 |
Функциональная схема процессора
|
|
|
|
Замена процессора
Процессором называется функциональная часть ЭВМ, предназначенная для непосредственного осуществления процесса преобразования (обработки) информации и управления этим процессом. Другими словами – это совокупность арифметическологического устройства и устройства управления.
На рисунке приведена функциональная структура гипотетического процессора.
Рис. 2.2. Структура гипотетического процессора
Регистр адреса
Регистр адреса (РА) предназначен для хранения адреса ячейки основной памяти вплоть до завершения операции (считывание или запись) с этой ячейкой.
Указатель стека
Указатель стека (УкС) — это регистр, где хранится адрес вершины стека. В реальных вычислительных машинах стек реализуется в виде участка основной памяти обычно расположенного в области наибольших адресов. Заполнение стека происходит в сторону уменьшения адресов, при этом вершина стека — это ячейка, куда была произведена последняя по времени запись. Для хранения адреса такой ячейки и предназначен УкС. При выполнении операции занесения в стек содержимое УкС сначала уменьшается на единицу, после чего используется в качестве адреса, по которому производится запись. Соответствующая ячейка становится новой вершиной стека. Считывание из стека происходит из ячейки, на которую указывает текущий адрес в УкС, после чего содержимое указателя стека увеличивается на единицу. Таким образом, вершина стека опускается, а считанное слово считается удаленным из стека. Хотя физически считанное слово и осталось в ячейке памяти, при следующей записи в стек оно будет заменено новой информацией.
Счетчик команд
Счетчик команд (СК) — неотъемлемый элемент процессора любой ЭВМ, построенной в соответствии с фоннеймановским принципом программного управления. Согласно этому принципу соседние команды программы располагаются в ячейках памяти со следующими по порядку адресами и выполняются преимущественно в той же очередности, в какой они размещены в памяти ЭВМ. Таким образом, адрес очередной команды может быть получен путём увеличения адреса ячейки, из которой была считана текущая команда, на длину выполняемой команды, представленную числом занимаемых ею ячеек. Реализацию такого режима и призван обеспечивать счетчик команд — двоичный счетчик, в котором хранится и модифицируется адрес очередной команды программы. Перед началом вычислений в СК заносится адрес ячейки основной памяти, где хранится команда, которая должна быть выполнена первой. В процессе выполнения каждой команды путем увеличения содержимого СК на длину выполняемой команды в счетчике формируется адрес следующей подлежащей выполнению команды. В данном случае любая команда занимает одну ячейку, поэтому содержимое СК увеличивается на единицу. По завершении текущей команды адрес следующей команды программы всегда берется из счетчика команд. Для изменения естественного порядка вычислений (перехода в иную точку программы) достаточно занести в СК адрес точки перехода.
|
|
|
Регистр команды
Счетчик команд определяет лишь местоположение команды в памяти, но не содержит информации о том, что это за команда. Чтобы приступить к выполнению команды, ее необходимо извлечь из памяти и разместить в регистре команды (РК). Этот этап носит название выборки команды. Только с момента загрузки команды в РК она становится «видимой» для процессора. В РК команда хранится в течение всего времени ее выполнения.
Регистры общего назначения
Регистры общего назначения (РОН), служат для временного хранения операндов и результатов вычислений. Это самый быстрый, но и минимальный по емкости тип памяти, который иногда объединяют понятием сверхоперативное запоминающее устройство — СОЗУ. Как правило, количество регистров невелико, хотя в архитектурах с сокращенным набором команд их число может доходить до нескольких десятков.
|
|
|
Индексные регистры
Индексные регистры (ИР) служат для формирования адресов операндов при реализации циклических участков программ.
Регистр признака результата
Регистр признака результата (РПР) предназначен для фиксации и хранения признака, характеризующего результат последней выполненной арифметической или логической операции. Такие признаки могут информировать о равенстве результата нулю, о знаке результата, о возникновении переноса из старшего разряда, переполнении разрядной сетки и т. д. Содержимое РПР обычно используется устройством управления для реализации условных переходов по результатам операций АЛУ. Под каждый из возможных признаков отводится один разряд РПР.
Аккумулятор
Аккумулятор (Акк) — это регистр, на который возлагаются самые разнообразные функции. Так, в него предварительно загружается один из операндов, участвующих в арифметической или логической операции. В Акк может храниться результат предыдущей команды и в него же заносится результат очередной операции. Через Акк зачастую производятся операции ввода и вывода. Строго говоря, аккумулятор в равной мере можно отнести как к АЛУ, так и к УУ, а в ЭВМ с регистровой архитектурой его можно рассматривать как один из регистров общего назначения.
Буфер данных
Буфер данных призван компенсировать разницу в быстродействии запоминающих устройств и устройств, выступающих в роли источников и потребителей хранимой информации. В буфер данных при чтении заносится содержимое ячейки ОП, а при записи — помещается информация, подлежащая сохранению в ячейке ОП.
Буфер адреса
Наличие буфера адреса также позволяет компенсировать различия в быстродействии оперативной памяти и других устройств ЭВМ.
Структурная схема
Рассчетная часть проекта
Сокеты
Понятие сокета является, пожалуй, некой пассивной характеристикой процессора, но в тоже время данный термин является одним из ключевых при комплектации системы. В данной статье серии «характеристики процессоров», мы разберемся с понятием сокета и рассмотрим более-менее популярные сокеты процессоров двух основных производителей CPU– амд и интел.
|
|
|
Сокет. Что и как?
Попросту говоря, сокет (socket) – это разъём (гнездо) на материнской плате, куда устанавливается процессор. Но когда мы говорим «сокет процессора», то подразумеваем под этим, как гнездо на материнской плате, так и поддержку данного сокета определенными линейками процессоров. Сокет нужен именно для того, чтобы можно было с легкостью заменить вышедший из строя процессор или апгрейдить систему более производительным процессором.
На физическом уровне, сокеты отличаются количеством контактов, типом контактов, расстоянием креплений для процессорных кулеров и множеством других мелочей, которые и делают практически все сокеты несовместимыми. Также, имеются технологические отличия: наличие различных дополнительных контроллеров, более высокие параметры производительности, поддержка интегрированной графики в процессоре и т.д.
Как уже говорилось выше, подбор сокета – немаловажная часть сборки системы. Если будет подобран процессор, который ориентирован на другой сокет, нежели в материнской плате, то система работать не будет, если вообще процессор встанет в несовместимое гнездо. Лучше подобных экспериментов с несовместимыми сокетами не проводить, так как можно повредить контакты на процессоре или разъёме, что, скорее всего, приведет к выходу комплектующих из строя. Поэтому при покупке материнской платы и процессора, сначала выбирайте процессор, а затем уже ищите под него материнскую плату с совместимым сокетом. Список поддерживаемых процессоров можно найти на официальном сайте производителя материнской платы, чтобы остаточно убедиться в совместимости той или иной модели.
Ну а сейчас, мы рассмотрим наиболее популярные сокеты процессоров от amd и intel, опуская сильно устаревшие версии по типу 370-ых сокетов для Pentium III и тому подобных.
|
|
|
Сокеты Intel
Динамика обновления сокетов для процессоров Intel, на порядок выше, чем у тех же сокетов новых процессоров AMD. В рамках своей предпоследней серии процессоров, появилось целых три новых сокета, причем они полностью несовместимы.
Всё это одновременно и хорошо, и плохо. Хорошо тем, что с частым обновлением сокетов и выпуском под каждую (даже) часть линейки процессоров, мы можем наблюдать увеличение производительности и более специфическую заточку под конкретную модель. А вот жирный минус в том, что довольно тяжело делать апгрейд, когда каждая новая серия процессоров идет под новый сокет, приходится менять не только процессор, но и материнскую плату.
Теперь давайте рассмотрим несколько конкретных сокетов от Интел:
Socket (сокет LGA 2011) – один из новых сокетов для некоторых процессоров Ivy Bridge(Corei7, i5, i3 – 3xxx)
Можно отметить, что данный сокет был скорее маркетинговым ходом для встряски рынка и набивки цен (первое время) на процессоры, которые позиционировались под этот сокет. Но все-таки подвижки в производительности можно было заметить. Сейчас же, процессоры под данный сокет упали в цене, чего не скажешь про материнские платы с LGA 2011, они остаются в разы дороже подобных материнских плат, под тот же LGA 1155, который мы рассмотрим чуть ниже.
Socket (сокет LGA 1155, 1156, 1366) – данные сокеты можно условно поместить в одну «пачку», но повторюсь еще раз: они не совместимы, хоть и позиционируются под одну микроархитектуру Sandy Bridge II, просто для разных версий.
Наиболее ходовым оказался сокет 1155, на нем сейчас и построены большинство систем. Для мощных систем и серверных решений на борту с Сorei7 и Xeon, был разработан Socket 1366.
Socket (сокет LGA 775) – эти сокеты уже морально устарели, хотя еще живут во множестве систем, они позиционировались под несколько линеек сразу, таких как Core 2 Duo, Core 2Quad, Celeron и другие.
Сокеты AMD
Политика компании AMD, в этом плане более консервативна. Несколько сокетов имеют совместимость благодаря сериям с «+». К примеру, Socket AM2 совместим с AM2+, что дает более широкие возможности для апгрейда, но вместе с этим, это немного неприятное топтание на одном месте, что не позволительно для IT- сферы.
Некоторые примеры сокетов AMD:
Socket (сокет AM3 и AM3+) – можно сказать сокет и его модификация, по спецификациям они совместимы между собой, разрабатывались под процессоры FX, Phenom II, Athlon II. Сокет для наиболее мощных Bulldozer (FX) среди лагеря AMD, которые не оправдали надежды, но упав в цене стали более интересным приложением, с точки зрения неплохой производительности за низкую цену. Сокеты AM3 и AM3+, сейчас являются наиболее ходовыми, на них комплектуется большинство как дешевых, так и более дорогих систем. То есть можем смело констатировать практичность данных сокетов.
|
|
|
Socket (сокет AM2 и AM2+) – сокеты для процессоров Phenom, Athlon, Sempron. Также, полностью совместимы. На сегодняшний день можно считать немного устаревшими, хотя еще активно работает масса систем построенных на основе данных сокетов.
Socket (сокет FM1 и FM2) – сокеты FM создавались под процессоры серии AMD Fusion,которые отличаются очень мощной интегрированной графикой. На данный сокет и совместимые с ним процессоры, следует ориентироваться тем, кто не желает тратиться на дискретную видеокарту и будет довольствоваться интегрированной графикой.
Крепление процессора
Технология производства
Введение
|
Песок... Кремний, после кислорода, является самым распространённым химическим элементом в земной коре (25% по массе). Песок, а особенно кварц, содержит большой процент диоксида кремния (SiO2), который является базовым ингредиентом для производства полупроводников.
|
После добычи песка происходит очистка кремния от примесей - кремний очищается в несколько этапов, чтобы достичь достаточного качества для производства полупроводников - его называют кремний полупроводниковой чистоты. Он настолько очищен от примесей, что допускается только один чужеродный атом на каждый миллиард атомов кремния. После процесса очистки начинается фаза плавления кремния. На фотографии выше можно видеть крупный кристалл, выросший из расплавленного очищенного кремния.
|
Получившаяся болванка монокристалла весит около 100 килограмм, чистота кремния составляет 99,9999 процентов.
|
Затем болванка переходит на стадию пиления, когда из неё вырезаются тонкие отдельные диски кремния, называемые подложками (или "вафлями", wafers). Кстати, некоторые болванки бывают выше полутора метров. Монокристаллы выращивают разного диаметра - всё зависит от нужного диаметра подложек. Сегодня процессоры изготавливаются, как правило, из 300-мм подложек.
|
После вырезания подложки полируются, пока их поверхность не достигнет зеркально гладкого состояния. Intel не производит подложки и болванки самостоятельно, вместо этого закупая подложки у сторонних компаний. Улучшенный 45-нм техпроцесс High-K/Metal Gate у Intel подразумевает использование подложек диаметром 300 мм (или 12 дюймов). Когда Intel впервые занялась производством чипов, то использовались подложки диаметром 50 мм (2 дюйма). Сегодня Intel использует 300-мм подложки, что позволяет снизить стоимость изготовления чипов.
|
Голубая жидкость, показанная выше, формирует фоторезистивный слой, наподобие того, что используется в фотоплёнке. Подложка во время нанесения жидкости вращается, что позволяет получить равномерное покрытие, которое и гладкое, и очень тонкое.
|
Затем подложка с фоторезистивным слоем подвергается облучению ультрафиолетом. Химическая реакция, которая происходит в слое под воздействием ультрафиолета, очень похожа на реакцию в плёнке, когда вы щёлкаете затвором фотоаппарата.
Области фоторезистивного материала подложки, которые подверглись облучению ультрафиолетом, становятся растворимыми. Облучение частей подложки происходит с помощью специальной маски, которая работает трафаретом. Под ультрафиолетовым излучением маски позволяют создавать различные структурные области микрочипа. Во время производства процессора этот этап повторяется по мере нанесения слоёв друг на друга.
Линза (в середине) уменьшает маску до небольшой фокусной области. В итоге "отпечаток" на подложке обычно в четыре раза меньше (линейно), чем трафарет маски.
|
На иллюстрации выше показан один транзистор так, если бы мы могли видеть его невооружённым глазом. Транзистор работает как переключатель, управляя течением электрического тока в компьютерном микропроцессоре. Инженеры Intel разработали настолько маленькие транзисторы, что на кончике иголки их умещается около 30 миллионов. 
После облучения ультрафиолетом голубой фоторезистивный слой, на который попало излучение, полностью растворяется специальной жидкостью. В итоге остаются участки слоя, закрытые маской. Это самое начало нанесения транзисторов, межсоединений и других участков электрической цепи процессора.
|
Фоторезистивный слой защищает материалы подложки, которые не должны быть вытравлены. А облученные области вытравливаются с помощью химикатов. 
После травления удаляется и фоторезистивный голубой слой, после чего становится видна требуемая форма.
|
|
|
