Процессоры Duron на ядре Spitfire (Model 3)

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

 

Разъём центрального процессора (сокет) – гнездовой или щелевой разъём (гнездо), предназначенный для установки в него центрального процессора. Использование разъёма вместо непосредственного припаивания процессора на материнской плате упрощает замену процессора для модернизации или ремонта компьютера, а также значительно снижает стоимость материнской платы.

Разъём может быть предназначен для установки собственно процессора или CPU-карты (например, в Pegasos). Каждый разъём допускает установку только определённого типа процессора или CPU-карты.

Сокет А (также известный как Сокет 462) – разъём для процес-соров от Athlon Thunderbird до Athlon XP/MP 3200+ и для бюджетных процессоров AMD Duron и Sempron, также может использоваться с Geode NX. Конструктивно выполнен в виде ZIF-разъёма с 453 рабочими контактами (9 из 462 контактов заблокированы, но тем не менее в названии фигурирует число 462). Частота системной шины для AMD Athlon XP и Sempron составляет 133, 166 и 200 МГц.

Рекомендуемая AMD масса  охладителя для Socket A не должна превышать 300 гр. Более тяжёлые кулеры могут привести к механическим повреждениям и вызвать выход системы из строя.

Поддерживаются процессоры с частотой от 600 МГц (Duron) до 2333 MHz (Athlon XP 3200+).

Удвоение частоты рабочей  шины (данные передаются по обоим фронтам тактовых импульсов) 100, 133, 166 и 200 МГц для процессоров Duron, Athlon XP и Sempron, используется шина DEC Alpha EV6.

 

1. ПРОЦЕССОРЫ AMD DURON ПОД СОКЕТ 462

1. Общая информация

AMD Duron – линейка x86-совместимых микропроцессоров, выпускавшаяся компанией AMD в 2000—2004 годах и ориентированная на потребительский рынок.

Процессор Duron основан на архитектуре K7. Был анонсирован 19 июня 2000 года и нацелен на рынок недорогих компьютеров, где составлял конкуренцию процессорам Intel Celeron. Единственным отличием ядра процессоров Duron от более дорогих AMD Athlon и Athlon XP был уменьшенный до 64 кБ размер кэша второго уровня. Изначально процессоры Athlon и Duron имели одинаковую частоту системной шины, а в более поздних моделях Athlon шина работала на большей частоте, чем у Duron.

Процессоры Duron выполнены в корпусе  типа FCPGA и предназначены для установки в системные платы с 462-контактным гнездовым разъёмом Socket A.

Корпус процессоров Duron представляет собой подложку из керамического (ядра Spitfire и Morgan) или органического (зелёного или коричневого цвета) материала (ядро Applebred) с установленным на ней открытым кристаллом на лицевой стороне и контактами на обратной (453 контакта). На стороне кристалла расположены SMD-элементы, а также контакты, задающие напряжение питания, частоту и размер включённой кэш-памяти второго уровня (обычно называемые мостиками). Контакты располагаются группами, которые имеют обозначения L1 — L7 в процессорах на ядре Spitfire, L1 — L11 в процессорах на ядре Morgan и L1 — L12 в процессорах на ядре Applebred. В поздних процессорах на ядре Applebred использовалась также «безмостиковая» упаковка, в которой конфигурационные контакты скрыты под слоем лака.

Маркировка процессоров на ядрах Spitfire и Morgan нанесена на кристалл процессора, а процессоров на ядре Applebred — на наклейку, расположенную возле кристалла.

Изначально кристалл не был защищён от сколов, которые могли происходить в результате перекоса радиатора при его неправильной установке неквалифицированными пользователями, однако вскоре появилась защита от перекосов в виде четырёх круглых прокладок, расположенных в углах подложки. Несмотря на наличие прокладок, при неаккуратной установке радиатора неопытными пользователями кристалл всё же мог получать трещины и сколы (процессоры с такими повреждениями обычно назывались «ко́лотыми»).

В ряде случаев процессор, получивший существенные повреждения кристалла (сколы до 2—3 мм с угла), продолжал работать без сбоев или с редкими сбоями, в то же время, процессор с незначительными сколами мог полностью выйти из строя.

Простейшим способом проверки на «колотость»  процессора (без использования лупы и микроскопа) была «проверка ногтем» — по граням кристалла проводили ногтем. В случае наличия сколов палец явно ощущал шероховатость. Сколы углов кристалла определялись визуально. Однако соблюдение мер предосторожности при сборке или установка опытным сборщиком, вместо самостоятельной установки, исключали механические повреждения процессоров с открытым ядром, таких, как процессоры семейства AMD K7 или Intel Pentium III и Celeron с ядром Coppermine.

2. Процессоры Duron на ядре Spitfire (Model 3)

Первое ядро, использованное в процессорах Duron, представляет собой ядро процессора AMD Athlon с уменьшенным до 64 кБ объёмом кэш-памяти второго уровня. В отличие от кристалла процессоров Celeron, представлявших собой Pentium III с частично отключённым кэшем, кристалл процессора Duron содержит лишь необходимые 64 кБ. Это позволило сократить количество транзисторов и уменьшить площадь кристалла, тем самым увеличив выход годных кристаллов и удешевив производство.

Как и процессор Athlon, Duron имеет кэш-память первого уровня объёмом 128 кБ (64 кБ — кэш инструкций и 64 кБ — кэш данных), что вдвое превышает объём кэш-памяти второго уровня.

Такое уменьшение объёма кэш-памяти второго уровня в процессорах Duron возможно за счёт использования эксклюзивной архитектуры кэш-памяти, когда данные, хранящиеся в кэше первого уровня, не дублируются в кэше второго  уровня. Таким образом, эффективный объём кэш-памяти в процессорах Duron составляет 192 кБ, в то время как эффективный объём кэш-памяти процессоров Celeron, имеющей инклюзивную архитектуру, равен объёму кэша второго уровня — 128 кБ. Благодаря более эффективной архитектуре кэш-памяти, влияние объёма кэш-памяти на производительность в процессорах архитектуры K7 менее заметно. Это позволяет использовать память с более высокими задержками и с меньшей пропускной способностью без потери производительности.

Процессоры Duron, как и Athlon Thunderbird, имеют 16-канальный ассоциативный кэш второго уровня, в то время как степень ассоциативности кэш-памяти второго уровня процессоров Celeron (4 канала) вдвое уменьшена по сравнению с процессорами Pentium III. Таким образом, эффективность кэширования у процессоров Duron снижается только за счёт уменьшения объёма кэш-памяти второго уровня.

Недостатками процессоров Duron являются более высокая латентность кэш-памяти по сравнению с процессорами Celeron, а также небольшая ширина шины кэш-памяти второго уровня — 64 бит (Celeron имеет 256-битную шину), что несколько снижает производительность подсистемы памяти.

Как и AMD Athlon, процессоры Duron работают с системной шиной Alpha EV6, лицензированной компанией AMD у DEC. Отличительной особенностью этой шины является передача данных по обоим фронтам тактового импульса. Таким образом, эффективная частота шины в два раза превышает базовую.

Процессоры Duron на ядре Spitfire выпускались по 180-нм технологии, содержали 25 млн транзисторов, площадь кристалла составляла 100 мм². Системная шина работала на частоте 100 МГц (эффективная частота — 200 МГц). Напряжение питания составляло 1,6 В. Максимальное тепловыделение составляло 41,5 Вт.

Процессоры Duron, как и Athlon, не имели встроенных средств измерения температуры ядра. Измерение осуществлялось с помощью датчика, расположенного под процессором («подсокетный датчик») и отличалось низкой точностью. Зачастую датчик не контактировал с корпусом процессора, а измерял температуру воздуха возле процессора. Эффективность термозащиты в процессорах Duron на ядре Spitfire была недостаточной в ситуации включения без радиатора или в маловероятной ситуации разрушения его крепления, что при установке процессора неопытными пользователями могло привести к выходу его из строя в результате перегрева (Рисунок 1-2).

Рисунок 1 – AMD Duron (Spitfire)

Рисунок 2 – Разъём Socket A с термодатчиком

3. Процессоры Duron на ядре Morgan (Model 7)

20 августа 2001 года компания AMD анонсировала процессор Duron, построенный на новом ядре — Morgan. Это ядро представляет собой ядро процессора AMD Athlon XP (Palomino) с уменьшенным до 64 кБ объёмом кэш-памяти второго уровня.

Процессор AMD Duron на ядре Morgan вышел  раньше, чем Athlon XP на ядре Palomino. До этого  момента процессоры, нацеленные на рынок высокопроизводительных систем выходили раньше, чем процессоры для недорогих компьютеров, созданные на их основе. В случае с ядром Palomino первыми процессорами на этом ядре были мобильные Athlon 4, анонсированные 14 мая 2001 года. 5 июня вышли серверные процессорыAthlon MP, а 20 августа — Duron на ядре Morgan. Процессоры Athlon XP были анонсированы 9 октября 2001 года.

Основными нововведениями, представленными  в ядре Morgan, являются наличие блока инструкций SSE, а также наличие механизма аппаратной предвыборки данных (hardware prefetch). Благодаря этим нововведениям производительность процессоров Duron на ядре Morgan на 2—5 процентов превышает производительность процессоров на ядре Spitfire при одинаковой тактовой частоте.

Кроме того, процессоры Duron на ядре Morgan имеют встроенный датчик температуры (термодиод), что позволяет при использовании системной платы, поддерживающей работу с этим датчиком, организовать более эффективную защиту от перегрева, чем при использовании внешнего термодатчика. Однако в связи с тем, что некоторые производители системных плат, особенно в первое время после начала выпуска процессоров Athlon XP и Duron со встроенным датчиком температуры, нарушали рекомендации AMD по термозащите, защита могла быть неэффективной при включении без радиатора или разрушении его крепления. Тем не менее эффективность термозащиты в процессорах Duron была достаточной для защиты процессора в обычных условиях эксплуатации, защищая от таких ситуаций, как остановка кулера.

Процессоры Duron на ядре Morgan по-прежнему выпускались по 180-нм технологии, содержали 25,2 млн транзисторов, площадь кристалла составляла 105,68 мм². Системная шина, как и в процессорах на ядре Spitfire, работала на частоте 100 МГц (эффективная частота — 200 МГц). Напряжение питания для обеспечения стабильной работы на более высоких частотах (до 1,3 ГГц) было повышено до 1,75 В. В связи с этим возросло и тепловыделение процессоров (до 60 Вт), несмотря на проведённый редизайн ядра, направленный на его снижение.

Предполагалось, что дальнейшим развитием линейки Duron станет 130-нм ядро Appaloosa, однако в начале 2002 года это ядро исчезло из официальных планов компании AMD. Была выпущена лишь небольшая партия инженерных образцов (Рисунок 3).

Рисунок 3 – AMD Duron (Morgan)

4. Процессоры Duron на ядре Applebred (Model 8)

21 августа 2003 года были анонсированы последние представители линейки бюджетных процессоров AMD Duron. Они представляли собой процессоры Athlon XP на ядре Thoroughbred с частично отключённым кэшем второго уровня и отличались от предшественников повышенной до 266 МГц частотой системной шины, несколько меньшими напряжением питания (1,5 В) и тепловыделением (57 Вт).

Процессоры Duron на ядре Applebred, как и Athlon XP на ядре Thoroughbred, выпускались по 130-нм технологии, содержали 37,2 млн транзисторов (часть из которых приходилась на отключённый кэш), площадь кристалла составляла 80,89 мм² у ядра ревизии A0 и 84,66 мм² у ядра ревизии B0.

В связи с тем, что процессоры на ядре Applebred физически имели 256 кБ кэш-памяти второго уровня, которая  с большой вероятностью могла  быть работоспособной, был найден способ включения всех 256 кБ путём замыкания определённых контактов, расположенных на подложке процессора. При успешном включении кэш-памяти второго уровня, процессор Duron превращался в Athlon XP на ядре Thoroughbred.

28 июля 2004 года были анонсированы первые процессоры нового семейства бюджетных процессоров компании AMD — Sempron (часть из которых выпускалась на основе ядра Thoroughbred B0), пришедшего на смену семейству Duron (Рисунок 4).

Рисунок 4 – AMD Duron (Applebred)

5. Процессоры Mobile Duron на ядре Camaro

Процессоры Mobile Duron выпускались на базе ядер Spitfire и Morgan (мобильный вариант  ядра Morgan носит название Camaro) и отличались от десктопных Duron пониженными напряжением питания (1,4—1,5 В) и тепловыделением (до 35 Вт), а также наличием поддержки технологии PowerNow!, позволявшей в процессе работы управлять тактовой частотой и напряжением питания. В моменты простоя процессоров напряжение снижалось до 1,2 В, а частота - до 300 МГц. Это позволяло на треть снизить энергопотребление процессора, тем самым продлевая время автономной работы ноутбука.

Mobile Duron, как и десктопные процессоры, выпускались в корпусе FCPGA c 453 контактами и устанавливались в 462-контактный разъём Socket A (Рисунок 5).

Рисунок 5 – Mobile Duron

2. МАТЕРИНСКАЯ ПЛАТА EP-8KHAL+. СПЕЦИФИКАЦИЯ

1. Схема материнской платы

Плата разработана с форм-фактором ATX - новый стандарт в индустрии шасси. ATX форм-фактор, по существу Baby-AT плата, повернута на 90 градусов внутри корпуса шасси и новый монтаж конфигурации для источника питания. С этими изменениями процессор перемещен далеко от мест расширения, позволяя слотам держать полные расширительные платы. ATX определяет двойную апертуру высоты к задней части шасси, которое может использоваться, чтобы принять широкий диапазон бортового ввода / вывода. Только размер и положение этой апертуры определены, позволяя производителям PC добавить новые опции ввода / вывода (например; телевизионный вход, телевизионная продукция, джойстик, модем, LAN, и т.д.) к системам. Это поможет системным интеграторам дифференцировать свои продукты на рынке, и лучше соответствовать Вашим потребностям. Высокая степень интеграции на материнской плате снижает стоимость системы. Схема платы представлена на рисунке 6. Схема расширяемого ввода/вывода на рисунке 7.

Рисунок 6 – Схема материнской платы

Рисунок 7 – Схема расширяемого ввода/вывода

2. Power-On/Off (Remote)

На плате имеется один 20-контактный разъем ATX для поставок энергии. Для ATX блоков питания, которые поддерживают удаленное включение / выключение функции, это должно быть подключено к передней панели системы для системы Power On / Off кнопки. Кнопка On/Off в системе должна быть мгновенной кнопкой, которая обычно открыта. Вы можете отключить систему от одного из двух источников: во-первых, передняя панель питания Кнопка включения / выключения, а другой "Soft Off" функция, которая может управляться операционной системы, таких asWindows ® 95/98/SE / ME или Windows ® 2000. Схема контроллера представлена на рисунке 8. Системная блок-схема представлена на рисунке 9.