Procesory i ich gniazda

1. Procesory i ich gniazda Autor Tarka Bartłomiej kl IV TE

2. Co to jest procesor? Procesor nazywany często CPU(ang. Central Processing Unit) - urządzenie cyfrowe sekwencyjne potrafiące pobierać dane z pamięci, interpretować je i wykonywać jako rozkazy. Wykonuje on bardzo szybko ciąg prostych operacji (rozkazów) wybranych ze zbioru operacji podstawowych określonych zazwyczaj przez producenta procesora jako lista rozkazów procesora.

3. Budowa Procesora Procesory (zwane mikroprocesorami) wykonywane są zwykle jako układy scalone zamknięte w hermetycznej obudowie, często posiadającej złocone wyprowadzenia (stosowane ze względu na własności stykowe tego metalu). Ich sercem jest monokryształ krzemu, na który naniesiono techniką fotolitografii szereg warstw półprzewodnikowych, tworzących, w zależności od zastosowania, sieć od kilku tysięcy do kilkuset milionów tranzystorów. Połączenia wykonane są z metalu (aluminium, miedź). Ważnym parametrem procesora jest rozmiar elementów budujących jego strukturę. Im są one mniejsze tym niższe jest zużycie energii, napięcie pracy oraz wyższa częstotliwość pracy. Współczesne procesory używane w komputerach osobistych wykonywane są w technologii pozwalającej na uzyskanie elementów o rozmiarach mniejszych niż 45 nm, pracujących z częstotliwością kilku GHz. Według planów największych producentów procesorów, pod koniec roku 2010 powinny pojawić się procesory wykonane w technologii 32 nm. Fabryki procesorów muszą posiadać pomieszczenia o niezwykłej czystości, co jest bardzo kosztowne. Na rysunku: Intel Core 2 Extreme QX6700: Kentsfield

4. BUDOWA MIKROPROCESORA - schemat blokowy Mikroprocesor dzielimy na dwa elementy: jednostkę wykonawczą (EU) i jednostkę sterującą (CU). Zadaniem jednostki EU (execution unit) jest przetwarzanie informacji, czyli wykonywanie wszelkich operacji arytmetycznych i logicznych. Rodzaj wykonywanych operacji zależy od wewnętrznych sygnałów sterujących wytwarzanych przez jednostkę sterującą CU. W skład jednostki wykonawczej wchodzi jednostka ALU oraz współpracujący z nią zestaw rejestrów. Informację wejściową części wykonawczej są DANE a informacją wyjściową jest WYNIK.W skład CU wchodzą: IR - rejestr rozkazów DEK - dekoder rozkazów Układ sterowania W IR przechowywany jest kod aktualnie wykonywanego rozkazu. Kody rozkazów pobierane są do IR z pamięci. Po pobraniu kodu z pamięci, kod jest dekodowany w DEK, czyli jest określane, jakiego rozkazu kod znajduje się w DEK. Na tej podstawie układ sterowania wytwarza zewnętrzne i/lub wewnętrzne sygnały sterujące, realizujące dany rozkaz.

5. BUDOWA MIKROPROCESORA • W funkcjonalnej strukturze procesora można wyróżnić takie elementy, jak: • zespół rejestrów do przechowywania danych i wyników, rejestry mogą być ogólnego przeznaczenia, lub mają specjalne przeznaczenie, • jednostkę arytmetyczną (arytmometr) do wykonywania operacji obliczeniowych na danych, • układ sterujący przebiegiem wykonywania programu. • Jedną z podstawowych cech procesora jest długość (liczba bitów) słowa, na którym wykonywane są podstawowe operacje obliczeniowe. Jeśli słowo ma np. 32 bity, mówimy że procesor jest 32-bitowy. • Innym ważnym parametrem określającym procesor jest szybkość z jaką wykonuje on program. Przy danej architekturze procesora, szybkość ta w znacznym stopniu zależy od czasu trwania pojedynczego taktu.

6. Rozkazy • Do typowych rozkazów wykonywanych przez procesor należą: • kopiowanie danych • z pamięci do rejestru • z rejestru do pamięci • z pamięci do pamięci (niektóre procesory) • (podział ze względu na sposób adresowania danych) • Działania arytmetyczne • dodawanie • odejmowanie • porównywanie dwóch liczb • dodawanie i odejmowanie jedności • zmiana znaku liczby • działania na bitach • iloczyn logiczny - AND • suma logiczna - OR • suma modulo 2 (różnica symetryczna) - XOR • negacja - NOT • przesunięcie bitów w lewo lub prawo • skoki • bezwarunkowe • warunkowe

7. Współczesne Procesory Współcześnie większość procesorów posiada wielordzeniową budowę. Takie rozwiązanie pozwoliło na wyeliminowanie problemu ze wzrostem poboru energii i ciepła wraz ze zwiększaniem taktowania procesorów. Modelem który zapoczątkował ten trend był Intel Pentium D (niezbyt udana konstrukcja). Prawdziwym przebojem stał się dopiero Intel Core 2 Duo zbudowany na bazie architektury Conroe (65nm). Najszybsze dziś modele posiadają rdzeń taktowany zegarem 3,16 Ghz (C2D E8500). Wymieniony procesor oparto o najnowocześniejszą architekturę Penryn wykonanym w procesie technologicznym 45nm ( tj. odległość między tranzystorami wynosi 45 nanometrów). Najgroźniejszy rywal Intela, czyli AMD, wypuścił własny model procesora dwurdzeniowego o nazwie Athlon 64 X2 Jednak potrafi on konkurować z przeciwnikiem jedynie w niższym segmencie cenowym. Obie firmy mają w ofercie także modele czterodzeniowe (Quad Intela i Phenom AMD). Obecnie Intel prowadzi testy 8-rdzeniowego procesora.

8. Gniazdo procesora Gniazdo procesora (ang. CPU socket lub CPU slot) jest to rodzaj złącza znajdującego się na płycie głównej; pełni ono rolę interfejsu pomiędzy procesorem a pozostałymi elementami systemu komputerowego umożliwiając jego współpracę z systemem za pośrednictwem odpowiednich magistrali i układów znajdujących się na płycie głównej. Na każdej płycie głównej musi być przynajmniej jedno takie gniazdo; determinuje ono rodzaj procesora, jaki jest przez nią obsługiwany. Producenci wyposażają swoje płyty w różne wersje gniazd umożliwiających zastosowanie jednego z dostępnych procesorów, przy czym rodzaj procesora często zależy również od zainstalowanego na płycie chipsetu. Dla procesorów Pentium i jego poprzedników stosowano jednakowe podstawki, jednak począwszy od procesora Pentium II, zaczęto projektować inne, zależnie od producenta. Gniazdo procesora typu Socket A

9. Typy Gniazd Typ gniazda dla procesora musi być zgodny z określonym procesorem. Dla danego typu gniazda charakterystyczny jest kształt, napiecie rdzenia, prędkość magistrali systemowej oraz inne cechy. Na przykład Slot 1 – Celeron, Pentium II, Pentium III. W pierwszych płytach głównych procesory były wlutowane, ale z powodu coraz większej oferty procesorów i ich nieustannie zmieniającej się budowy pojawiły się gniazda, które umożliwiły dopasowanie budowy płyty oraz jej możliwości do potrzeb danego użytkownika. W efekcie użytkownik chcąc wymienić procesor na procesor innej firmy, musi wymieniać całą płytę główną. Najczęściej obecnie spotykanym gniazdem montowanym na płytach głównych jest gniazdo typu ZIF. Gniazda te umożliwiają łatwą instalację procesora bez użycia siły, wyposażone są bowiem w małą dźwigienkę, służącą do zaciskania lub poluzowania znajdującego się w gnieździe procesora. Mikroprocesory posiadają piny, dzięki którym mogą zostać zamontowywane w gnieździe. Należy bardzo uważać przy umieszczaniu mikroprocesora w podstawce, gdyż zgięcie wyprowadzeń może trwale uszkodzić mikroprocesor. Gniazdo typu ZIF

10. Podział Gniazd Podział gniazd * slot – wyglądem przypomina sloty ISA, PCI i AGP * socket – poziomo położona prostokątna płytka, zawierająca dziurki na piny procesora lub piny, na które wkłada się procesor * Istnieje jeszcze wiele innych gniazd, które nie są już stosowane.

11. Podział slotów • Slot 1 - Intel Celeron, Pentium II, Pentium III. • Slot 2 - Intel Pentium II Xeon, Pentium III Xeon. • Slot A - AMD Athlon.

12. Slot 1 Slot 1 to gniazdo procesora stworzone przez firmę Intel przeznaczone dla procesorów Intel Pentium II oraz Intel Pentium III i Intel Celeron. Gniazdo to miało 242 styki kontaktowe. Miało architekturę podobną do gniazda Socket 370, wskutek czego za pomocą specjalnych przejściówek procesory przeznaczone Socket 370 można było umieścić w gnieździe Slot1.

13. Slot 2 Slot 2 - rodzaj gniazda procesora. Jest to 330-pinowe gniazdo zaprojektowane przez firmę Intel z myślą o obsłudze procesorów typu Xeon, które głównie przeznaczone są do wydajnych komputerów typu serwer. Gniazdo to stanowi niejako rozwinięcie standardu Slot 1 o możliwość wysoko wydajnej pracy w układach wieloprocesorowych z możliwością obsługi dużych ilości pamięci cache.

14. Slot A Slot A - rodzaj gniazda procesora przeznaczonego dla pierwszych procesorów Athlon produkowanych przez firmę AMD. Slot A jest fizycznie identyczny do gniazda Slot 1 firmy Intel, ale nie jest z nim kompatybilny (inne wyprowadzenia końcówek). Procesory Athlon dla gniazda Slot A produkowane były w częstotliwościach od 500 Mhz - 1 Ghz. W 2000 roku gniazdo Slot A została zastąpione przez gniazdo Socket A.

15. Podział Socket`ów Socket 1 Socket 1 - rodzaj gniazda procesora przeznaczonego i pierwotnie zaprojektowanego dla procesorów OverDrive firmy Intel. Po jakimś czasie Socket 1 stał się również standardem dla płyt głównych klasy i486

16. Socket 2 Socket 2 to typ gniazda procesora zaprojektowany dla systemów 486, obsługujący procesory Intel Pentium OverDrive.

17. Socket 3 Socket 3 - gniazdo procesora przeznaczone dla procesorów klasy 486. W gnieździe tym umieszczano procesory produkowane przez wiele różnych firm, klasyfikowanych jako procesory kompatybilne z Intel 80486. Poza firmą Intel produkcją procesorów dla Socket 3 zajmowały się m.in. AMD, Texas Instruments, UMC, Cyrix, NEC i inne.

18. Socket 4 Socket 4 jest fizyczną i elektryczną specyfikacją gniazd przeznaczonych dla procesorów Intel Pentium P5 oraz Pentium OverDrive.

19. Socket 5 Socket 5 - pierwsze gniazdo przeznaczone dla II generacji procesorów Pentium. Jest jednak kompatybilne tylko z pierwszymi Pentium II generacji (75-133MHz) oraz Pentium OverDrive. Szybsze procesory Pentium w/w generacji oraz procesory MMX nie są już kompatybilne z gniazdem Socket 5, ponieważ mają dodatkową nóżkę (PIN) przystosowaną do pracy w gnieździe Socket 7.

20. Socket 6 Socket 6 - rodzaj gniazda procesora. Jest ono najmniej popularnym typem gniazda ze względu ograniczenia, jakie go dotyczą. Obsługuje ono jedynie procesory firmy Intel (DX4, 486 i Pentium OverDrive) dostarczając 3,3V napięcia zasilającego. Jest to zmodyfikowana wersja starszego gniazda typu Socket 3.

21. Socket 7 Socket 7 jest fizyczną i elektryczną specyfikacją gniazd przeznaczonych dla procesorów Pentium firmy Intel oraz dla procesorów z nimi kompatybilnych. Gniazdo Socket 7 posiadało 321 pin`ów.

22. Super Socket 7 Super Socket 7 było stosowane do procesorów AMD K6-2 i AMD K6-III w celu wykorzystania wyższej częstotliwości taktowania FSB i użycia AGP.

23. Socket 8 Socket 8 jest fizyczną i elektryczną specyfikacją gniazd przeznaczonych dla procesorów Intel Pentium Pro. Gniazdo to miało nietypowy wydłużony kształt, wynikający z umieszczenia pamięci cache drugiego poziomu obok procesora. Socket 8 było montowane, oprócz płyt głównych, również na adapterach podobnych do tych stosowanych przez Pentium II, które były umieszczane w gnieździe Slot 1. Później adaptery te zostały zastąpione przez procesory Pentium II.

24. Socket 370 Socket 370 został początkowo zaprojektowany do obsługi procesorów Intel Celeron opartych na rdzeniu Mendocino w obudowie PPGA (300-533MHz).

25. Socket 423 Socket 423 to gniazdo procesora typu ZIF na płycie głównej Jest kompatybilny z pierwszymi wersjami procesorów Pentium 4. Socket ma 423 otwory na piny procesora

26. Socket 462 Socket 462 (znany też jako Socket A) to używana przez firmę AMD podstawka (ang. socket) przeznaczona dla mikroprocesorów z serii Athlon Thunderbird, Athlon XP oraz uboższych wersji procesorów - Duron i Sempron. Jest to podstawka typu ZIF PGA i posiada 453 piny

27. Socket 478 Socket 478 to gniazdo typu ZIF Socket na procesory Pentium 4 i Celeron. Ma 478 otworów na piny procesora

28. Socket 479 Socket 479 gniazdo dla procesorów Pentium M, Celeron M, Core Solo, Core Duo, Core 2 Duo, Intel Atom

29. Socket 754 Socket 754 to używana przez firmę AMD podstawka (ang. socket) mikroprocesorów, następca Socket A. Pierwsza podstawka obsługująca procesory z rodziny AMD64.

30. Socket 775 Socket 775 (znany też jako Socket T albo LGA-775) jest podstawką dla procesorów Intel Pentium najnowszej generacji, opartych na jądrach Prescott, Cedar Mill, Gallatin, Smithfield, Presler, Conroe i Kentsfield. W stosunku do poprzedniej podstawki procesorów Intela, Socket T umożliwia zastosowanie szybszej szyny systemowej (1333 MHz i powyżej), zawiera też więcej połączeń zasilających, co pozwala na użycie procesorów o większym zużyciu energii i bardziej skomplikowanej strukturze (większa powierzchnia jądra). Socket T jest podstawką typu LGA (Land Grid Array), co oznacza, że obudowa procesora nie posiada nóżek, tylko złocone pola dotykowe na spodniej stronie, zaś w podstawce znajdują się sprężyste blaszki dotykające tych pól. Zastosowanie takiej podstawki pozwala nieznacznie obniżyć koszt produkcji procesora (łatwiej wyprodukować pola niż piny) i zmniejsza jego podatność na uszkodzenia w wyniku nieumiejętnego montażu, zwiększa jednak koszt płyty głównej (podstawka LGA jest droższa niż PGA)

31. Socket 939 Socket 939 jest podstawką dla procesorów AMD, wprowadzoną do użytku w komputerach domowych z procesorami serii K8 i K9. Aktualnie jest ona wycofywana.

32. Socket 940 Socket 940 jest podstawką dla procesorów AMD Athlon 64 FX oraz Opteron typu PGA-ZIF. Została zaprojektowana i pierwotnie przeznaczona dla procesorów serwerowych Opteron, używały jej jednak również pierwsze 2 modele procesorów Athlon 64 FX (FX-51 i FX-53).

33. Socket 1207 Socket 1207 (znany także jako Socket F) to 1207-pinowa podstawka AMD, na której montowane są Opterony. Wykorzystywana w dwu-, cztero- oraz ośmioprocesorowych serwerach wykorzystujących do 16 rdzeni.

34. Socket AM2 Podstawka procesora Socket AM2, znana też wcześniej jako Socket M2, została wprowadzona na rynek 23 maja 2006 r. przez firmę AMD. Podstawka ta zastępuje Socket 939 w komputerach typu desktop. Socket AM2 umożliwia obsługę pamięci RAM typu DDR2 o taktowaniu 800 MHz i nieznacznie zwiększa wydajność procesorów. Podstawka posiada 940 pinów

35. Socket AM2+ Podstawka Socket AM2+ to następca złącza Socket AM2. Została stworzona przez firmę AMD do obsługi 1, 2 i 4-rdzeniowych procesorów. Jest ona zgodna z wcześniejszą wersją AM2. Masowa produkcja ruszyła w III kwartale 2007 r. AM2+ jest podstawką typu PGA tzn. nóżki znajdują na procesorze, a nie na płycie głównej.

36. Socket AM3 Socket AM3 - gniazdo procesorów firmy AMD, następca AM2 i AM2+. obsługuje najnowszy standard pamięci RAM DDR3, który do tego czasu zadomowił się w domowych PC-tach. AMD podaje, iż nowe procesory przeznaczone dla płyt głównych z gniazdem AM3 będą także współpracować z płytami głównymi z gniazdem AM2/AM2+. Nie będzie natomiast możliwe uruchomienie procesora AM2/AM2+ na gnieździe AM3, a to z powodu braku możliwości współpracy z pamięciami DDR3.