PC Werkstatt Ausgabe 2000- P40 doc

Teil 4 · Mainboard-Elektronik 586 Fortsetzung der Tabelle: Bezeichnung Pin-Nr. Richtung Bedeutung/Funktion /PREQ AA45 Eingang Probe Request, Anforderung für Dual-Prozessor-Mode PWRGOOD AG7 Eingang Signalisierung vom Chipset, dass die Spannungen und der Takt in Ordnung sind. REQ[4:0] W5, Y1, Y3, W7, W9 Eingänge Request-Command-Signale werden vom Ausgänge Busmaster während zwei Taktzyklen (/REQ a,b) für unterschiedliche Funktionen verwendet. Für einige dieser Funktionen sind beim Pentium oder auch 486 einzelne Leitungen vorgesehen. /ASZ[1:0]: Memory Address Space Size /BE[7:0]: Byte Enable /ATTR[7:0]: Attribut-Signale /EXF[4:0]: /DEN, SMM-Mode /DSZ[1:0]: Data Size /DID[7:0]: Deferred Identifier /LEN[1:0]: Data Length I/O-Read, I/O-Write, MEM-Read, MEM-Write Interrupt Acknowledge RESERVED A21, L1, AC1, AE1, – Diese Pins sind nicht angeschlossen. AE45, AG5, AG9, AG39, AG47, AS9, AS47, BA11, BA35, BC11, BC35 /RESET Y41 Eingang Initialisierung der CPU, Zurücksetzen aller Register und des Cache-Speichers /RP AC7 Eingang Request Parity, Paritysignal über /ADS und Ausgang /REQ[4:0] /RS[2:0] AE7, AE5, AC9 Eingänge Response-Status wird vom aktuellen Agent gesendet. /RS[2:0] Status /HITM /DEFER 000 Idle - - 001 Retry 0 1 010 Defer 0 1 011 Reserved 0 1 100 Hard Failure x x 101 Normal, ohne Daten 0 0 110 Transfer Modified Cache Line 1 x 111 Normal, mit Daten 0 0 587 Fortsetzung der Tabelle: Bezeichnung Pin-Nr. Richtung Bedeutung/Funktion /RSP U3 Eingang Response Parity wird, vom aktuellen Agent ausgelöst, zur Signalisierung der Parität verwendet (High: gerade, Low: ungerade). /SMI W1 Eingang System-Management-Interrupt-Eingang zur Einschaltung des SMModus /STPCLK A3 Eingang Stop Clock, Anhalten des Taktes (Stromsparmodus). TCK A5 Eingang Test Clock, das Taktsignal (Boundary Scan, TAP) TDI A13 Eingang Test Data Input, serieller Dateneingang TDO C13 Ausgang Test Data Output, serieller Datenausgang TESTHI A23, A25, AE39 Ausgänge Test-Pins, werden über Pull-Up-Widerstände mit Vcc verbunden TESTLO C21, AS39, AS41, Ausgänge Test-Pins werden über Pull-Down- AS43, AS45, BA13, Widerstände mit Vss verbunden. BA15, BA33, BA37, BC13, BC15, BC33, BC37 /THERMTRIP A17 Ausgang Ausgang der internen Temperaturüber- wachung. Die CPU stoppt bei einer Tempera- tur größer als 135 ºC und signalisiert dies mit /THERMTRIP. TMS C15 Eingang Test Mode Select zur Selektierung der jeweiligen JTAG-Testfunktion /TRDY Y9 Eingang Target Ready zur Signalisierung, dass das Target für eine Datenübertragung bereit ist. /TRST A7 Eingang Test Reset, asynchrone Initialisierung des TAPs (Test Access Port) /UP AG3 Ausgang Upgrade Present, normalerweise offen, denn eine Overdrive-CPU für den PentiumPro gibt es nicht. VCC (siehe Bild 7.56) Eingänge Versorgungsspannung, insgesamt 76 Anschlüsse, die wie folgt unterteilt werden: VccS: Spannung für die CPU VccP: Spannung für den L2-Cache Vcc5: für den CPU-Kühler, nicht verwendet Die eigentliche CPU und der L2-Cache benö- tigen bei einigen PentiumPro-Versionen unterschiedliche Spannungen, wohingegen bei neueren Versionen 3,3 V für beide Ein- heiten verwendet werden. Mikroprozessoren für PCs Teil 4 · Mainboard-Elektronik 588 Fortsetzung der Tabelle: Bezeichnung Pin-Nr. Richtung Bedeutung/Funktion VID[3:0] AS7, AS5, Ausgänge Voltage Identification, Signalisierung, AS3, AS1 welche CPU-Spannung zu verwenden ist VID Spannung VID Spannung [3:0] [3:0] 0000 3,5 V 1000 2,7 V 0001 3,4 V 1001 2,6 V 0010 3,3 V 1010 2,5 V 0011 3,2 V 1011 2,4 V 0100 3,1 V 1100 2,3 V 0101 3,0 V 1101 2,2 V 0110 2,9 V 1110 2,1 V 0111 2,8 V 1111 keine CPU VREF0-VREF6 C7, S7, Y7, A47, Eingänge Referenz-Signale für die Open-Drain-Treiber AE47, U41, AG45 der Gunning Transceiver Logic (GTL-Bus), die der PentiumPro verwendet. Verbunden werden VREF3-0 und VREF4-7, die mit Widerständen den Low- und High-Pegel bestimmen. VSS (siehe Bild 7.56) Eingänge Masse, GND, insgesamt 111 Anschlüsse Tabelle 7.32: Die Signale des PentiumPro Der Standard-Chipsatz für einen PentiumPro ist der Natoma (VS440FX), der eben- falls für die erste Pentium-II-Version zum Einsatz kommt. Andere Hersteller haben keinen eigenen Chipsatz für den PentiumPro vorgestellt und alle Mainboards ver- wenden daher den Intel-Natoma-Chipset. Der Nachfolger des PentiumPro, der über eine entsprechende Multiprozessorunter- stützung verfügt, wird von Intel als Xeon bezeichnet und je nach Typ bildet ein Pentium-II- oder ein Pentium-III-Kern hierfür die Basis. Dabei kommt nicht etwa ein Sockel 8 zum Einsatz, sondern wie beim Pentium II ein spezieller Slot, der aber nicht abwärtskompatibel ist zum Slot-1 des Pentium II und daher als Slot-2 be- zeichnet wird. Der 2-Level-Cache in der großen CPU-Cartridge, in der sich der Xeon verbirgt, hat eine Kapazität von 512 Kbyte, 1 Mbyte oder 2 Mbyte, womit sich diese CPU, die mit mindestens 400 MHz arbeitet, bevorzugt für Serveraufgaben emp- fiehlt. 589 Bild 7.57: Das Layout und die Bedeutung der einzelnen Jumper beim Intel VS440FX-Mainboard für den PentiumPro Mikroprozessoren für PCs Teil 4 · Mainboard-Elektronik 590 Bild 7.58: Eine XEON-CPU verwendet eine recht große Cartridge und ist für Multiprozessoran- wendungen (z.B. mit LX-Chipset) vorgesehen 7.10 Pentium II und Pentium III Der erste Pentium II (Klamath) wurde von Intel kurz nach den MMX-CPUs vorge- stellt und besitzt ebenfalls die entsprechenden Multimediaerweiterungen (MMX). Im Prinzip steckt im Pentium II der Kern eines PentiumPro mit MMX-Befehlssatz. Der L1-Cache wurde wie schon bei den MMX-CPUs von je 8 Kbyte auf je 16 Kbyte (Daten und Programmcode) vergrößert. Der L2-Cache, dem der PentiumPro zum großen Teil seine Leistungsfähigkeit verdankt, befindet sich nun allerdings nicht mehr im gleichen Gehäuse wie der CPU-Kern, sondern sitzt in einem separaten Chip mit dem eigentlichen Prozessor zusammen auf einer speziellen Einsteckkarte, die ihren Platz in einem speziellen Slot auf dem Mainboard findet. Dieser Steckplatz wird als Slot One bezeichnet und besteht aus insgesamt 242 Kon- takten. Die bisher üblichen Sockel oder genauer die hierfür passenden CPUs waren damit aus der Sicht von Intel zum baldigen Aussterben verurteilt, was dann auch für den PentiumPro (mit Sockel-8-Layout) galt, der demgegenüber jedoch über eine Multiprozessorunterstützung verfügt, während Pentium-II-Systeme maximal zwei CPUs unterstützen können. Außerdem wird der L2-Cache beim Pentium II – im Gegensatz zum PentiumPro – nur mit dem halben CPU-Takt betrieben. Der Grund für die Rückkehr zur Auslagerung des L2-Cache aus dem CPU-Chip ist wohl allein in den Herstellungskosten zu sehen, denn wenn bei der Montage des Pentium Pro – dem Einbau und dem Verdrahten (bonden) der CPU mit dem L2- Cache – eine Beschädigung auftrat, konnte man den kompletten Chip nur noch wegwerfen. 591 Bild 7.59: Der Pentium II mit entferntem SEC-Gehäuse – er setzt sich aus der eigentlichen CPU, dem L2-Cache-Controller und einem L2-Cache von 512 Kbyte zusammen; diese Bauele- mente befinden sich auf einer beidseitig bestückten Platine Auf der Pentium-II-Einsteckkarte befinden sich der Prozessor (GC80522PX), der aus vier Bausteinen aufgebaute L2-Cache mit einer Gesamtkapazität von 512 Kbyte sowie das dazugehörige TAG-RAM (S82459AB), die einzeln getestet und auf her- kömmlichem Wege (löten) auf die Platine (siehe Bild 7.59) gesetzt werden können, was den Ausschuss bei der Herstellung maßgeblich reduziert. Die Pentium-II-Platine befindet sich in einem recht klobig wirkenden Gehäuse, welches als Single Edge Contact (SEC) bezeichnet wird und mit einem Kühlkörper versehen ist. Das Prinzip, die CPU und den Cache-Speicher sowie weitere Elektronik auf einer speziellen Karte unterzubringen, ist allerdings nicht neu und wurde schon vor Jahren von anderen Firmen wie AMI (Flex CPUs) oder ALR (CPU-Card) prakti- ziert, die sich jedoch alle aufgrund ihrer herstellerspezifischen Lösungen nicht am Markt durchsetzen konnten. Eine Verbesserung gegenüber dem PentiumPro wurde beim Pentium II allerdings auch vorgenommen: Um den Leistungseinbruch bei 16-Bit-Applikationen zu behe- ben, wurden Segment-Register-Caches implementiert. Jede CPU für PCs muss insbe- sondere im 16-Bit-Betrieb laufend zwischen verschiedenen (Speicher-) Segmenten umschalten, was weniger Zeit kostet, wenn diese Registerinhalte zwischengespeichert werden können, wie es nunmehr beim Pentium II praktiziert wird. Mikroprozessoren für PCs Teil 4 · Mainboard-Elektronik 592 Bild 7.60: Der Pentium II im Größenvergleich zu einer Pentium-CPU Die zweite Pentium-II-Generation wurde im Frühjahr 1998 von Intel präsentiert und wird auch als Deschutes bezeichnet. Die CPU-Taktrate wurde von zuvor maxi- mal 300 MHz auf 333, 350 oder 400 MHz – je nach CPU-Typ – gesteigert, wobei die Versionen mit 350 und 400 MHz einen Systemtakt von 100 MHz (statt 66 MHz) und dementsprechende PC100-DIMMs benötigen. Der Deschutes verwendet zwar die gleiche Platine wie der Klamath, allerdings wer- den hier für den 2-Level-Cache schnellere Pipelined-Burst-Chips mit einer Zugriffs- zeit von 5ns eingesetzt, beispielsweise die Typen KM736V604MT-5 der Firma Samsung, die, wie die eigentliche CPU, vom Kühlklotz des Pentium II eine ausrei- chende Kühlung erfahren müssen. Der höhere Takt gegenüber einem Klamath führt zwar zu einer höheren Transferrate, was in der Praxis jedoch kaum spürbar ist, da die PC-typische Systemleistung eher durch den L2-Cache als durch die Bustransfers bestimmt wird. Die L2-Cache-Größe beträgt sowohl beim Klamath als auch beim Deschutes 512 Kbyte. Auch funktionell sind beide Pentium-II-Versionen ansonsten identisch. Etwas aufwendig mutet die gesamte Mechanik rund um den Pentium II an. Auf dem Mainboard sind zwei Halterungen und am Pentium II ein Kühlkörper zu montie- ren, der üblicherweise auch noch einen Lüfter besitzt. Die eine Halterung, die sich vor dem Slot 1 befindet, nimmt dann den »Pentium-II-Klotz« auf und die zweite dient zur Abstützung des Klotzes nach hinten. Von einigen Mainboards wird ein Temperatursensor unterstützt, der mit einem Klebeband am Kühlkörper zu montie- ren ist und für einen Alarm bei einer zu hohen Temperatur sorgt. 593 Bild 7.61: Die Montage eines Pentium II ist recht aufwendig und erfordert einiges Zubehör, das zum Lieferumgang des Mainboards gehört Mikroprozessoren für PCs Teil 4 · Mainboard-Elektronik 594 Bild 7.62: Der Slot 1 und die montierten Halterungen auf einem Pentium-II-Mainboard; unter der Halterung für die Abstützung des Kühlkörpers befindet sich der 82443LX, der mit dem PIIX4 zusammen den kompletten Pentium-II-Chipsatz darstellt An der Pentium-II-Cartridge sind auch noch einige Montagearbeiten vorzunehmen, bevor sie auf das Mainboard in den Slot 1 eingesetzt werden kann. Ein Plastik- rahmen ist »aufzuschnappen« und darauf gehört der Kühlkörper, der mit einer Klammer am »Pentium-II-Klotz« zu befestigen ist, wie es im folgenden Bild er- kennbar ist. Bild 7.63: Für die Pentium-II-CPU wird ein Plastikrahmen und ein Kühlkörper mit Lüfter benötigt 595 Einen Upgrade-Pfad von einem PC mit Pentium-CPU (Sockel 7) zu einem Pentium-II-System gibt es im Prinzip nicht. Es wird auf jeden Fall ein neues Mainboard (mit Slot One) benötigt, welches vorzugsweise in der ATX-Bauform her- gestellt wird und was daher möglicherweise auch ein neues Gehäuse mit ATX-Netz- teil erfordert. Neue Speicherbausteine sind meist auch noch nötig, da Pentium-II- Systeme eben DIMMs erfordern und in der Regel keine PS/2-SIMMs mehr aufnehmen können. Der Schritt von einen Pentium- zu einem Pentium-II-System will gut überlegt sein, ist aus leistungstechnischen Gründen jedoch nicht unbedingt nötig, da insbesondere die Firma AMD CPU-Alternativen (z.B. AMD-K6-3) anbietet, die sich in einem Sockel 7 betreiben lassen. Bild 7.64: Der montierte Pentium II Das Slot-1-Konzept ist auf jeden Fall relativ aufwendig und damit in der Herstel- lung auch weit teurer als ein System mit einem Sockel 7. Nicht ohne Grund hat Intel nach kurzer Zeit auch den Celeron (siehe folgendes Kapitel) auf den Markt gebracht und auch die Cartridge für den Pentium II und den Nachfolger Pentium III geändert. Mikroprozessoren für PCs [...]... die Signale werden mit REQ[4:3] übertragen und kennzeichnen den jeweiligen Adressbereich /ASZ1 /ASZ0 Bereich 0 0 0 . gegenüber einem Klamath führt zwar zu einer höheren Transferrate, was in der Praxis jedoch kaum spürbar ist, da die PC- typische Systemleistung eher durch den L2-Cache als durch die Bustransfers bestimmt. wohingegen bei neueren Versionen 3,3 V für beide Ein- heiten verwendet werden. Mikroprozessoren für PCs Teil 4 · Mainboard-Elektronik 588 Fortsetzung der Tabelle: Bezeichnung Pin-Nr. Richtung Bedeutung/Funktion VID[3:0]. Bedeutung der einzelnen Jumper beim Intel VS440FX-Mainboard für den PentiumPro Mikroprozessoren für PCs Teil 4 · Mainboard-Elektronik 590 Bild 7.58: Eine XEON-CPU verwendet eine recht große Cartridge