя процессорными ядрами одного
чипа. Видимо, для данного применения будет использоваться шина Hyper
Transport с большей пропускной способностью.
Существует некая неопределенность относительно производства
двухъядерных процессоров. Известно, что в любом случае, даже при использовании технологического процесса 90 нм, два процессорных ядра будут
иметь большие линейные размеры, нежели единственное ядро, производящееся по техпроцессу 130 нм. Итого, на одну кремниевую пластину поместится
меньше процессоров – ведь, по некоторым сведениям, AMD до сих пор использует кремниевые пластины диаметром 300 мм (это справедливо и для
Fab 36 в Дрездене, «стартовый» техпроцесс которой 65 нм).
Компания Intel также проявляет необычайную активность в данной области, вполне отдавая себе отчет, что «виртуальная двухъядерность», обусловленная технологией Hyper-Threading, никоим образом не может противостоять многоядерности реальной, невзирая на все свои преимущества. В мае
2004 года Intel отменила планы по выпуску чипов, известных широкой общественности под кодовыми именами Tejas и Jayhawk, и предпочла заняться
новыми двухъядерными продуктами для серверов и рабочих станций.
Одной из перспективных задач, по мнению Intel, является переход от
логического к физическому параллелизму. Intel считает более перспективными именно процессоры с несколькими ядрами, а не чипы, поддерживающие
64-разрядные приложения, поскольку далеко не всегда 64-разрядность будет
востребована, а переход на такие приложения продлится куда дольше, чем
переход на ПО с поддержкой нескольких ядер.
В настоящее время вполне реальным является серверный чип с кодовым названием Montecito . И если в 2004 была показана кремниевая подложка с Montecito (двухъядерный Itanium), то в 2005 году широкой общественности представили уже серийный процессор. Помимо двухъядерности,
Montecito будет обладать и многопоточностью, то есть операционная система будет видеть единственный процессор как четыре.
Количество транзисторов на кристалле Montecito — 1,72 млрд, которое
объясняется в первую очередь поистине огромным объемом кэш-памяти третьего уровня — 24 Мбайта (по 12 Мбайтов на каждое ядро). При этом задержки кэша третьего уровня останутся такими же, как и в нынешних процессорах Itanium 2. Объем кэш-памяти второго уровня у Montecito
1,25 Мбайта (256 Кбайтов — для данных, 1 Мбайт — инструкции), первого
уровня — 64 Кбайта (по 32 Кбайта для данных и инструкций). Предусмотрены и так называемые буферы промахов, контролирующие работу кэш-памяти
второго и третьего уровней.
В каждом из ядер Montecito реализована многопоточная обработка (по
два потока в каждом ядре). На одном кристалле два ядра и соответственно
четыре потока инструкций. Иными словами, четыре логических процессора,
то есть в системах, аналогичных сегодняшним четырехпроцессорным на базе
Itanium 2, получится 16 потоков инструкций, или 16 логических процессоров.
62
Производительность Montecito значительно выше, чем у нынешних
Itanium 2, что неудивительно — большой объем кэш-памяти и более высокая
тактовая частота в сочетании с многоядерностью, многопоточной обработкой
и более совершенной технологией изготовления.
В этом процессоре реализованы новые технологии:
 Silvervale - серверный вариант технологии виртуализации, позволяющей
процессору поддерживать на аппаратном уровне одновременную работу
нескольких операционных систем;
 Pellston - повышение надежности кэш-памяти за счет отключения неисправных сегментов;
 Foxton - динамическое переключение тактовой частоты и рабочего напряжения в зависимости от вычислительной нагрузки;
 Snoop-контроллер – устройство, реализующее арбитраж, т.е. отслеживающее выполнение инструкций в обоих ядрах;
 Dynamic Thread Switching - механизм динамического переключения потоков, способный фиксировать обработку операций, связанных с длительными задержками, и инициировать переход к обработке соседнего потока инструкций.
РАЗГОН ПРОЦЕССОРА
Сразу необходимо сделать предупреждение, что для разгона необходимы навыки работы с компьютерным "железом" и определенное везение, ведь
процессоры имеют различный запас быстродействия и, что даже более важно, различный запас прочности.
РАЗГОН (оверклок, overclock) - это намеренное увеличение частоты
процессора с целью поднятия производительности. Другие методы повышения производительности обычно называют оптимизацией, и они редко дают
столь же заметный результат, как разгон. Правда, оверклок потенциально
опасен, так как работа разогнанного компонента в нештатном режиме производителем не гарантируется. Это может привести к периодическим сбоям,
перегреву, повышенному потреблению энергии и даже выходу из строя не
только разогнанного компонента, но и других составляющих ПК.
Использование процессора за пределами его возможностей - на более
высокой частоте или, что еще хуже, при повышенном напряжении питания,
может привести к его преждевременному выходу из строя. Неопытным
пользователям следует знать, что последствия разгона процессора могут
носить разрушительный, для ПК, характер:
 сокращение срока службы процессора. Для многих - это определяющий
факт. Но большинство из них не знают, о каком количественном сокращении срока жизни идет речь! Intel дает гарантию на работу своих процессоров около 15 лет. При разгоне в среднем срок службы уменьшается втрое,
т.е. срок службы сокращается до 5 лет. Хотя можно считать, что это нормальное время (даже большое) для перехода на более совершенную модель
63
процессора;
 увеличенное тепловыделение. В принципе данная проблема решается установкой более мощного кулера. Вообще для разгона лучше не экономить на
средстве охлаждения, быть полностью (или частично) медным и иметь
мощный вентилятор. Мощным может быть даже тот вентилятор, который
работает на 2000-2500 об/мин, если у него правильной формы лопасти.
Разгон необходим, когда:
 надо повысить производительность системы, не вкладывая денег;
 необходимо научиться работать с компьютером и понимать его;
 требуется кратковременно увеличить скорость работы системы.
Успешным разгоном можно считать тот, при котором обеспечивается
более высокая производительность ПК, не используя дорогостоящих систем
охлаждения и не повышая напряжение питания CPU и других компонентов
системы. Разумеется, стабильность работы системы должна оставаться на
том же уровне, что и до разгона.
Осуществляется разгон процессора двумя путями – повышением частоты системной шины (FSB) или повышением коэффициента умножения (множителя), если он разблокирован. Первый способ более простой, но при повышении частоты системной шины все другие компоненты системы (видеосистема, память, жесткий диск) будут также работать на повышенной частоте. Это может привести к нестабильной работе перечисленных компонентов. Иногда повышают частоту системной шины, снижая коэффициент
умножения, - такой метод называется псевдоразгоном.
Для того чтобы разогнанный процессор работал стабильно, требуются
усиленное охлаждение и, как крайняя мера, - повышенное напряжение питания ядра, памяти, AGP и других компонентов системы. Важно помнить, что
высокая тактовая частота сама по себе не приводит к выходу разогнанного
процессора из строя. Это происходит прежде всего из-за повышенного
напряжения питания (что справедливо не только для процессора), а также
вследствие продолжительной работы в экстремальном температурном режиме, обусловленном нестандартной тактовой частотой.
Наличие "лишних" мегагерц у процессоров связано с тем, что процессоры с одинаковым ядром, но разной тактовой частотой сходят с одного и
того же конвейера и только потом, после тестирования, приобретают определенный рейтинг. Для выпуска моделей с более высокими частотами ядро может подвергнуться доработке, но тогда и младшие модели станут выпускаться по новой технологии. То есть, если Pentium 4 с тактовой частотой 1,8 GHz
делается по той же технологии, что и Pentium 4 2,8 GHz, поэтому запас быстродействия у него весьма велик. Во всяком случае, нет причин сомневаться в
том, что он сможет работать на частоте FSB 533 MHz, достигнув таким образом 2,40 GHz. Однако, справедливости ради, следует заметить, что до какой
бы частоты не разгонялись младшие модели Pentium 4, получить полноценный Pentium 4 3,06 GHz не удастся, ведь в этом процессоре реализована технология Hyper-Threading, дающая существенный прирост быстродействия
64
ПК в условиях многозадачности.
Сказывается в лучшую сторону на производительности (а у процессоров Intel другого выхода
просто нет).
Разгон процессора посредством увеличения
FSB имеет свои особенности - повышение частоты шины автоматически повышает частоту шины памяти и частоты шин AGP/PCI, поэтому если сильно
разогнать процессор по шине, то могут выйти из строя периферийные
устройства (например, звуковой платы и видеокарты). К счастью, в современных материнских платах есть технология, позволяющая не повышать шину PCI. Можно заметить, что при повышении частоты процессора может
наблюдаться нестабильная работа системы. В этом случае повышают напряжение на ядре. Разрешается поднимать напряжение НЕ БОЛЕЕ чем на 10%.
Вообще при разгоне процессора лучше поднимать все не скачками, а пошагово.
И если даже предусмотрена возможность снижения частоты памяти с
помощью соответствующего делителя, это не имеет особого смысла, так как
при более медленной памяти разгон процессора теряет смысл. Таким образом, для эффективного разгона необходимы самые качественные и скоростные модули памяти. Наконец, требуется хороший кулер, который обеспечит
адекватное охлаждение разогнанного процессора.
Особое внимание нужно обратить на частоты шин PCI/AGP, которые в
большинстве чипсетов связаны с частотой FSB (не касается nForce2, nForce3
250). Обойти эту зависимость можно, только если BIOS материнской платы
имеет соответствующие параметры — так называемые делители, отвечающие
за отношение PCI/AGP к FSB. Рассчитать нужный делитель можно по формуле FSB/33, т.е. если частота FSB = 133 MHz, то следует 133 разделить на
33, и определяется нужный делитель — в данном случае таковым является 4.
Номинальной частотой для шины PCI являются 33 MHz, а максимальной — 38-40 MHz, выше ее устанавливать, мягко говоря, не рекомендуется:
это может привести к выводу из строя PCI-устройств. По умолчанию частота
шины памяти поднимается синхронно с частотой FSB, поэтому, если память
не имеет достаточного потенциала для разгона, она может сыграть лимитирующую роль. Если очевидно, что частота оперативной памяти достигла своего предела, можно предпринять следующее:
 увеличить тайминги памяти (например, 2,5-3-3-5 изменить на 2,5-4-4-7 —
это может помочь добавить несколько MHz из оперативной памяти);
 повысить напряжение на модулях памяти;
 разгонять процессор и память асинхронно.
В материнских платах обычно предусмотрены средства регулирования
тактовой частоты процессора и чтобы воспользоваться ими, следует изучить
руководство по эксплуатации. Большинство материнских плат дают возможность менять параметры работы процессора и других компонентов системы
Повышение частоты
системной шины
65
через BIOS. На сегодняшний день лучшими платами для разгона являются те,
что базируются на чипсете Intel i845PE и VIA KT400, так как они поддерживают самые скоростные типы памяти. Наиболее удачные платы с точки зрения разгона выпускают компании ABIT, ASUS, EPoX и некоторые другие
производители.
Разгон процессора таким путем является самым "безболезненным" и простым, т.к. возрастает только тактовая
частота процессора, а частоты шины памяти и шин
AGP/PCI остаются номинальными, поэтому определить
максимальную тактовую частоту процессора, на которой он сможет работать
корректно, с помощью данного способа особенно просто.
Способ применим не всегда – фирма Intel c некоторого времени зафиксировала коэффициент умножения для своих процессоров, так что комбинация уровней на входах, отвечающих за коэффициент умножения, не оказывает никакого влияния на внутреннюю тактовую частоту. Этот метод невозможно применить практически на всех серийных процессорах AMD. Исключениями из правил являются: процессоры Athlon XP (Thoroughbred, Barton,
Thorton)/Duron (Applebred), выпущенные до 39-й недели 2003 года, Athlon
MP, Sempron (Socket 754, только понижение), Athlon 64 (только понижение),
Athlon 64 FX53/55.
Повышение
коэффициента
умножения
При осуществлении разгона пользователь прежде всего
должен изучить инструкцию к материнской плате:
найти разделы меню BIOS, отвечающие за частоту FSB,
RAM, таймингов памяти, коэффициента умножения, напряжений, делителей
частот PCI/AGP. Если в BIOS нет никаких из вышеприведенных параметров,
тогда разгон можно осуществить с помощью перемычек (джамперов) на материнской плате. Назначение каждого джампера можно найти в той же инструкции, однако обычно на самой плате уже нанесена информация о функции каждого.
Бывает, сам производитель намеренно скрывает "продвинутые"
настройки BIOS — для их разблокировки требуется нажать определенное
сочетание клавиш (такое часто встречается у материнских плат производства
Gigabyte).
Практически все современные материнские платы оборудованы средствами разгона, да и некоторые производители стали делать процессоры с
незаблокированным множителем (AMD). К тому же на многих материнских
платах есть защита от переразгона, т.е. когда система не проходит стартовый
тест, BIOS обнуляется. Если же плата не оборудована данной системой самоконтроля, не стоит пугаться, увидев черный экран. Все решается простым
обнулением BIOS вручную. Для этого нужно установить джампер в положение "CMOS clear" или просто вынуть батарейку (если пользователь не смог
найти джампер или боится что-либо случайно испортить). Но так как остаНастройка
BIOS
66
точный заряд на конденсаторах сохраняется еще достаточно долгое время,
после удаления батарейки придется подождать 1-3 часа.
Для осуществления разгона с помощью настроек BIOS следует зайти в
BIOS, найти опцию, касающуюся CPU и чипсета (что-то вроде "CPU &
chipset settings") и выставить частоту системной шины и множитель (на процессорах Intel изменение коэффициента умножения ни к чему не приведет,
т.к. он заблокирован). Если коэффициент не заблокирован, то разгонять процессор можно двумя путями: увеличением тактовой частоты FSB или/и увеличением коэффициента умножения. Если этот коэффициент заблокирован,
то остается только увеличение частоты системной шины.
Приведенный ниже алгоритм разгона предназначен для
материнской платы Mecotek MK-815E3 и BIOS от
Award. На других ПК они могут немного отличаться, но
в любой документации есть описания всех требуемых переключателей, просто следует внимательно прочитать и найти требуемое. То же касается и
BIOS.
Отключить кабель питания, вскрыть корпус и аккуратно, ни к чему
не притрагиваясь насадкой, обязательно пропылесосить внутренний объем
системного блока.
В описании материнской платы должны быть схемы с указанием
названия переключателя и места его установки. Необходимо найти их описание в документации, найти их на плате и определить, в каком положении
находятся:
.1 переключатель, отвечающий за тактовую частоту (CPU Frequency
Selector). Переключатель, отвечающий за частоту, находится, как правило, возле чипсета (рядом с Северным мостом) или возле слотов оперативной памяти. Рядом с ним могут быть цифры: 66, 100, 133. Но его
может и не быть. В принципе разницы никакой, просто если есть переключатель и он выставлен на 66 МГц, то частоту FSB через BIOS
можно будет установить только от 66 до 100 МГц;
.2 переключатель, отвечающий за напряжение, подаваемое на процессор
(CPU VCore Selector). Переключатель напряжения находится рядом с
процессорным гнездом. Иногда рядом с ним написаны цифры: 1,35;
1,4; 1,45; 1,5 - это напряжение. Если найден переключатель и на нем
ничего не написано, то лучше его не трогать;
.3 джампер, отвечающий за очистку CMOS (CMOS Status). Джампер
очистки CMOS находится рядом с батарейкой. Рядом может быть
написано: Normal, Clear CMOS. Для переключений перемычек необходимо использовать пинцет с отточенными кончиками.
Убедиться в том, что кулер работает. Проще всего это сделать так:
включить и через пару секунд выключить ПК.
Убедиться в том, что радиатор плотно прилегает к процессору. Еще
хорошо, когда между радиатором и поверхностью процессора намазана спеАлгоритм разгона
67
циальная паста. Дело в том, что как бы плотно не прижимался радиатор к
CPU, все равно там будет воздушная прослойка, а воздух - хороший термоизолятор. Иногда стандартной системы охлаждения не достаточно и придется
изобретать что-либо свое.
Для входа в BIOS обычно нужно нажать клавишу Del в момент пересчета объема оперативной памяти (т.е. когда появились первые данные на
экране после перезагрузки/включения компьютера), но встречаются модели
материнских плат и с иной клавишей для входа в BIOS — например, F2.
.1 Войти в раздел Frequency/Voltage Control (изменение частоты системной шины, шины памяти и управление таймингами) и настроить клавишами PageUp и PageDown два параметра: CPU Host/PCI Clock (тактовая частота FSB) и CPU Clock Ratio (коэффициент умножения).
.1.1 Существует основное правило безопасности при разгоне «Гнать
надо постепенно», т.е. если частота FSB была 66 МГц, то нельзя
сразу выставлять, к примеру, 100 МГц. Поэтому для начала поднять частоту FSB примерно на 5-10% от номинала и сохранить изменения (клавиша F10).
.1.2 Посмотреть, как работает компьютер, если все нормально, то система запускается с новым значением FSB и, как следствие, с более
высокой тактовой частотой процессора (и памяти, если они разгоняются синхронно).
.1.3 Запускается программа CPU-Z или Everest для определения, что
тактовая частота процессора возросла.
.1.4 Проверить процессор на стабильность, например, с помощью утилиты 3DMark, которая хоть и предназначена для выявления быстродействия видеокарты, но для поверхностной проверки стабильности системы можно ее использовать. Для более серьезной проверки можно использовать Prime95, CPU Burn-in, S&M.
.1.5 Если система прошла тестирование и ведет себя стабильно, перезагружаемся и начинаем все сначала: опять заходим в BIOS, еще
повышаем частоту FSB на заданный шаг, сохраняем изменения и
тестируем систему заново. И так далее.
.1.6 Если во время тестирования произошел «выброс» из программы,
система зависла или перезагрузилась, то следует вернуться на шаг
назад — на ту частоту процессора, когда система вела себя стабильно, — и провести более объемное тестирование, чтобы удостовериться в полной стабильности работы.
.2 В разделе PC Health Status параметром Shutdown Temperature установить ограничение по температуре процессора, при достижении которой произойдет перезагрузка ПК, а также посмотреть текущую температуру. Кстати, эту температуру необходимо периодически контролировать в процессе разгона.
.3 Если не заблокирован коэффициент умножения, то изменить параметр
CPU Clock Ratio.
68
Прекратить разгон нужно, как только появились постоянные сбои, участилось появление "синей смерти" (это когда экран становится вдруг синим,
и там написано о какой-нибудь ошибке) - вернуться на последнюю частоту,
при которой ПК работал нормально. Может случиться так, что после выставления очередной частоты ПК откажется работать вообще. В этом случае придется очищать установки BIOS. Это можно сделать или установив джампер
очистки в положение Clear, или вынув из гнезда батарейку. Некоторые материнские платы имеют возможность входа в BIOS с клавиатуры, т. е. не надо
лезть в материнскую плату, а достаточно при повторном включении сразу
нажать определенную клавишу, которая должна быть описана в документации.
Повышение напряжения. Иногда для стабильности можно поднять
напряжение на ядро камня. Не рекомендуется повышать напряжение на процессоре более чем на 15-20%, а лучше, чтобы оно варьировалось в пределах
5-15%. Смысл в этом есть: повышается стабильность работы и открываются
новые горизонты для разгона.
Делать это нужно осторожно: вместе с повышением напряжения повышаются потребляемая мощность и тепловыделение процессора и, как
следствие, увеличивается нагрузка на блок питания и растет температура.
Некоторые платы имеют специальный ступенчатый переключатель напряжения на оперативной памяти до 2,8-3,0В, безопасной границей является 2,9 В
(для дальнейшего увеличения напряжения нужно делать вольтмод материнской платы). Как правило, он имеет положение "Default". Внимательно изучив документацию, а затем в зависимости от установленного процессора
можно добавить напряжение, чуть выше номинального. Большинство материнских плат позволяют выставлять напряжение. Главное при повышении
напряжения (не только на оперативной памяти) — контролировать тепловыделение и, если оно увеличилось, организовать охлаждение разогнанного
компонента.
В связи с тем, что основными компонентами при изготовлении процессора являются полупроводники, которые имеют один большой недостаток:
они могут корректно работать только в заданном диапазоне температур. При
превышении определенного предела полупроводники выходят из-под контроля, а при превышении допустимого предела вообще начинаются необратимые изменения. Чтобы этого не случилось, для процессора применяют систему охлаждения в виде радиатора с вентилятором (а иногда и без него).
Одним из лучших способов определения температуры какого-либо
компонента компьютера является прикосновение руки. Если возникает боль
от ожога, то компоненту требуется срочное охлаждение. Если компонент
горячий, но руку держать можно, то охлаждение ему бы не помешало. И
только если компонент еле теплый или вообще холодный, то все хорошо и
охлаждения ему не нужно.
В общем случае при разгоне процессора повышается его внутренняя
тактовая частота, что приводит к увеличению количества тепла, выделяемого
69
блоками процессора. Это тепло необходимо отводить от процессора, применяя более совершенные системы охлаждения. При разгоне на 10-20 % с этой
задачей вполне справляется уже имеющийся на процессоре вентилятор, при
более высоких процентах разгона следует применять специальные системы
охлаждения – с более мощными или несколькими, одновременно работающими вентиляторами.
В процессорах фирмы Intel присутствуют несколько схем тепловой защиты. Наиболее ранняя – схема с термодиодом. При нагреве процессора выше 135 градусов на выводе процессора THERMTRIP# появляется активный
логический уровень и процессор останавливается. Этот сигнал остается активным до тех пор, пока не произойдет сброс процессора. Однако это является довольно радикальным способом защиты от перегрева, когда все другие
“меры воздействия” исчерпаны. К таким мерам относится технология
Thermal Monitor. Принцип работы заключается в введении второго датчика,
рассчитанного на более низкую температуру – 90 градусов. При этой температуре процессор еще может надежно функционировать, но уже нуждается в
дополнительном охлаждении. Поскольку скоростью вращения вентилятора
процессор управлять не может, он прибегает к другому методу – увеличению
пауз в своей работе путем временного отключения тактовой частоты.
В данном случае по достижении температуры процессора (вернее, тех
его блоков, которые являются наиболее требовательными к температурному
режиму) 90 градусов процессор устанавливает активный уровень сигнала на
выводе PRO CHOT#. При этом включаются схемы управления тактовой частотой, находящиеся внутри кристалла. Данный режим может быть включен
из BIOS или программно. В первом случае процессор работает половину
времени, во втором случае квант рабочего времени может варьироваться от
12,5 до 87,5 процентов.
Тайминги и делители частоты. Еще особо необходимо помнить о
разгоне памяти наряду с разгоном процессора. ТАЙМИНГИ - это задержки
между отдельными операциями, производимыми контроллером при обращении к памяти, на которые влияет масса факторов. Чем они меньше, тем выше
скорость работы памяти.
Всего существует шесть типов задержек: RAS-to-CAS Delay (RCD),
CAS Latency (CL), RAS Precharge (RP), Precharge Delay или Active Precharge
Delay (чаще обозначается как Tras), SDRAM Idle Timer или SDRAM Idle
Cycle Limit, Burst Length.
У пользователей в большинстве случаев разгона процессора возникает
дилемма: что лучше: маленькие тайминги или высокая частота. Существует
мнение, что для процессоров Intel важнее тайминги, тогда как для AMD —
частота. Но не стоит забывать, что для процессоров AMD чаще всего важна
частота памяти, достигнутая в синхронном режиме. Для различных процессоров "родными" являются разные частоты памяти. Для процессоров Intel
"своими" считаются следующие сочетания частот: 100:133, 133:166, 200:200.
Для AMD на чипсетах nForce лучше синхронная работа FSB и RAM, а на
70
связку AMD + VIA асинхронность влияет мало. На системах с процессором
AMD частота памяти выставляется в следующих процентных соотношениях
с FSB: 50%, 60%, 66%, 75%, 80%, 83%, 100%, 120%, 125%, 133%, 150%,
166%, 200% — это и есть те же делители, но представленные немного подругому. А на системах с процессором Intel делители выглядят более привычно: 1:1, 4:3, 5:4 и т.д.
Если процессор и память работают в синхронном режиме (на кратной
частоте), то производительность системы увеличивается. Скажем, производится разгон Pentium4 2.4C. Он работает на частоте системной шины, равной
800 МГц. Разогнав процессор до 3ГГц (250х12), можно разогнать и память
DDR PC3200 (400 МГц) до 500 МГц. Получится синхронная работа (2/1 –
1000 МГц/500 МГц). У памяти стоят тайминги 2-2-2-2-5 (бывают и выше зависит от производителя и типа памяти).
При разгоне тайминги приходится увеличивать (из-за нестабильной работы памяти). Можно увеличить, например, до 2,5-2,5-2,5-2,5-6, если система
при них работает стабильно. Правда, не всегда удается достичь такой хорошей производительности. Иногда приходится поднимать до 4-4-4-4-8…
Черный экран. Это явление, возникающее при переразгоне. Например,
была установлена тактовая частота процессора или оперативной памяти
(возможно, слишком низкие тайминги памяти), что компьютер не может запуститься — вернее, он запускается, но экран остается черным, и система не
подает никаких "признаков жизни". В этом случае рекомендуется:
 использовать встроенную систему автоматического сброса параметров на
номинальные, которую многие производители встраивают в свои материнские платы. После такого завышения частоты или занижения таймингов
данная система должна выполнить свою работу, но это происходит не всегда, поэтому нужно быть готовым поработать вручную;
 после включения компьютера нажать и удерживать клавишу INS, после
чего он должен успешно стартовать, а пользователь должен зайти в BIOS и
установить рабочие параметры компьютера;
 если ручной способ не помогает, то нужно выключить компьютер, открыть
корпус, найти на материнской плате джампер, отвечающий за сброс
настроек BIOS — так называемый CMOS (обычно располагается около
микросхемы BIOS), — и установить его в режим Clear CMOS на 2-3 секунды, а затем вернуть в номинальное положение;
 встречаются модели материнских плат без джампера сброса настроек BIOS
(производитель делает ставку на свою автоматическую систему сброса
настроек BIOS) — тогда нужно вынуть батарейку на некоторое время, которое зависит от производителя и модели материнской платы.
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПРОГРАММЫ И УТИЛИТЫ
Обычно на вопрос «Требует ли центральный процессор какого-либо
специального программного обеспечения?» большинство пользователей, не
71
задумываясь, сойдется во мнении, что такового обеспечения не требуется.
Обычно мотивировка бывает следующая:
 современные материнские платы сами распознают CPU и даже устанавливают для него необходимые значения бортового напряжения;
 никаких драйверов не требуется. Косвенно сюда могут относиться разве
что драйвера для чипсета, изначально рассчитанного под определенный
CPU. Да еще может понадобиться обновление BIOS в случае некорректного определения более новой модели процессора, появившегося уже после
разработки BIOS для конкретной материнской платы;
 количество производителей CPU мало, причем доминируют здесь всего два
гранда индустрии — Intel и AMD, поэтому нет такого разнобоя в реализации технических нюансов, которые присущи другим компонентам ПК, собираемых множеством разношерстных и не всегда легальных сборщиков.
Исключением является разве что производительность, которая может изменяться внешними установками и быть как выше, так, впрочем, и ниже
положенного уровня. Однако последнее полностью подконтрольно пользователю и, опять же, реализуется в основном средствами BIOS и аппаратной
частью МВ.
Тем не менее при всей, казалось бы, однозначности подхода для CPU
написано немало программных утилит, которые можно разделить на три основные категории:
 информационного характера;
 для программного охлаждения CPU — софт-кулеры;
 для максимального разогрева CPU — стресс-утилиты.
УТИЛИТЫ-ИНФОРМАТОРЫ
Программы информационного характера могут понадобиться пользователю в том случае, если он не собирал компьютер самостоятельно, а приобрел готовый, часто опломбированный продавцом. Такой компьютер для
большинства людей нет смысла разбирать, чтобы посмотреть, что за оборудование стоит внутри.
Однако в некоторых случаях ситуация может быть неоднозначной.
Например, разные модификации процессоров могут работать на одинаковых
частотах ядра, однако частоты FSB и коэффициенты умножения у них разные. Понятно, что тот, у которого базовая частота выше, будет быстрее.
Обычно тип CPU и некоторые его характеристики отображаются при загрузке BIOS, но далеко не всегда эта информация достаточна. Вот здесь помогают утилиты, выдающие самую подробную информацию об установленном в
системе процессоре.
Особое значение такие утилиты приобретают для оверклокеров. В некоторых CMOS BIOS Setup настройки в частности для CPU чрезвычайно
богаты и в то же время порядком запутаны. Иногда в одном BIOS можно даже несколькими способами изменять частоты и коэффициент умножения для
72
процессора. Тут неопытному пользователю недолго и запутаться. Чтобы выяснить, что же стоит на самом деле и с какими реальными параметрами работает процессор, и пригодится утилита, в доступном виде отображающая эту
информацию из-под Windows.
Так же потребность воспользоваться подобными утилитами может возникнуть, если устаревший BIOS некорректно определяет процессор, хотя
материнская плата с ним и работает.
С помощью информационных утилит можно получить следующую информацию:
 первоочередные характеристики: частота ядра, базовая частота — FSB и
коэффициент умножения между ними;
 модель процессора, его степпинги, параметры кэшей всех уровней;
 поддерживаемые процессором возможности;
 наборы инструкций;
 часто ко всему этому предоставляется информация о BIOS и чипсете материнской платы;
 данные о текущем напряжении ядра;
 значения паспортных параметров.
WCPUID. Утилита, способная предоставлять наиболее полную информацию об установленном процессоре и частично о системе. Все основные
параметры выводятся в заглавном окне программы.
Расширить представление можно, воспользовавшись кнопками в верхнем ряду. Так, с помощью кнопки «Chipset info» можно получить дополнительную информацию о чипсете MB и видеокарты. Версию BIOS, в частности, можно узнать, воспользовавшись «System info». Судя по тому, что в
WCPUID предусмотрено окошко с выпадающим списком для обнаруженных
процессоров, то она может работать с системами, в которых установлено два
CPU. Имеет смысл пользоваться только самыми последними версиями подобного ПО, это гарантия того, что самое новое оборудование в системе будет правильно определено.
SysId отличается собственной оригинальностью. Все основные характеристики CPU сконцентрированы в ее довольно компактном окне, имеются
и микронные нормы техпроцесса изготовления ядра процессора. Воспользовавшись кнопкой «Memory», можно узнать объем установленной системной
памяти, ее частоту и тайминги, а также свободный физический объем на текущий момент, добавьте сюда размер файла подкачки. Но все же главным
отличием SysId от других ей подобных утилит является фотогалерея. Достаточно нажать «CPU Spec», чтобы тут же увидеть фотографию установленного в системе процессора с техническими характеристиками этого модельного
ряда.
При желании можно пролистать всю фотогалерею, в ней присутствуют
известные к выходу текущей версии программы процессоры со времен 486.
Есть даже экзотические, давно потерявшие свою марку экземпляры.
73
Cpu-Z — одна из лучших программ, предоставляющих данные о процессоре, материнской плате и оперативной памяти, установленных в компьютере. Окно программы состоит из нескольких вкладок, все основные параметры процессора отображаются на первой из них. Корректно запускается
только с диска С.
Утилита выполняет следующие функции и возвращает данные:
 имя продавца и название процессора, степпинг ядра процессора;
 текущее напряжение на ядре;
 информация о "разгоняемости" процессора;
 описание поддерживаемых процессором инструкций;
 полная информация по кэшу процессора;
 полная информация о материнской плате: версия BIOS, имя поставщика,
данные о чипсете и т.д.;
 полная информация о памяти.
Кроме того, доступны следующие встроенные инструменты:
 составление полного отчета по оборудованию;
 вычисление действительной скорости и объёма кэш-памяти.
Выгодной особенностью Cpu-Z является то, что она дает не только текущие параметры частот процессора и шины FSB, но и приводит их оригинальные значение — «Original CPU/FSB», таким образом, легко отличая
разогнанный процессор от работающего в положенном штатном режиме. Из
вкладки «Memory» можно получить информацию и о системной памяти: ее
объеме, текущей частоте, таймингах. Пытается Cpu-Z определять напряжения
питания ядра CPU и памяти, что отображается в соответствующих вкладках.
Интерфейс программы прост и интуитивен: нет ничего лишнего, а все
самое важное на виду. Программа поддерживает самые последние новинки
из мира "железа" и периодически обновляется.
CPUInfo — выводит стандартную информацию о частотах, кэше, технических возможностях и производителе процессора. Во вкладке «Windows»
можно просмотреть информацию о виртуальной и физической памяти, ее
размерах, занятом и свободном текущем объеме. Позволяет распечатать на
принтере подробный отчет о параметрах CPU одним нажатием кнопки.
Everest Home/Professional Edition (бывшая AIDA32) — информационно-диагностическая утилита, обладающая более продвинутыми функциями
просмотра информации об установленном "железе", операционной системе,
DirectX и т.п. Различия между домашней и профессиональной версией таковы:
 Pro-версия - не имеет модуля тестирования оперативной памяти (чтение/запись), в ней также отсутствует подраздел Overclock, в котором собрана основная информация о процессоре; материнской плате; оперативной
памяти; температуре процессора, материнской платы и винчестера, а также
о разгоне вашего процессора в процентах);
 Home-версия - нет учета ПО, расширенных отчетов, взаимодействия с ба-
74
зами данных, удаленного управления, функций уровня предприятия.
Кроме того, Everest позволяет просматривать частоту шины PCI — для
этого нужно развернуть раздел Системная плата, кликнуть по подразделу с
аналогичным названием и найти пункт Свойства шины чипсета/Реальная частота.
Frequency ID Utility. Эта программа может работать только с процессорами Intel. Идентифицирует процессор, запускает скоростной тест, а также
считывает внутреннюю информацию процессора и сравнивает ее с текущими
частотными установками. Если процессор работает в нестандартном режиме,
то утилита покажет это. Эта программа позволяет держать под контролем
частоты CPU в ноутбуках, управляемые по технологии Speed Step. Intel
Processor Frequency ID Utility постоянно обновляется и найти самую свежую
версию под Windows всегда можно на сайте Intel. Для идентификации очень
старых процессоров эпохи i386, i486 можно скачать DOS-версию этой программы.
ПРОГРАММНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ CPU. СОФТ-КУЛЕРЫ
Современные процессоры потребляют все больше и больше энергии,
огромная ее часть рассеивается в виде тепла. Внушительного вида тяжелые
кулеры способны вполне успешно справляться с нагревом процессора. Однако само по себе тепло никуда не девается, оно просто перемещается от ядра
CPU вовнутрь системного блока, где тоже немало устройств чувствительных
к перегреву. Постепенно воздух внутри компьютера нагревается, поэтому там
так же часто приходится организовывать охлаждение, ставить дополнительные вентиляторы, что особенно критично для тесных, нашпигованных под
завязку корпусов. Получается, что перегрев процессора вредит не только и не
сколько себе, но и сильно нагревает внутренности компьютера. Но, впрочем,
все взаимосвязано в тепловой конвекции. Сам процессор охлаждается тем же
воздухом из системного блока, который он же и нагревает.
В случае просторного корпуса и грамотно организованной вентиляции
проблем с перегревом не будет. Другое дело, если корпус маленький, приток
воздуха в него ограничен, да еще он и опломбирован, поэтому организовать
лучшую вентиляцию окажется проблематично.
Перегревается и зависает при этом необязательно процессор, вполне
может первой зависнуть от перегрева видеокарта, сильно увеличивается износ накопителей на жестких дисках, вплоть до их выхода со строя, страдает
электроника материнской платы. Перегреваются необязательно достаточно
мощные игровые компьютеры, где стоит довольно горячее железо. Очень
часто таким же пороком страдают и обычные офисные машины, где сборщики сэкономили на всем, чем только могли. Несколько умерить нагрев процессора, а от него и всего системного блока вполне можно программным путем,
с помощью специальных утилит — так называемых софт-кулеров.
Эти программы с учетом различия разных алгоритмов останавливают
75
работу процессора в те промежутки времени, когда ему действительно нечего
делать. При простое компьютера в течение нескольких минут процессору
выдается команда останова, и он прекращает выполнять код, переходя в режим минимального потребления энергии. В результате среднее выделение
мощности и нагрев уменьшаются и температура ядра CPU резко падает. Под
простоем системы подразумевается не только время, когда за компьютером
никто не работает. С точки зрения процессора простоем, к примеру, является
и время в промежутках между нажатиями клавиш при работе в текстовом
редакторе.
Однако стремление к уменьшению тепловыделения не должно вступать
в противоречие с производительностью. Когда система интенсивно работает,
она не может останавливаться. В этом случае большинство софт-кулеров не
влияют на нагрев процессора и не затормаживают его скорости. Получается,
что когда процессор греется больше всего он меньше всего «охлаждается»
либо вообще не «охлаждается» программой. «Охлаждение» в основном осуществляется при малой нагрузке и простое. Поэтому в интенсивных играх
софт-кулер ни в коей мере не сможет заменить настоящий вентилятор.
Однако при обычной эксплуатации ПК не слишком-то загружаются, а
то и вообще подолгу простаивают без работы. Офисный компьютер обычно
включается с утра и выключается вечером, в конце работы. За это время
офисные программы не сильно загружают его мощный и горячий процессор,
а в перерывах не загружают вообще. Но тем не менее за целый день вовнутрь
системного блока постоянно нагнетается дополнительное тепло. В жаркий
день при плохой вентиляции температура может достичь критичной точки,
что приведет к зависанию ПК. Но даже если этого не случится, то все равно
лишний нагрев самым неблагоприятным образом сказывается на износе оборудования, приводя к его преждевременным поломкам. Здесь-то применение
софт-кулеров окажется в самый раз, в особенности, если на ПК стоят низкокачественные вентиляторы и дешевые корпуса.
Софт-кулеры Amn Refrigerator, WinCooler и KCPUCooler могут работать с Windows, осуществляя программное охлаждение процессора в промежутках простоя. По большому счету их функциональность идентична и сводится лишь к включению/выключению охлаждения (в случае Amn
Refrigerator отключить охлаждение нельзя без деинсталляции программы) без
каких-либо дополнительных возможностей. Выполнять свои охлаждающие
функции эти утилиты способны далеко не во всякой конфигурации системы.
Это и неудивительно, ведь процессор работает не сам по себе, а в связке с
чипсетом, специфику которого может учитывать не каждая программа.
Amn Refrigerator — российская разработка. Программа состоит из
драйвера виртуального устройства (VxD), реализующего функцию охлаждения. Драйвер всегда загружается вместе с Windows, занимает очень мало памяти, избавиться от его охлаждающего действия можно только путем деинсталляции программы. В Amn Refrigerator также входят модули монитора и
отображения статистики, хотя особой функциональностью они не обладают.
76
Иконка модуля монитора висит в системном трее, предлагает ряд нехитрых
установок, его можно закрыть обычным путем.
WinCooler. После инсталляции и запуска этой утилиты в системном
трее появляется значок, через который можно включать/отключать программное охлаждение либо закрыть программу. Так же может выводить некоторую информацию об установленном в системе процессоре.
WinCooler.KCPUCooler — подход в работе аналогичен предыдущей
утилите, в трее появляется значок, где можно включать и отключать охлаждение CPU.
CPUIdle и CPU Cool. Софт-кулеры способны эффективно работать с
современными процессорами AMD и чипсетом от VIA, впрочем, как и с другими CPU и системной логикой. Эти утилиты кроме функции охлаждения
процессора, обладают возможностями системного мониторинга и рядом дополнительных функций.
VCool - утилита, вполне подходящая владельцам процессоров
Athlon/Duron и которая может работать в связке со списком чипсетов VIA,
указанных в описании к программе и на сайте разработчика.
Кроме возможности программного охлаждения, VCool обладает еще
целым рядом дополнительных полезных функций. Программа постоянно отслеживает температуру процессора и других термодатчиков, их показания
отображаются в системном трее. Кроме понижения энергопотребления процессора во время простоя системы, утилита может снижать нагрузку процессора согласно заданным пользователем установкам, предохраняя его от перегрева выше заданной точки. В верхней области окна настроек справа предусмотрено три установки для критичных температур под пунктами: «Throttle
back to 50%, …to 10%, «Shutdown». Смысл установок такой, что если температура повысится до значений, указанных в «Throttle back to 50%, …to 10%»,
то нагрузка на процессор будет уменьшена соответственно на 50% или 10%.
Если же рост температуры достигнет значения в установке «Shutdown», то
работа процессора будет приостановлена до тех пор, пока его температура не
упадет ниже критического уровня. В последнем случае скорость выполнения
приложений резко затормозится, однако система не теряет работоспособности. Для активизации данных возможностей должен быть включен пункт
«Enable Throttle/Shutdown». Так же можно включить звуковой сигнал системного динамика, предупреждающий о перегреве.
Для более четкого отслеживания температуры стоит установить в
окошке «Simple every …» частоту опроса датчиков, равную 1-2 секунды. По
умолчанию стоит 10 секунд — за такой промежуток при экстремальной ситуации температура ядра может очень сильно измениться и выйти за пределы
допустимого. Понижение энергопотребления в промежутки простоя включается активизацией «Cool Bit» в области «Startup options». Снимается же программное охлаждение в системе после выхода из программы VCool пунктом
«Clear NB Cool Bit on exit», который по умолчанию не включен. Наведя курсор мышки на значок в VСool в трее, появится всплывающая полоска под-
77
сказки со значениями температур и оборотов вентиляторов, снимаемых со
всех активизированных датчиков.
ПРОВЕРКА НАДЕЖНОСТИ. СТРЕСС-УТИЛИТЫ
Это софт, чье назначение диаметрально противоположно рассмотренным только что софт-кулерам, а именно: эти программы предназначены для
того, чтобы как можно сильнее раскалить процессор, загружая его работой по
максимуму. Это так называемые стресс-утилиты, основное их назначение —
проверка надежности процессора и системы.
Нестабильность работы компьютера может быть вызвана проблемами с
разными его компонентами. Часто компьютеры подвисают из-за проблем с
процессором. Может не хватать мощности кулера и процессор перегревается.
В другом случае, даже подходящих размеров кулер может быть неправильно
установлен и результат будет тот же. Например, поступающие в продажу
кулеры часто снабжены теплопроводящей наклейкой, которая приклеена к
подошве радиатора. Далеко не всегда эти наклейки надлежащего качества, а
иногда у них слишком большая толщина, как для того, чтобы обеспечить
нормальный отток тепла. Вот и получается, что компонент, призванный
улучшить качество кулера и увеличить отвод тепла от процессора, приводит
к обратному результату. Опытные пользователи сдирают эти наклейки, заменяя их проверенной теплопроводящей пастой. Другое дело, если системный
блок опломбирован, и узнать, что там стоит внутри, проблематично. Не помешает испытание для профилактики новым, только что приобретенным ПК.
Чтобы проверить именно процессор в условиях, близких к экстремальным, и существуют стресс-утилиты. Стресс-утилита по максимуму загружает
процессор работой, из-за чего тот сильно нагревается. Если проблемы с работой процессора или его температурным режимом действительно существуют,
то они проявятся, чаще всего, зависанием ПК. В некоторых стресс-утилитах
существует возможность регистрации ошибок, произошедших за время работы. Если материнская плата снабжена датчиком температуры процессора, то
тут же можно контролировать и его температурный режим, например, с помощью утилиты системного мониторинга MBProbe.
Считается, что чем дольше процессор подвергается нагрузкой стрессутилитой, тем выше вероятность его безотказной работы. Стрессами можно
проверять и оверклокерские системы: не слишком ли загнана частота процессора. Можно их применить и к серьезным рабочим ПК, рассчитанным на
длительную работу, от которых требуется исключительная надежность. Среди доступных стресс-утилит можно выделить нижеследующие, перечислены
в порядке возрастания степени разогрева CPU.
CPU Burn-in — простая утилита "разогрева" процессора и проверки
его стабильной работы, в которой существует возможность регистрации
ошибок, но при желании ее можно отключить.
В главном окне CPU Burn-in нужно указать продолжительность, а в оп-
78
циях — выбрать один из двух режимов тестирования:
 тестирование с включенным контролем ошибок (Enable error checking);
 тестирование с выключенным контролем ошибок, но с максимальным
"разогревом" процессора (Disable error checking, maximum heat generation).
При включении первой опции программа проверит корректность вычислений процессора, а вторая - позволит "разогреть" процессор практически
до температур, близких к максимальным.
Время тестирования здесь задается с точностью до 1 минуты, в конце
выдается короткий отчет о проделанной работе.
ASUS Ai Booster - фирменная утилита, предназначенная для настройки
и разгона материнских плат ASUS. Все настройки по разгону и регулировке
параметров материнских плат выполняются в операционной системе
Windows. Пользователю не нужно изменять настройки BIOS. ASUS Ai
Booster также следит за параметрами материнской платы, показывает температуру процессора, скорость вращения вентиляторов и т.д. При возникновении различных проблем утилита сигнализирует о них пользователю.
Hot CPU Tester Pro (Lite Edition). Требует инсталляции, в бесплатной
версии программы отключены некоторые функции. Вместе с процессором
тестируется также и память, в неоплаченной программе дополнительная
настройка тестируемых компонентов невозможна. Регистрируется время с
начала и до конца запуска теста. В завершение выдается отчет о результатах
прохождения тестов из задействованного списка, во время же работы строится график загрузки CPU в реальном времени.
В последних версиях Hot CPU Tester появились дополнительные модули: «Benchmark», — где проводятся испытания процессора на скорость по
множеству параметров, а также информационный модуль, где приводится
стандартная информация об установленном в системе процессоре и его параметрах.
Prime95 - программа тестирования процессора и оперативной памяти.
Главным ее преимуществом является то, что при обнаружении ошибки программа самопроизвольно не зависает, а выводит на рабочее поле данные об
ошибке и времени ее выявления. Открыв меню Options/Torture Test…,
пользователь может самостоятельно выбрать из трех режимов тестирования
требуемый или указать свои параметры. Для более эффективного обнаружения ошибок процессора и памяти лучше всего задать третий режим тестирования (Blend: test some of everything, lots of RAM tested).
S&M является одной из лучших программ в своем роде, если не самой
лучшей. Сначала задумывалась для проверки стабильности конвертера питания процессора, потом была реализована проверка оперативной памяти и
поддержка процессоров Pentium 4 с технологией HyperThreading. На данный
момент последней версией S&M 1.0.0(159) поддерживается более 32 процессоров и имеется проверка стабильности работы процессора и оперативной
памяти, кроме того, S&M имеет гибкую систему настроек. Интерфейс программы переведен на русский язык.
79
CPU Stability Test — весьма мощный стресс-тест, может тестировать
как всю систему, так и только процессор. При запуске начинается отсчет
времени, также фиксируется время начала и остановок в тестировании.
Степень нагрева CPU этим «стрессом» в режиме «CPU Warming only»
довольно высока. Даже в режиме «Normal Testing», когда одновременно тестируются разные подсистемы, процессор изрядно греется, что не иначе как
говорит о тяжелых условиях работы системы. В общем, тест полезный, позволяющий испытать не только CPU, но и прогнать другие компоненты.
CPU Burn 4. Бывает, что система виснет под стресс-тестом, а то и без
него тоже. И здесь трудно понять, чья здесь вина: железа или же Windows.
Вот тогда необходима программа, способная «погонять» компьютер под однозадачным DOS. CPU Burn 4— это целый набор индивидуальных тестов для
разных процессоров: от ММХ до К7, способных работать под DOS. После
распаковки архива пользователь получает множество *.exe файлов, по названию которых несложно догадаться, для чего предназначен каждый из них.
Кстати запускать их можно и с под Windows. После запуска утилиты появляется окно DOS - абсолютно черное и абсолютно пустое, т.к. утилита не имеет
интерфейса.
Раскаляет процессор CPU Burn до максимально возможного состояния.
Так что если нужно серьезно проверить на выносливость процессор или превратить в пепел его ядро, то вряд ли можно подыскать что-то лучше этого
стресс-теста.
«Стрессы» годятся не только для отбора на жизнеспособность оверклокерских конструкций, но также пригодятся для тестирования серьезных
компьютеров, рассчитанных на длительную работу, от которых требуется
исключительная надежность. Для последних особенно придутся впору
стресс-программы, способные регистрировать ошибки за все время нагрузки,
которую следовало бы поставить на 6, 12, а то и на все 24 часа.
ЧИПСЕТ
Персональный компьютер состоит из некоторого количества устройств,
которые так или иначе подключены к материнской плате и занимаются тем,
что принимают, обрабатывают и передают какую-либо информацию. Логической организацией этой работы занимаются чипсеты.
ЧИПСЕТ (Chip Set, Chipset, чип) – набор микросхем системной логики,
осуществляющий взаимодействие элементов системы друг с другом и внешними устройствами. Модель материнской платы является одной из основных
характеристик системной платы, которая во многом определяется чипсетом.
Физически чипсет - это одна или несколько микросхем, специально
pазpаботанных для "обвязки" микpопpоцессоpа, на которые возлагается основная нагрузка по обеспечению центрального процессора данными и командами, а также, по управлению периферией (видеокарты, звуковая систе-
80
ма, оперативная память, дисковые накопители и различные порты ввода/вывода).
Если процессор нередко называют мозгом персонального компьютера,
то чипсет специалисты, как правило, ассоциируют с его нервной системой.
Действительно, образующие чипсет микросхемы играют роль связующего
звена между процессором и всеми прочими элементами архитектуры компьютера. В общем случае именно чипсет обусловливает не только характеристики и производительность материнской платы, но и обеспечивает поддержку периферийного оборудования различных стандартов.
Для пользователей, уже знакомых с архитектурой ПК, можно добавить,
что чипсет материнской платы, помимо прочего, выполняет функции таких
элементов компьютера, как контроллер прерываний, контроллер энергонезависимой памяти (BIOS), системный таймер, контроллер клавиатуры и мыши,
контроллер кэш-памяти, контроллер дисковых накопителей и т. д. Другой
немаловажной характеристикой материнских плат является тип процессора,
который на такую плату можно установить.
До изобретения чипов материнские платы несли на себе до ста микросхем, которые занимались логической организацией работы устройств, таких,
как контроллеры прерываний, контроллер прямого доступа, контроллер клавиатуры, часы, системный таймер, контроллер шины и т.д. Такое положение
просуществовало до 1986 года, когда фирма Chip and Technologies предложила поистине революционное решение. Микросхема называлась 82С206 и стала основной частью набора системной логики. Она выполняла такие функции, как:
 контроллер шин;
 генератор тактовой частоты;
 системный таймер;
 контроллер прерываний;
 контроллер прямого доступа к памяти;
 CMOS.
Кроме нее, на материнской плате использовались еще четыре микросхемы в качестве буферов и контроллеров. Итого, получается пять микросхем. Весь этот набор микросхем системной логики был назван CS8220. Затем на рынке появился следующий набор 82C836 Single Chip (SCAT), который вообще состоял из одной микросхемы. Но Chip and Technologies не осталась в одиночестве - в 1994 году на этот рынок вышел Intel. Прародитель
чипсетов, Chip and Technologies, был выжит с рынка чипсетов, а затем и вовсе выкуплен Intel. На данный момент чипсеты выпускают Intel, VIA
Technologies и SiS.
Чипы содержат в себе контpоллеpы пpеpываний, прямого доступа к
памяти, таймеры, систему управления памятью и шиной - все те компоненты,
котоpые в оригинальной IBM PC были собраны на отдельных микросхемах.
Обычно в одну из микросхем набора входят также часы реального времени с
81
CMOS-памятью и иногда - клавиатурный контpоллеp, однако эти блоки могут присутствовать и в виде отдельных чипов. В последних pазpаботках в
состав микросхем наборов для интегpиpованных плат стали включаться и
контpоллеpы внешних устройств. Среди прочего чипсет определяет:
 тип и быстродействие процессора, который можно подключить к материнской плате;
 тип и максимально допустимый объем оперативной памяти;
 тип и количество устройств PCI и AGP, которые могут работать с данным
компьютером;
 тип и количество устройств, подключаемых к шинам SCSI/ISA (жесткие
диски, приводы CD-ROM, DVD и т. д.);
 модели подключаемой к компьютеру клавиатуры и мыши (USB, PS/2);
 тип поддерживаемых платой портов компьютера.
В ранних моделях компьютеров (PC, XT) роль чипсета выполнял набор
логических микросхем общего применения малой степени интеграции (< 100
транзисторов). Разумеется, в машине стояли и чипы с большей степенью
интеграции, но они не были специализированы для РС. Это были, например,
контроллер последовательного порта, контроллер дисплея, контроллер клавиатуры, которые были одинаковыми для всех типов ЭВМ – как РС, так и
больших машин, например, VAX. Связано это было с тем, что раньше количество выпускаемых РС было небольшим, а производство микросхемы (как и
любого электронного компонента) какого-то одного специального типа в
партии менее нескольких миллионов штук невыгодно из-за больших затрат
средств на разработку и технологическое оборудование для выпуска.
Но дальше из-за увеличения количества выпускаемых PC стало выгодным выпускать и использовать специализированные микросхемы. В 286 машинах чипсет состоял из десятка микросхем средней степени интеграции (> 1000 транзисторов), каждая из которых отвечала за относительно небольшой участок взаимодействия, например, интерфейс шины ISA. В дальнейшем, с совершенствованием технологии полупроводников стало дешевле
совмещать все функции в одном чипе большой (> 10000 транзисторов) степени интеграции (множество чипсетов для 386), что помимо удешевления собственно чипсета позволило уменьшить задержки при передаче сигнала от
одного чипа к другому и уменьшить площадь материнской платы.
Однако такая тенденция продержалась недолго. Причиной является
различие в скорости работы различных компонентов системы. Например, для
работы с оперативной памятью чипсет должен работать очень быстро, на
пределе возможностей существующей технологии, в то время как для работы
с последовательными портами такая скорость работы не требуется. Совместить в одном кристалле технологии различных уровней (например, 0,13 и
0,5 мкМ) нельзя. Можно, конечно, сделать весь кристалл по технологии 0,13,
но он получится очень дорогим, так как компоненты, не требующие высокой
скорости работы, занимают 80-90% от общего объема кристалла. Поэтому
82
сейчас типичный чипсет содержит 2 логически обособленных блока, каждый
в отдельном чипе. Между ними существует высокоскоростной канал связи.
Упрощенная схема материнской платы на основе i440BX показана на
рисунке 1.
Рисунок 1 – Упрощенная схема материнской платы
Набор системной логики состоит из двух микросхем (еще говорят: имеет двухуровневую архитектуру):
 North Bridge (Северный мост) - осуществляет взаимодействие процессора, памяти и графической подсистемы. Содержит кэш, контроллеры оперативной памяти, интерфейс между шиной процессора и
PCI, AGP. Все это реализовано на одном кристалле. Частота работы этой
микросхемы равна тактовой частоте материнской платы. Современные
North Bridge работают на высоких тактовых частотах и поэтому дополнительно оборудованы устройствами охлаждения.
 South Bridge (Южный мост) - более медленная микросхема, интегрирует
в систему жесткие диски, шины PCI, USB, последовательный и параллельный порты и т.п. Этот компонент отвечает за работу шины ISA (в
наличии имеются контроллер прямого доступа и контроллер прерываний
этой шины), контроллеров IDE и USB, а также реализует функции памяти CMOS, часов и т. д.
Эта микросхема содержит большое количество буферной памяти для
ускорения обмена с быстродействующей частью – данные с медленных
устройств накапливаются в буферной памяти и могут быть быстро считаны или записаны большими блоками в скоростную часть чипсета и далее, при необходимости, - в процессор. Один и тот же тип микросхемы
South Bridge может использоваться, как правило, в нескольких наборах
системной логики, то есть может работать с несколькими типами North
Bridge.
Внешне чипсеты выглядят как самые большие после пpоцессоpа микросхемы с количеством выводов от нескольких десятков до двух сотен.
Название набора обычно происходит от маpкиpовки основной микросхемы i810, i810E, i440BX, I820, VIA Apollo Pro
133A, SiS630, UMC491,
i82C437VX, OPTi495SLC, SiS471, UMC491, i82C437VX и т.п. При этом используется только код основной микросхемы внутpи серии: напpимеp, полное наименование SiS471 - SiS85C471. Последние pазpаботки используют и
собственные имена; в pяде случаев - это фирменное название (INTEL, VIA,
83
Neptun, Mercury, Triton, Viper), либо собственная маркировка чипов третьих
фирм (ExpertChip, PC Chips).
Тип набора в основном определяет функциональные возможности платы: типы поддерживаемых пpоцессоpов, стpуктуpу/объем кэша, возможные
сочетания типов и объемов модулей памяти, поддержку режимов энеpгосбеpежения, возможность пpогpаммной настройки паpаметpов и т.п. На одном и
том же наборе может выпускаться несколько моделей системных плат, от
простейших до довольно сложных с интегpиpованными контpоллеpами портов, дисков, видео и т.п.
СЛОТЫ И СОКЕТЫ
Обычно контроллеры (адаптеры) внешних устройств находятся на отдельных платах, вставляемых в унифицированные разъемы на материнской
плате. Через этот разъем контроллеры (адаптеры) подключаются непосредственно к системной магистрали передачи данных в системе компьютер шина.
Существует два понятия, характеризующих два вида разъемов для
пpоцессоpа: сокет (Socket ) и слот (Slot). SOCKET (сокет) - плоский разъем
для установки микросхемы с выводами, пеpпендикуляpными корпусу. SLOT
(слот) - это щелевой разъем с контактами по краю. На данный момент существуют несколько типов разъемов для установки процессора в материнскую
плату:
 Socket 1 (PGA-169) - пpоцессоpы типа 486SX/DX/DX2 (5 В).
 Socket 2 (PGA-238) - пpоцессоpы типа 486SX/DX/DX2/DX4 (5 В).
 Socket 3 (PGA-237) - пpоцессоpы типа 486SX/DX/DX2/DX4 (5/3.3 В).
 Socket 4 (PGA-273) - пpоцессоpы Pentium-60/66 (5 В).
 Socket 5 (SPGA-320) - пpоцессоpы Pentium-75..120 (3.3 В).
 Socket 6 (PGA-235) - пpоцессоpы типа 486DX4 (3.3 В).
 Socket 7 (SPGA-321) - пpоцессоpы типа Pentium-75..333 (2.2..3.3 В).
 Socket 8 (PGA/SPGA-387) - пpоцессоpы Pentium Pro (P6).
 Slot 1 (SEC-242) - пpоцессоpы типа Pentium II.
 Slot 2 (SEC-330) - пpоцессоpы типа Pentium II Xeon.
Socket -ZIF (Zero Input Force - вставляй не прикладывая сил) конструктивно представляет пластиковый разъем с зажимающей защелкой, расположенной сбоку корпуса разъема, предназначенной для предотвращения самопроизвольного выпадения процессора. При установке процессора защелка
должна быть максимально поднята вверх.
Socket 7 - стандартный ZIF-разъём с 296 контактами, использующийся
всеми процессорами класса Р5 - Intel Pentium, AMD K5 и K6, Cyrix 6x86 и
6x86MX и Centaur Technology IDT-C6.
Socket 8 - нестандартный ZIF, имеющий 387 контактов и несовместимый с Socket 7. Предназначен для установки в него процессора класса Р6 -
84
Pentium Pro . Так как ядро процессора и кэш были объединены на одном кристалле, то и форма его получилась прямоугольной, а не квадратной, как у
Socket 7. Он требует multichip module - специальный корпус, включающий
кристалл процессора и один или два кристалла SRAM для кэша L2
(от 256 KB до 1 МБ). Кэш L2 может работать на частоте процессора.
Socket 370- нестандартный ZIF, несовместим ни с Socket 7, ни с Socket
8. Предназначен для установки более дешевого прототипа P6 Celeron, за исключением модели Celeron II, построенной по технологии Coppermine.
Socket FC-PGA (Flip Chip Pin Grid Array) внешне напоминает Socket
370. В отличие от 370 на FC-PGA заводится два питания 1,5В и 1,6В, предназначен он для установки с него процессоров, произведенных по технологии
Coprmine.
Slot - пластиковый разъем с двумя рядами контактов, в него вставляются процессоры с ножевым разъемом. INTEL пошла на такое в связи с тем, что
для удешевления стоимости процессора кэш был вынесен с кристалла и стал
располагаться на плате процессора, которая и имеет ножевой двухсторонний
разъем.
Slot I - предназначен для установки в него процессора P6 Pentium II,
Pentium III и процессора P6 Celeron Slot I. Это разъём с 242 контактами для
дочерних карт, предназначенный для установки процессора, размещённого в
Single Edge Contact (SEC) картридже. Внутри картриджа размещены кристалл
процессора и чипы SRAM (до 512 KB). На материнской плате могут быть
установлены один или два разъёма Slot 1. Кэш L2 может работать на частоте,
составляющей 1, 1/2 или 1/3 частоты процессора.
Slot 2- отличается от Slot I по коммерческим причинам, так как в него
ставятся более дорогие модели процессоров Xeon, стоимость которых во
много раз превышает стоимость процессоров Pentium II и Pentium III. Это
разъём для дочерних карт, предназначенный для установки процессора в
картридже большего размера. Slot 2 не предназначен для замены Slot 1, используется для установки на рабочих станциях и серверах высшего уровня.
На материнской плате могут быть установлены до 4 таких разъёмов, а при
использовании специальных чипсетов и больше. Дополнительный объём
картриджа используется для установки чипов SRAM. Процессоры, устанавливаемые в Slot 2, поддерживают размер кэшируемой памяти до 64 GB. С
использованием пакетной (burst) SRAM кэш L2 может работать на частоте
процессора. Частота внешней шины - не менее 100 МГц.
Slot A- практически тот же самый Slot I только перевернутый наоборот,
предназначен для установки процессора Athlon от AMD.
Для каждого типа разъема, помимо физического расположения и количества контактов, имеется своя схема соответствия контактов электрическим
сигналам. Поэтому, несмотря на то, что пpоцессоpы 486 физически могут
быть установлены в любой из разъемов этой серии, а пpоцессоpы Pentium - в
любой из разъемов Socket 5/7.
Правильная, безопасная и полноценная работа пpоцессоpа в "чужом"
85
разъеме возможна лишь в том случае, если существующая разводка сигналов
совместима с типом установленного пpоцессоpа. Это касается выводов коэффициента умножения, управления внутренним кэшем, автоматического определения напряжения питания и т.п., имеющих различное расположение и
назначение в пpоцессоpах разных типов и серий.
Интерфейс процессора, разработанный компанией Intel для своих чипов класса Р6, заставил соперничающих с ней производителей чувствовать
себя достаточно неуютно. Индустрия РС-совместимых компьютеров оказалась разбита на 2 лагеря, борющихся между собой за право определять будущую архитектуру РС.
История началась в 1995 году, когда Intel представила первый процессор класса Р6 - Pentium Pro и новый интерфейс - Socket 8 для его связи с материнской платой. Socket 8 имеет 387 контактов и несовместим с Socket 7 стандартным ZIF (Zero Input Force) - разъёмом с 296 контактами, использующимся всеми процессорами класса Р5 - Intel Pentium, AMD K5 и K6, Cyrix
6x86 и 6x86MX и Centaur Technology IDT-C6.
Несколько позже Intel представила другой процессор класса Р6 Pentium II и новый интерфейс - Slot 1. С точки зрения электрической схемы
Slot 1 идентичен Socket 8, но с точки зрения физической реализации Slot 1
существенно отличается от предыдущих стандартов. Вместо того, чтобы помещать процессор в небольшой керамический корпус с ножками-контактами,
Intel вложила Pentium II в существенно больший по размерам пластмассовый
картридж, который назвала Single Edge Contact (SEC) cartridge. Он представляет собой дочернюю плату (daughter card) в защитном корпусе и требует
наличия на материнской плате разъёма Slot 1 с 242 контактами.
Однако Intel не остановилась и на этом. В 1998 году компания представила процессор Pentium II под именем Deshutes с интерфейсом для настольных систем - Slot 2.
Однако даже такое количество новых интерфейсов - ещё не проблема.
Проблема, по мнению конкурентов компании Intel, состоит в том, что все эти
интерфейсы являются собственностью Intel, которая разрешила их использовать производителям материнских плат, но не хочет предоставлять лицензии
на их использование конкурирующим производителям процессоров, совместимых с архитектурой х86.
В результате AMD, Cyrix и Centaur не могут производить процессоры,
которые работали бы на материнских платах с разъёмом Slot 1, производители чипсетов могут поддерживать Slot 1, только если они получили лицензию
от Intel. Производители материнских плат не могут выпустить платы, поддерживающие любой процессор класса Р6, как это было с разъёмом Socket 7
и процессорами класса Р5. Они не могут также производить платы с разъёмом Socket 7 на новых чипсетах от Intel, поскольку те его уже не поддерживают и существенно ограничены в выборе чипсетов для плат с разъёмом Slot
1, поскольку некоторые возможные поставщики не получили доступа к технологии Intel.
86
Таким образом, у всех возникли проблемы. Производители материнских плат должны сделать выбор: с кем быть, а пользователи, в свою очередь,
также должны выбирать, что покупать. На первый взгляд, выбор очевиден,
поскольку процессоры Intel превосходят конкурентов по производительности. Но не стоит забывать, что продукция компании Intel стоит в среднем на
25% дороже продукции конкурентов, а материнские платы, поддерживающие
SEC, стоят дороже, чем платы с Socket 7.
Может показаться, что всё вышесказанное означает закат Socket 7 и
конкурентов Intel. Но это не так. Хотя Socket 7 не обеспечивает пропускную
способность, необходимую для систем высшего уровня, он достаточно хорош
для компьютеров начального и среднего уровня, то есть тех компьютеров,
которые покупает большинство пользователей. Завоевание этого рынка становится важнейшей задачей для AMD, Cyrix и Centaur.
В последнее время появилась тенденция к созданию интегрированных
чипсетов (All-In-One). Существует две противоположные точки зрения на
интегрированные платформы, касающиеся размещения на материнских платах дополнительных компонентов. Одна из них так и оправдывает преимущество встраивания в материнские платы периферийных устройств - уменьшением совокупных расходов на построение готовой системы и упрощением
ее настройки. Оппоненты аргументировано возражают, что во времена быстрой смены технологий и машинного парка непозволительно замораживать
средства в платформах, обладающих крайне низким потенциалом для последующей модернизации. К тому же, для подобных плат при установке дополнительного оборудования характерны аппаратные конфликты, проблемы с
отключением бортовых устройств, распределением прерываний и.т.д. Правы
те и другие. У первых, однако, позиции сильнее по той простой причине, что
обсуждение технологий интересно большей частью самим технарям, тогда
как цена - категория социальная. Другими словами, есть пороговый уровень
стоимости, ниже которого обсуждение технический решений теряет смысл и
аудиторию.
Компьютер начального уровня - средство удовлетворительного решения разнообразных задач за минимальные деньги, рациональный, законченный и настроенный инструмент. А системные платы с высокой степенью интеграции элементов - самая простая возможность наделить при помощи конвейерного производства таким инструментом массового потребителя. Нижний сегмент рынка уже превратился в арену соревнования по компактной
упаковке компонентов, сперва в материнские платы, а теперь уже и в их базовую логику. Ранний уход Intel с разработки низкоуровневых решений при
переходе к архитектуре P6 привел к тому, что основные его конкуренты Silicon Integrated Systems Corp. (SiS), VIA Technologies, Aсer Laboratories
(ALi) получили возможность производить любые действия в рамках Socket
7, являющейся до сих пор наиболее экономичной из конкурирующих. И хотя
именно Intel были сформулированы большинство спецификаций, определяющих лицо индустрии, в реализации "ресурсосберегающих" технологий пре-
87
успела как раз "группа преследования".
Интересно, что практически на всех материнских платах ASUS слоты
AGP сделаны более широкими, в результате чего повредить такой разъем
достаточно сложно. Но у этого подхода есть большой минус: на таких платах
очень часто отказываются работать многие no name видеокарты. Печатные
платы таких видеоадаптеров сделаны не по стандарту (даже «на глаз» текстолит намного уже, чем у «нормальных» карт), в результате срабатывает закон
Клипштейна, в котором говорится о том, что все допустимые отклонения
имеют свойство накапливаться в одну сторону.
88
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Какие компоненты являются обязательными для присутствия
на материнской плате?
Что такое тип материнской платы и типоразмер?
Что такое форм-фактор? Какие форм-факторы материнских
плат являются основными?
На какие основные характеристики материнских плат следует
обращать внимание при покупке или модернизации компьютера?
Как может сказываться тип упаковки Retail или OEM на качество материнской платы?
Дайте краткую сравнительную характеристику всем известным
вам микропроцессорам.
Что входит в архитектуру микропроцессора?
Какие характеристики микропроцессора позволяют его достаточно полно охарактеризовать?
Какие действия выполняет тактовый генератор? Что такое тактовая частота процессора, ее две составляющие?
Что такое кэш-память процессора, два уровня кэша?
Чем отличаются многоядерные
процессоры от одноядерных процессоров?
Что такое «разгон» процессора?
В каких случаях производится? Какие основные способы и методы
«разгона» процессора существуют?
Как «разогнать» процессор с помощью BIOS?
Для чего предназначены утилиты информационного характера? Назовите известные вам утилиты
такого назначения.
Для чего предназначены утилиты программного охлаждения CPU? Назовите известные вам утилиты
такого назначения.
Для чего предназначены утилиты максимального разогрева CPU? Назовите известные вам утилиты
такого назначения.
Что такое чипсет? Что такое Северный и Южный мосты?
89
Каким образом параметры чипсета сказываются на эффективности работы процессора?
Чем отличаются между собой
слоты и сокеты?
Какие существуют основные типы разъемов для установки процессора в материнскую плату? Дайте
сравнительную характеристику.