541 Bild 7.33: Die Anschlüsse und Signale der Pentium-60- und Pentium-66-CPU Bezeich- Pin-Nr. Richtung Bedeutung/Funktion nung BT3-BT0 W20, T07, Ausgänge Branch Trace zur Signalisierung W21, T08 (A2-A0) der Verzweigungsadresse (linear address) IBT T19 Ausgang Instruction Branch, signalisiert mit einem High, dass der Pentium eine Verzweigung ausführt. IU J02 Ausgang U-Pipe Instruction complete, wird für einen Taktzyklus High, wenn der Befehl in der U-Pipe beendet wurde. IV B01 Ausgang V-Pipe Instruction complete, wird für einen Taktzyklus High, wenn der Befehl in der V-Pipe beendet wurde. Tabelle 7.19: Die speziellen Signale der Pentium-Prozessoren mit 60 oder 66 MHz Mikroprozessoren für PCs Teil 4 · Mainboard-Elektronik 542 7.6.3 Pentium der zweiten Generation Die Pentium-CPUs, die mit einem Takt von mindestens 75 MHz arbeiten, werden zur zweiten Pentium-Generation gerechnet, die wie die 486DX2- und 486DX4-Typen den extern angelegten Takt intern vervielfachen. Die folgende Tabelle zeigt die hier gültigen Zusammenhänge zwischen dem Takt auf dem Mainboard – auch System- takt genannt – und dem Arbeitstakt des betreffenden Prozessors. Die entsprechen- de Einstellung wird in der Regel mit Hilfe von Steckbrücken (Jumpern) oder auch DIP-Schaltern auf dem Mainboard vorgenommen. Auf vielen Mainboards und auch Einsteckkarten wimmelt es geradezu von diesen Einstellungselementen, und wenn man Glück hat, sind die Bedeutungen der ein- zelnen Stellungen in der Nähe der Elemente auf der Karte oder dem Mainboard aufgedruckt. Vielfach gibt aber nur das Handbuch zum Mainboard Aufschluss über die Interpretation der jeweiligen Einstellungen, so dass man grundsätzlich beim Erwerb eines PC oder einer Komponente auf die entsprechenden Unterlagen – die gern mal vom Händler vergessen werden – bestehen sollte. Bild 7.34: So übersichtlich wie bei diesem Mainboard lässt sich leider nicht immer der benötigte Takt einstellen Der Takt des Mainboards ist allerdings nicht mit demjenigen zu verwechseln, mit dem das jeweilige Bussystem für die Einsteckkarten wie Grafik- oder auch Netzwerk- karte arbeitet. Der ISA-Bus, der bereits mit den 80286-Prozessoren eingeführt wur- de, verwendet standardmäßig 8,33 MHz und der PCI-Bus (PCI-Revison 1), über den alle aktuellen Mainboards verfügen, maximal 33 MHz. Von der PCI-Spezifikation her arbeitet die CPU mit einem von der übrigen Main- boardelektronik unabhängigen Takt. Gleichwohl ist durch das bei PCs übliche De- sign der PCI-Mainboardelektronik eine eindeutige Beziehung zwischen dem Main- board-, dem PCI-Bus-, dem ISA- und dem CPU-Takt gegeben. 543 Taktzuordnungen eines Mainboards: > Mainboard- oder Systemtakt (Grundtakt) > CPU-Takt als Vielfaches des Systemtaktes > PCI-Bustakt als Teiler des Systemtaktes > ISA-Bustakt als Teiler des PCI-Bustaktes Das Bild 7.35 verdeutlicht den Takt-Zusammenhang. Das Signal eines 14,318-MHz- Quarzes, der auf jedem Mainboard vorhanden ist, wird üblicherweise auf einen PLL- Baustein (Phase Locked Loop) geführt, der in Abhängigkeit von einer Jumper- stellung – die mit System Speed oder ähnlich bezeichnet ist – eine Ausgangsfrequenz von 25, 30 oder 33 MHz generiert. Diese wird auf den PCI-Bus geführt und fungiert dementsprechend als PCI-Bus-Takt. Bestandteil eines PCI-Chipsatzes ist eine PCI-ISA-Bridge, die aus dem PCI- den ISA- Takt erzeugt. Daher steht der ISA-Takt in einer bestimmten Beziehung – üblicher- weise dividiert durch 4 – zum PCI-Bustakt. Der PLL-Baustein gibt an einem zweiten Ausgang (Out x 2) jeweils die doppelte Frequenz gegenüber System Speed aus, die als Mainboard-Takt verwendet wird und maximal 66 MHz betragen kann. Als Ausnahme ist der Pentium-kompatible Prozes- sor 6x86 P200+ der Firma Cyrix anzusehen, welcher intern mit 150 MHz arbeitet und aufgrund seiner internen Taktverdoppelung einen externen (Mainboard-)Takt von 75 MHz benötigt. Nicht jedes Pentium-Mainboard bietet jedoch die Möglichkeit dieser Frequenzeinstellung. Bild 7.35: Die Taktverhältnisse eines PCI-Mainboards sind ausschlaggebend für die Gesamtper- formance eines PC Mikroprozessoren für PCs Teil 4 · Mainboard-Elektronik 544 Die Mainboard-Taktfrequenz wird auf die CPU geführt, wobei ein oder mehrere Jumper der verwendeten CPU die notwendige Multiplikationsfrequenz signalisieren. Die Pentium- und auch 486-CPUs besitzen entsprechende Anschluss-Pins (CLKMUL bei 486, BF = Bus Frequency [0,1] bei Pentium-CPUs), die hierfür vorgesehen sind. Die BF-Jumper sind für die Festlegung des Multiplikationsfaktors (Systemtakt * x = CPU-Takt) notwendig, wobei nur Pentium-kompatible CPUs von AMD und Cyrix die BF2-Jumperstellung (Pin W35) auswerten, Intel-CPUs unterstützen diesen Pin nicht und demnach findet man einen BF2-Jumper erst bei den Super-7-Mainboards (sie- he unter AMD-K6-2 und AMD-K6-3). Interessanterweise lässt sich der letzte Intel-Vertreter im Sockel-7-Design – der Pentium MMX-233 – in einem Sockel-7-Mainboard gar nicht optimal (66 MHz x3.5) jumpern, da bei einem derartigen Mainboard maximal der Faktor x3 eingestellt werden kann. Leider interpretieren selbst die Pentium-CPUs von Intel (Standard oder MMX?) die BF-Jumperstellungen unterschiedlich, wie es die folgende Tabelle zeigt. BF2 BF1 BF0 Pentium Pentium MMX 000– – 001– – 010– – 011– – 1 0 0 x 2,5 x 2,5 101x 3 x 3 110x 2 x 2 1 1 1 x 1,5 x 3,5 Tabelle 7.20: Die BF-Jumper für die Einstellung des Multiplikationsfaktors In der Tabelle 7.20 ist angegeben, mit welchen Multiplikationsfaktoren die jeweili- gen Pentium-CPUs arbeiten, und in Zusammenhang mit Bild 7.35 wird sicher deut- lich, dass sich in einem PCI-PC mehr oder weniger gute Kombinationsmöglichkei- ten durch die Taktverteilung ergeben. CPU-Typ CPU-Multiplikator Mainboard-Takt Pentium 60 1x 60 Pentium 66 1x 66 Pentium 75 1,5x 50 Pentium 90 1,5x 60 Pentium 100 1,5x 66 545 Fortsetzung der Tabelle: CPU-Typ CPU-Multiplikator Mainboard-Takt Pentium 120 2x 60 Pentium 133 2x 66 Pentium 150 2,5x 60 Pentium 166 2,5x 66 Pentium 180 3x 60 Pentium 200 3x 66 Pentium 233-MMX 3,5x 66 Tabelle 7.21: Der Zusammenhang zwischen dem CPU- und dem Mainboard-Takt Bei einer Pentium-75-MHz-CPU arbeitet die Mainboardelektronik mit 50 MHz, der PCI-Bus mit 25 MHz und der ISA-Bus lediglich mit 6,25 MHz. Eine Anhebung des ISA-Bus-Taktes via BIOS-Setup ist im Gegensatz zu ISA-PCs aufgrund der PCI-ISA- Bridge in den meisten Fällen nicht möglich. Dies trifft zumindest auf die Mainboards von Intel zu, und gewissermaßen als Ausnahme gelten die Designs mit SiS-Chipset (5511-5513), die demgegenüber im Setup den Eintrag ISA Bus Clock Frequency füh- ren (default PCICLK/4) und an dieser Stelle gegebenenfalls eine Anpassung erlau- ben, wenn der Eintrag nicht gesperrt ist. Bild 7.36: Der PLL-Baustein (M42C25), der takterzeugende Quarz, und die Jumper (JP4, JP5) für die Einstellung des Mainboard-Taktes (System Speed) Für die Auswahl einer Pentium-CPU kann man daher empfehlen, dass das »Jumpern« des Mainboard-Taktes auf 66 MHz möglich sein sollte, was somit die maximalen Taktraten sowohl für den PCI- (33 MHz) als auch für den ISA-Bus (8,25 MHz) ermöglicht. Beim Erwerb eines Pentium-PCs oder auch eines einzelnen Mikroprozessors, sollte aus Performance- und Kostengründen darauf geachtet werden, dass der maximale Mainboard-Takt eingestellt werden kann! Mikroprozessoren für PCs Teil 4 · Mainboard-Elektronik 546 Die Pentium-CPUs mit 100, 133, 166, 200 und 233 MHz erlauben dies, während alle anderen CPUs bzw. die sich daraus ergebenden Taktverteilungen, Leistungseinbußen mit sich bringen. So arbeitet beispielsweise ein Pentium mit 180 MHz lediglich mit einem PCI-Takt von 30 MHz und einem ISA-Takt von 7,5 MHz, was seine Gesamtlei- stung, die sich natürlich auch aus Ein-/Ausgabe-Operationen (z.B. mit der Grafik- karte) ergibt, unter Umständen auf das Niveau eines mit 166 MHz getakteten PCs oder noch schlechter reduziert. Die BF-Jumperstellungen werden von den Standard- und den MMX-Pentium-CPUs von Intel unterschiedlich interpretiert. Wie die CPUs der anderen Hersteller (AMD, Cyrix) dies handhaben, ist im Kapitel 7.7 angegeben. Bild 7.37: Die Anschlüsse und Signale der zweiten Pentium-Generation 547 Bezeichnung Pin-Nr. Richtung Bedeutung/Funktion A31-A3 AJ33, AM36, A31-A5: Der Adressbus des Pentiums für Memory- AK34, AK36, Ausgänge und und I/O-Transfers. A31-A3 bestimmen im AG33, AH34, Eingänge Zusammenhang mit den Signalen /BE0-/BE7 AJ35, AG35, den jeweiligen Bereich. Als Eingänge AE33, AH36, werden die Adressleitungen für die AF34, AL21, Cache-Invalidierung verwendet. AK22, AL23, AK24, AL25, AK26, AL27, AK28, AL29, AL31, AN31, AK30, AM32, AL33, AN33, AK32, AM34, AL35 /A20M AK08 Eingang Ist Address Mark 20 auf Low, wird das Adressbit intern maskiert (Address Wrap around für 8086, Real Mode). /ADS AJ05 Ausgang Address-Status signalisiert einen gültigen Address-Zyklus. /ADSSC AM02 Ausgang Funktion wie /ADS AHOLD V04 Eingang Address Hold erlaubt einem externen Busmaster die Ausführung eines Cache-Invalidation-Zyklus (Herstellung der Daten-übereinstimmung zwischen DRAM und Cache, siehe auch /EADS-Signal). AP AK02 Eingang/ Address Parity, Paritätsgenerierung und Ausgang -Kontrolle (gerade Parität) für den Adressbus /APCHK AE05 Ausgang Address Parity Check, ein Low signalisiert einen Paritätsfehler. APICEN, PICD1 L35 Eingang Advanced Programmable Interrupt Controller Enable, Ein- bzw. Abschalten des APICs, aktiviert bei einem High nach einem Reset. /BE7-/BE5 AK16, AL15, Ausgänge Byte Enable kennzeichnen die jeweils AK14, gültigen Byte-Gruppen. /BEO entspricht D7-D0 bzw. /BE7 D63-D56. /BE4-BE0 AL13, AK12, Eingänge/ /BE3-/BE0 sind außerdem nach einem AL11, AK10, Ausgänge Reset als APIC-ID-Inputs zu verstehen. AL09 /BE4: Flush, im Dual Processing Mode Mikroprozessoren für PCs Teil 4 · Mainboard-Elektronik 548 Fortsetzung der Tabelle: Bezeichnung Pin-Nr. Richtung Bedeutung/Funktion BF[1:0] X34, Y33 Eingänge Bus Frequency, Festlegung des Taktverhältnisses extern, intern. Der Sockel 5 verwendet nur BF0 und damit nur die Multiplikatoren x1,5 und x2. /BOFF Z04 Eingang Back Off, ein aktives Backoff-Signal hat zur Folge, dass beim nächsten Takt die Pins hochohmig geschaltet werden. Durch ein High an /BOFF erfolgt das Zurückschalten in den aktiven CPU-Modus. BP[3:2] S05, S03 Ausgänge Break Point, signalisieren den Status der Debug-Register. /BRDY X04 Eingang Burst Ready, die adressierte Peripherie signalisiert mit einem Low, dass die Daten empfangen oder gesendet worden sind. /BRDYC Y03 Eingang Gleiche Funktion wie /BRDY BREQ AJ01 Ausgang Bus Request, signalisiert die Generierung einer internen Busanforderung, gleichgültig, ob diese auf den externen Bus durchgeschaltet wird oder aber nicht. /BUSCHK AL07 Eingang Bus Check dient der Erkennung eines unvollständigen Bus-Zyklusses (Low). /CACHE U03 Ausgang Signalisiert, dass der aktuelle Zyklus im Cache verarbeitet werden kann. CLK AK18 Eingang Der (externe) CPU-Takt (50, 60, 66 MHz), der intern in Abhängigkeit von BF[1:0] vervielfacht wird. CPUTYP Q35 Eingang Unterscheidet Single- vom Dual-Prozessor- system. Ist beim Single-System auf Vcc-Level. D-/C AK04 Ausgang Data-/Code, unterscheidet Datenzyklen von Code-Zyklen (vergl. W-/R). D-/P AE35 Ausgang Dual/Primary Prozessor, der Primary- Prozessor setzt dieses Signal auf Low, wenn er auf den Bus zugreift. 549 Fortsetzung der Tabelle: Bezeichnung Pin-Nr. Richtung Bedeutung/Funktion D63-D0 N03, M04, Eingänge Der 64-Bit-Datenbus des Pentiums L03, L05, Ausgänge K04, J05, J03, H04, G03, E01, G05, E03, F04, D02, E05, D04, C03, E07, C05, D06, B04, E09, A05, D08, D10, C09, D12, C11, D14, C13, D16, C15, C17, D20, C19, D22, C21, D24, C23, C27, D26, A31, C29, B30, D28, A33, C31, B32, A35, C33, B34, D32, B36, C35, C37, D34, E33, E35, F34, F36, G33, J35, G35, K34 DP0-DP7 N05, F02, Eingänge Data Parity für jedes Byte des Datenbusses. F06, C07, Ausgänge /DP0 gehört zu D7-D0 und /DP7 d18, C25, dementsprechend zu D63-D56. D30, D36 /DPEN, PICD0 J33 Eingang, Dual Processor Enable entspricht einem Ausgang Eingang beim Primary-Prozessor und einem Ausgang beim Dual-Prozessor. /EADS AM04 Eingang External Address Status kennzeichnet, dass eine gültige externe Adresse anliegt. /EWBE W03 Eingang External Write Buffer Empty, kennzeichnet mit einem High, dass ein Schreibzyklus im externen System stattgefunden hat. /FERROR Q05 Ausgang Floating Point Error, der interne Coprozessor signalisiert über diesen Pin mit einem Low, dass ein Fehler aufgetreten ist. Mikroprozessoren für PCs Teil 4 · Mainboard-Elektronik 550 Fortsetzung der Tabelle: Bezeichnung Pin-Nr. Richtung Bedeutung/Funktion /FLUSH AN07 Eingang Cache Flush, wenn ein externes System dieses Signal aktiviert, wird der Cache- Inhalt in das DRAM geschrieben. /FRCMC Y35 Eingang Functional Redundancy Checking Master/ Checker, bestimmt, ob die CPU im (normalen) Master- oder Checker-Modus arbeiten soll. Im Checker-Modus schaltet die CPU alle Ausgänge hochohmig. /HIT AK06 Ausgang Kennzeichnet einen Cache-Hit, wenn die Daten im Prozessor-Cache gespeichert sind (Cache-Invalidierung). /HITM AL05 Ausgang Hit to a Modified Line, wie HIT, hier jedoch für eine bereits modifizierte Cache-Line. HLDA AJ03 Ausgang Bus Hold Acknowledge, Bestätigung der HOLD-Anforderung. HOLD AB04 Eingang Dient externer Einheit (Bus Master) zur Anforderung der Bus-Kontrolle (Bus-Arbitration). /IERR P04 Ausgang Internal Error, kennzeichnet einen aufgetretenen internen Fehler. /IGNNE AA35 Eingang Wenn Ignore Numeric Error aktiviert ist, werden vom Pentium Fehler des mathematischen Coprozessors ignoriert und nur diejenigen Befehle ausgeführt, die nicht die Gleitkommaeinheit betreffen. INIT AA33 Eingang Initialization, im Prinzip wie ein Reset, aber mit dem Unterschied, dass der Cache, die Write Buffer und die Floating- Pont-Register nicht zurückgesetzt werden. INTR/LINT0 AD34 Eingang Interrupt-Request, Anforderung eines Interrupts. Bei Verwendung des APICs entspricht dieser Pin Local Interrupt 0. INV U05 Eingang Invalidation, übergibt den internen Cache-Line-Status. /KEN W05 Eingang Cache Enable, kennzeichnet, ob der aktuelle Zyklus zu cachen ist. LINT1/NMI AC33 Eingang Bei Verwendung des APICs entspricht dieser Eingang dem Local Interrupt 1. Andernfalls dem NMI-Signal (Non Maskable Interrupt). /LOCK AH04 Ausgang Signalisiert mit einem Low, dass kein anderer Bus-Master auf den Systembus zugreifen darf. [...]... wird bei Verwendung einer CPU nicht eingesetzt /PBREQ AE03 Eingang, Ausgang Private Bus Request für Dual-ProzessorMode, wird bei Verwendung einer CPU nicht eingesetzt PCD AG05 Ausgang Page Cache Disable signalisiert den Status des PCD-Bits /PCHK AF04 Ausgang Parity Check, Ergebnis des Parity Checks beim Datenlesen /PEN Z34 Eingang Parity Enable, bestimmt den Typ der Parity-Funktion (Data, Read Cycle) /PHIT...Mikroprozessoren für PCs Fortsetzung der Tabelle: Bezeichnung Pin-Nr Richtung Bedeutung/Funktion M-/IO T04 Ausgang Memory-I/O unterscheidet Speichervon I/O-Zyklen (vergl W-/R) /NA Y05 Eingang Next Address, signalisiert, dass... /SMI AB34 Eingang System-Management-Interrupt-Eingang zur Einschaltung des SMModus /SMIACT AG03 Ausgang System-Management-Interrupt-ActiveAusgang zur Signalisierung, dass der SMModus aktiviert ist /STPCLK V34 Eingang Stop Clock, Anhalten des Taktes (Stromsparmodus) TCK M34 Eingang Test Clock, das Taktsignal (Boundary Scan, TAP) TDI N35 Eingang Test Data Input, serieller Dateneingang TDO N33 Ausgang... AC37, AC01, AA37, AA01, Y37, Y01, W37, W01, U37, U33, U01, T34, S37, S01, Q37, Q01, N37, N01, L37, L33, L01, J37, J01, Eingänge Versorgungsspannung +3,3 V, insgesamt 53 Anschlüsse 552 Mikroprozessoren für PCs Fortsetzung der Tabelle: Bezeichnung Pin-Nr Richtung Bedeutung/Funktion G37, G01, E37, A29, A27, A25, A23, A21, A19, A17, A15, A13, A11, A09, A07 VSS AN37, AM30, – AM28, AM26, AM24, AM22, AM20, AM18,... »Jumpern« auf 166 oder 200 oder 233 MHz – je nach einzusetzender MMX-CPU – möglich ist ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 554 ○ Mikroprozessoren für PCs Bezeichnung Pin-Nr Richtung Bedeutung/Funktion /FRCMC Y35 Eingang Functional Redundancy Checking wird bei den MMX-CPUs nicht mehr verwendet Dieser Pin ist üblicherweise nicht belegt (NC) oder mit einem . generiert. Diese wird auf den PCI-Bus geführt und fungiert dementsprechend als PCI-Bus-Takt. Bestandteil eines PCI-Chipsatzes ist eine PCI-ISA-Bridge, die aus dem PCI- den ISA- Takt erzeugt. Daher. unabhängigen Takt. Gleichwohl ist durch das bei PCs übliche De- sign der PCI-Mainboardelektronik eine eindeutige Beziehung zwischen dem Main- board-, dem PCI-Bus-, dem ISA- und dem CPU-Takt gegeben. 543 Taktzuordnungen. wur- de, verwendet standardmäßig 8,33 MHz und der PCI-Bus (PCI-Revison 1), über den alle aktuellen Mainboards verfügen, maximal 33 MHz. Von der PCI-Spezifikation her arbeitet die CPU mit einem