Питание и охлаждение процессоров

Процессоры младших поколений (до первых моделей 486) использовали напря­жение питания 5 В (за исключением некоторых процессоров для портативных компьютеров). Развитие технологии привело к необходимости и возможности снижения напряжения питания до 3,3 В и ниже. Стандартный блок питания для процессора обеспечивает только питание +5 В, поэтому на системных пла­тах для процессоров с пониженным напряжением питания стали использовать дополнительные регуляторы напряжения VRM (Volt Regulation Module). Эти регуляторы представляют собой микросхему стабилизатора напряжения фикси­рованного или управляемого уровня. Для питания мощных процессоров она устанавливается на радиаторе, на некоторых системных платах для 486 в качестве теплоотвода используется медная площадка под микросхемой на самой печатной плате. Напряжение управляемых регуляторов задается джамперами, иногда их для отличия делают красного цвета. Установленное значение пита­ющего напряжения должно соответствовать номиналу процессора. Слишком низкое напряжение приводит к неустойчивой работе, слишком высокое может вывести процессор из строя. Для процессоров с раздельным питанием (новей­шие модели Pentium, включая ММХ и другие) на плате должно стоять два и даже три регулятора. На плате АТХ он может быть и один, поскольку для питания интерфейса процессора 3,3 В может использоваться непосредственно дополнительная шина источника +3,3 В. Возможен вариант, когда на плате установлен один VRM и имеется разъем для подключения дополнительного. Для процессоров с одним питанием в этом разъеме джамперами соединяется несколько контактов, а для процессоров с раздельным питанием в него нужно вставить дополнительный VRM — не очень распространенное и стандартизованное изделие.

С максимально допустимой мощностью регулятора могут появиться проблемы при использовании процессоров Cyrix, отличающихся повышенным энерго­потреблением. Вопрос охлаждения стал весьма актуальным для пользователей также начиная с процессоров 486. Процессор 486SX 33 еще не требовал установки специаль­ного радиатора. Однако с повышением тактовой частоты возрастает мощность, рассеиваемая процессором. Кроме того, потребляемая мощность зависит от ин­тенсивности работы процессора: разные инструкции задействуют различный объем внутреннего оборудования процессоров, и при увеличении доли «энер­гоемких» инструкций мощность, рассеиваемая процессором, повышается. Существуют даже специальные тестовые программы для проверки теплового режима, способные перегреть процессор с недостаточным охлаждением и довести его до сбоев и даже разрушения.

Для охлаждения процессоров применяют радиаторы (Heat Sink — теплоотвод). Радиатор эффективно работает, только если обеспечивается его плотное прилегание к верхней поверхности корпуса процессора (даже тонкий воздуш­ный зазор имеет низкую теплопроводность). Весьма эффективно использование теплопроводной мастики, которую наносят тонким слоем на корпус процессора, после чего радиатор «притирают» к процессору. Хорошие результаты дает и приклеивание радиатора к процессору двусторонней «самоклейкой» (но только специально предназначенной для этих целей, поскольку обычные «липучки» не термостойки и имеют большое тепловое сопротивление). Когда пассивного теплоотвода, обеспечиваемого только радиатором, который рассчитан на естест­венную циркуляцию воздуха внутри корпуса компьютера, оказывается недоста­точно, применяют активные теплоотводы (Cooler). Они имеют дополнительные вентиляторы (Fan), устанавливаемые на радиатор процессора. Вентиляторы обычно являются съемными устройствами, питающимися от источника +12 В через специальный переходной разъем. Некоторые процессоры имеют венти­ляторы, приклеенные на заводе. Процессоры Pentium®OverDrive® (замена для 486) поставляются с установленным вентилятором, питающимся прямо от специально выделенных контактов сокета. Размеры (габаритные и установоч­ные) вентиляторов и радиаторов для процессоров 486, Pentium и Pentium Pro различаются (чем старше процессор, тем больше радиатор и вентилятор). Для процессоров Pentium с частотой 200 МГц и выше требуется более высокий радиатор с более мощным вентилятором, чем для предыдущих моделей.

Стандарт конструктива АТХ предусматривает установку процессора прямо под блоком питания, при этом для обдува радиатора может использоваться как внутренний вентилятор блока питания, так и дополнительный внешний, уста­навливаемый снаружи блока питания, и вентилятор процессора. Теоретически, все они должны работать согласованно — на обдув воздухом радиатора процессора. В противном случае их суммарная эффективность будет падать. При наличии большого радиатора на процессоре в корпусе АТХ можно обойтись и без отдельного вентилятора на процессоре.

Вентилятор как электромеханическое устройство принципиально имеет меньшую надежность (срок жизни), чем процессор. С вентиляторами могут быть связаны неприятности разной степени тяжести — от повышенного шума при работе до отказа (остановки). Частой причиной остановки вентилятора является касание внутренних соединительных проводов (интерфейсных шлейфов дисков, подключения кнопок и индикаторов лицевой панели). Поэтому рекомендуется после сборки компьютера подвязывать провода к шасси корпуса — для сохранности как проводов, так и вентилятора. Существуют вентиляторы с сигна­лизацией неисправности: они имеют датчик вращения и простенькую плату электроники, смонтированную на вентиляторе. Эта плата включается между разъемом стандартного динамика и самим динамиком. При остановке вентиля­тора динамик начинает пищать. Признаком наличия такого устройства является характерная «мелодия», звучащая при включении питания (ее не спутать с однотональными звуками диагностики POST).

Более совершенные системы (используемые для серверов) могут иметь и датчики температуры, подающие прерывание в случае ее превышения. Процес­соры Pentium Pro и Pentium II имеют внутренний датчик температуры, аварий­но останавливающий процессор в случае перегрева. Вентилятор картриджа Pentium П имеет датчик вращения, вырабатывающий пару импульсов за один оборот. Сигнал датчика выведен на разъем питания вентилятора, его обработка возлагается на компоненты системной платы.

Диапазоны допустимых рабочих температур для различных процессоров обычного исполнения приведены в табл. 7. Эта температура измеряется в цен­тре верхней поверхности корпуса процессора (не радиатора!) в установившем­ся рабочем режиме. Процессоры для мобильных применений обычно имеют меньшую потребляемую мощность и более высокую допустимую температуру корпуса. Существуют и специальные исполнения процессоров, допускающих расширенный температурный диапазон. Они дороже обычных и в PC применяются довольно редко.