PC Werkstatt Ausgabe 2000- P35 pdf

511 Fortsetzung der Tabelle: Bezeichnung Pin-Nr. Richtung Bedeutung/Funktion (PGA) PCD J17 Ausgang Page Cache Disable signalisiert mit PWT den Status der Page Attribute Bits. PWT L15 Ausgang Page Write Through signalisiert mit PCD den Status der Page Attribute Bits. /PLOCK Q16 Ausgang Pseudo Lock signalisiert, dass die aktuelle Datenübertragung mehr als einen Buszyklus benötigt. /RDY F16 Eingang Non Burst Ready wird zur Detektierung, ob der Buszyklus beendet ist, verwendet. RESET C16 Eingang Initialisierung der CPU durch High-Impuls (15 us) VCC B7, B9, – Versorgungsspannung +5V B11, C4, C5, E2, E16, G2, G16, H16, J1, K2, K16, L16, M2, M16, P16, R3, R6, R8, R9, R10, R11, R14 VSS A7, A9, – Masse, GND A11, B3, B4, B5, E1, E17, G1, G17, H1, H17, K1, K17, L1, L17, M1, M17, P17, Q2, R4, S6, S8, S9, S10, S11, S12, S14 Mikroprozessoren für PCs Teil 4 · Mainboard-Elektronik 512 Fortsetzung der Tabelle: Bezeichnung Pin-Nr. Richtung Bedeutung/Funktion (PGA) W-/R N17 Ausgang Write-Read, unterscheidet Schreib- von Lesezyklen. Hat in Verbindung mit den Signalen D-/C und M-/IO die folgenden Bedeutungen: M-/IO D-/C W-/R 0 0 0 Interrupt Acknowledge 0 0 1 spezieller Zyklus 0 1 0 I/O-Port Read 0 1 1 I/O-Port Write 1 0 0 Befehl aus Speicher lesen 1 0 1 reserviert 1 1 0 Memory Read 1 1 1 Memory Write Tabelle 7.7: Die Signale der 486DX-CPUs mit 25 und 33 MHz Takt Die üblichen Taktfrequenzen eines 486DX sind 25 und 33 MHz. Eine relativ kurze Zeit war auch der 486DX-50, der mit 50 MHz arbeitet, verfügbar. Diese CPU wird auf Mainboards verwendet, bei denen die weitere Elektronik (Speicher, Controller) eben- falls mit 50 MHz betrieben wird. Dies stellte zur damaligen Zeit (1992) allerdings eine besondere Herausforderung für die Mainboardhersteller dar, denn eine zuverlässige Arbeitsweise des Systems musste gewährleistet sein, obwohl zahlreiche Systeme mit dieser relativ hohen Arbeitsfrequenz ihre Probleme hatten und nicht stabil liefen. Bild 7.11: Die Signalbelegung der 486DX-CPU für einen Takt von 50 MHz, die gegenüber den Typen mit 25 und 30 MHz einige zusätzliche Anschlüsse besitzt 513 Auf der anderen Seite bieten echte 486DX50 MHz-PCs, wenn sie optimal konfigu- riert sind und die weitere Umgebung (Speicherausbau, Grafikkartentyp) »stimmig« ist, eine vergleichsweise immer noch akzeptable Leistung. Die 486DX-Version mit 50 MHz besitzt vier zusätzliche Anschlüsse, die bei den CPUs mit 25 und 33 MHz nicht belegt sind. Diese Signale sind für den JTAG Boundary Scan (Testfunktion) vorgesehen. Bezeichnung Pin-Nr. Richtung Bedeutung/Funktion (PGA) TCK A3 Eingang Test Clock, das Taktsignal TDI A14 Eingang Test Data Input, serieller Dateneingang TDO B16 Ausgang Test Data Output, serieller Datenausgang TMS B14 Eingang Test Mode Select zur Selektierung der jeweiligen JTAG-Testfunktion Tabelle 7.8: Die zusätzlichen Signale des 486DX-50 Dem 486DX-50 war kein langes Leben vergönnt, denn die Firma Intel brachte kurz darauf die 486DX2-Prozessoren auf den Markt, die extern mit maximal 33 MHz getaktet werden und diesen Takt intern verdoppeln (486DX/66). Dabei konnte die Mainboardelektronik im »alten« 33-MHz-Design belassen werden, was sich für die Hersteller als äußerst günstig erwies. Bild 7.12: Der »echte« 486-Prozessor mit 50 MHz-Takt war nur kurze Zeit auf dem Markt und wurde von den 486-CPUs verdrängt, die intern den angelegten Takt verdoppeln Mikroprozessoren für PCs Teil 4 · Mainboard-Elektronik 514 7.4.2 Die 486SX- und 487SX-CPU Als die Firma AMD im Jahre 1991 mit ihrem schnellen 386-Prozessor (Am386DX- 40) auf den Markt kam, konterte Intel mit dem i486SX, der Billigversion des i486DX. Bei diesem Typ ist der integrierte mathematische Coprozessor deaktiviert, aber ansonsten ist er funktionell identisch mit dem i486DX. Des Weiteren beträgt die Taktfrequenz typischerweise 16, 20 oder maximal 33 MHz und ist demnach beim SX geringer als beim i486DX, der maximal einen Takt von 50 MHz verarbeiten kann. Wie bei den vorherigen CPU-Generationen hat Intel damit aus einem leistungsfähi- gen Prozessor einen abgemagerten Ableger (vergl. Tabelle 7.5) hergestellt. Der 486SX wird wie der 486DX sowohl im 168-poligen PGA-Keramik-Gehäuse als auch im preiswerteren 196-poligen Plastikgehäuse angeboten (Plastic Quad Flat Pack). In der PQFP-Version ist er auf dem Mainboard festgelötet. In der PGA-Version ist er fast mit dem 486DX identisch, jedoch leider nur fast. Ihm fehlen die – wohl verzichtbaren – vier Testpins der 50 MHz-Version (TCK, TDI, TDO, TMS) und die Signale FERR (Floating Point Error) sowie IGNNE (Ignore Numeric Error), welche aufgrund des fehlenden Coprozessors beim 486SX auch nicht benö- tigt werden. Aber unverständlicherweise hat man das NMI-Signal, welches eine nicht maskierbare Interrupt-Anfrage (z.B. Speicherfehler) an die CPU leitet, an den ursprünglichen IGNNE-Pin geführt. Dadurch ist es also nicht möglich, eine 486SX- einfach gegen eine 486DX-CPU auszutauschen (was wohl der Sinn dieser veränderten Belegung ist), sondern auf dem Mainboard muss hierfür ein Jumper vorhanden sein, der die Leitungen entsprechend umschaltet, und den besitzen leider nicht alle Mainboards. Bild 7.13: Die gegenüber einer 486DX-CPU geänderten Signale der 486SX-CPU Darüber hinaus besitzt der 487SX einen zusätzlichen Pin, passend für den Overdrive- Sockel (Kapitel 7.5). Dieser Pin (D4) ist als Key ausgeführt, besitzt keine elektri- sche Funktion und soll lediglich das versehentliche Einstecken eines 487SX in ei- nen 486DX-Sockel mechanisch verhindern. Wie Tests gezeigt haben, ist ein i486SX mit 20 MHz keineswegs schneller als ein 80386DX mit 33 MHz und externer Cache-Elektronik bei gleicher Cache-RAM- Größe. Ein Vergleich mit dem 386DX-AMD-Typ mit 40 MHz zeigt eine Überlegenheit dieses Typs zum i486SX-20, und erst die 25 MHz-Version zieht mit der Leistung des Am386DX-40 gleich. 515 ‘ Bild 7.14: Das Intel-Overdrive-Konzept, das einiges an Verwirrung bei Anwendern und auch bei Herstellern erzeugte, begann mit dem 486SX und dem Overdrive-Sockel Auf vielen 486SX-Mainboards, bei denen der Prozessor sich im PQFP-Gehäuse befin- det und daher festgelötet ist, findet sich neben dem 486SX oftmals ein so genann- ter Overdrive-Sockel, der über 169-Anschlüsse verfügt. Dieser Sockel kann einen 487SX, einen Overdrive 486SX oder einen Overdrive 486SX/2 aufnehmen. Diese Sockelbelegung weicht von der üblichen 486DX-Belegung ab, wie es im Bild 7.13 gezeigt ist. Näheres zu den Overdrive-Prozessoren findet sich im Kapitel 7.5. Da der 486SX keinen mathematischen Coprozessor enthält, wird von INTEL ein Zusatzprozessor angeboten. In der Tradition der Bezeichnungen für Coprozessoren trägt er die Bezeichnung 487SX. Doch diese Bezeichnung allein trügt, denn es handelt sich dabei um einen kompletten (!) 486DX-Prozessor. Die Belegung des Intel-Overdrive-Sockels weicht von der üblichen 486DX- und 486DX2- Belegung ab und entspricht dem Layout des 487SX. Wird der 487SX in den Overdrive-Sockel gesteckt, wird damit der vorhandene 486SX komplett abgeschaltet und der vermeintliche Coprozessor übernimmt komplett des- sen Funktionen. Wenn sich der 486SX in einem PGA-Gehäuse befindet, sollte man ihn vom Mainboard entfernen, was insbesondere für mobile PCs (Laptops) sinnvoll ist, denn er verbraucht nur unnötig Strom. Mikroprozessoren für PCs Teil 4 · Mainboard-Elektronik 516 Bild 7.15: Die Anschlussbelegung der 487SX-CPU Für die Abschaltung des 486SX durch den 487SX besitzt der 487SX den zusätzli- chen Anschluss MP (Math Present), der einen Low-Pegel liefert. Dieses Signal wird an den UP-Anschluss (Upgrade Present) des 486SX gelegt, woraufhin sich dieser abschaltet. Der UP-Anschluss ist aber lediglich in der 486SX-PQFP-Version vorhanden, so dass für die PGA-Version auf dem Mainboard eine kleine Zusatzschaltung mit zwei AND- Gattern realisiert werden muss, die die Signale BOFF und FLUSH mit dem MP-Signal verknüpft. Bild 7.16: Die Abschaltung eines 486SX durch einen 487SX 517 Für unerschrockene Bastler Möchte man aus irgendeinem Grunde einen 487SX in einem 486DX-PGA-Sockel ver- wenden, wofür auf dem Mainboard aber keine Jumpermöglichkeit zu finden ist, braucht man, sofern man den Umgang mit dem Lötkolben nicht scheut, lediglich eine Draht- brücke von C14 auf A13 zu löten, damit das FERR-Signal getauscht wird. Das ist schon alles, denn der jeweils andere Pin (vergl. Bilder 7.13, 7.15) ist nämlich nicht angeschlossen. Der Jumper auf dem Mainboard muss dann aber auf jeden Fall auf die 486DX-Stellung gesetzt werden. Diese Möglichkeit ist ebenfalls für einen Overdrive- Prozessor (Kapitel 7.5) in einem 486DX-Sockel anwendbar. Da das NMI-Signal vertauscht werden muss, ist eine Brücke von A15 auf B14 auf dem Mainboard zu löten, oder aber man verwendet einen entsprechend gelöteten Zwischen- sockel. Da man nicht sicher sein kann, ob der IGNNE-Pin nicht doch verwendet wird, weil der Coprozessor im 486SX nicht komplett lahmgelegt ist, sollte man diesen Pin (A15) am Prozessor oder Zwischensockel sicherheitshalber abkneifen. Die Angaben der Pinnummern beziehen sich auf das Layout eines PGA-Sockels! Bild 7.17: Der 486SX wurde hier vom Hersteller auf eine Platine gelötet, damit er in einen übli- chen PGA-Sockel passt; daneben ist ein freier Sockel für einen mathematischen Coprozessor der Firma Weitek vorhanden (kein Wunder, dass das Mainboard nicht läuft, siehe abge- fallenen Jumper) Mikroprozessoren für PCs Teil 4 · Mainboard-Elektronik 518 7.4.3 Die 486DX2-CPUs Im Jahre 1992 führte Intel den 486DX2 ein, wiederum eine Variante des 486DX. Aus dem Anschlusswirrwarr der SX-Versionen hat man offensichtlich etwas gelernt und daher ist der 486DX2 völlig pinkompatibel zum 486DX. Das Besondere der 486DX2-CPUs ist die Tatsache, dass die angelegte Taktfrequenz auf diesem Chip intern verdoppelt wird. Damit ist es leicht möglich, die Leistung eines 486-PCs, der beispielsweise mit 25 MHz läuft, zu steigern: Der Prozessor wird gegen einen 486DX2/ 50 ausgetauscht, was – je nach Anwendung – eine Leistungssteigerung von 50-95% zur Folge haben kann, wem man allein die CPU-Leistung betrachtet. Dabei bleibt die übrige Hardware des PC unverändert und es ist kein Overdrive- Sockel nötig. Der ausgetauschte alte Prozessor kann dann in einem anderen PC weiterverwendet werden und liegt nicht etwa auf dem Mainboard neben dem neuen Prozessor brach. Nach der Umrüstung brauchen keine Jumperstellungen verändert zu werden. Der echte 50-MHz-Prozessor (486DX-50) war nur eine relativ kurze Zeit auf dem Markt und wurde durch die 486DX2-CPUs ersetzt. Ein Computer mit einem 486DX2-50 ist demnach (s.o.) kein echter 50MHz-PC, sondern die Elektronik des Mainboards arbeitet hier lediglich mit 25 MHz, was zu einem merklichen Perfor- mance-Verlust gegenüber einem 486DX-50 führt. Interessanterweise ist es jedoch nicht möglich, Windows 98 auf einem PC zu instal- lieren, bei dem ein 485DX-50 »werkelt«, mit dem 486DX/2 (66 MHz) hingegen funktioniert dies einwandfrei. Dieses Phänomen gibt es bei Windows 95 jedoch nicht. Generell ist es bei der Umrüstung auf einen DX2-Prozessor ratsam, auf die Kühlung der CPU zu achten. Dies gilt generell für alle mit Taktfrequenzen ab 33 MHz betrie- benen CPUs, die eine Gehäusetemperatur von bis zu 85 Grad aufweisen können. Näheres zur CPU-Kühlung findet sich in Kapitel 7.10. Bild 7.18: Das vereinfacht dargestellte Innenleben einer 486DX2-CPU 519 Die 486-DX/2-Prozessoren arbeiten intern mit dem doppelten externen Takt und kön- nen ohne irgendwelche durchzuführenden Änderungen (Setup, Jumper) einen 486DX ersetzen. Da das Bus-Interface einer 486DX2-CPU nicht mit dem doppelten externen Takt arbeitet, erscheint der Prozessor für die übrige Elektronik wie ein normaler 486DX, allerdings mit dem wichtigen Unterschied, dass er Befehle zweimal so schnell aus- führt. Die Firmen Cyrix und AMD haben ebenfalls pinkompatible Typen zu den INTEL- DX2-Prozessoren gefertigt. Während sich die Intel- und die AMD-Typen bis zu den 66 MHz-Versionen nicht voneinander unterscheiden, bietet der Cyrix-Typ demge- genüber einen Cache, der im leistungsfähigeren Write-Back-Modus betrieben wer- den kann, wenn dies der Mainboard- beziehungsweise BIOS-Hersteller berücksich- tigt hat. Der AMD 486DX2 mit einer internen Taktfrequenz von 80 MHz wird ausschließlich in der 3,3-Version (DXLow Power) gefertigt. DX/2-CPU-Typ ersetzt 486DX Hersteller 40 MHz 16, 20 MHz Intel 50 MHz 25 MHz Intel, AMD, Cyrix 66 MHz 33 MHz Intel, AMD, Cyrix, SGS 80 MHz 40 MHz AMD (DXL-Typ), Texas Instruments, SGS Tabelle 7.9: DX2-Prozessoren in der Übersicht. Achtung: Die Prozessoren arbeiten mit unterschiedli- chen Betriebsspannungen (5V, oder 3,3V) Ein 486DX2-Prozessor hat bis auf eine Ausnahme dieselbe Anschlussbelegung wie ein 486DX-50, was jedoch die oben beschriebene Umrüstung nicht behindert; er ist bereits für eine Umrüstung auf einen noch leistungsfähigeren Typ ausgelegt. Dies ist der 1995 vorgestellte P24T, der als Pentium-Overdrive bezeichnet wird (Kapitel 7.5). Die erwähnte Ausnahme in der Signalbelegung betrifft den Anschluss C11, der bei allen normal getakteten 486DX-Ablegern nicht verwendet wird (NC). Beim 486DX2 wird er mit UP bezeichnet, was für Upgrade Present steht. Befindet sich dieser Anschluss auf Low-Potential, schaltet der Prozessor alle Ausgangssignale ab und geht in den Power-Down-Mode, d.h., der alte Prozessor »wird ruhig gestellt«, wie es bereits bei der 486SX-487SX-Kombination beschrieben ist. Mikroprozessoren für PCs Teil 4 · Mainboard-Elektronik 520 Bild 7.19: Der 486DX2-Prozessor arbeitet in einem ZIF-Sockel 2 oder 3, wobei der Sockel 3 bereits die Unterstützung für den DX4 bietet, der gegenüber den vorherigen 486-CPUs mit 3,3 V arbeitet 7.4.4 Die 486DX4-CPU Im Jahre 1994 wurde von Intel der 486DX4-Prozessor eingeführt. Anders als man in Analogie zum 486DX2 vielleicht vermuten würde, arbeitet dieser Typ intern jedoch nicht mit einer Taktvervierfachung, sondern mit einer Taktverdreifachung. Er ge- neriert aus einem externen Takt von 33 MHz (genauer 33,33 MHz) etwa 100 MHz. Gerüchte besagen, dass der Name DX4 deshalb verwendet wurde, weil diese CPU summa summarum die vierfache Leistung eines normalen 486DX zur Verfügung stellen soll. Der DX4 ist pinkompatibel zum 486DX. Er besitzt aber einige zusätzliche Anschlüs- se (vergl. Tabelle 7.10), über die ihm beispielsweise signalisiert wird, welche exter- ne Taktfrequenz verwendet wird. Weiterhin ist ein zusätzlicher Pin (VOLTDET) für eine Spannungserkennung vorgesehen, denn der DX4 arbeitet nicht wie die Vor- gänger mit 5 V, sondern mit 3,3 V. Daher ist es für den DX4 tödlich, wenn er direkt gegen einen 486DX oder 486DX2 ausgetauscht wird, was aber ansonsten prinzipiell möglich wäre. Ein DX4 darf nur auf solchen Mainboards verwendet werden, die über einen zusätzlichen 3,3-Span- nungsregler verfügen. Oftmals wird dafür der Typ LT1085 oder der LT1086 einge- setzt, der sich in unmittelbarer Nachbarschaft des CPU-Sockels befindet. Ein DX4-taugliches Mainboard, wie beispielsweise das Mainboard PCI/I-486SP3G der Firma Asus, muss also explizit den DX4 unterstützen und über entsprechende Jumper verfügen. Alternativ dazu kann auch ein DX4-Zwischensockel eingesetzt werden, welcher einen 3,3-V-Spannungsregler enthält, wie er im folgenden Bild gezeigt ist. [...]... F19: INIT C11 (/UP) /UP – – /UP /UP /UP D12: – C12 – /SMIACT – – /SMIACT RPLSTR0 /SMADS D13: SMIACT C13 – – – – – /RPLVAL – D14: – C14 /FERR /FERR – – /FERR /FERR /FERR D15: – G15 – /STPCLK – – /STPCLK /SUSP /SUSP H16: /STPCLK 523 Teil 4 · Mainboard-Elektronik Fortsetzung der Tabelle: Pin DX/DX2 DX4 Intel, AMD SX 487, ODP DX2-WB, DX4-WB Cyrix 486 Cyrix 5x86 PODB J1 Vcc Vcc5 Vcc Vcc Vcc5 – – K2: Vcc5 R17... im Gegensatz zu Reset das Register für den System-Managemant-Modus nicht zurücksetzt /SMIACT C12 Ausgang System-Management-InterruptActive-Ausgang zur Signalisierung, dass der SMModus aktiviert ist /STPCLK G15 Eingang Bei einem High-Signal wird der interne Oszillator angehalten Dieses Signal wird als Interrupt mit der niedrigsten Priorität implementiert 521 Teil 4 · Mainboard-Elektronik Fortsetzung... Form eines einfachen Kühlkörpers benötigt Allerdings ist es immer ratsam, sicherheitshalber doch einen »aktiven Kühlkörper« zu verwenden, da es auch stark vom jeweiligen Innenleben und dem Gehäuse eines PC abhängt, wie optimal die Wärmeabfuhr ausfällt Bild 7.21: Der Intel DX4 befindet sich in einem 237-poligen PGA- oder auch in einem 169-poligen Plastik-Gehäuse Als weitere Neuerung gegenüber den 486-Vorgängern... Daten und für Befehle enthält Der interne Cache des 486DX4 kann im Gegensatz dazu üblicherweise nur im Write-Through-Mode betrieben werden Es gibt jedoch auch hier Ausnahmen: 522 Mikroprozessoren für PCs Sowohl der 486DX4 als auch der 486DX2 (P24D) wurden in einigen Versionen mit einer veränderten 1-Level-Cache-Implementierung hergestellt Statt des standardmäßigen Write-Through wurde das leistungsfähigere...Mikroprozessoren für PCs Bild 7.20: Ein Zwischensockel mit Spannungsregler für den Einbau einer 486DX4-CPU in einen Sockel, der mit 5 V versorgt wird Als Gehäuse für den DX4 ist ebenfalls der 168-Pin-PGA-Typ üblich und es... nach diesem Prinzip arbeitet, ist allerdings kaum technischer Natur, wenn man einmal das veränderte Anschusslayout beiseite lässt Von Intel war ursprünglich vorgesehen, dass die DX2- und DX4CPUs nur an PC- Hersteller ausgeliefert werden und nicht an den Endkunden, der stattdessen die teureren Overdrive-Typen einsetzen sollte Für die Overdrive-CPUs, die in einer bunten Verpackung daherkamen, gehört üblicherweise... konzipiert Der Pentium-Overdrive verdoppelt gegenüber einem der 486DX-66-Prozessor die Rechenleistung und liefert unter Windows eine Leistungssteigerung von bis zu 30 Prozent 524 Mikroprozessoren für PCs Bild 7.22: Der Pentium-Overdrive für 486DX-Systeme wird intern mit 83 MHz getaktet (33 MHz x 2,5) Der Pentium-Overdrive-Sockel (Sockel 2) verfügt insgesamt über 238 Kontakte Interessant dabei ist, . /RPLVAL – D14: – C14 /FERR /FERR – – /FERR /FERR /FERR D15: – G15 – /STPCLK – – /STPCLK /SUSP /SUSP H16: /STPCLK Mikroprozessoren für PCs Teil 4 · Mainboard-Elektronik 524 Fortsetzung der Tabelle: Pin. vom Mainboard entfernen, was insbesondere für mobile PCs (Laptops) sinnvoll ist, denn er verbraucht nur unnötig Strom. Mikroprozessoren für PCs Teil 4 · Mainboard-Elektronik 516 Bild 7.15: Die. betrachtet. Dabei bleibt die übrige Hardware des PC unverändert und es ist kein Overdrive- Sockel nötig. Der ausgetauschte alte Prozessor kann dann in einem anderen PC weiterverwendet werden und liegt nicht