Книги, научные публикации
Pages: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ... | 16 | МОДЕРНИЗАЦИЯ И РЕМОНТ НОУТБУКОВ Скотт Мюллер Москва Х Санкт-Петербург Х Киев 2006 ББК 32.973.26-018.2.75 М98 УДК 681.3.07 ...
-- [ Страница 3 ] --В компьютерах, работающих под управлением Windows 9x/Me и Windows NT/2000, тре буется использование специальной конфигурационной утилиты для управления параметра ми производительности процессора. Поскольку драйвером должна поддерживаться опреде ленная системная плата ноутбука, драйвер предоставляется производителем или продавцом компьютера. Драйвер автоматически переключает режимы производительности процессора в зависимости от источника электропитания;
при этом на панели задач Windows отображается специальный индикатор, указывающий на текущий режим работы процессора. Кроме того, драйвер добавляет вкладку управления производительностью процессора на панель Управле ние питанием (Power Management), для открытия которой следует щелкнуть на значке Управление питанием (Power Management) в окне Панель управления (Control Panel).
Щелчок на индикаторе на панели задач позволяет переключаться между режимами Максимальная производительность (Maximum Performance), Автоматически (Automatic) (динамическое переключение) и Оптимизация использования батарей (Battery Optimized).
Эти же режимы можно выбрать на панели Управление питанием. Кроме того, эта панель предоставляет возможность отключить отображение пиктограммы на панели задач, а также активизировать звуковые уведомления об изменении режима работы процессора.
В Windows XP по умолчанию поддерживаются технологии энергосбережения SpeedStep, PowerNow! и LongRun, поэтому устанавливать специальный драйвер не требуется. В Win dows используется алгоритм динамической балансировки производительности процессора и потребляемой им электроэнергии, основанный на показателях загрузки процессора и остав шегося заряда батареи.
В Windows XP используются четыре специальные политики процессора (режимы работы) для управления производительностью процессора, приведенные в табл. 4.1 в порядке умень шения потребляемой энергии.
Таблица 4. 1. Политики процессора в операционной системе Windows XP Политика процессора Описание Отсутствует Процессор всегда работает с максимальной производительностью Адаптивная Уровень производительности процессора зависит от его загрузки Постоянная Процессор всегда работает с минимальной производительностью Многоэтапная Процессор начинает работу с минимальной производительностью и для дальнейшего сокращения энергопотребления использует отключение частоты Такие политики процессора непосредственно связаны с различными схемами управления питанием в Windows XP. Схемы управления питанием выбираются на панели Управление питанием (Power Options). Устанавливая определенную схему управления питанием, поль зователь выбирает политику процессора, которая будет использоваться при работе от элек тросети или от батарей. Операционная система Windows XP предоставляет несколько стан дартных схем управления питанием с предопределенными политиками процессоров. Ноутбук может использовать утилиты управления питанием, предоставленные его производителем.
Эти утилиты позволяют выбирать дополнительные или даже создавать собственные схемы.
В табл. 4.2 приведены стандартные схемы управления питанием и связанные с ними процес сорные политики, применяемые в Windows XP. Схемы представлены в порядке снижения потребления электроэнергии процессором.
Возможности мобильных процессоров Таблица 4.2. Стандартные схемы управления питанием в Windows XP и связанные с ними процессорные политики Схема управления питанием Политика процессора Политика процессора (при работе от сети электропитания) (при работе от батареи) Нет Включен постоянно Нет Домашний/настольный компьютер Нет Адаптивная Диспетчер энергосбережения Адаптивная Адаптивная Портативный Адаптивная Адаптивная Презентационный Адаптивная Многоэтапная Экономия батарей Адаптивная Многоэтапная Снижение рабочей частоты процессора приводит к уменьшению энергопотребления и значительному увеличению срока работы батареи, но за счет производительности процес сора. Другими словами, приложения, которым требуется максимальная производительность процессора (например, игры), будут работать медленнее при переключении на питание от ба тарей. Кроме того, при изменении частоты процессора доступ к памяти временно блокирует ся, что может привести к проблемам в работе приложений, требующих поточного доступа к памяти (например, для воспроизведения видео). Проблемы в работе таких приложений про являются в виде артефактов изображения и "выпадения" кадров. Если необходимо достиг нуть максимальной производительности во время работы от батарей, придется вручную пере определить или отключить функцию управления энергосбережением.
Для отключения функции энергосбережения и принудительного перевода процессора в режим максимальной производительности в Windows 9x/Me или NT/2000 необходимо вос пользоваться приложением, которое предоставляется вместе с ноутбуком. Для Windows XP необходимо выбрать схему управления питанием Включен постоянно (Always On), выполнив действия, описанные ниже.
1. Выберите команду Пуск=> Панель управления (Start^Control Panel) (удостоверьтесь, что выбран классический вид окна Панель управления).
2. Дважды щелкните на пиктограмме Управление питанием (Power Options) и выберите вкладку Схемы управления питанием (Power Schemes).
3. Во вкладке Схемы управления питанием выберите переключатель Включен постоянно.
В приведенных выше таблицах можно заметить, что при выборе схемы управления пита нием Включен постоянно в Windows XP автоматически отключается процессорная политика и процессор переводится в режим максимальной производительности.
Внимание!
Если использовать схему управления питанием Включен постоянно для ноутбука, срок работы последнего от батареи значительно сократится, а определенные компоненты компьютера могут очень нагреться или даже перегреться. Если ноутбук перегревается при питании от электросети, выберите другую схему управления питанием, например Диспетчер энергосбережения (Minimal Power Management) или Портатив ный (Portable/Laptop), в которой используется адаптивная процессорная политика для уменьшения энерго потребления в периоды минимальной загрузки процессора. Для уменьшения тепловыделения и увеличе ния срока работы от батареи воспользуйтесь схемами управления питанием Презентационный (Presen tation) или Экономия батарей (Max Battery).
Корпуса мобильных процессоров Генерируемое процессорами тепло было проблемой со времен появления первых компью теров. В настольных компьютерах проблема высокой температуры в основном решается про изводителями корпусов. Несколько вентиляторов системы охлаждения и более грамотное расположение аппаратных компонентов внутри корпуса позволяют организовать циркуля 110 Глава 4. Процессоры цию воздушного потока, охлаждающего кроме компонентов и центральный процессор, кото рый оборудован собственным радиатором и вентилятором.
Для ноутбуков размещение компонентов внутри корпуса не решает в полной мере про блему охлаждения, которая легла на плечи производителей мобильных процессоров и их корпусов. Хотя в большинстве ноутбуков используются специальные мобильные процессо ры, предназначенные исключительно для применения в портативных компьютерах, в некото рых ноутбуках устанавливаются процессоры для настольных ПК, обладающие меньшей по сравнению с мобильными процессорами стоимостью. В последнем случае наибольшими про блемами являются время работы от батареи и тепловыделение.
Замечание Как уже отмечалось, в некоторых ноутбуках устанавливаются стандартные процессоры для настольных ПК.
Кроме значительного сокращения времени работы от батареи, эти системы могут перегреваться до такой степени, что к их корпусу будет невозможно прикоснуться. Именно поэтому перед приобретением ноутбу ка стоит уточнить модель установленного в нем процессора и знать преимущества/недостатки как мо бильных, так и настольных версий процессоров.
В большинство мобильных процессоров встроен термодиод, используемый для контроля за температурой процессорного ядра. В портативных компьютерах показания термодиода не обходимы для управления скоростью вентилятора и производительностью процессора.
Существуют утилиты, применяющие термодиод для вывода информации о температуре на экран компьютера.
Корпус на пленочном носителе Одним из первых решений проблемы размера и тепловыделения мобильных процессоров было использование корпуса на пленочном носителе (tape carrier package Ч TCP). Это метод, с помощью которого достигается уменьшение размера процессора, энергопотребления и теп ловыделения. Процессор Pentium, смонтированный на системной плате в корпусе TCP, зани мает намного меньше места и меньше весит, чем процессор в стандартном корпусе SPGA (Staggered Pin Grid Array Ч корпус с шахматным расположением выводов), применяемый для корпусов настольных версий процессоров Pentium. Сторона корпуса SPGA, равная 49 мм, в корпусе TCP уменьшена до 29 мм, а толщина корпуса TCP сокращена примерно до 1 мм.
Вес снижен с 55 до менее чем 1 грамма.
Вместо использования металлических контактов, вставленных в разъем на системной плате, процессор в корпусе TCP Ч это открытый кристалл ядра в полиамидной пленке, напо минающей по своим характеристикам пленку для фотоаппаратов. Кристалл прикрепляется к пленке с помощью процессора автоматической сборки на ленточном носителе (tape automated bonding Ч TAB). Аналогичный процесс используется для подключения электрических кон тактов к жидкокристаллическим панелям. Пленка ламинируется медной фольгой, вытравли ваемой для формирования проводников между процессором и системной платой. Это напо минает метод, которым электрические соединения фотографически вытравливаются на пе чатной плате.
Сформированные проводники имеют позолоченное покрытие, обеспечивающее надежный контакт с позолоченными выводами кремниевого кристалла и защиту от коррозии. Затем проводники припаиваются к самому кристаллу, весь корпус покрывается полиамидно силоксановым пластиком и размещается на пленочном барабане для автоматической сборки.
Для оценки размера процессора обратите внимание на рис. 4.1, где процессор показан рядом с канцелярской кнопкой.
Корпуса мобильных процессоров Рис. 4.1. Процессор Pentium MMX в корпусе TCP Барабаны с процессорами в корпусе TCP загружаются в специальные механизмы, встав ляющие их непосредственно в системные платы ноутбуков. Подобный процессор невозможно изъять из системной платы для замены или модернизации. Поскольку к процессору не под ключается радиатор или физическая оболочка, системная плата становится проводником тепла к радиатору, смонтированному с обратной стороны процессора. При этом для рассеива ния тепловой энергии используется корпус портативного компьютера. В некоторых ноут буках устанавливается вентилятор, управляемый термостатом, который позволяет более эф фективно рассеивать выделяемое тепло.
Монтирование процессора в корпусе TCP на системную плату компьютера требует ис пользования специальных инструментов, которые предлагаются основными поставщиками сборочного оборудования. С помощью этого оборудования лента с процессором обрезается до нужного размера, а края ленты, содержащие контактные дорожки, выгибаются для обеспече ния надежного соединения с контактами на системной плате. При этом между процессором и поверхностью платы будет определенный зазор. Еще один инструмент используется для на несения термопасты на монтажную область платы перед монтированием процессора. Это де лается для отведения тепла к радиатору, который расположен с обратной стороны системной платы, и предотвращения нагрева паяных соединений.
Наконец, очередной инструмент используется для пайки контактов ленты и контактов сис темной платы. Сборка процессора в корпусе TCP обеспечивает надлежащий температурный контакт между кристаллом процессора и системной платой, позволяя процессору работать в стандартном температурном режиме даже без дополнительного охлаждения кристалла. Отказ от традиционного корпуса и закрепление кристалла процессора непосредственно на системной плате позволяют значительно сократить вес и размер упаковочного модуля процессора.
На рис. 4.2 предоставлена схема расположения контактных выводов стандартного процес сора Pentium в корпусе TCP.
Глава 4. Процессоры Назначение контактных выводов TCP процессора Pentiumо Рис. 4.2. Контактные выводы процессора Mobile Pentium в корпусе TCP Мобильный модуль Одним из типов корпуса для мобильных процессоров является мобильный модуль (mobile module Ч ММО), представленный на рис. 4.3.
Рис. 4.3. Процессоры Mobile Pentium в мобильном модуле и корпусе TCP Корпуса мобильных процессоров Мобильный модуль включает в себя процессоры Pentium или Pentium II в корпусе TCP, смонтированном на небольшой плате вместе с источником питания, кэш-памятью второго уровня и микросхемой North Bridge набора системной логики. Этот основной набор микро схем используется для подключения процессора к стандартным системным шинам и микро схеме South Bridge, как показано на диаграмме (рис. 4.4). Микросхемы North Bridge и South Bridge обеспечивают работу микросхем набора системной логики. Обычно при проектирова нии ноутбука производитель приобретает мобильный модуль (вместе с микросхемой North Bridge) у компании Intel, а системная плата с микросхемой South Bridge приобретается у сто ронней компании.
Процессор Ftentiumо с технологией ММХЩ Сенсор Сигналы отладки |2С, ATF Шина ЦПУ Питание ядра процессора = PBSRAM HCLK Регулятор напряжения HCLK TAG процессора 430ТХ Щ1ина памяти и Боковые PCIset 5V-21V частоты North Bridge PIIX V CPUIO PCLK5J )Шина PCI,, 280-контактный разъем Рис. 4.4. Схема компонентов мобильного модуля процессора Intel Pentium Более новая версия мобильного модуля ММО, которая называется MCC (Mobile Module Connector), была доступна в вариантах ММС-1 и ММС-2. Процессоры Celeron и Pentium II поставлялись в вариантах ММС-1 и ММС-2, а процессор Pentium III Ч только в варианте ММС-2. Процессоры Pentium II и Pentium III в модуле ММС-2 поддерживали микросхему 82443ВХ набора системной логики Intel 440BX, подключаемую к микросхеме South Bridge PIIX4E/M PCI/ISA, встроенной в системную плату ноутбука.
Во многих отношениях модули ММО/ММС напоминают процессор Pentium II в виде картриджа с односторонним расположением контактов (Single Edge Cartridge Ч SEC), однако в мобильный модуль добавляются элементы системной платы.
Модули взаимодействуют на уровне электрических сигналов с системной платой посред ством шины PCI с напряжением 3,3 В и шины памяти с напряжением 3,3 В, а управляющие сигналы системной логики Intel обеспечивают работу компонентов набора микросхем в мо дуле с компонентами системной платы. Кроме того, мобильный модуль Intel содержит един ственный проводник тепловой энергии, переносящий выделяемое тепло основным механиз мам охлаждения ноутбука.
Мобильный модуль (рис. 4.5) монтируется с помощью шурупов и направляющих, что по зволяет защитить процессор от ударов и вибраций, возникающих в процессе эксплуатации ноутбука. Размеры мобильного модуля составляют 4 дюйма (101,6 мм) в длину, 2,5 дюйма (63,5 мм) в ширину и 0,315 дюйма (8 мм) в высоту (в области разъема модуль имеет высоту 0,39 дюйма, или 10 мм).
114 Глава 4. Процессоры Рис. 4.5. Мобильный модуль Pentium MMX с процессором, набором системной логики и кэш-памятью второго уровня Мобильный модуль значительно упрощает процедуру установки процессора в ноутбук, позволяет стандартизировать дизайн ноутбуков и избавляет от необходимости использова ния специального оборудования для монтирования процессоров в корпусе TCP непосредст венно на системную плату. Кроме того, модуль дает возможность модернизировать процес сор, что невыполнимо для процессора в корпусе TCP, впаянного в системную плату. Мобиль ные модули часто использовались в моделях ноутбуков с возможностью замены процессоров, поскольку позволяли производителю ноутбуков применять одну системную плату для раз ных версий процессоров.
Модуль ММС- Модуль ММС-1 (Mobile Module Connector 1) содержит процессор Mobile Pentium II, или 512 Кбайт кэш-памяти второго уровня, микросхему 443ВХ North Bridge и регулятор входного напряжения 5-21 В. По сути, самые важные компоненты системной платы ноутбука размещены на мобильном модуле (рис. 4.6). Модуль ММС-1 оснащен шиной данных, рабо тающей на частоте 66 МГц и поддерживает процессоры Pentium II с частотой 233, 266, 300, 333,366 и 400 МГц.
Рис. 4.6. Модуль ММС-1, содержащий процессор, кэш-память второго уровня, микросхему North Bridge и регулятор напряжения Корпуса мобильных процессоров Кроме того, модуль ММС-1 содержит теплопередающую панель, которая используется для подключения радиатора, и температурные датчики для контроля за внешней и внутрен ней температурой.
Модуль ММС- Модуль ММС-2 (Mobile Module Connector 2) содержит процессор Mobile Pentium II пли III, 256 или 512 Кбайт кэш-памяти второго уровня, микросхему 443ВХ North Bridge и регулятор на пряжения 5-21 В. Модуль ММС-2 имеет шину, работающую на частоте 66 МГц и доступен в версиях для процессора Pentium II с частотой до 400 МГц и Pentium III с частотой до 700 МГц.
Кроме того, модуль ММС-2 содержит теплопередающую панель, которая испол1>зуется для подключения радиатора, и температурные датчики для контроля за внешней и внутрен ней температурой (рис. 4.7).
Рис. 4.7. Модуль ММС-2, содержащий процессор, кэш-память второго уровня, микросхему North Bridge и регулятор напряжения Добавление регулятора напряжения (Voltage Regulator Module Ч VRM) и мик])осхемы North Bridge делают мобильный модуль больше похожим на системную плату, чем на процессор.
Хотя это упрощает проектирование систем, поддерживающих работу с различными процессо рами, производство модулей обходилось недешево, так как вынуждало производителей ноутбу ков приобретать у Intel не только процессоры, но и компоненты системной платы. Различные типы мобильных модулей использовались, начиная с процессоров Pentium/Pentium II и закан чивая ранними моделями Pentium III. Большинство более поздних процессоров Pentium III и все модели Pentium 4 и Pentium M поставляются в виде отдельного процессора, устанавливае мого в процессорный разъем.
Мини-картридж Для процессора Pentium II компания Intel создала еще один корпус, который получил на звание мини-картридж. Он проектировался специально для использования в сверхлегких ноутбуках, где громоздкий мобильный модуль оказал бы негативное влияние на дизайн сис темы. В мини-картридже содержатся только ядро процессора и 256/512 Кбайт кэш-памяти второго уровня, размещенные в корпусе из нержавеющей стали (рис. 4.8). Мини-картридж напоминает стандартный картридж Pentium II для настольных процессоров.
116 Глава 4. Процессоры Рис. 4.8. Мини-картридж процессора Pentium II Размер мини-картриджа составляет 51x47x4,5 мм. Это корпус имеет четверть веса, одну шес тую размера и потребляет треть мощности по сравнению с картриджем Pentium II для настоль ных ПК. Для подключения к разъему системной платы мини-картридж содержит 240 контакт ных выводов в нижней области картриджа. Контакты организованы в массив 8x30.
Корпуса BGA и PGA Новым типом корпуса мобильных процессоров стали micro-BGA (ball grid array) и micro PGA (pin grid array). В отличие от мобильных модулей, в этих корпусах содержится только процессор. Корпус BGA отличается размещением в нижней части микросхемы паяных со единений вместо контактных выводов, за счет чего достигается механическая стабильность (поскольку нет контактных выводов с угрозой искривления) и обеспечивает лучшую тепло передачу от ядра процессора к системной плате. В корпусе micro-PGA используются стан дартные контактные выводы вместо паяных соединений, что позволяет устанавливать про цессор в стандартный процессорный разъем.
Процессоры в корпусе BGA могут быть впаяны в системную плату или установлены в разъем, а процессоры в корпусе PGA практически всегда устанавливаются в разъем. Все со временные мобильные процессоры (от компании Intel и AMD) поставляются в корпусах BGA или PGA.
Корпус micro-BGA В корпусе micro-BGA2 содержится кристалл процессора, расположенный лицевой частью вниз на органической подложке и залитый закрепляющим эпоксидным материалом. Вместо контактных выводов в корпусе применяются паяные соединения, которые припаиваются не посредственно к системной плате или подключаются к ней через специальный разъем.
На рис. 4.9 показан процессор Pentium III в корпусе micro-BGA2, содержащем 495 контак тных выводов.
Корпус Micro-PGA Корпус micro-PGA2 включает в себя процессор в корпусе BGA, смонтированный на спе циальном переходнике с контактными выводами. Контактный штырек имеет размер 1,2 мм в длину и 0,30 мм в диаметре.
На рис. 4.10 показан процессор Pentium III в корпусе micro-PGA2 с 495 контактами.
Корпуса мобильных процессоров....
:.
Х Рис. 4.9. Процессор Pentium III в корпусе micro-BGA Рис. 4.10. Процессор Pentium III в корпусе micro-PGA Корпус micro-FCBGA Корпус micro-FCBGA (flip chip ball grid array) состоит из кристалла, расположенного ли цевой стороной вниз на органической подложке, залитой закрепляющим эпоксидным мате риалом (рис. 4.11). В корпусе используется 479 паяных круглых соединений диаметром 0,78 мм. В отличие от micro-PGA, корпус micro-FCBGA содержит несколько конденсаторов.
Рис. 4.11. Процессор Pentium III в корпусе micro-FCBGA Глава 4. Процессоры Корпуса micro-FCPGA и micro-FCPGA В корпусе micro-FCPGA (flip chip pin grid array) и micro-FCPGA2 содержится кристалл, расположенный на органической подложке, залитой закрепляющим эпоксидным материалом.
Корпус micro-FCPGA2 содержит распределитель тепловой энергии (металлическую крыш ку), расположенный поверх кристалла для защиты кристалла от механических повреждений и лучшего рассеивания тепла. В корпусе micro-FCPGA используется 478 контактных выводов длиной 2,03 мм и диаметром 0,32 мм. В отличие от micro-PGA2, в корпусах micro-FCPGA и micro-FCPGA2 нет платы-переходника, а в нижней части корпуса размещены конденсато ры. Несмотря на то что в корпусе 478 контактных выводов, для процессорного разъема допус кается применение 479 выводов.
На рис. 4.12 показан процессор Pentium III в корпусе micro-FCPGA. Обратите внимание, что мобильные процессоры Celeron, Pentium 4 и Pentium M имеют аналогичные корпуса и выглядят практически одинаково.
Рис. 4.12. Процессор Pentium III в корпусе micro-FCPGA (мобильные процессоры Celeron, Pentium и Pentium M выглядят аналогичным образом) В корпусе micro-FCPGA поставляются мобильные версии процессоров Pentium III, Pentium 4 и Pentium M. Хотя все эти процессоры устанавливаются в одинаковый разъем micro-479 (рис. 4.13), разные процессоры не совместимы между собой по контактам. Другими словами, если система содержит процессор Pentium III, устанавливать в системную плату процессоры Pentium 4 или Pentium M нельзя, хотя они физически и подойдут для инсталля ции в разъем.
Практически все современные мобильные процессоры поставляются в корпусах micro FCBGA или micro-FCPGA. Основная причина использования этих видов корпуса Ч их стои мость. В этих корпусах с "перевернутым процессором" ядро процессора находится на под ложке и крепится к нему небольшими паяными соединениями по периметру ядра. Это гораз до дешевле, чем использовать корпус PGA, в котором кристалл процессора вставляется в уг лубление в нижней части корпуса и контакты фактически прошиваются с помощью очень дорогого процесса пайки золотых проводов. Кроме того, для работы с ядром процессора, тем пература нагрева которого весьма высока, требуется применять керамическую подложку. Для защиты от повреждений кристалл снабжается металлической крышкой. Сборка корпуса PGA Ч сложный процесс, в котором задействовано множество компонентов.
Корпуса мобильных процессоров Рис. 4.13. Разъем micro-479 PGA для мобильных процессоров Celeron, Pentium III, Pentium и Pentium M в корпусе micro-FCPGA Корпус с перевернутым кристаллом намного проще в проектировании, сборке и охлажде нии, а также отличается более низкой ценой. Кристалл расположен в верхней части корпуса, поэтому тепло от процессора передается непосредственно на радиатор, а не на подложку.
Пайки проводов не требуется, так как паяные соединения обеспечивают крепление кристалла непосредственно с подложкой. С помощью эпоксидного материала ядро закрепляется на под ложке, поэтому в металлической крышке нет необходимости. Все современные настольные и мобильные процессоры компаний Intel и AMD выпускаются в корпусе с перевернутым кристаллом, позволяющем значительно сократить стоимость производства процессоров.
Свойства процессора По мере появления новых процессоров их архитектура дополняется все новыми и новыми возможностями, которые позволяют повысить не только эффективность выполнения тех или иных приложений, но и надежность центрального процессора в целом. В этом разделе кратко описаны различные технологии, включая режим управления системой, суперскалярное выполнение, технологии ММХ и SSE.
Режим SMM Задавшись целью создания все более быстрых и мощных процессоров для портативных компьютеров, Intel разработала схему управления питанием. Эта схема позволяет процессо рам экономно использовать энергию батареи, тем самым продлевая срок ее службы. Такая возможность впервые была реализована в процессоре 486SL, который является усовершенст вованной версией процессора 486DX. Впоследствии, когда возможности управления питани ем стали более универсальными, их начали встраивать в Pentium и во все процессоры более поздних поколений. Система управления питанием процессоров называется SMM (System Management Mode Ч режим управления системой).
Будучи физически интегрированной в процессор, SMM функционирует независимо.
Благодаря этому она может управлять потреблением мощности, в зависимости от уровня ак тивности процессора. Это позволяет пользователю определять интервалы времени, по исте чении которых процессор будет частично или полностью выключен. Данная схема также под держивает возможность приостановки/возобновления, которая позволяет мгновенно вклю чать и отключать мощность, что обычно используется в портативных компьютерах. Соот ветствующие параметры устанавливаются в BIOS.
120 Глава 4. Процессоры Суперскалярное выполнение В процессорах Pentium пятого и последующих поколений встроен ряд внутренних кон вейеров, которые могут выполнять несколько команд одновременно. Процессор 486 и все предшествующие в течение определенного отрезка времени могли выполнять только одну команду. Технология одновременного выполнения нескольких команд называется суперска лярной. Благодаря использованию данной технологии и обеспечивается дополнительная эффективность по сравнению с процессором 486.
Суперскалярная архитектура обычно ассоциируется с микросхемами RISC (Reduced In struction Set Computer Ч компьютер с упрощенной системой команд). Процессор Pentium Ч одна из первых микросхем CISC (Complex Instruction Set Computer Ч компьютер со сложной системой команд), в которой применяется суперскалярная технология, реализованная во всех процессорах пятого и последующих поколений.
Рассмотрим на примере установки электрической лампочки инструкции CISC.
1. Возьмите электрическую лампочку.
2. Вставьте ее в патрон.
3. Вращайте до отказа.
И аналогичный пример в виде инструкций RISC.
1. Поднесите руку к лампочке.
2. Возьмите лампочку.
3. Поднимите руку к патрону.
4. Вставьте лампочку в патрон.
5. Поверните ее.
6. Лампочка поворачивается в патроне? Если да, то перейти к п. 5.
7. Конец.
Многие инструкции RISC довольно просты, поэтому для выполнения какой-либо опера ции потребуется больше таких инструкций. Их основное преимущество состоит в том, что процессор осуществляет меньше операций, а это, как правило, сокращает время выполнения отдельных команд и соответственно всей задачи (программы). Можно долго спорить о том, что же в действительности лучше Ч RISC или CISC, хотя, по правде говоря, такого понятия, как "чистая" микросхема RISC или CISC, не существует. Подобная классификация не более чем вопрос терминологии.
Процессоры Intel и совместимые с ними можно определить как микросхемы CISC. Несмот ря на это, процессоры пятого и шестого поколения обладают различными атрибутами RISC и разбивают во время работы команды CISC на более простые инструкции RISC.
Технология ММХ В зависимости от контекста, ММХ может означать multi-media extensions (мультимедий ные расширения) или matrix math extensions (матричные математические расширения). Тех нология ММХ использовалась в старших моделях процессоров Pentium пятого поколения в качестве расширения, благодаря которому ускоряется компрессия/декомпрессия видеодан ных, манипулирование изображением, шифрование и выполнение ввода-вывода, т.е. почти все операции, используемые во многих современных программах.
В архитектуре процессоров ММХ есть два основных усовершенствования. Первое, фун даментальное, состоит в том, что все микросхемы ММХ имеют больший внутренний встро енный кэш, чем их собратья, не использующие эту технологию. Это повышает эффективность Свойства процессора выполнения каждой программы и всего программного обеспечения независимо от того, использует ли оно фактически команды ММХ.
Другим усовершенствованием ММХ является расширение набора команд процессора 57 но выми командами, а также введение новой возможности выполнения команд, называемой оди ночный поток команд Ч множественный поток данных (Single Instruction Ч Multiple Data, SIMD).
В современных мультимедийных и сетевых приложениях часто используются циклы;
хотя они занимают около 10% (или даже меньше) объема полного кода приложения, на их выполнение мо жет уйти до 90% общего времени выполнения. Благодаря применению SIMD одна команда может осуществлять одну и ту же операцию над несколькими данными, подобно тому как преподаватель, читая лекцию, обращается ко всей аудитории, а не к каждому студенту в отдельности. Технология SIMD позволяет ускорить выполнение циклов при обработке графических, анимационных, видео и аудиофайлов;
в противном случае эти циклы отнимали бы время у процессора.
Компанией Intel было добавлено 57 новых команд, специально разработанных для более эффективной обработки звуковых, графических и видеоданных. Эти команды предназначены для выполнения с высокой степенью параллелизма последовательностей, которые часто встречаются при работе мультимедийных программ. Высокая степень параллелизма в данном случае означает, что одни и те же алгоритмы применяются ко многим данным, например к данным в различных точках при изменении графического изображения.
Такие компании, как AMD и Cyrix, лицензировали у Intel технологию ММХ и реализова ли ее в собственных процессорах.
Инструкции SSE и SSE В феврале 1999 года Intel представила общественности процессор Pentium III, содержа щий обновление технологии ММХ, получившей название SSE (Streaming SIMD Extensions поточные расширения SIMD). До этого момента инструкции SSE носили имя Katmai New In structions (KNI), так как первоначально они были включены в процессор Pentium III с кодо вым именем Katmai. Процессоры Celeron 533A и выше, созданные на основе ядра Pentium III, тоже поддерживают инструкции SSE. Более ранние версии процессора Pentium II, а также Celeron 533 и ниже (созданные на основе ядра Pentium II) SSE не поддерживают.
Инструкции SSE содержат 70 новых команд для работы с графикой и звуком в дополне ние к существующим командам ММХ. Фактически этот набор инструкций кроме KNI имел еще и второе название Ч ММХ-2. Инструкции SSE позволяют выполнять операции с пла вающей запятой, реализуемые в отдельном модуле процессора. В технологиях ММХ для это го использовалось стандартное устройство с плавающей запятой.
Инструкции SSE2, содержащие 144 дополнительные команды SIMD, были представлены в ноябре 2000 года вместе с процессором Pentium 4. В SSE2 были включены все инструкции предыдущих наборов ММХ и SSE.
Поточные расширения SIMD (SSE) содержат целый ряд новых команд для выполнения операций с плавающей запятой и целыми числами, а также команды управления кэш памятью. Новые технологии SSE позволяют более эффективно работать с трехмерной графи кой, потоками аудио- и видеоданных (DVD-воспроизведение), а также приложениями распо знавания речи. В целом SSE обеспечивает следующие преимущества:
Х более высокое разрешение/качество при просмотре и обработке графических изобра жений;
Х улучшенное качество воспроизведения звуковых и видеофайлов в формате MPEG2, а также одновременное кодирование и декодирование формата MPEG2 в мультиме дийных приложениях;
Х уменьшение загрузки процессора и повышение точности/скорости реагирования при выполнении программного обеспечения для распознавания речи.
122 Глава 4. Процессоры Инструкции SSE и SSE2 особенно эффективны при декодировании файлов формата MPEG2, который является стандартом сжатия звуковых и видеоданных, используемым в DVD. Следовательно, процессоры, оснащенные SSE, позволяют достичь максимальной ско рости декодирования MPEG2 без использования дополнительных аппаратных средств (например, платы декодера MPEG2). Кроме того, процессоры, содержащие набор инструкций SSE, значительно превосходят предыдущие версии процессоров при распознавании речи.
Одним из основных преимуществ SSE по отношению к ММХ является поддержка опера ций SIMD с плавающей запятой, что очень важно при обработке трехмерных графических изображений. Технология SIMD, как и ММХ, позволяет выполнять сразу несколько опера ций при получении процессором одной команды. В частности, SSE поддерживает выполне ние до четырех операций с плавающей запятой за цикл;
одна инструкция может одновремен но обрабатывать четыре блока данных. Для выполнения операций с плавающей запятой ин струкции SSE могут использоваться вместе с командами ММХ без заметного снижения быстродействия. SSE также поддерживает упреждающую выборку данных (prefetching), кото рая представляет собой механизм предварительного считывания данных из кэш-памяти.
Обратите внимание: наилучший результат использования новых инструкций процессора обеспечивается только при их поддержке на уровне используемых приложений. Сегодня боль шинство компаний, занимающихся разработкой программного обеспечения, модифицировали приложения, связанные с обработкой графики и звука, что позволило в более полной мере ис пользовать возможности SSE. Например, графическое приложение Adobe Photoshop поддержи вает инструкции SSE, что значительно повышает эффективность использования процессоров, оснащенных SSE. Поддержка инструкций SSE встроена в DirectX 6.1 и в самые последние ви део- и аудиодрайверы, поставляемые с операционными системами Windows 98 Second Edition, Windows Me, Windows NT 4.0 (с пакетом обновления 5 или более поздним) и Windows 2000.
Инструкции SSE являются расширением технологий ММХ, a SSE2 Ч расширением инст рукций SSE. Таким образом, процессоры, поддерживающие SSE2, поддерживают также инст рукции SSE, а процессоры, поддерживающие SSE, в свою очередь, поддерживают оригиналь ные команды ММХ. Это означает, что стандартные ММХ-приложения могут выполняться практически на любых системах.
Технологии 3DNow!, Enhanced 3DNow! и Professional 3DNow!
Технология 3DNow разработана компанией AMD в ответ на реализацию поддержки инст рукций SSE в процессорах Intel. Впервые (май 1998 года) 3DNow реализована в процессорах AMD Кб, а дальнейшее развитие Ч Enhanced 3DNow Ч эта технология получила в процессо рах Athlon и Duron. Новая технология Professional 3DNow! впервые появилась в процессорах Athlon ХР. Компания AMD лицензировала технологию ММХ компании Intel и реализовала полноценную поддержку инструкций ММХ в процессорах Кб, Athlon и Duron. He желая до полнительно лицензировать инструкции SSE, в AMD разработали новый набор расширений для инструкций ММХ, получивший название 3DNow!. Аналогично SSE/SSE2, технологии 3DNow!, Enhanced 3DNow! и Professional 3DNow! предназначены для ускорения обработки трехмерной графики, мультимедиа и других интенсивных вычислений.
Технология 3DNow! представляет собой набор из 21 инструкции SIMD, которые опери руют массивом данных в виде единичного элемента. В Enhanced 3DNow! добавлено еще инструкции (19 инструкций SSE и пять DSP/коммуникационных инструкций), что состав ляет в итоге 45 инструкций. Будучи расширением ММХ, технология 3DNow! предоставляет функциональные возможности, аналогичные инструкциям SSE процессоров Pentium III и Celeron. Согласно данным компании AMD, технология 3DNow! расширяет возможности ММХ наравне с SSE, однако использует для этого меньшее количество инструкций и менее сложную архитектуру. Технологии обработки данных 3DNow!, Enhanced 3DNow! и Profes sional 3DNow! хотя и подобны SSE, но несовместимы на уровне инструкций, поэтому произ водители программного обеспечения должны предоставить возможность поддержки каждой из этих технологий в отдельности. Последняя версия 3DNow! Ч 3DNow! Professional! Ч Свойства процессора добавляет 51 инструкцию SSE к набору команд 3DNow! Enhanced, благодаря чему процессо ры AMD в полной мере поддерживают все возможности SSE. К сожалению, это не относится к инструкциям SSE2, которые на данный момент поддерживаются только процессорами Pentium 4 и Celeron 4.
Технология 3DNow, как и SSE, поддерживает операции SIMD с плавающей запятой, а также позволяет выполнять до четырех операций с плавающей запятой за один цикл Инст рукции 3DNow для операций с плавающей запятой могут использоваться вместе с командами ММХ без заметного снижения быстродействия. Поддерживается и упреждающая выборка данных Ч механизм предварительного считывания данных из кэш-памяти.
Наравне с SSE, инструкции 3DNow! в полной мере поддерживаются различными программ ными продуктами, в частности Windows 9x, Windows NT 4.0 и более новыми операционными системами Microsoft. В процессорах последнего поколения Athlon XP и Athlon 64 реализована полноценная поддержка инструкций SSE за счет применения технологии 3DNow! Professional.
Динамическое выполнение Этот метод впервые использован в микросхемах Р6 (процессорах шестого поколения) и позволяет процессору параллельно обрабатывать сразу несколько команд, что сокращает время, необходимое для выполнения той или иной задачи. Это технологическое новшество включает в себя ряд элементов.
Х Предсказание множественного перехода (ветвления). Предсказание потока выполне ния программы через несколько ветвлений.
Х Анализ потока команд. Назначение выполнения команд по мере готовности, независи мо от их порядка в оригинальной программе.
Х Упреждающее выполнение. Увеличение скорости выполнения за счет опережающего просмотра счетчика команд и выполнения тех команд, к которым, вероятно, потребу ется обратиться позже.
Предсказание перехода Функция предсказания перехода, ранее применявшаяся только в универсальных процес сорах старших моделей, позволяет процессору при высокоскоростном выполнении команд сохранять конвейер заполненным. Специальный модуль выборки/декодирования, вьючен ный в процессор, использует высокооптимизированный алгоритм предсказания перехода, по зволяющий предсказывать направление и результат команд, выполняемых через несколько уровней ветвлений, обращений и возвратов. Этот модуль напоминает шахматиста, который разрабатывает несколько различных стратегий перед началом шахматной партии, предсказы вая ответные действия противника на несколько ходов вперед. Благодаря предсказанию ре зультатов выполнения команды инструкции могут выполняться практически без задержек.
Анализ потока данных Функция анализа потока команд используется для исследования потока данных, прохо дящих через процессор, и выявления любых возможностей выполнения команды с изменени ем заданной ранее последовательности. Специальный процессорный модуль отправки/вы полнения контролирует команды и позволяет выполнять их в таком порядке, который опти мизирует использование модулей множественного суперскалярного выполнения. Возмож ность изменять последовательность выполнения команд позволяет сохранить занятость мо дулей выполнения даже в случае промаха кэш-памяти или обработки каких-либо информа ционно-зависимых команд.
Упреждающее выполнение Способность процессора выполнять команды с помощью опережающего просмотра суще ствующего счетчика команд называется упреждающим выполнением. Модуль отправки/вы полнения, включенный в процессор, анализирует поток данных для выполнения всех команд, 124 Глава 4. Процессоры существующих в буфере (накопителе) команд, и сохранения результатов их выполнения в буферных регистрах. После этого модуль изъятия анализирует содержимое пула команд, чтобы проверить наличие завершенных команд, не зависящих от данных, которые получены при выполнении других команд, или наличие команд, имеющих неразрешенные предсказания перехода. Результаты выполнения обнаруженных завершенных команд передаются в память модулем изъятия или соответствующей стандартной архитектурой Intel в том порядке, в ко тором они были получены. Затем команды удаляются из буфера.
В сущности, динамическое выполнение устраняет зависимость от линейной последова тельности команд. Выполнение команд с изменением их последовательности позволяет мак симально загрузить модуль выполнения и сократить время ожидания, необходимое для полу чения данных из памяти. Несмотря на то что порядок предсказания и выполнения команд может быть изменен, их результаты передаются в исходном порядке, для того чтобы не пре рывать и не изменять течение программы. Это позволяет процессорам Рб выполнять про граммы, оптимизированные для архитектуры Intel, точно так же, как это делали Р5 (Pentium) или процессоры более ранних версий, но на целый порядок быстрее!
Архитектура двойной независимой шины Эта архитектура (Dual Independent Bus Ч DIB) впервые была реализована в процессоре шестого поколения и предназначалась для увеличения пропускной способности шины про цессора и повышения производительности. При наличии двух независимых шин данных для ввода-вывода процессор получает доступ к данным с любой из них одновременно и парал лельно, а не последовательно, как в системе с одной шиной. Вторая, или фоновая (backside), входная шина процессора с DIB применяется кэш-памятью второго уровня, поэтому она мо жет работать значительно быстрее, чем в том случае, если бы ей пришлось использовать (совместно с процессором) основную шину.
В архитектуре DIB предусмотрено две шины: шина кэш-памяти второго уровня и шина, соединяющая процессор и основную память (FSB). Процессоры Pentium Pro, Celeron, Pen tium II/IH/4, Athlon и Duron могут использовать обе шины одновременно, благодаря чему снижается критичность такого параметра, как пропускная способность шины. Благодаря ар хитектуре двойной шины кэш-память второго уровня более современных процессоров может работать на полной скорости в ядре процессора на независимой шине, используя при этом основную шину центрального процессора (FSB) для обработки текущих данных, поступаю щих на микросхему и отправляемых ею. Шины работают с разной тактовой частотой. Шина FSB, или главная шина центрального процессора, соединена с системной платой, а шина кэш памяти второго уровня Ч непосредственно с ядром процессора. При увеличении рабочей час тоты процессора увеличивается тактовая частота кэш-памяти второго уровня.
Для реализации архитектуры DIB кэш-память второго уровня перемещена с системной платы в один корпус с процессором, что позволило приблизить быстродействие кэш-памяти второго уровня к быстродействию встроенной кэш-памяти, которое значительно превосходит быстродействие памяти, помещаемой на системную плату. Чтобы поместить кэш в корпус процессора, понадобилось модифицировать гнездо процессора.
Архитектура DIB также позволяет системной шине выполнять одновременно несколько тран закций (а не одну последовательность транзакций), благодаря чему ускоряется поток информации внутри системы и повышается эффективность. Все средства DIB повышают пропускную способ ность почти в три раза по сравнению с процессором, имеющим архитектуру одиночной шины.
Технология HyperThreading Такие операционные системы, как Windows NT 4.0/2000/XP Professional/2003 Server и Linux, в полной мере поддерживают компьютеры с двумя или более установленными физи ческими процессорами, дающими подобным системам большой прирост производительности по сравнению с однопроцессорными компьютерами. Тем не менее двухпроцессорные компь ютеры и системные платы всегда были на порядок дороже их однопроцессорных "сородичей", Свойства процессора а добавление второго процессора в поддерживающую подобную модернизацию систему при водило к возникновению различных сложностей, связанных с подбором одинаковой тактовой частоты и конфигурационных параметров для двух процессоров. Новейшая технология HyperThreading (HT) компании Intel позволяет одному процессору одновременно обрабаты вать два независимых потока команд. Другими словами, НТ превращает один физический процессор в два виртуальных.
Изначально технология НТ была представлена в семействе серверных процессоров Хеоп в марте 2002 года. Она позволила виртуально вдвое увеличить количество процессоров мно гопроцессорных серверов. Затем НТ появилась в предназначенных для рабочих станций про цессорах Хеоп с тактовой частотой шины 533 МГц, после чего в ноябре 2002 года дебютиро вала в процессоре Pentium 4 с тактовой частотой 3,06 ГГц, ориентированном на рынок домашних/офисных ПК.
Принцип работы Поддерживающий НТ процессор имеет два набора общих регистров, регистры управления и другие системные компоненты. В то же время логические процессоры совместно использу ют кэш-память, вычислительные блоки и шины данных/ввода-вывода. При выполнении про грамм каждый логический процессор обрабатывает один поток (рис. 4.14).
Поток Два физических Поток Х процессора Простой процессора Процессор с поддержкой НТ Рис.4.14. Процессор, поддерживающий НТ, позволяет заполнить время простоя выполнением другого процесса, тем самым увеличивая многозадачность и быстродействие многопоточных приложений Совместное использование процессорных компонентов приводит к тому, что быстродей ствие системы с НТ-процессором меньше быстродействия систем с двумя физическими про цессорами. Однако выполнение нескольких приложений или одного многопоточного прило жения в системе с НТ-процессором демонстрирует прирост производительности примерно на 25% по сравнению с обычным однопроцессорным компьютером.
Требования к использованию Технология НТ, доступная для настольных систем, впервые появилась в процессоре Pentium 4 с тактовой частотой 3,06 ГГц. Более быстродействующие процессоры Pentium 4 и процессоры Pentium 4 с тактовой частотой шины 800 МГц также поддерживают НТ. Тем не менее одного лишь процессора недостаточно для реализации этой технологии в компьютере.
Существуют и другие требования.
Х Поддерживающая НТ системная плата (набор микросхем). Может понадобиться обновление BIOS.
126 Глава 4. Процессоры Х Поддержка BIOS включения/отключения НТ. Если технология HyperThreading не под держивается установленной операционной системой, НТ необходимо отключить сред ствами BIOS.
Х Совместимая с НТ операционная система, например Windows XP Ноте или Professional.
При использовании режима НТ в программе Device Manager (Диспетчер устройств) будет показано два процессора.
Большинство новых наборов микросхем Intel для процессоров Pentium 4 поддерживают технологию НТ. Тем не менее, если системная плата или компьютер были выпущены до по явления НТ, необходимо программно обновить ("перепрошить") BIOS системной платы. Хо тя операционные системы Windows NT 4.0 и Windows 2000 разработаны для использования нескольких физических процессоров, для обеспечения работы НТ-процессора потребуется изменить ряд конфигурационных параметров. Операционные системы Linux с версией ядра 2.4.18 и выше также поддерживают данную технологию.
Ранние результаты тестов показывают, что технология НТ заметно повышает производи тельность существующих приложений. В свою очередь, производительность специально соз данных для поддержки НТ приложений будет еще выше.
Мобильные процессоры компании Intel В этом разделе предоставлены подробные характеристики мобильных процессоров ком пании Intel, начиная от 486-х с технологией SL и заканчивая современными процессорами Mobile Pentium 4, Mobile Pentium 4-M и Pentium M.
Процессоры 486 с технологией SL Процессор Intel 486SL и другие процессоры с технологией SL (SX, DX2, DX4) использо вались в большинстве портативных компьютеров, выпускаемых с 1990 года. Версии DX и DX4 работают на удвоенной и утроенной частоте шины, значительно повышая производи тельность центрального процессора.
Процессор 486 обладает следующими характеристиками:
Х 32-разрядное целочисленное ядро RISC;
Х 8 Кбайт (SL/SX, DX2) или 16 Кбайт (DX4) унифицированной кэш-памяти первого уровня на кристалле;
Х поддержка 4 Гбайт физической памяти;
Х поддержка 64 Тбайт виртуальной памяти;
Х интегрированный блок обработки чисел с плавающей точкой (математический сопро цессор);
Х выполнение одной инструкции за такт;
Х 32-разрядная шина процессора, работающая на частоте 33 МГц (пропускная способ ность 133 Мбайт/с);
Х технология энергосбережения SL;
Х режим SMM;
Х ширина адресной шины составляет 32 бита.
В процессоре 486 используется 32-разрядная шина данных, т.е. за один такт по шине дан ных процессора можно передать 4 байта. При частоте шины 33 МГц пропускная способность равна 133 Мбайт/с. Кроме того, процессор 486 имеет 32-разрядную адресную шину, что по зволяет адресовать 2Л32 байт ОЗУ, или 4 Гбайт. Тем не менее большинством наборов систем ной логики для процессора 486 поддерживался максимум 64 Мбайт оперативной памяти.
Мобильные процессоры компании Intel Процессор Mobile Pentium Основная задача при конструировании мобильных процессоров Ч максимальное сокраще ние размера ядра, что позволяет процессору работать при пониженном напряжении питания, за счет чего снижается потребляемая мощность. Процессоры Mobile Pentium, работавшие на часто те 200 и 233 МГц и поддерживающие технологию ММХ (кодовое название Tillamook), были первыми процессорами, разработанными на основе 0,25-микронной технологии. На б;
азе этой технологии компанией Intel были созданы процессоры Mobile Pentium/MMX, работавшие на частоте 300,266 и 166 МГц.
Технологический процесс на уровне 0,25-микрон и функции уменьшения напряжения по зволили Intel сократить напряжение питания ядра с 2,45 до 1,8 В (2,0 В для версии процессо ра с частотой 266 МГц), а напряжение питания интерфейса ввода-вывода с 3,3 до 2,5 В. При этом быстродействие процессора было увеличено на 60% с сокращением потребляемой энер гии на 53% по сравнению с процессором Mobile Pentium/MMX, работающим на частоте 166 МГц и произведенным с использованием 0,35-микронной технологии. Сокращение на пряжения питания дало возможность увеличить время работы ноутбука от одного заряда ба тареи и уменьшить тепловыделение. Типичное потребление энергии сократилось с 7,7 Вт для процессора Mobile Pentium/MMX, работающего на частоте 166 МГц и произведенного с по мощью 0,35-микронной технологии, до 3,9 Вт для процессора, работающего на частоте 233 МГц. Потребление энергии было уменьшено на 50%.
Процессоры Mobile Pentium были со временем вытеснены процессорами Mobile Pentium II/III/4/M и Mobile Celeron, однако технологии энергосбережения и уменьшения тепловыделения, применявшиеся в первых процессорах, продолжают применяться и в новых процессорах для ноутбуков.
Кроме того, компанией Intel производились обычные (без поддержки ММХ) процессоры Pentium, работавшие на частотах 75, 100,120,133 и 150 МГц и применявшиеся в дешевых но утбуках. Такими процессорами поддерживалась технология снижения напряжения питания (voltage reduction technology Ч VRT). От системной платы процессор получал стандартное напряжение 3,3 В, но на самом деле работал с напряжением 2,9 В (3,1 В для модели, работав шей на частоте 150 МГц). Хотя различие в уровнях напряжения не так велико, как при пере ходе на 0,25-микронный процесс, технология VRT помогала снизить энергопотребление и те пловыделение процессора. Такие процессоры больше не производятся, их можно встретить только в старых портативных компьютерах.
Процессоры Mobile Pentium II и Mobile Pentium III В апреле 1998 года компания Intel представила первые процессоры Mobile Pentium II, ра ботающие на частоте 233 и 266 МГц и производимые с помощью той же 0,25-микроной техно логии, что и процессоры Mobile Pentium/MMX. С напряжением ядра 1,7 В и буферов ввода вывода 1,8 В новыми процессорами потреблялось даже меньшее напряжение, чем процессо рами Mobile Pentium/MMX. Хотя при мощности 8,6 Вт процессор Pentium II, работающий на частоте 266 МГц, потребляет больше энергии, чем Pentium ММХ, работающий на той же час тоте, не стоит забывать об интегрированной кэш-памяти второго уровня процессора Pentium II. У Pentium ММХ, потребляющего 4,5 Вт, такая кэш-память отсутствует.
Для сокращения энергопотребления и тепловыделения при сохранении быстродействия компанией Intel в конце 1998 года был создал процессор Mobile Pentium II, в котором приме нялся другой метод для доступа к кэш-памяти. Базовый процессор Mobile Pentium II имел 512 Кбайт кэш-памяти второго уровня, работавшей на половинной частоте ядра, как и у на стольного варианта процессора Pentium II. В обновленном варианте стала применяться кэш память второго уровня размером 256 Кбайт, работающая на полной частоте ядра. Размещени ем кэш-памяти на кристалле процессора удалось добиться того же быстродействия, что и для первой версии процессора Mobile Pentium II, а также снизить энергопотребление.
128 Глава 4. Процессоры Процессор Mobile Pentium III представляет собой усовершенствованную версию процес сора Mobile Pentium II, в которой также используется 256 Кбайт кэш-памяти второго уровня.
Кроме того, в Mobile Pentium III реализовано несколько улучшений, включая переход на 0,18 микронную технологию, напряжение питания 1,7 В (для версий, работающих на частоте 1 ГГц и 900 МГц) или 1,1 В (для версий, работающих на частоте 500 МГц), а также технологию энергосбережения SpeedStep, поддерживаемую процессорами с частотой 600 МГц и выше.
Для сокращения размера ядра в большинстве версий процессора Mobile Pentium III исполь зовался корпус BGA-2 или micro-PGA2. Кроме того, Mobile Pentium III поддерживает семь уровней тактовой частоты, применение которых позволило создать больше режимов энерго сбережения, чем в старых версиях мобильных процессоров.
В табл. 4.3 указаны рабочая частота, технологический процесс и спецификации напряжения для процессоров Mobile Pentium И, Mobile Pentium III и Mobile Celeron от компании Intel.
Таблица 4.3. Спецификации мобильных процессоров компании Intel Частота ядра, Частота шины, Название Технологический Напряжение Напряжение процесс, микрон ядра, В процессора МГц МГц буферов ввода вывода, В Pentium 0,35 2, 50 3, Pentium 100 66 0,35 3, 2, Pentium 120 0, 60 3, 2, Pentium 133 0,35 3, 66 2, Pentium 150 0,35 3, 60 3, Pentium/IИМХ 120 60 0,35 2,45 3, Pentium/I ИМХ 133 66 0,35 3, 2, Pentium/I И MX 150 60 0,35 2,45 3, Pentium/I ИМХ 166 0, 66 2,45 3, Pentium/I ИМХ 166. 0,25 2, 66 1, Pentium/I И MX 200 66 0,25 2, 1, Pentium/I i/l MX 233 66 0,25 2, 1, Pentium/IИМХ 266 0, 66 2, 2, Pentium/I И MX 300 66 0,25 2, 2, Pentium II 233 66 0,25 1, 1, Pentium II 266 66 0,25 1, 1, Pentium II 300 66 0,25 1,6 1, Pentium II 333 66 0,25 1, 1, Pentium II 366 66 0,25 1, 1, Pentium II 400 66 0,25 1,6 1, Celeron 266 LV 0, 66 1, 1, Celeron 0, 66 1. 1, Celeron 300 66 0,25 1, 1, Celeron 333 0, 66 1,6 1, Celeron 366 66 0,25 1,6 1, Celeron 400 66 0,25 1,6 1, Celeron 433 66 0,25 1, 1, Celeron 0, 66 1, 1, Celeron 400 LV 0,18 1,35 1, Celeron 450 100 0,18 1,6 1, Celeron 500 LV 100 0,18 1,35 1. Celeron 500 0, 100 1,6 1, Celeron 100 0,18 1,6 1, Celeron 600 0, 100 1,6 1, Celeron 650 100 0,18 1, 1, Celeron 700 100 0,18 1,6 1, Celeron 750 100 0,18 1,6 1, 400 1,35 1, Pentium 1II 100 0, Pentium III 450 1, 100 0,18 1, Мобильные процессоры компании Intel Окончание табл. 4. Напряженно Частота ядра, Частота шины, Технологический Название Напряжение МГц МГц процесс, микрон ядра, В буферов ввода процессора вывода, В 500 100 1, 1, Pentium 1 1 0, 100 1, 500 ULV 0, Pentium III 1,1/0,975* 100 1, 600 LV Pentium III 0,18 1,35/1,1* 600 100 1, Pentium III 0,18 1,6/1,35* 650 100 1, Pentium III 0,18 1,6/1,35" 700 100 1, Pentium III 0,18 1,6/1,35* 100 1, 700 LV Pentium III 0,18 1,35/1,1* 750 100 1, 0, Pentium III 1,6/1,35* 800 100 1, 0, Pentium III 1,6/1,35* 850 100 1. Pentium III 0,18 1,6/1,35* 900 100 1, Pentium III 0,18 1,7/1,35* 1 100 1, Pentium III 0,18 1,7/1,35* * Используется технология Intel SpeedStep, позволяющая переходить на пониженную частоту и напряжение для сохранения заряда батарей.
LV Ч низкое напряжение.
ULV Ч ультранизкое напряжение.
Версии изменений ядра процессоров Mobile Pentium Подобно настольным процессорам компании Intel, мобильные процессоры разрабатыва ются постоянно и модифицированные модели выпускаются с измененными версиями ядра, содержащими различные исправления и производственные модификации.
Замечание Процессоры Mobile Pentium, Mobile Pentium MMX, Mobile Pentium II и Mobile Pentium III больше не произво дятся, хотя их все еще можно встретить в ряде продаваемых ноутбуков.
В табл. 4.4 и 4.5 приведены различные типы процессоров Mobile Pentium и Mobile Pentium ММХ с версиями изменений ядра.
Таблица 4. 4. Версии изменений ядра процессора Mobile Pentium Тип Модель Номер Семейство Производственный Частота Приме Номер изменения номер изменения ядра/шины, МГц спецификации чание 2 В 0 5 TCP 75/50 Q вз 2 0 5 TCP 75/50 Q вз 2 0 5 TCP 75/50 SX 2 0/2 5 В5 TCP 75/50 Q 4 В 0 5 TCP 75/50 SX 0 2 5 С 5 TCP 75/50 2 5 С2 TCP 0 5 75/50 SK 2 тА 0 5 5 75/50 VRT.TCP Q 2 5 VRT 0 5 тА1 75/50 Q 0 5 5 тА1 VRT, TCP 90/60 Q тА 0 2 5 VRT 5 90/60 Q 2 5 тА 0 5 VRT, TCP 75/50 SK 0 2 5 тА1 VRT 5 75/50 SKO 0 5 2 5 тА1 VRT, TCP 90/60 SKO9O 0 5 5 тА1 VRT 90/60 SK 2 В 0 5 тсВ1 100/66 Q0884 VRT, TCP 0 5 2 В тсВ1 VRT, TCP 120/60 Q 0 2 В 5 тсВ1 120/60 Q 0 2 В 5 тсВ1 100/66 VRT, TCP SV 2 В 0 5 тсВ1 120/60 VRT, TCP SK 0 2 В 5 тсВ1 VRT, TCP 120/60 SK 130 Глава 4. Процессоры Окончание табл. 4. Х Тип Семейство Модель Номер Частота Приме Производственный Номер изменения номер изменения ядра/шины, МГц спецификации чание 0 2 В тсВ 5 120/60 SX 00* тА 0 5 0 75/50 VRT, TCP тА 0 5 7 VRT 0 75/50 Q 7 тА 0 5 0 VRT, TCP 90/60 Q 0 7 тА 5 0 90/60 Q0852 VRT 0 7 тА4 О 5 0 100/66 VRT, TCP 0 7 тА 5 0 100/66 VRT 7 тА4 SK 0 5 0 VRT, TCP 75/ 7 тА 0 VRT 5 0 75/50 SK 0 7 тА 5 0 90/60 VRT, TCP SK тА4 i 0 7 VRT 5 0 90/60 SK 0 7 0 тА 5 100/66 VRT, TCP SK 0 7 тА 5 0 100/66 SK124 VRT с 0 2 тсСО 5 100/66 Q0887 VRT, TCP с 0 5 тсСО VRT, TCP 120/60 Q с 0 2 тсСО 5 120/60 Q0880 3,1 В с 0 5 тсСО 133/66 VRT, TCP Q с 0 2 тсСО 3,1 В 5 133/66 О с 0 2 тсСО VRT, TCP 5 150/60 Q с 0 тсСО TCP, 3,1 В 5 2 150/60 Q с 0 2 тсСО VRT 5 150/60 Q с 0 2 тсСО 5 75/50 SY056 VRTACP с 0 5 2 тсСО 100/66 SY020 VRTACP с 0 5 тсСО 100/66 SY046 3,1 В с 0 5 тсСО 120/60 VRT, TCP SY с 2 тсСО 0 5 120/60 SY027 3,1 В с 0 2 тсСО 5 120/60 SY с 2 VRT, TCP 0 5 тсСО 133/66 SY с 0 2 тсСО 3,1 В 5 133/66 SY с 0 2 тсСО 150/60 VRT, TCP 5 SY с 0 2 тсСО 5 150/60 SY043 TCP, 3,1 В с 0 2 тсСО VRT 5 150/60 SY 0 5 2 ЕО 75/50 TCP.
6 Q TCP V 0 5 2 6 ЕО 75/50 SY Зерсии изменений ядра процессора Mobile Pentium MMX Таблица 4.S. Тип Частота Номер спе- Примечание Семейство Модель Номер Производствен изменения ный номер ядра/шины, цификации изменения МГц 0 4 тхАЗ 150/60 Q016 ES, TCP, 2,285 В 0 4 тхАЗ 150/60 Q061 ES, PPGA, 2,285 В 5 4 4 тхАЗ Q 0 5 166/66 ES, TCP, 2,285 В ES, PPGA, 2,285 В 0 4 4 тхАЗ 166/66 Q 0 4 тхАЗ 150/60 SL22G TCP, 2,285 В 5 4 SL246 PPGA, 2,285 В 0 5 4 тхАЗ 150/ 0 4 тхАЗ 166/66 SL22F TCP, 2,285 В 0 тхАЗ 4 SL23Z PPGA, 2,285 В 5 4 166/ 4 тхВ1 120/60 Q230 ES, TCP, 2,2 В 0 5 0 4 тхВ1 Q130 ES, TCP, 2,285 В 5 3 133/ Q129 ES, PPGA, 2,285 В 0 4 тхВ1 133/ 5 Q 4 тхВ1 ES, TCP, 2,285 В 0 5 3 150/ 0 4 тхВ1 Q128. ES, PPGA, 2,285 В 5 3 150/ 0 4 тхВ1 166/66 Q115 ES, TCP, 2,285 В 5 4 Q127 ES, PPGA, 2,285 В 0 тхВ1 166/ 5 тхВ1 SL27D 0 4 133/66 TCP, 2,285 В 5 тхВ 0 4 133/66 SL27C PPGA, 2,285 В 5 4 тхВ1 SL26U TCP, 2,285 В 0 5 3 150/ 4 тхВ1 SL27B PPGA, 2,285 В 0 150/ 5 4 тхВ1 SL26T 0 3 166/66 TCP, 2,285 В Мобильные процессоры компании Intel Окончание тнбл. 4. Тип Семейство Модель Номер Производствен - Частота Номер спе- Примечание ный номер цификации изменения ядра/шины, изменения МГц 0 5 тхВ1 166/66 SL27A PPGA, 2,285 В 0 5 8 туАО 166/66 Q255 TCP, 1,8 В 0 5 8 туАО 200/66 Q146 TCP, 1,8 В 0 5 8 туАО TCP, 1,8 В 233/ 5 8 SL28P 0 туАО 200/66 TCP, 1,8 В 0 5 8 туАО 233/66 SL28Q TCP, 1,8 В 5 8 туАО Q 266/66 TCP, 2,0 В ES Ч инженерный образец (Engineering Sample). Эти процессоры не поступали в продажу, а проектировались для тестирования компьютеров.
TCP Ч корпус на пленочном носителе.
PPGA Ч пластиковая корпус PGA.
VRT Ч технология снижения напряжения.
2285 В Ч процессор Mobile Pentium с поддержкой ММХ и ядром, работающим с напряжением от 2285 до 2,665 В.
1,8 В Ч процессор Mobile Pentium с поддержкой ММХ, ядром, работающим с напряжением от 1,665 до 1,93 В, и напряжением буферов ввода-вывода от 2,375 до 2,625 В.
2,2 В Ч процессор Mobile Pentium с поддержкой ММХ и ядром, работающим с напряжением от 2,10 до 234 В.
2,0 В Ч процессор Mobile Pentium с поддержкой ММХ, ядром, работающим с напряжением от 1,850 до 2,150 В, и напряжением буферов ввода-вывода от 2375 до 2,625 В.
В табл. 4.6 представлены версии изменений для процессоров Mobile Pentium II в мобиль ных модулях, мобильных картриджах и корпусах других типов.
Таблица 4.6. Версии изменений ядра процессора Mobile Pentium II S-специ- Ядро/шина, Примечание Семей- Модель Объем кэш-памяти Номер Частота ство изменения второго уровня, кэш-памяти ' фикация МГц Кбайт второго уровня 1/2 частоты ядра 6 5 512 233/66 МС, 1, mdAO SL2KH 6 5 512 1/2 частоты ядра 266/66 МС, 1, mdAO SL2KJ 6 1/2 частоты ядра 233/ 5 512 ММО 1, mmdAO PMD 1/2 частоты ядра 6 5 512 266/66 ММО. 1, mmdAO PMD 1/2 частоты ядра 6 5 512 300/66 МС, 1,6* mdBO SL2RS 6 5 МС, 1,6* 512 1/2 частоты ядра 266/ SL2RR mdBO 6 5 512 1/2 частоты ядра 233/66 МС, 1,6* mdBO SL2RQ На частоте ядра 6 МС, 1,6* 256 266/ 5 SL32M mdxAO на частоте ядра 300/ 6 5 МС, 1,6* 256 SL32N mdxAO 256 на частоте ядра 333/ 6 5 МС, 1,6* mdxAO SL32P на частоте ядра 6 5 256 366/66 МС, 1,6* mdxAO SL36Z 6 5 256 на частоте ядра 266/66 BG, 1 6** mdbAO SL32Q на частоте ядра 6 5 256 300/66 BG, 1,6" mdbAO SL32R на частоте ядра 6 5 256 333/66 BG, 1.6" mdbAO SL32S 6 5 256 на частоте ядра 366/66 BG, 1 6** mdbAO SL3AG на частоте ядра 266/ 6 5 256 BG, 1 SL3DR mdbAO 6 256 на частоте ядра 5 266/66 PG, 1,6** mdbAO SL3HH 6 5 256 на частоте ядра 300/66 PG, 1,6" SL3HJ mdbAO на частоте ядра 6 5 256 333/66 PG, 1,6" mdbAO SL3HK на частоте ядра 6 5 256 366/66 PG, 1,6" mdbAO SL3HL 1,7 Ч ядро этих процессоров Mobile Pentium работает с напряжением 1,7 В.
1,6* Ч ядро этих процессоров работает с напряжением 1,6 В 120 мВ.
1,6*' Ч ядро этих процессоров работает с напряжением 1,6 В 135 мВ.
15 Ч ядро этих процессоров работает с напряжением 1,6 В 135 мВ.
МС Ч процессор Mobile Pentium II, смонтированный в мини-картридже.
ММО Ч процессор Mobile Pentium II, смонтированный на мобильном модуле вместе с микросхемой 440ВХ North Bridge BG Ч процессор Mobile Pentium II в корпусе BGA для низкопрофилыюго монтирования.
PG Ч процессор Mobile Pentium II в корпусе micro-PGA 1.
132 Глава 4. Процессоры Версии изменений ядра процессоров Mobile Pentium III Процессоры Mobile Pentium III также доступны в виде нескольких моделей с различными версиями изменений ядра, которые отличаются номером спецификации и другими характе ристиками (табл. 4.7).
Таблица 4.7. Модели и версии изменений ядра процессоров Mobile Pentium III S-специ- Номер CPUID Объем Частота, Частота Мощность, Мощность Напря- Корпус в режиме фикация изме- кэш-памяти Вт в режиме жение, В МГц Speed нения второго SpeedStep, Step, МГц уровня, Вт Кбайт Ч SL3DU 0681 10,1 BGA, 400 ВА2 SL43K Ч 0683 10,1 BGA 256, 400 ВВО SL4JN Ч 0686 Ч 1, 10,1 BGA 400 ВСО _ SL3KX 0681 Ч 1,, 15,5 BGA 450 РА Ч SL43L 0683 15,5 BGA 256 Ч, 450 ВВО SL4JA 0686 256 BGA 15,5, Ч 450 ВСО SL4JQ Ч PGA 256 15,5, Ч 450 РСО SL3RF Ч 0681 PGA РА2 256, 15, Ч 1, Ч SL3LG 0681 PGA РА2 256 15, Ч SL43N 0683 PGA РВО 256 15,5 Ч, PML45 0681 ММС- МА2 256 14,1,6/1, 00200 1АА мво PML45 0683 ММС- 256 14,1,6/1, 00210 1АВ мсо PML45 0686 ММС- 256 14,1 Ч, 002201АС SL3DT 0681 BGA 256 16,8, 500 ВА SL43M Ч Ч BGA 500 256 16,8, ВВО SL3PK Ч Ч 0681 BGA 500 256 10,1, ВА Ч SL43Z 0683 BGA 500 256 10,1, ВВО SL4JB BGA 500 0686 256, 15, ВСО Ч Ч SL4JP BGA 500 0686 256 10,1, ВСО SL4ZH BGA 500 300 0686 256 8,1 4,5,1/0, ВСО Ч Ч SL4JR 500 PGA 256 16, РСО, Ч Ч SL3RG 0681 PGA 500 256 16, РА2, Ч Ч SL3DW 0681 PGA 500 256 16, РА2, SL43P 0683 PGA 500 256 16, РВО, PML50 0681 ММС- 500 256 15, МА2, 00200 1АА PML50 0683 ММС- 500 256 15, МВО, 00210 1АВ мсо PML50 0686 ММС- 500 15,0, 002201АС SL3PM 0681 BGA,6/1, 500 РА2 256 20,0 12, SL43Y BGA 0683,6/1, 500 ВА2 256 20,0 12, SL4GH 0683 BGA 14,4,35/1, 500 ВВО 256 8, SL4JH 0686 BGA 500 ВСО 256 15,8,6/1, 8, SL4JM 0686 BGA,35/1, 500 256 14,4 8, 600 ВСО SL4JX 0686,6/1,35 PGA 500 256 20,0 12, 600 РСО SL3TP 0681 1,6/1,35 PGA 500 256 20,0 12, 600 РА SL3PM 0681 PGA 500,6/1, 256 20,0 12, РА SL443 0683 PGA 500 1,6/1, 256 20,0 12, 600 РВО PML60 ММС- 0681 1,6/1, 500 256 16,6 12, 600 МА 002001АА PML60 0683,6/1,35 ММС- 500 256 12, 16, 600 МВО 00210 1АВ РММ60 0686 1.6/1, 500 256 16,6 12,2 ММС- 600 МСО 00220 1АС SL3PG 0681 1,6/1, 12, 500 256 21,5 BGA ВА SL43X 0683 1,6/1, 500 256 21,5 12, 650 BGA ВВО SL4JJ 0686,6/1, 500 256 21,5 12,2 BGA ВСО SL4JY 0686 12, РСО 256 21,5 1,6/1,35 PGA 650 Мобильные процессоры компании Intel Окончание табл. 4. Мощность Напря Частота, Частота S-специ- Номер Корпус Объем CPUID Мощность, в режиме фикация изме- в режиме жение, В к э ш - п а м я т и Вт МГц Speed нения Speed Step, второго Step, МГц Вт уровня, Кбайт SL3TQ 12,2 1,6/1, 21, 650 500 РА2 0681 256 PCiA SL3PL 1,6/1, 12, 21, 650 500 РА2 0681 PGA 12,2 1,6/1, SL 500 0683 256 21,5 PGA 650 РВО PML65 1,6/1, 12, 256 17,8 ММС- 650 500 МА2 002001АА РММ65 мво 12,2 1,6/1, 256 17, 650 500 0683 ММС- 00210 1АВ мсо РММ65 17, 256 1,6/1, 650 12, 500 0686 ММС- 00210 1АС всо 16,1 1,35/1, SL56R 700 500 0686 BGA 8, вво 22, SL3Z7 1,6/1, 700 550 256 13, 0683 BGA всо SL4JK 22,0 1,6/1, 700 13, 550 0686 256 BGA SL4JZ 1,6/1, 22, 700 13, 550 0683 256 РС!А РСО SL4DL 13,4 1,6/1, 700 22, 256 PGA 550 РВО 13,4 1,6/1, 256 22, SL3Z 700 550 0683 PCSA РВО мво 19, РММ70 13,4 1,6/1, 0683 700 550 ММС- 00210 1АА мсо РММ70 19,1 13,4 1,6/1, 700 550 0686 ММС- 00220 1АВ всо SL4JL 24,6 14, 256 1,6/1, 600 0686 BGA SL54A 24,6 14,4 1,6/1, 600 В DO 068А 256 В<ЗА SL4K2 24,6 14,4 1,6/1, 750 600 РСО 0686 256 R3A 24, SL53P 1,6/1, 14, 068А 256 PGA 750 600 PDO мво SL4DM 24,6 14,4 1,6/1, 600 750 0683 PI3A мво SL44T 14,4 1,6/1, 24, 600 0683 256 PGA мво SL4AS 24,6 14,4 1,6/1.35 В(ЗА 750 600 0683 мво 24,6 14,4 1,6/1, РММ 600 256 ММС- 750 00210 1АВ мво 24,6 14,4 1,6/1 РММ 750 600 0683 256 ММС- 00210 1АА мсо 24,6 14, РММ75 1,6/1, 750 600 0686 256 ММС- 00220 1АВ всо SL4AK 25,9 15,1 1,6/1 0686 256 BGA 800 25, SL548 1,6/1 650 15, 068А 800 BDO BI3A SL4GT 25,9 1,6/1, 15, 800 650 0686 256 PGA РСО SL53M 25,9 15,1 1,6/1, 800 650 068А 256 PGA PDO мсо 24, РММ80 14,4 1,6/1, 800 650 0686 256 ММС- 00220 1АА всо SL4AG 27,5 1,6/1, 16, 850 0686 256 BGA 27, SL547 1,6/1, 16, 068А 850 700 BOO BGA 27, SL4AH 16,1 1,6/1, 700 256 РЗА 850 РСО SL53L 27,5 16,1 1,6/1, 850 700 PDO 068А 256 PGA РММ85 мсо 24,6 14,4 1,6/1, 700 ММС- 850 0686 00220 1АА всо 30, SL59H 1,6/1, 16,1 BGA 900 700 0686 30, SL59J 16,1 1,7/1, 256 ВЗА 900 700 РСО 1000 SL54F 34,0 1,7/1, 700 256 16, BDO 068А BGA 1000 34, SL53S 16,1 1,7/1, 700 068А 256 PGA PDO PGA2 Ч корпус micro-PGA2 с 495 контактными выводами.
BGA2 Ч корпус micro-BGA2 с 495 контактными выводами.
ММС-2 Ч корпус Mobile Module Connector-2.
SpeedStep Ч технология, позволяющая снижать частоту и напряжение питания процессора при работе от батареи.
134 Глава 4. Процессоры Процессоры Mobile Pentium 4 и Mobile Pentium 4-M Мобильный процессор нового поколения Pentium 4-М был впервые представлен в марте 2002 года. Если бы он получил номер вместо названия, он назывался бы 786, поскольку стал следующим поколением процессоров после 686. Процессор Mobile Pentium 4-М (рис. 4.15) поставляется в корпусе micro-FCPGA с 478 контактами для гнезда mobile PGA (mPGA479M).
Рис. 4.15. Процессор Mobile Pentium 4-М в корпусе micro-FCPGA Далее представлены основные технические характеристики процессора Pentium 4.
Х Тактовая частота процессора колеблется в диапазоне 1,3-3,2 ГГц и выше.
Х Количество транзисторов Ч 55 млн., 0,13-микронная технология, площадь кристалла 131 мм2 (Northwood;
рис. 4.16).
Рис. 4.16. Кристалл процессора Pentium 4 Northwood Мобильные процессоры компании Intel Х Программная совместимость с предыдущими 32-разрядными процессорами Intel.
Х Тактовая частота шины процессора 400 МГц.
Х Арифметико-логические устройства (АЛУ) работают на удвоенной частоте ядра про цессора.
Х Гиперконвейерная технология (20 ступеней).
Х Нестандартное выполнение инструкций.
Х Расширенное прогнозирование ветвления.
Х Кэш-память первого уровня объемом 20 Кбайт (кэш контроля выполнения команд объемом 12 Кбайт плюс 8 Кбайт кэша данных).
Х Ассоциативная восьмиуровневая 128-разрядная кэш-память второго уровня объемом 512 Кбайт, работающая на частоте процессора.
Х Кэш-память второго уровня позволяет обрабатывать до 4 Гбайт ОЗУ и поддерживает код коррекции ошибок (ЕСС).
Х 144 новых инструкции SSE2 для обработки звуковых и графических данных.
Х Расширенный модуль выполнения операций с плавающей запятой.
Х Несколько режимов снижения потребления мощности.
Компания Intel отказалась от использования римских цифр для обозначения процессоров, отдав предпочтение стандартной арабской нумерации. Pentium 4 представляет новую архи тектуру NetBurst, включающую в себя гиперконвейерную технологию, механизм быстрого выполнения операций, системную шину с рабочей частотой 400/533/800 МГц и кэш-память контроля выполнения команд. Гиперконвейерная технология позволяет удвоить по сравне нию с Pentium III интенсивность конвейерной обработки инструкций, что связано с умень шением величины шага выполняемых операций. Это также дает возможность использовать более высокие тактовые частоты. Механизм быстрого выполнения позволяет двум целочис ленным АЛУ работать с удвоенной частотой процессора, что делает возможным выполнение инструкций в течение полутакта. Системная шина с рабочей частотой 400/533/800 МГц представляет собой учетверенную шину, взаимодействующую с системным тактовым генера тором с частотой 100/133/200 МГц, что позволяет передавать данные четыре раза за один такт. Кэш-памятью контроля выполнения команд является высокопроизводительный кэш первого уровня, содержащий примерно 12 Кбайт декодированных микроопераций. Это по зволяет удалить дешифратор команд из основного выполняемого конвейера, что повышает производительность процессора.
Из всех перечисленных компонентов самый большой интерес вызывает быстродействую щая шина процессора. В техническом аспекте шина процессора представляет собой учетве ренную шину подкачки с частотой 100 МГц, передающую данные четыре раза за один такт (4х) для достижения рабочей частоты 400 МГц. Ширина шины равна 64 разрядам (т.е. 64 бит или 8 байт), следовательно, ее пропускная способность составляет 3 200 Мбайт/с.
При использовании процессора Mobile Pentium 4-М вместе с драйвером Intel SpeedStep поддерживается технология Enhanced SpeedStep, которая обеспечивает динамическое пере ключение напряжения и частоты в двух режимах производительности. Это дает возможность менять частоту ядра и шины, а также напряжение питания ядра без перезагрузки компьютера.
Рабочие тактовые частоты процессора Mobile Pentium 4-М указаны в табл. 4.8.
136 Глава 4. Процессоры Таблица 4.8. Тактовая частота и потребляемое напряжение процессора Mobile Pentium 4-M Максимальная производительность Режим оптимизации заряда батарей Частота Напряжение, В Потребляемая Оптимизиро- Напряжение, В Потребляемая процессора, ГГц мощность, Вт ванная мощность, Вт частота, ГГц 2,60 35 1,20 20, 1,3 1, 2,50 1,3 35 20, 1,20 1, 2,40 1,3 35 20, 1,20 1, 2,20 35 20, 1,3 1,20 1, 2,0 1,3 1,2 20, 1, 1,3 1,90 1,2 20, 1, 1,80 30 20, 1,3 1, 1, 24,5 1,2 20, 1,70 1,3 1, 1,60 1,3 30 20, 1,20 1, 1,50 26,9 20, 1,3 1,20 1, 1,40 25,8 20, 1,3 1,20 1, В июне 2003 года компания Intel представила процессор Mobile Pentium 4, который отли чается от Mobile Pentium 4-М (табл. 4.9).
Таблица 4.9. Характеристики процессоров Mobile Pentium 4-М и Mobile Pentium Возможность Mobile Pentium 4-M Mobile Pentium Частота шины, МГц Частота процессора, ГГц До 2 ДО 3, Поддержка SpeedStep Да Да Поддержка Hyperthreading Возможна Нет Напряжение, В 1,3/1,2 1,5/1, Мощность, Вт Процессор Mobile Pentium 4 основан на настольной версии процессора Pentium 4, однако специально предназначен для работы при меньшем напряжении питания с поддержкой тех нологии SpeedStep. Процессор используется в высокопроизводительных ноутбуках, пред ставляющих собой переносные рабочие станции. В таких компьютерах время работы от бата реи не считается ключевым параметром.
Хотя характеристики процессора Mobile Pentium 4 во многом схожи с характеристиками его настольного варианта, Mobile Pentium 4 обеспечивает управление питанием и работает с пониженным напряжением, что делает его более подходящим для использования в ноутбуках, чем первоначальная версия процессора Pentium 4. В табл. 4.10 представлены спецификации процессора Mobile Pentium 4.
Таблица 4.10. Спецификации процессора Mobile Pentium S-спецификация Максимальная частота Частота шины Мощность, Вт Минимальная частота процессора, ГГц процессора,ГГц процессора, МГц 3,20 533 SL77R 1,6 SL 3,06 1,6 68, 2,80 533 SL 1, SL 2,66 533 66, 1, 59, 2,40 SL 1, Процессор Pentium M Это первый процессор компании Intel, созданный специально для использования в ноутбу ках. Процессор Pentium M (кодовое имя Banias) был официально представлен в марте 2003 года вместе с семейством наборов микросхем 855 и сетевым адаптером mini-PCI PRO/Wireless 2100.
Все они входят в группу технологий, объединенную под торговой маркой Centrino (рис. 4.17).
Мобильные процессоры компании Intel Hub-контроллер памяти 855PM/GM Плата PRO/ 802.11 WiFi Hub-контроллер mini-PCI 82801DBM I/O Процессор Pentium M Рис. 4.17. Компоненты Pentium M и Centrino Ядром технологии Centrino является процессор Pentium M, который во многих отноше ниях представляет собой комбинацию лучших возможностей процессорных ядер Pentium III и Pentium 4 с использованием шины Pentium 4 и других функций. Далее представлены основные характеристики архитектуры Pentium M.
Х Синтез микроопераций. Микрооперации, являющиеся производными одной инструк ции или макрооперации, соединяются, что позволяет достичь большей пропускной способности при уменьшении энергопотребления.
Х Технология свертывания расширенного указателя стека (Extended Stack Pointer Ч ESP). Высокоуровневому коду часто требуются интенсивные манипуляции со стеком.
Свертывание расширенного указателя стека исключает микрооперации управления из списка расширенного указателя, что позволяет ускорить выполнение кода.
Х Кэш-память первого уровня объемом 32 Кбайт.
Х Кэш-память второго уровня объемом 1 Мбайт, размещенная на кристалле процессора (объем кэш-памяти второго уровня вдвое превышает аналогичный объем для процес соров Pentium III и Pentium 4).
Х Более широкие очереди ожидания и буферы TLB (translation lookaside buffers Ч TLB).
Х 128 записей в буферах TLB.
Х Улучшенное предсказание переходов.
Х 77 млн. транзисторов, 0,13-микронная технология, ядро площадью 84 мм2 (Northwood;
см. рис. 4.16).
138 Глава 4. Процессоры Х Процессор программно совместим с предыдущими версиями 32-разрядных процессо ров от компании Intel.
Х Внешняя шина процессора, работающая на частоте 400 МГц.
Х Расширенный блок обработки чисел с плавающей запятой.
Х Несколько режимов работы с уменьшенным энергопотреблением, включая возмож ность отключать фрагменты процессора и кэш-памяти, которые не используются в данный момент.
Процессор Pentium M обеспечивает более высокую производительность, нежели Pentium 4 с аналогичной тактовой частотой, при этом потребляя значительно меньше энергии и выде ляя меньше тепла.
Процессор Pentium M на основе ядра Banias содержит 77 млн. транзисторов и произво дится по 0,13-микронной технологии. Этот процессор доступен в вариантах, работающих на частоте 1,3-1,7 ГГц. Версия процессора на основе ядра Dothan, произведенная по 0,09 микроной технологии, работает на частоте от 1,8 ГГц. Процессорами Pentium M поддержива ется технология Enhanced SpeedStep, позволяющая выбирать несколько режимов тактовой частоты и напряжения, а также расширенный набор инструкций Streaming SIMD Extensions (SSE2) Ч последняя разновидность технологии ММХ, реализованная в процессоре Pentium 4.
Внешний вид кристалла процессора Pentium M показан на рис. 4.18.
Рис. 4.18. Кристалл процессора Pentium M на основе ядра Banias, произведенный по 0,13-микронной технологии Мобильные процессоры компании Intel Обратите внимание: процессор Pentium M с ядром Banias (табл. 4.11) имеет кэш-память второго уровня объемом 1 Мбайт, которая занимает половину площади кристалла. Большой объем кэш-памяти стал причиной увеличения количества транзисторов в процессоре, так как обычно на один бит кэш-памяти требуется шесть транзисторов.
Таблица 4. 1 1. Спецификации процессора Pentium M, ядро Banias CPUID Кэш-память Максимальная Минимальная S-специфика- Номер Частота шины частота процес- частота про- процессора, ция второго МЗ М G Н СНИЯ сора, ГГц цессора, МГц МГц уровня, Мбайт SL6N4 В-1 600 400 1, SL6F8 В- 600 1, SL6F 600 400 1,50 В- SL6FA В- 600 400 1, 600 400 SL6N5 В- 1, В табл. 4.12 представлены спецификации процессора Pentium M на базе новейшего ядра Dothan, производимого по 0,09-микронной технологии и обладающего кэш-памятью немало го объема Ч 2 Мбайт.
Таблица 4.12. Спецификации процессора Pentium M, ядро Dothan CPUID Максимальная Минимальная Частота шины S-специфика- Кэш-память Номер частота про- частота про- процессора, МГц ция изменения второго цессора, ГГц цессора, МГц уровня, Мбайт 600 400 SL7V2 В-1 06D6h 1,00 400 SL7VC В-1 06D6h 1,40 600 SL89N 06D6h 600 400 В- 1, SL7EN 600 400 В-1 06D6h 2,10 SL89N 08D8h 800 533 С- 1,40 SL86M 800 08D8h 533 С- 1, 08D8h 800 533 SL7SR С- 1,86 800 533 SL7SQ 08D8h 2,00 С- 800 533 SL7SQ С-0 08D8h 2,13 Centrino под другими названиями Название Pentium М обозначает только процессор, a Centrino Ч архитектуру, включающую в себя процес сор Pentium M, набор микросхем 855 и беспроводной сетевой адаптер Intel PRO/2100 для интерфейса mini-PCl. Ноутбуки могут быть собраны на основе процессора Pentium M и набора микросхем 855, но с ис пользованием сетевого адаптера не от компании Intel;
однако в соответствии с маркетинговыми правила ми компании Intel для таких компьютеров запрещено использовать торговую марку Centrino, в частности наклейки с аналогичным названием. Поскольку связи между беспроводным сетевым адаптером и процес сором или набором микросхем нет, торговая марка Centrino является методом захвата доли рынка бес проводных сетей компанией Intel. По сути, название Centrino не имеет прямого отношения к процессору Pentium M. Обратите внимание, что многие беспроводные сетевые адаптеры (например, от компаний Atheros или Agere) обеспечивают сопоставимую или большую производительность и такое же низкое энер гопотребление, как и адаптеры от компании Intel. Другими словами, если необходимо получить максимум производительности при максимальном сроке работы от батареи, ищите ноутбуки на основе процессора Pentium M, независимо оттого, есть на них наклейка с названием Centrino или нет.
Благодаря высокоскоростной шине данных, большому объему встроенной кэш-памяти и уменьшенному внутреннему конвейеру (похожему на конвейер процессора Pentium III) бы стродействие процессора Pentium M гораздо выше, чем кажется при взгляде на его тактовую частоту. Этот факт доказан тестированием процессоров Mobile Pentium 4, Mobile Pentium 4-M и Pentium M. Результаты тестирования приведены в табл. 4.13.
140 Глава 4. Процессоры Таблица 4.13. Сравнение показателей теста MobilMark 2002 и относительного времени работы от батареи для процессоров Mobile Pentium 4, Mobile Pentium 4-M и Pentium M Тип центрального Частота шины, Показатель Частота Относительное процессора процессора, ГГц МГц MobilMark 2002 время работы от батареи,ч Mobile Pentium 4 533 3,06 2, Mobile Pentium 4 2,40 533 2, Pentium M 400 1,70 4, Mobile Pentium 4-M 2,60 400 179 2, Mobile Pentium 4-M 2, 2,00 Mobile Pentium 4-M 1,40 400 2, Как видите, быстродействие процессора Pentium M, работающего на частоте 1,7 ГГц, зна чительно выше, чем у процессора Mobile Pentium 4-M, работающего на частоте 2,6 ГГц, и примерно одинаково с процессором Mobile Pentium 4, работающим на частоте 2,4 ГГц. При этом использование процессора Pentium M позволяет увеличить срок работы от батареи в два раза! Однако в таблице не указано, насколько снижено тепловыделение Pentium M. Корпус всех ноутбуков на основе процессора Pentium 4 становится при работе с ними настолько горячим, что их не рекомендуется держать на коленях во избежание ожогов. С другой сторо ны, процессором Pentium M используется меньше энергии, за счет этого снижено тепловыде ление и корпус работающего ноутбука оказывается лишь чуть теплым на ощупь. Еще одно преимущество такого низкого тепловыделения Ч практически беззвучная работа компьютера, так как вентилятор процессора часто выключен.
Платформа Sonoma В начале 2005 года компанией Intel было представлено второе поколение мобильной платформы Centrino, которое получило название Sonoma. В основе новой архитектуры лежит стремление Intel повысить производительность процессоров, расширить доступные функции ноутбуков и предоставить более надежную и производительную беспроводную связь.
В рамках новой платформы было представлено семь новых процессоров:
Х 1,2 ГГц Pentium М 753 (Ultra Low Voltage - ULV);
Х 1,5 ГГц Pentium M 758 (Low Voltage - LV);
Х 1,6 ГГц Pentium M 730;
Х 1,73 ГГц Pentium M 740;
Х 1,86 ГГц Pentium M 750;
Х 2,0 ГГц Pentium M 760;
Х 2,13 ГГц Pentium M 770.
Новые процессоры основаны на ядре Dothan, частота шины FSB которого равна 533 МГц.
Кроме того, все процессоры отличаются такими параметрами, как производство по 0,09-мик ронной технологии, поддержка технологии Enhanced SpeedStep и кэш-памяти второго уровня объемом 2 Мбайт.
В платформе Sonoma используется новый набор микросхем Mobile 915 (Alviso), поддер живающий оперативную память стандарта DDR2 с частотой 400/533 МГц. Кроме того, под держиваются интерфейс Serial ATA и внутренняя шина PCI Express, на основе которой в бу дущем возможно вытеснение стандарта PC Card новым, более быстродействующим стандар том ExpressCard.
Мобильные процессоры компании Intel Процессоры Mobile Celeron Мобильные версии процессоров Celeron доступны в нескольких вариантах, включая про цессоры, основанные на Pentium II, Pentium III и Pentium 4.
Процессоры Mobile Celeron с частотой более 1,4 ГГц основаны на процессоре Mobile Pentium 4 и отличаются от него использованием кэш-памяти второго уровня объемом 256 Кбайт. Как и процессоры Mobile Pentium 4, процессоры Mobile Celeron поставляются в корпусе micro-FCPGA с 478 контактными выводами и устанавливаются в гнездо micro- PGA mobile (mPGA479M).
Мобильные процессоры Celeron на основе процессора Pentium 4 предназначены для де шевых портативных систем. Их характеристики совпадают с Pentium 4, за исключением кэш памяти уменьшенного объема, а иногда сниженной частоты шины.
Мобильные процессоры Celeron, основанные на процессоре Pentium 4, работают на сле дующих частотах:
Х 2,2 ГГц;
Х 1,6 ГГц;
Х 2,0 ГГц;
Х 1,5 ГГц;
Х 1,8 ГГц;
Х 1,4 ГГц.
Х 1,7 ГГц;
Все представленные выше процессоры Mobile Celeron используют шину процессора Pentium 4, работающую на частоте 400 МГц.
Мобильные процессоры Celeron, работающие на частотах от 650 МГц до 1,33 ГГц, созда ются с помощью 0,13-микронного технологического процесса и доступны в корпусах micro FCBGA и micro-FCPGA. Этими процессорами, основанными на процессоре Mobile Pentium III, поддерживаются поточные инструкции Streaming SIMD, архитектура Advanced Transfer Cache и частота шины процессора 100 или 133 МГц. Мобильные процессоры в версиях LV (Low Voltage) и ULV (Ultra Low Voltage) доступны только в корпусе micro-FCBGA. Кэш память второго уровня объемом 256 Кбайт, основанная на архитектуре Advanced Transfer Cache, работает на полной частоте процессора.
Мобильные процессоры Celeron, основанные на Pentium III, работают на следующих частотах:
Х 1,33 ГГц;
Х 1,00 ГГц;
Х 1,26 ГГц;
Х 733 МГц;
Х 1,20 ГГц;
Х 700 МГц;
Х 1,13 ГГц;
Х 667 МГц;
Х 1,06 ГГц;
Х 650 МГц.
Мобильные процессоры Celeron, работающие на частоте 400-900 МГц, создавались по средством 0,18-микронного технологического процесса и поставлялись в корпусах rnicro BGA2 и micro-PGA2. Они также основаны на Pentium III, но содержат лишь 128 Кбайт кэш памяти второго уровня. Рабочие частоты процессоров таковы:
Х 900 МГц;
Х 600 МГц;
Х 850 МГц;
Х 550 МГц;
Х 800 МГц;
Х 500 МГц;
Х 750 МГц;
Х 450 МГц;
400 МГц.
Х 700 МГц;
Х Х 650 МГц;
142 Глава 4. Процессоры Все эти процессоры используют шину Pentium III, работающую на частоте 100 МГц.
Мобильные процессоры Celeron, работающие на частоте 733-933 МГц, создавались с по мощью 0,18-микронного технологического процесса и поставлялись в корпусах micro FCBGA и micro-FCPGA. Частота шины FSB составляла 133 МГц, а объем кэш-памяти второ го уровня Ч 128 Кбайт. Использовались следующие рабочие частоты:
Х 933 МГц;
Х 866 МГц;
Х 800(А)МГц;
Х 733 МГц.
Обозначение "А" применяется для указания шины, работающей на частоте 133 МГц.
Такой суффикс позволяет отличать этот процессор от более медленной версии, работающей на шине с частотой 100 МГц.
Версии изменений ядра процессоров Mobile Celeron Процессоры Celeron, предназначенные для недорогих ноутбуков стоимостью до 1000 долларов, поддерживают пониженное напряжение. Они поставляются в корпусах PGA или BGA, а также мини-картриджах ММС-1 и ММС-2, используемых вместе с процессорами Mobile Pentium III.
В табл. 4.14 перечислены версии изменений ядра процессоров Mobile Celeron в корпусе BGA или PGA.
Таблица 4. 1 4. Версии изменений ядра процессора Mobile Celeron Семейство S-специ Модель Номер Кэш-память Примечание Частота изменения второго уровня, фикация ядра/шины, ядра Кбайт МГц SL23X 6 6 mcbAO 128 266/66 В, 6 6 SL23Y тсЬАО 128 266/66 В, 6 6 тсЬАО 128 SL3AH 300/66 В, 6 6 тсЬАО SL3C8 333/66 В, 6 6 тсЬАО 128 SL3C7 366/66 В, 6 6 SL3DQ тсЬАО 128 266/66 В, 6 SL3GQ 6 тсЬАО 128 400/66 В, 6 6 тсЬАО 128 SL3KA 433/66 Р, 6 6 тсЬАО 128 SL3KC 466/66 Р, 6 6 SL3HM тсрАО 128 266/66 Р. SL3HN 6 6 тсрАО 128 300/66 Р, SU3HP 6 6 тсрАО 128 333/66 Р, SL3HQ 6 6 тсрАО 128 366/66 Р, SL3GR 6 6 тсрАО 400/66 Р. 6 6 SL3KB тсрАО 128 433/66 Р, 6 6 тсрАО 128 SL3KD 466/66 Р, В Ч корпус BGA.
Р-корпус PGA.
1 Ч ядро использует напряжение 1,6 В.
2 Ч ядро использует напряжение 1,5 В.
В табл. 4.15 приведены версии изменений ядра процессора Mobile Celeron в корпусах ММС-1 и ММС-2, содержащего кэш-память второго уровня объемом 128 Кбайт.
Мобильные процессоры компании Intel Таблица 4.15. Версии изменений ядра процессора Mobile Celeron в мини-картридже Частота ядра/шины, МГц Номер изменения ядра CPUID РТС Корпус cmmAO 266/66 066A PMH26601001AA MMC- cmmAO 066A PMH26601001AA MMC- 266/ cmmAO 066A MMC- PMH30001001AA 300/ cmmAO 066A PMH33301001AA MMC- 333/ cmmAO PMH36601001AA 066A MMC- 366/ cmmAO 066A MMC- 400/66 PMH40001001AA cmmAO 433/66 066A PMH43301001AA MMC- cmmAO 466/66 066A PMH46601001AA MMC- cmmAO 066A MMC- 266/66 PM126601001AA cmmAO 066A MMC- 300/66 PMI30001001AA cmmAO 066A PMI33301001AA 333/66 MMC- cmmAO 066A MMC- 366/66 PMI36601001AA cmmAO 066A PMI40001001AA MMC- 400/ cmmAO 066A MMC- 433/66 PMI43301001AA cmmAO 066A 466/66 PMI46601001AA MMC- Мобильные процессоры Celeron, производимые по 0,18-микронной технологии, поставля лись в таком же корпусе micro-PGA2 и micro-BGA2, что и Pentium III. В этих процессорах использовалась шина с частотой 100 МГц. В табл. 4.16 перечислены соответствующие версии изменений ядра для этих процессоров.
Таблица. 4.1 в. Версии изменений ядра процессоров Mobile Celeron (на основе 0,18-микронного процесса) Частота ядра/шины, МГц S-специфи- Номер версии CPUID Кэш-память второго Корпус кация уровня, Кбайт ядра 400/100 BGA SL3UL ВА2 0681 400/100 SL43W ВВО 0683 128 BGA 400/100 SL4J8 ВСО 0686 128 BGA 450/100 SL3P0 ВА2 0681 128 BGA 450/100 SL43T ВВО 0683 128 BGA 450/100 SL4JC ВСО 0686 128 BGA 450/100 SL3PF РА2 0681 mPGA 450/100 SL43U РВО 0683 mPGA 450/100 SL4JS РСО 0686 128 mPCiA 500/100 SL45A ВВО 0683 128 BGA 500/100 SL3PC ВА2 0681 128 BGA 500/100 ВВО SL43Q 0683 128 BGA 500/100 SL4JD ВСО 0686 128 BGA 500/100 SL4J9 ВСО 0686 128 BGA 500/100 SL4ZR ВСО 0686 128 BGA 500/100 SL5DR BDO 068А 128 BGA 500/100 SL3PE РА2 0681 128 mPGA 500/100 SL43R РВО 0683 128 mPGA 500/100 SL4JT РСО 0686 128 mPGA 550/100 SL3ZE ВВО 0683 128 BGA 550/100 SL4JE ВСО 0686 128 BGA 550/100 SL3ZF РВО 0683 128 mPGA 550/100 SL4JU РСО 0686 128 mPGA 600/100 SL4AR ВВО 0683 128 BGA 600/100 SL4JF ВСО 0686 128 BGA 600/100 BDO 068А SL5DS 128 BGA 600/100 BDO 068А SL582 128 BGA 600/100 SL4AP РВО 0683 128 mPGA 600/100 SL4JV РСО 0686 128 mPGA 144 Глава 4. Процессоры Окончание табл. 4. Частота ядра/шины, МГц Номер версии Корпус Кэш-память второго S-специфи- CPU1D ядра уровня, Кбайт кация 650/100 BGA SL4AD ВВО 0683 650/100 BGA SL4JG ВСО 650/100 SL4AE РВО mPGA 0683 650/100 mPGA SL4JW РСО 0686 700/100 ВСО BGA SL4GU 0686 700/100 SL53V BD0 BGA 068А 700/100 SL4GX РСО mPGA 0686 700/100 PDO mPGA SL53D 068А 750/100 ВСО BGA SL56P 0686 750/100 BD0 BGA SL53U 068А 750/100 РСО SL56Q mPGA 750/100 PDO SL53C 068А mPGA 800/100 SL57X BD0 068А BGA 800/100 SL584 PD0 068А 128 mPGA Процессоры Celeron-M Эти процессоры, как и Mobile Celeron, предназначены для недорогих ноутбуков низшей ценовой категории, однако обладают улучшенными по сравнению с ним характеристиками.
В частности, процессоры Celeron-M имеют шину FSB с частотой 400 МГц, кэш-память второ го уровня объемом 512 или 1024 Кбайт (Mobile Celeron имеет всего 128 Кбайт), создаются по 0,13 и 0,09-микронным технологиям. В целом Celeron-M представляет собой удешевленную версию мобильного процессора Pentium M.
В табл. 4.17 представлены основные характеристики процессоров Celeron-M.
Таблица 4.17. Спецификации процессора Celeron-M Частота ядра/шины, МГц S-спецификация Номер версии ядра CPUID Кэш-память второго Корпус уровня,Кбайт 600 SL7GE В-1 0695h 512 Micro-FCBGA В-1 0695h Micro-FCBGA SL7DB SL7DH В-1 0695h 512 Micro-FCBGA В-1 0695h 512 Micro-FCBGA SL79S Micro-FCBGA 06D8h SL86L С- 06D8h Micro-FCBGA SL86Q С-0 06D8h Micro-FCBGA SL86P С-0 Мобильные процессоры компании AMD Компания AMD выпустила несколько мобильных процессоров, включая мобильные вер сии процессора Кб, а также модели Mobile Athlon 64, Mobile Athlon 4, Mobile Duron и Mobile Athlon XP-M. Они основаны на существующих процессорах для настольных компьютеров и дополнены возможностями технологии PowerNow!, которая позволяет динамически управ лять частотой и напряжением питания процессора, а также общим потреблением энергии.
Процессоры AMD Кб Эти процессоры были популярны среди технически подготовленных и корпоративных покупателей за счет своей низкой цены. Они доминировали на рынке компьютеров стоимо стью до 1000 долларов начиная со второй половины 1990-х годов. С осени 1998 года компания AMD начала разрабатывать процессор, совместимый с разъемом Socket 7 и рассчитанный на применение в мобильных компьютерах.
Все мобильные версии процессоров семейства AMD Кб обладают схожими характеристи ками, включая работу с пониженным напряжением питания и поддержку технологии ММХ.
Мобильные процессоры компании AMD Процессоры поставлялись в корпусе CPGA или в более компактном корпусе CBGA, имели кэш-память первого уровня объемом 64 Кбайт, как и настольные версии процессоров AMD.
Последние версии процессоров Mobile Кб называются К6-2+ и К6-Ш+. Оба процессора производились по 0,18-микронной технологии, что позволило уменьшить размер ядра и на пряжение питания. Кроме того, оба процессора оснащены кэш-памятью второго уровня, рабо тающей на полной частоте ядра, и поддерживают технологию PowerNow!, которая является аналогом технологии SpeedStep. Процессоры Mobile Кб могут работать на меньшей частоте и с пониженным напряжением при подаче питания от батареи. Основное различие между вер сиями процессоров К6-2+ и К6-Ш+ заключается в объеме кэш-памяти второго уровня, рас положенной на кристалле процессора. При этом объем кэш-память первого уровня составля ет 64 Кбайт. Кроме того, на К6-2+ установлена кэш-памяти второго уровня объемом 128 Кбайт, а на К6-Ш+ - объемом 256 Кбайт.
В табл. 4.18 представлены характеристики процессоров семейства Mobile Кб компании AMD.
Таблица 4.18. Процессоры семейства AMD Mobile Кб Примечание Модель процессора Напряжение ядра, В Частота, МГц 233, Mobile Кб' 2,1 2, Mobile Кб' 300 Mobile K6-2' 266, 300, 333, 350, 366, 380, 100,3DN 1.7-1, 2,0-2,2;
1,9-2, Mobile K6-2 450, 500,475 100, 3DN100.3DN Mobile К6-МГ 2,2 350,366,380 100, 256KL2,3DN Mobile K6-2P' 2,2 400, 433, 450,475 100,3DN Mobile K6-III+2 1,9-2,1 100, 256KL2.3DN 450,475, Mobile K6-2+! 1,9-2,1 450, 475, 500, 533, 550 100, 128KL2.3DN 66 Ч шина с частотой 66 МГц.
100 Ч шина с частотой 100 МГц.
256KL2 Ч 256 Кбайт кэш-памяти второго уровня, работающей на частоте ядра, кэш-память третьего уровня размещена па системной плате.
3DN Ч поддержка мультимедийный инструкций 3DNow!.
0,25-микронный технологический процесс.
0,18-микронный технологический процесс.
Процессоры Mobile Athlon и Mobile Athlon XP Несмотря на то что процессор Кб обеспечивал неплохую производительность в своем классе, его быстродействия было недостаточно, чтобы конкурировать с процессами Mobile Pentium III и Mobile Celeron, работающими с тактовой частотой более 600 МГц. В мае года компания AMD представила процессоры Mobile Athlon (известный как Athlon 4) и Mobile Duron, которые, как и настольные версии, конкурировали с процессорами Intel Pentium III и Celeron.
Процессор Athlon 4 имеет кэш-память второго уровня объемом 256 Кбайт, расположен ную на кристалле, и поддерживает память стандарта РС-133 или DDR SDRAM. Процессор работает с напряжением 1,4 В при максимальной тактовой частоте и с напряжением 1,2 В в режиме энергосбережения.
Процессоры Mobile Athlon 4 и Mobile Duron производились по 0,18-микронной технологии и устанавливались в модифицированный разъем Socket А с 462 контактами, как и настольные версии Athlon и Duron. Объем кэш-памяти первого уровня мобильных процессоров составлял 128 Кбайт;
также поддерживалась улучшенная технология энергосбережения PowerNow!.
Частота шины FSB процессора Mobile Athlon составляет 200 или 266 МГц. Шина, назы ваемая EV6, подключается к микросхеме North Bridge системной платы. Она была лицензи рована у компании Digital Equipment и представляет собой шину, используемую для процес соров Alpha 21264, выпускаемых компанией Compaq. Частота шины EV6 составляет 100 или 146 Глава 4. Процессоры 133 МГц, однако за счет двойной передачи данных за один такт эффективная частота равна 200 или 266 МГц. Ширина шины 8 байт (64 бит), поэтому ее пропускная способность состав ляет 1,6 или 2,1 Гбайт/с. Шина EV6 прекрасно подходит для поддержки памяти РС1600 или РС2100, работающей на аналогичных частотах. В архитектуре шины AMD устранен эффект "бутылочного горлышка" (место между процессором и набором микросхем системной платы), что позволяет добиться более эффективной передачи данных. Именно благодаря шине EV процессоры Athlon и Duron демонстрируют неплохую производительность.
Процессор Athlon содержит встроенную кэш-память первого уровня объемом 128 Кбайт и кэш-память второго уровня, работающую на частоте ядра и имеющую объем 256 или 512 Кбайт. Кроме того, процессор Athlon поддерживает технологию ММХ и расширенный набор инструкций 3DNowl, который включает 45 инструкций, предназначенных для более эффективной обработки графики и звука. Набор инструкций 3DNow! напоминает набор SSE от Intel, однако сами инструкции отличаются и требуют использования специально написан ного программного обеспечения. Процессором Athlon XP поддерживается набор инструкций SSE от компании Intel;
эта технология называется 3DNow! Professional. К счастью, большин ство компаний (за несколькими исключениями), создающих программное обеспечение для работы с графикой, реализуют поддержку и 3DNow! и SSE.
В табл. 4.19 представлены характеристики процессоров Mobile Athlon 4 и Mobile Duron.
Таблица 4.19. Процессоры AMD Mobile Athlon 4 и Mobile Duron Тип процессора Частота ядра, МГц Кэш-память первого Кэш-память второго Напряжение уровня, Кбайт уровня, Кбайт питания,В 1,2-1, Mobile Duron 800 128 1,2-1, 850 Mobile Duron 1,2-1, Mobile Athlon 4 850 128 1,2-1, Mobile Athlon 4 900 128 1,2-1, Mobile Athlon 4 950 128 1,2-1, Mobile Athlon 4 1000 128 Процессор Mobile Duron Процессор AMD Duron (изначально имевший кодовое название Spitfire) является вари антом процессора AMD Athlon и так же, как Celeron, стал разновидностью процессоров Pentium II и Pentium III (современные процессоры Celeron основаны на Pentium 4). Процес сор Duron аналогичен Athlon с уменьшенной кэш-памятью второго уровня при сохранении всех остальных возможностей. Этот процессор для разъема Socket А проектировался в каче стве недорогой замены Athlon с меньшим размером кэш-памяти (64 Кбайт) и более низкой производительностью. Кроме обозначения Duron на корпусе, внешне он ничем не отличается от процессора Athlon для гнезда Socket A.
В свое время Duron проектировался в качестве конкурента процессору Intel Celeron на рынке недорогих ПК, в то время как Athlon соперничал с Pentium III и Pentium 4. Процессор Duron больше не производится, однако в большинство систем на основе этого процессора можно установить процессор Athlon или Athlon XP.
Поскольку процессор Duron основан на ядре Athlon, в нем используется шина данных, ра ботающая на частоте 200 МГц и поддерживается расширенный набор инструкций 3DNow!.
Процессоры модели 7 содержат поддержку набора инструкций 3DNow! Professional (полно ценная реализация инструкций SSE от Intel).
Процессор Mobile Athlon XP-M Новая версия мобильного процессора Athlon, которая называется Athlon XP (или ХР-М), появилась в июле 2002 года. В основном она представляет собой улучшенную версию преды дущей модели процессора Athlon с добавлением поддержки новых инструкций SSE от Intel.
Мобильные процессоры компании AMD Последние модели Athlon XP содержат встроенную кэш-память второго уровня объемом 512 Кбайт, работающую на полной частоте ядра.
Для описания архитектуры процессора Athlon XP компанией AMD используется термин QuantiSpeed (сугубо маркетинговый, а не технический термин). Далее перечислены основные особенности QuantiSpeed.
Х Девятикратная суперскалярная конвейерная архитектура, поддерживающая больше маршрутов выполнения инструкций и содержащая три блока расчетов с плавающей запятой, три блока целочисленных расчетов и три блока вычисления адреса.
Х Суперскалярный конвейерный блок расчетов с плавающей запятой. Блок обеспечивает более высокое быстродействие и решает одну из основных проблем процессоров AMD, дававшую преимущество Intel.
Х Аппаратная предварительная выборка данных. Для сохранения времени выполнения необходимые данные выбираются из системной памяти и помещаются в кэш-память первого уровня.
Х Улучшенные буферы быстрого преобразования адреса (translation lookaside buffers Ч TLB).
Буферы используются для хранения данных и их предоставления процессору без дуб лирования или останова из-за отсутствия новых данных.
Модификация архитектуры Athlon XP направлена на уменьшение времени выполнения инструкций за один такт, что позволяет "медленному" Athlon XP побеждать "быстрый" Pentium 4 в некоторых рабочих (и игровых) задачах.
Первые модели процессора Athlon XP были основаны на ядре Palomino, которое также использовалось в первых моделях мобильных процессоров Athlon 4. В следующих моделях применялось ядро Thoroughbred, которое было впоследствии модифицировано для улучше ния температурных характеристик. Две версии ядра Thoroughbred называются Thoroughbred-A и Thoroughbred-B. В последних процессорах Athlon XP используется новое ядро Barton со встроенной кэш-памятью второго уровня объемом 512 Кбайт, работающей на полной частоте ядра. Перечислим дополнительные возможности ядра Barton.
Х Поддержка расширенного набора инструкций 3DNow! Professional (дополнительные 70 инструкций набора SSE в Pentium III, однако поддержка 144 дополнительных инст рукций SSE2, реализованных в Pentium 4, отсутствует).
Х Шина FSB с частотой 266 или 333 МГц.
Х Кэш-память первого уровня объемом 128 Кбайт и встроенная кэш-память второго уровня объемом 256 Кбайт, работающая на полной частоте ядра процессора.
Х Использование медных проводников, повышающих электропроводимость и снижаю щих тепловыделение процессора.
Кроме того, в новом процессоре Athlon XP используется более тонкий органический кор пус кристалла ядра, похожий на корпуса процессоров Intel. На рис. 4.19 показан процессор Athlon XP с ядром Barton.
Последние версии Athlon XP создаются с использованием 0,13-микронной технологии, что позволяет создавать кристаллы ядра меньшего размера с сокращенным энергопотребле нием, тепловыделением и увеличенной тактовой частотой по сравнению с предыдущими мо делями. Новые версии процессора Athlon XP на основе 0,13-микронной технологии работают с частотой, превышающей 2 ГГц.
148 Глава 4. Процессоры Рис. 4.19. Процессор Athlon XP, произведенный по 0,13-микронной технологии и оснащенный кэш-памятью второго уровня объемом 512 Кбайт Далее представлены рейтинги производительности различных версий процессора Athlon ХР-М:
2800+;
1900+;
2600+;
1800+;
2500+;
1700+;
2400+;
1600+;
2200+;
1500+;
2000+;
1400+.
Процессор Mobile Athlon Эти процессоры основаны на Athlon 64 Ч первых процессорах для настольных компьюте ров, обеспечивающих как 32-разрядные, так и 64-разрядные вычисления. При этом демонст рируется высокая производительность для любых 32-разрядных приложений и готовность к выполнению 64-разрядных. Последний факт имеет особое значение, поскольку в 2005 году компания Microsoft представила первую 64-разрядную версию Windows XP.
Процессор производится по 0,13-микронной технологии для 754-контактного разъема microPGA и содержит 105,9 млн. транзисторов.
Основные характеристики процессора Mobile Athlon 64 перечислены ниже.
Х 40-разрядные физические адреса, 48-разрядные виртуальные адреса.
Х Шестнадцать 64-разрядных целочисленных регистров.
Х Шестнадцать 128-разрядных регистров SSE/SSE2.
Х Интегрированный контроллер памяти DDR с высокой пропускной способностью и низкой латентностью.
Х Поддержка памяти стандарта РС3200, РС2700, РС2100или РС1600 DDR SDRAM.
Х Небуферизированные модули SO-DIMM.
Х 72-разрядная память DDR SDRAM (64-разрядный интерфейс и 8 бит ЕСС).
Х Пропускная способность памяти до 3,2 Гбайт/с.
Х Шина ввода-вывода HyperTransport с пиковым быстродействием до 6,4 Гбайт/с.
Х Кэш-память второго уровня объемом 1 Мбайт.
Х Улучшенное предсказание переходов, увеличивающее точность обработки вызовов программных инструкций.
Х Технология энергосбережения AMD PowerNow!.
Мобильные процессоры компании AMD Глава Системные платы Типы, назначение и функционирование шин Основой системной платы являются различные шины, служащие для передачи сигналов компонентам системы. Шина (bus) представляет собой общий канал связи, используемый в компьютере и позволяющий соединить два и более системных компонента.
Существует определенная иерархия шин ПК, которая выражается в том, что каждая более медленная шина соединена с более быстрой шиной. Современные компьютерные системы включают в себя три, четыре или более шин. Каждое системное устройство соединено с ка кой-либо шиной, причем определенные устройства (чаще всего это наборы микросхем) вы полняют роль моста между шинами.
Х Шина процессора. Эта высокоскоростная шина является ядром набора микросхем и системной платы. Используется в основном процессором для передачи данных меж ду кэш-памятью или основной памятью и компонентом North Bridge набора микро схем. В системах на базе процессоров Pentium эта шина работает на частоте 66, 100, 133, 200, 266,400,533,800МГц и имеет ширину 64 разряда (8 байт).
Х Шина AGP. Эта 32-разрядная шина работает на частоте 66 (AGP 1х), 133 (AGP 2х), 266 (AGP 4х) или 533 МГц (AGP 8х) и предназначена для подключения видеоадапте ра. Она подключается к компоненту North Bridge или Memory Controller Hub (MCH) набора микросхем системной логики.
Х Шина PCI. Эта 32-разрядная шина работает на частоте 33 МГц;
используется начиная с систем на базе процессоров 486. В настоящее время есть реализация этой шины с частотой 66 МГц. Находится под управлением контроллера PCI Ч части компонента North Bridge или Memory Controller Hub (MCH) набора микросхем. На системной плате устанавливаются разъемы, обычно четыре или более, в которые можно подклю чать сетевые, SCSI- и видеоадаптеры, а также другое оборудование, поддерживающее этот интерфейс. К шине PCI подключается компонент South Bridge набора микросхем, который содержит реализации интерфейса IDE и USB.
Х Шина ISA. Эта 16-разрядная шина, работающая на частоте 8 МГц, впервые стала ис пользоваться в системах AT в 1984 году (была 8-разрядной и работала на частоте 5 МГц). Имела широкое распространение, но из спецификации РС99 исключена. Реа лизуется с помощью компонента South Bridge. Чаще всего к этой шине подключается микросхема Super I/O.
Некоторые системные платы современных ноутбуков содержат специальный разъем, по лучивший название Mobile Daughter Card (MDC). Он используется в качестве интерфейса для модемов, сетевых и аудиоплат, основанных на интерфейсе АС'97. Следует заметить, что эти разъемы не являются универсальным интерфейсом шины, поэтому лишь немногие из спе циализированных плат MDC присутствуют на открытом рынке. Как правило, такие платы прилагаются к какой-либо определенной системной плате. Их конструкция позволяет легко создавать как стандартные, так и расширенные системные платы, не резервируя место на пла тах для установки дополнительных микросхем.
Как правило, в виде модулей MDC предоставляются модемы, аудиоадаптеры и платы Blue tooth, в то время как высокоскоростные интерфейсы Wi-Fi обычно реализуются с помощью плат Mini PCI. Последними могут поддерживаться стандарты Wi-Fi 802.11a, 802.11b и 802.11g как каждый в отдельности, так и все одновременно.
Системный набор микросхем Ч это дирижер, который руководит оркестром системных ком понентов системы, позволяя каждому из них подключиться к собственной шине. В табл. 5. приведены разрядность, частота и скорость передачи данных практически всех типов шин ПК.
152 Глава 5. Системные платы Таблица 5. 1. Скорость передачи данных (Мбайт/с) и другие параметры шин Тип шины Разрядность, бит Циклы Частота шины, Скорость МГц данных/такт передачи данных, Мбайт/с 2, 8-разрядная ISA (PC/XT) 4, 8 1/ 4, 8-разрядная ISA (AT) 8,33 S 6, LPC 33 1/ 8, S 16-разрядная ISA (AT-Bus) 16 8, 0, 1 Интерфейс DD 0, 0, 1 Интерфейс HD 0, 0, Интерфейс ED EISA Bus 32 8,33 VL-Bus 1 MCA-16 16 5 1 MCA-32 32 5 1 MCA-16 Streaming 16 10 MCA-32 Streaming 32 10 MCA-64 Streaming 10 MCA-64 Streaming 64 20 1 PC-Card (PCMCIA) 16 10 CardBus 33 Hub Interface (набор микросхем) 66 8 PCI 32 33 1 32 PCI, 66 МГц 66 64 64-разрядная PCI 33 64-разрядная PCI, 66 МГц 66 1 PCI-X66 64 66 1 64 PCI-X133 2, PCI-X 266 266 4 PCI-X 533 64 PCI Express 1.0, один канал 2,500 0,8 PCI Express 1.0,32 канала 2,500 0, 8-разрядный Hub-интерфейс Intel 66 4 16-разрядный Hub-интерфейс Intel 8 66 4 AMD HyperTransport 2x2 200 2 AMO HyperTransport 4x2 200 AMD HyperTransport 8x2 8 200 2 AMD HyperTransport 16x2 2 AMD HyperTransport 32x2 32 200 AMD HyperTransport 2x4 400 2 AMD HyperTransport 4x4 4 400 2 AMD HyperTransport 8x4 400 8 AMD HyperTransport 16x4 400 AMD HyperTransport 32x4 32 400 AMD HyperTransport 2x8 800 2 AMD HyperTransport 4x8 800 2 AMD HyperTransport 8x8 8 800 AMD HyperTransport 16x8 16 800 AMD HyperTransport 32x8 32 800 VIA V-Link 4x 8 66 4 VIAV-Link8x 66 8 SiS MuTIOL 16 133 2 SiSMuTIOLIG 16 266 AGP 32 66 AGP2x 32 66 AGP4x 32 66 AGP8x 32 66 ATI A-Link 16 66 0, RS-232 Serial 0,1152 1/ 0, RS-232 Serial HS 0,2304 1/ 1, IEEE-1284 Parallel 8, 8 1/ Типы,назначение и функционирование шин Продолжение табл. 5. Разрядность, бит Циклы Скорость Тип шины Частота шины, данных/такт передачи МГц данных, Мбайт/с IEEE-1284EPP/ECP 8 8,33 2, 1/ USB1.1 12 1, USB2.0 480 1 1 12, IEEE-1394aS100 100 Х| IEEE-1394а S200 200 IEEE-1394aS400 400 IEEE-1394b S800 800 1 1 IEEE-1394bS1600 1 16, ATA PIO-4 8,33 16 ATA-UDMA/33 8,33 16,67 ATA-UDMA/66 16 ATA-UDMA/100 16 25 2 ATA-UDMA/133 33 SATA-150 1 3000 SATA-300 SATA-600 SCSI 8 5 SCSI Wide 16 5 SCSI Fast 8 10 SCSI Fast/Wide 16 SCSI Ultra 8 20 1 SCSI Ultra/Wide 16 20 1 SCSI Ultra2 8 40 1 SCSI Ultra/Wide2 16 40 SCSI Ultra3( Ultra 160) 16 40 SCSI Ultra4 (Ultra32O) 80 FPM DRAM 1 EDO DRAM 33 PC66 SDRAM 66 PC 100 SDRAM 100 PC 133 SDRAM PC1600 DDR DIMM (DDR200) PC2100 DDR DIMM (DDR266) PC240O DDR DIMM (DDR300) 64 PC2700 DDR DIMM (DDR333) 26<> PC3000 DDR DIMM (DDR366) 2 PC3200 DDR DIMM (DDR400) PC3500 DDR (DDR433) PC3700 DDR (DDR466) 3 PC4000 DDR (DDR500) PC4300 DDR (SDRAM) 42( PC2-3200 DDR2 (DDR2-433) 34( PC2-4300 DDR2 (DDR2-466) 3 PC2-5400 DDR2 (DDR2-500) 4 PC2-6400 DDR2 (DDR2-533) 4 RIMM1200 RDRAM 2 16 RIMM1400 RDRAM 2 16 RIMM1600 RDRAM 16 RIMM2100 RDRAM 16 533 R1MM2400 RDRAM 16 RIMM3200 RDRAM 32 4 RIMM4200 RDRAM 32 4 RIMM4800 RDRAM 32 RIMM6400 RDRAM 64 RIMM8500 RDRAM 8 64 RIMM9600 RDRAM 64 486 CPU FSB 33МГц 33 32 154 Глава 5. Системные платы Окончание табл. 5. Тип шины Разрядность, бит Частота шинь Циклы Скорость МГц данных/такт передачи данных.
Мбайт/с Шина FSB процессора Pentium I/II/III, 66 МГц 64 66 1 Шина FSB процессора Pentium I/II/III, 100 МГц 64 100 Шина FSB процессора Pentium I/II/III, 133 МГц 64 133 Шина FSB процессора Athlon, 200 МГц 64 100 2 Шина FSB процессора Athlon, 266 МГц 64 133 2 2 Шина FSB процессора Athlon, 333 МГц 64 167 2 2 Шина FSB процессора Athlon, 400 МГц 64 200 2 3 Шина FSB процессора Athlon, 533 МГц 64 267 2 4 Шина FSB процессора Pentium 4,400 МГц 64 100 3 Шина FSB процессора Pentium 4,533 МГц 64 133 4 4 Шина FSB процессора Pentium 4, 800 МГц 64 200 6 Шина FSB процессора Itanium, 266 МГц 64 133 2 Шина FSB процессора Itanium 2,400 МГц 128 100 4 Шины ISA, EISA, VL-Bus и MCA в современных конструкциях системных платах не используются.
Мбайт/с Ч мегабайт в секунду.
ISA Ч Industry Standard Architecture, известная также как 8-разрядная PC/XT или 16-разрядная AT-Bus.
LPC Ч шина Low Pin Count.
EISA Ч Extended Industry Standard Architecture (32-разрядная ISA).
VL-Bus Ч VESA (Video Electronics Standards Association) Local Bus (расширение ISA).
MCA - MicroChannel Architecture (системы IBM PS/2).
PC-Card Ч 16-разрядный интерфейс PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association).
CardBus - 32-разрядная PC-Card.
Hub Inter/ace Ч шина набора микросхем Intel серии 8хх.
PCI Ч Peripheral Component Interconnect.
AGP- Accelerated Graphics Port.
RS-232 Ч стандартный последовательный порт, 115,2 Кбайт/с.
RS-232 HS Ч высокоскоростной последовательный порт, 230,4 Кбайт/с.
IEEE-1284 Parallel Ч стандартный двунаправленный параллельный порт.
IEEE-1284 ЕРР/ЕСР - Enhanced Parallel Port/Extended Capabilities Port.
USB - Universal Serial Bus.
IEEE-1394 Ч RreWire, называемая также i.Link.
ATA PIO Ч AT Attachment (известный также как IDE) Programmed I/O.
ATA-UDMA - AT Attachment Ultra DMA.
SCSI Ч Small Computer System Inter/ace.
FPM Ч Fast Page Mode (быстрый постраничный режим).
EDO Ч Extended Data Out (ускоренный ввод-вывод).
SDRAM Ч Synchronous Dynamic RAM.
RDRAM Ч Rambus Dynamic RAM.
DDR SDRAM - Double-Data Rate SDRAM.
FSB Ч шина процессора (или Front-Side Bus).
Hub-интерфейс Ч шина набора микросхем Intel 8xx.
HyperTransport Ч шина набора микросхем AMD.
V-Link Ч шина набора микросхем VIA Technologies.
MuTlOL Ч шина набора микросхем SiS.
DDR2 Ч новое поколение памяти стандарта DDR.
Обратите внимание, что для повышения эффективности во многих шинах в течение одного такта выполняется несколько циклов данных (передач данных). Это означает, что скорость пе редачи данных выше, чем может показаться на первый взгляд. Существует достаточно простой способ повысить быстродействие шины с помощью обратно совместимых компонентов.
Типы,назначение и функционирование шин Шина процессора Шина процессора (front-side busЧ FSB) является связующим каналом данных между центральным процессором и набором микросхем системной платы. Если точнее, шина про цессора подключается к микросхеме North Bridge или концентратору контроллера памяти.
Шина работает на полной частоте системной платы, которая в современных ноутбуках со ставляет 66-533 МГц, в зависимости от архитектуры системной платы и набора микросхем.
Эта же шина используется для передачи данных между центральным процессором и внешней кэш-памятью второго уровня в старых системах на основе процессоров 386,486 и Pentium.
В наборах микросхем серии 800 от компании Intel используется hub-архитектура, при шедшая на смену архитектуре на базе микросхем North и South Bridge. Это позволяет возло жить задачу передачи данных на выделенный hub-интерфейс, обладающий пропускной спо собностью 266 Мбайт/с (что вдвое превышает пропускную способность шины РСГ). В ре зультате устройства PCI могут использовать всю пропускную способность шины данных.
Кроме того, микросхема Flash ROM теперь называется концентратором прошивки (firmware hub) и подключается через шину LPC, а не микросхему Super I/O, как в старом дизайне на основе микросхем North и South Bridge. Более того, микросхема Super I/O также уходит в прошлое, поскольку поддерживаемые ею порты устарели. Большинство современных уст ройств подключаются к компьютеру по шине USB. В частности, во многих ноутбуках исполь зуется два контроллера USB и четыре порта (добавление концентраторов USB позволяет уве личить количество доступных портов USB).
В системах, созданных на базе процессоров AMD, применена конструкция Socket А, в кото рой используются более быстрые по сравнению с Socket 370 процессор и шины памяти, но все еще сохраняется конструкция North/South Bridge. Обратите внимание на быстродействующую шину процессора, частота которой достигает 333 МГц (пропускная способность 2 664 Мбайт/с), а также на используемые модули памяти DDR SDRAM DIMM, которые поддерживают анало гичную пропускную способность (т.е. 2 664 Мбайт/с). Также следует заметить, что большинство компонентов South Bridge включают в себя функции, свойственные микросхемам Su])er I/O.
Эти микросхемы получили название Super South Bridge.
Процессоры Mobile Pentium 4 и Pentium 4-М созданы на основе hub-архитектуры и предна значены для установки в гнездо Socket 478. Основной особенностью этой конструкции является шина процессора с тактовой частотой 400/533/800 МГц и пропускной способностью соответст венно 3 200/4 266/6 400 Мбайт/с. Во многих новых ноутбуках используется память стандарта РС2700 (DDR333) и РС3200 (DDR400). Двухканальные модули памяти, пропускная способ ность кдторых увеличивается за счет одновременного доступа к модулям, не получили в ноутбу ках должного распространения.
Поскольку шина процессора должна обмениваться информацией с процессором с макси мально высокой скоростью, в компьютере она функционирует намного быстрее любой другой шины. Сигнальные линии (линии электрической связи), представляющие шину, предназна чены для передачи данных, адресов и сигналов управления между отдельными компонентами компьютера. Большинство процессоров Pentium имеют 64-разрядную шину данных, поэтому за один цикл по шине процессора передается 64 бит данных (8 байт).
Тактовая частота, используемая для передачи данных по шине процессора, соответствует его внешней частоте. Это следует учитывать, поскольку в большинстве процессоров внутрен няя тактовая частота, определяющая скорость работы внутренних блоков, может превышать внешнюю. Например, процессор AMD Athlon XP-M 2800+ работает с внутренней тактовой частотой 2,13 ГГц, однако внешняя частота составляет только 266 МГц, в то время как процес сор Mobile Pentium 4 с внутренней частотой 3,2 ГГц имеет внешнюю частоту, равную 533 или 800 МГц. В новых системах реальная частота процессора зависит от множителя шины про цессора (2х, 2,5х, Зх и выше).
156 Глава 5. Системные платы Подключенная к процессору шина по каждой линии данных может передавать один бит данных в течение одного или двух периодов тактовой частоты. Таким образом, в компьютерах с современными процессорами за один такт передается 64 бит.
Для определения пропускной способности шины процессора необходимо умножить зна чение ширины шины (64 бита или 8 байт для процессоров Celeron/Pentium III/4/M или Athlon/Duron/Athlon XP) на частоту шины, которая совпадает с базовой частотой процессо ра (до использования множителя).
Например, при использовании процессора Mobile Pentium 4 с тактовой частой 3,2 ГГц, установленного на системной плате, частота которой равна 533 МГц, максимальная мгновен ная скорость передачи данных будет достигать примерно 4266 Мбайт/с. Этот результат мож но получить, используя следующую формулу:
533 МГц х 8 байт (64 бит) - 4266 Мбайт/с.
Для более медленной системы Mobile Pentium 4-M:
400 МГц х 8 байт (64 бит) = 3200 Мбайт/с.
Для системы Athlon XP-M (Socket А) получится следующее:
266,66 МГц х 8 байт (64 бит) - 2133 Мбайт/с.
Скорость передачи данных, называемая также пропускной способностью шины (bandwidth) процессора, представляет собой максимальную скорость передачи данных.
Шина памяти Шина памяти предназначена для передачи информации между процессором и основной па мятью системы. Эта шина соединена с набором микросхем системной платы North Bridge или микросхемой Memory Controller Hub. В зависимости от типа памяти, используемой набором микросхем (и, следовательно, системной платой), шина памяти может работать с различными скоростями. Наилучший вариант, если рабочая частота шины памяти совпадает со скоростью шины процессора. Пропускная способность систем, использующих память РС133 SDRAM, рав на 1066 Мбайт/с, что совпадает с пропускной способностью шины процессора, работающей на частоте 133 МГц. Рассмотрим другой пример: в системах Athlon и некоторых Pentium III используется шина процессора с частотой 266 МГц и память РС2100 DDR SDRAM, имеющая пропускную способность 2133 Мбайт/с Ч такую же, как и у шины процессора.
Замечание Обратите внимание: разрядность шины памяти обычно равна разрядности шины процессора. Разрядность шины определяет размер банка памяти. Банком памяти в большинстве мобильных систем является модуль SO-DIMM.
Типы шин ввода-вывода За время, прошедшее после появления первого PC, особенно за последние годы, было раз работано довольно много вариантов шин ввода-вывода. Объясняется это просто: для повы шения производительности компьютера нужна быстродействующая шина ввода-вывода.
Производительность определяется тремя основными факторами:
Х быстродействием процессора;
Х качеством программного обеспечения;
Х возможностями мультимедиа-компонентов.
Типы шин ввода-вывода Одной из главных причин, препятствующих появлению новых структур шин ввода вывода, является их несовместимость со старым стандартом PC, который, подобно к]эепкому морскому узлу, связывает нас с прошлым. В свое время успех компьютеров класса PC предо пределила стандартизация Ч многие компании разработали тысячи плат, соответствующих требованиям этого стандарта. Новая, более быстродействующая шина должна быть совмес тимой с прежним стандартом, иначе все старые платы придется просто выбросить. Поэтому технология производства шин эволюционирует медленно, без резких скачков.
Шина PCI В начале 1992 года Intel организовала группу разработчиков, перед которой была постав лена та же задача, что и перед группой VESA, Ч разработать новую шину, в которой были бы устранены все недостатки шин ISA и EISA.
В июне 1992 года была выпущена спецификация шины PCI версии 1.0, которая с тех пор претерпела несколько изменений. Различные версии PCI приведены в табл. 5.2.
Таблица 5.2. Спецификации PCI Спецификация PCI Дата выпуска Основные изменения Оригинальная 32/64-разрядная спецификация PC11.0 Июнь 1992 г.
PCI 2.0 Апрель 1993 г. Определенные соединители и платы расширения PCI 2.1 Июнь 1995 г. Рабочая частота 66 МГц, порядок групповых операций, изменение времени задержек PCI 2.2 ЯнварЫ999г. Управление режимом электропитания, механические изменения Сентябрь 1999 г PCI-X 1.0 Рабочая частота 133 МГц, дополнение к спецификации 2. НоябрЫ999г.
Mini-PCI Уменьшенный формфактор плат, дополнение к спецификации 2. Март 2002 г.
PCI 2.3 Напряжение 3,3 В, предназначена для низкопрофильных плат расширения Июль 2002 г.
PCI-X 2.0 Рабочая частота 266 или 533 МГц, подразделение 64-разрядной шины данных на 32- и 16-разрядные сегменты для использования с различными устройствами, имеющими напряжение 3,3/1,5 В PCI-Express 1.0 Июль 2002 г. Общее быстродействие 2,5 Гбайт/с, рабочее напряжение 0,8 В, 250 Мбайт/с на каждую пропускную полосу. Предназначена для замены шины PCI 2.x в ПК PCI Express Mini Card Июнь 2003 г. Платы уменьшенного размера, дополнение к шине PCI Express Интерфейс PCI добавляет к традиционной конфигурации шин еще один уровень. Настоль ные компьютеры с шиной PCI появились в середине 1993 года, и вскоре о'на стала неотъемлемой частью компьютеров высокого класса. Стандарт CardBus, представляющий собой, по сути, стан дарт модулей PCI с "горячей заменой", был утвержден в 1996 году. Стандарт Mini PCI появился в 1999 году и обеспечил возможность замены внутренних модулей PCI в ноутбуках.
Тактовая частота стандартной шины PCI равна 33 МГц, а разрядность соответствует раз рядности данных процессора. Для 32-разрядного процессора пропускная способность состав ляет 132 Мбайт/с:
33 МГц х 32 бит = 1 056 Мбит/с.
В спецификации PCI определено три типа системных плат, каждая из которых разработа на для определенных моделей компьютеров с различными требованиями к энергопитанию.
Существует 32- и 64-разрядные версии шины PCI. Версия с напряжением 5 В предназначена для стационарных компьютеров (PCI 2.2 или более ранних версий), версия с напряжением 3,3 В Ч для портативных систем (также поддерживается PCI 2.3), а универсальная версия предназначена для системных плат и внешних адаптеров, подключаемых в любой из перечис ленных разъемов. Универсальные шины и 64-разрядные шины PCI с напряжением 5 В пре имущественно предназначены для серверных системных плат. Спецификация PCI-X 2.0 для версий 266/533 обусловила поддержку напряжений 3,3 и 1,5 В, что соответствует стандарту PCI 2.3 с поддержкой напряжения 3,3 В.
158 Глава 5. Системные платы Другим важным свойством платы PCI является то, что она удовлетворяет спецификации Plug and Play компании Intel. Это означает, что PCI не имеет перемычек и переключателей и может настраиваться с помощью специальной программы настройки. Системы с Plug and Play способны самостоятельно настраивать адаптеры, а в тех компьютерах, в которых отсутствует система Plug and Play, но есть разъемы PCI, настройку адаптеров нужно выполнять вручную с помощью программы Setup BIOS. С конца 1995 года в большинстве компьютеров устанавлива ется BIOS, удовлетворяющая спецификации Plug and Play, которая обеспечивает автоматиче скую настройку. Хотя в ноутбук нельзя установить стандартную плату PCI, большинство ноут буков содержит один разъем Mini PCI и один или два внешних разъема CardBus.
Новая версия PCI Express была одобрена в июле 2002 года, а стандарт Mini Card для ноут буков был утвержден в июне 2003 года. Последовательная шина PCI Express обеспечивает высокую производительность и совместима с текущими драйверами параллельной шины PCI. К началу 2005 года шина PCI Express практически полностью вытеснила шину PCI в но вых настольных системах и получила распространение в ноутбуках. Более подробную ин формацию по данному стандарту можно получить на Web-узле www. p c i s i g. o r g.
Ускоренный графический порт (AGP) Для повышения эффективности работы с видеоданными и графикой Intel разработала но вую шину Ч ускоренный графический порт (Accelerated Graphics Port Ч AGP). Эта шина по хожа на PCI, но содержит ряд добавлений и расширений. И физически, и электрически, и ло гически она не зависит от PCI. Например, разъем AGP подобен разъему PCI, но имеет кон такты для дополнительных сигналов и другую разводку контактов. В отличие от PCI, которая является настоящей шиной с несколькими разъемами, AGP Ч высокоэффективное соедине ние, разработанное специально для видеоадаптера, причем в системе для одного видеоадапте ра допускается только один разъем AGP.
. В отличие от настольных систем, в большинстве ноутбуков порт AGP отсутствует, по скольку графический процессор обычно встроен в системную плату или является одним из компонентов набора микросхем системной логики. Встроенный в плату процессор работает аналогично внешним видеоадаптерам для настольных систем с интерфейсом PCI или AGP.
Спецификация AGP 1.0 была впервые реализована компанией Intel в июле 1996 года.
В соответствии с этой спецификацией использовалась тактовая частота 66 МГц и режим 1х или 2х с уровнем напряжения 3,3 В. Версия AGP 2.0 была выпущена в мае 1998 года, в ней до бавлен режим 4х, а также понижено рабочее напряжение до 1,5 В.
Последней редакцией спецификации AGP для персональных компьютеров является вер сия AGP 8х, получившая название AGP 3.0. В соответствии со спецификацией AGP 8х ско рость передачи данных равна 2 133 Мбайт/с, что вдвое превышает параметры интерфейса AGP 4х. Стандарт AGP 8х был предварительно анонсирован в ноябре 2000 года;
в 2003 году началось официальное внедрение этой шины. В реальности различия в производительности между адаптерами с интерфейсом AGP 4х и 8х минимальны.
Шина AGP Ч это быстродействующее соединение, работающее на основной частоте 66 МГц (фактически Ч 66,66 МГц), что вдвое выше, чем у PCI. В основном режиме AGP, на зываемом 1х, выполняется одиночная передача за каждый цикл. Поскольку ширина шины AGP равна 32 бит (4 байт), при 66 млн. тактов в секунду по ней можно передавать данные со скоростью приблизительно 266 Мбайт/с. В первоначальной спецификации AGP также опре делен режим 2х, при котором в каждом цикле осуществляются две передачи, что соответству ет скорости 533 Мбайт/с.
Спецификацией AGP 2.0 поддерживается 4-кратный режим передачи данных, т.е. передача данных осуществляется четыре раза в течение одного такта. При этом скорость передачи данных достигает 1 066 Мбайт/с. Быстродействие шины AGP 8х составляет 2 133 Мбайт/с. Большинст во современных плат AGP поддерживают, как минимум, стандарт 4х. В табл. 5.3 приведены так товые частоты скорости передачи данных для различных режимов AGP. Большинство новых Типы шин ввода-вывода видеоадаптеров AGP соответствуют стандарту 4х, в то время как все новые наборы микросхем и графические контроллеры поддерживают стандарт AGP 8х.
Поскольку шина AGP независима от PCI, при использовании видеоадаптера AGP можно освободить шину PCI для выполнения традиционных функций ввода-вывода, например для контроллеров IDE/ATA, SCSI или USB, звуковых плат и пр.
Pages: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ... | 16 | Книги, научные публикации