Поняття однокристального процесора. Основні типи корпусів. Способи установки процесора на плату.

Мікропроцесор - це програмний керований пристрій побудований на одній чи декількох інтегральних мікросхемах (ІМС), що здійснює прийом, обробку і видачу цифрової інформації. Однокристалеві МП відрізняються фіксованою структурною розрядністю і системою команд, для них характерні послідовна організація обчислювального процесу, послідовний обмін інформацією з загальною інформаційною магістраллю, що з'єднує усі внутрішні блоки МП.

Пристрій керування в однокристалевих МП виробляє послідовність керуючих сигналів, що забезпечують виконання фіксованого для даного МП набору команд. Розробник обчислювальних пристроїв на однокристалевих МП складає програми на основі фіксованої системи команд конкретного МП і не має можливості змінити її, оскільки логіка роботи керуючого пристрою (КП) реалізується апаратно, як "тверда логіка".

Основні типи корпусів.

– Корпус типу PGA до недавнього часу був найпоширенішим. Він використовувався починаючи з 80-х років для процесорів 286 і сьогодні застосовується для процесорів Pentium і Pentium Pro. На нижній частині корпусу мікросхеми є масив штирьков, розташованих у вигляді решітки. Корпус PGA вставляється в гніздо типу ZIF (Zero Insertion Force - нульова сила вставки). Гніздо ZIF має важіль для спрощення процедури встановлення та вилучення чіпа. Для більшості процесорів Pentium використовується різновид PGA-SPGA (Staggered Pin Grid Array - шахова решітка масиву штирьков), де штирі на нижній стороні чіпа розташовані в шаховому порядку, а не в стандартному - по рядках і стовпцях.

– Корпуси SEC і SEP

Single Edge Cartridge (SEC - корпус з одностороннім контактом). Процесор і декілька мікросхем кеш-пам'яті другого рівня встановлені на маленькій платі (дуже схожою на пам'ять SIMM, тільки декілька великих розмірів); ця плата запечатана в картридж з металу і пластмаси. Картридж вставляється в роз'єм системної плати, званий Slot1, який дуже схожий на роз'ем плати адаптера.

Корпус Single Edge Processor (SEP - корпус з одним процесором) є дешевшою різновидом корпусу SEC. У корпусі SEP немає верхньої пластмасової кришки, а також може не встановлюватися кеш-пам'ять другого рівня (або ж встановлюється менший об'єм). Корпус SEP вставляється в роз'єм Slot 1. Найчастіше в корпус SEP поміщають недорогі процесори, наприклад Celeron.

– Slot 1 - це роз'єм системної плати, що має 242 контакта. Корпус SEC або SEP, всередині якого знаходиться процесор, вставляється в Slot1 і фіксується спеціальною скобою. Іноді є кріплення для системи охолодження процесора. Зверніть увагу на велику пластину, розсіювальну тепло, що виділяється процесором.

– SECC2 (Single Edge Contact Cartridge, версія 2). Цей корпус є різновидом корпусу SEC. Кришка розташована з одного боку, а з іншого боку безпосередньо до мікросхеми прикріплюється охолоджувальний елемент. Таке конструктивне рішення дозволяє більш ефективно відводити від процесора тепло. Процесори у цьому корпусі вставляються в роз'єми Slot 1.

Способи установки процесора на плату:

– Кріплення процесора за допомогою пайки. Перші мікропроцесори впаювались безпосередньо на системну плату. Такий спосіб кріплення широко використовувався починаючи процесорів з 8086 до 80386 включно. Такий підхід суттєво обмежував можливості подальшої модернізації комп'ютера шляхом заміни процесора.

– Установка в "кроватку" (PGA-роз'єм). Даний вид кріплення має перевагу у порівнянні з пайкою процесора, тому що дозволяє відносно легко здійснити заміну процесора., тобто в даному випадку жорсткого з'єднання процесора з системною платою не відбувається. Для установки процесора досить просто вставити його у відповідний роз'єм ("кроватку"). Така установка використовувалася для кріплення процесорів 80286 і 80386

– Установка в ZIF-роз'єми. На зміну раніше описаним методам кріплення прийшов метод установки процесора в ZIF-роз'єми з "нульовим" зусиллям вставки, який отримав широке поширення (80486, Pentium, Pentium-MMX). На відміну від установки в "кроватку" роз'єми такого типу (Socket 3-Socket 7) дозволяють більш надійне кріплення процесора шляхом використання спеціального затиску. На самому процесорі і на роз'ємі один з кутів зрізаний, що дозволяє однозначно орієнтувати процесор при вставці.

– Установка в картридж. Для високопродуктивних процесорів типу Pentium II, Celeron, Xeon був розроблений новий спосіб установки, коли процесор встановлюється в спеціальний SEC-картридж (Single Edge Contact), і вже цей картридж встановлює перпендикулярно в спеціальний роз'єм на системній платі, подібний слотів для встановлення модулів оперативної пам'яті. Такий роз'єм називається Слот 1. Для охолодження процесора в картридж вбудована теплоотводность пластина, до якої приєднано радіатор.Спеціально для багатопроцесорних систем розроблено новий Слот 2, картридж якого значно більше за розмірами.Використання картриджів економить місце на системній платі, використовуване раніше під розміщення роз'єму для установки процесора.

Процесор i8086. Організація пам'яті, регістри процесора.

Процесор 8086 мав 16-розрядні внутрішні регістри і міг виконувати програмне забезпечення нового типу, що використовує 16-розрядні команди. Він також мав 16-розрядну зовнішню шину даних і тому міг передавати одночасно 16 біт даних в пам'ять.

Розрядність шини адреси становила 20 біт, і процесор 8086 міг адресувати пам'ять ємністю 1 Мбайт (2 в 20-го ступеня). У той час це здавалося дивом, так як більшість інших мікросхем мали 8-розрядні внутрішні регістри, 8-розрядну зовнішню шину даних і 16-розрядну шину адреси і могли адресувати не більше 64 Кбайт оперативної пам'яті (2 в 16-го ступеня).

Організація пам'яті

У процесорах х86 передбачається поділ просторів пам'яті і введення-виведення. Простір пам'яті (Memory Space) призначено для зберігання ко дов інструкцій і даних, для доступу до яких є багатий вибір способів адресації (24 режиму). Пам'ять може логічно організовуватися у вигляді одного або безлічі сегментів змінної довжини (у реальному режимі - фіксованого). Крім сегментації в захищеному режимі можливо розбиття (Paging) логічної пам'яті на сторінки розміром 4 Кбайт, кожна з яких може відображатися на будь-яку область фізичної пам'яті. Починаючи з 5-го покоління, з'явилася можливість збільшення розміру сторінки до 4 Мбайт. Сегментація і розбиття на сторінки можуть застосовуватися в будь-яких поєднаннях. Сегментація є засобом організації логічної пам'яті на прикладному рівні. Розбиття на сторінки застосовується на системному рівні для керування фізичною пам'яттю. Сегменти і сторінки можуть розвантажуватися з фізичної оперативної пам'яті на диск і в міру необхідності підкачуватися з нього знову на фізичну пам'ять. Таким чином реалізується віртуальна пам'ять.

Стосовно до пам'яті розрізняють три адресних простору: логічне, лінійне і фізичне. Основним режимом роботи 32-розрядних процесорів вважається захищений режим, в якому працюють всі механізми перетворення адресних просторів.

Регістри процесора

Процесори х86 мають регістри, що підрозділяються на наступні категорії:

¾ регістри загального призначення;

¾ покажчик інструкцій;

¾ регістр прапорів;

¾ регістри сегментів;

¾ системні адресні регістри;

¾ керуючі регістри;

¾ регістри налагодження;

¾ регістри тестування;

¾ модельно-специфічні (залежні від конкретної моделі процесора) регістри.

Ці регістри відносяться до видимої для прикладних програм частини архітектури х86 і являють собою розширення набору регістрів 16-розрядних процесорів 8086/8088 і 80286. До колишнього позначенню їх імен додалася приставка Е (Extended - розширений). Відсутність приставки в імені означає посилання на молодші 16 біт розширених регістрів. Існує поняття розрядності адреси і даних. Розрядність адреси визначає, скільки біт (16 або 32) використовується в регістрах, що формують адресу даних або інструкцій, розташованих в пам'яті. Розрядність даних визначає, скільки біт (16 або 32) використовується в інструкціях, що оперують словами (інструкції з байтами завжди оперують з 8 бітами). У реальному режимі за замовчуванням розрядність адреси і даних - 16 біт.