Hardver ismeretek. Szakolczay Zsolt szakdolgozata (2001) alapján. Számítógép Ház Alaplap Processzor Memória...

Átírás

1 Hardver ismeretek Szakolczay Zsolt szakdolgozata (2001) alapján Számítógép... 3 Ház... 9 Alaplap Processzor Memória Mágneslemez Mágnesszalag CD Monitor Videokártya Billentyűzet Egér Szkenner Nyomtató Hangkártya Hálózati kártya Modem... 64

2

3 Hardver ismeretek 3 Számítógép A számítógép egy olyan be- és kimenettel rendelkező elektronikus automata, mely szoftverek alapján a hardvert működteti. A szoftver (software) a számítógépet működtető programok összessége, melyek algoritmusokat (műveletsorokat) tartalmaznak (valamint ezek dokumentációi). A hardver (hardware) olyan eszközök halmaza, melyek fizikailag kézzelfoghatóak (a számítógép áramkörei, mechanikus berendezései, perifériái). A kettő fogalom között létezik egy átmenet is, melyet frömvernek (firmware-nek) nevezünk. Ilyen pl. a ROM-BIOS. Ezt is ebben a fejezetben tárgyalnánk, hiszen sokkal inkább hardver, mint szoftver eszköz, hiszen az alaplapra gyárilag rászerelik. A számítógépek alaptulajdonságai 1. Tároló egység (memória) a programot és az adatot tárolja, 2. Processzor (CU, ALU) a programok utasításait, adatait értelmezi és feldolgozza, majd az eredményt továbbküldi, 3. Sínredszer (BUS system) a perifériák, a tároló egységek és a processzor közötti kapcsolatot valósítja meg, 4. Perifériák (input, output) a külvilággal, a számítógépet felhasználó emberekkel teremti meg a kapcsolatot. Működési csoportosítás A számítógépek összehasonlításához ki kell választani azokat a legjellemzőbb tulajdonságokat, melyek alapján hasonló gépek egy halmazba kerülhetnek. Számtalan csoportosítási lehetőség van, de néhány szempontot mégis érdemes kiragadni. Az egyik az utasításkészlet szerkezete. CISC (Complex Instruction Set Computer): A '60-as évek végére kialakult, bonyolult utasításokból álló utasításkészlettel rendelkező és igen sokféle címzési módot megengedő számítógépeket (processzorokat), melyek mikro-programozott műveleti vezérléssel dolgoznak, összetett utasítás-készletű számítógépeknek (processzoroknak) nevezzük. Ilyenek a PC-k. RISC (Reduced Instruction Set Computer): A teljesítőképesség növelése érdekében a '80- as évek kezdetétől, az utasításkészlet egyszerűsítésével (kevés, viszonylag egyszerű címzési lehetőséggel rendelkező utasítás használatával) a számítógépek architektúráját is egyszerűsíteni lehetett, melynek következtében teljesítőképességük nőtt. Ezek az ún. csökkentett utasítás-készletű számítógépek. Csoportosíthatjuk még tulajdonságaik alapján is. A gépek műveleti sebessége, vagyis az az utasításszám, amelyet átlagosan egy időegység alatt dolgoz fel a gép. Az így mért sebesség mértékegysége a MIPS (millions of instruction per second), vagy MOPS (millions of operations per second), de használják még a lebegőpontos aritmetikai műveletszámra vonatkozó MFLOPS-ot (millions of floating point operations per second) is.

4 Hardver ismeretek 4 A számítógépek órajel frekvenciája. A gépek órajel sorozata szinkronizálja (időben összehangolja) az egyes részek működését, biztosítja a párhuzamos folyamatok egymásmellettiségét és megszabja a számítógép működési sebességének felső korlátját. Egy ma használatos átlagos mikroszámítógép órajel frekvenciája eléri a 200MHz-et. Az áramköri egységek technológiája. A gép logikai áramköreinek előállítási technológiája nagymértékben befolyásolja azok működési sebességét. A belső és a külső sínrendszer szélessége, azaz annak értéke, hogy hány bináris jelet tud egy időben, párhuzamosan továbbítani. A személyi számítógépek ma már elérik a 64 bitet is. Az utasítások és műveletek végrehajtásakor, azok átlapolhatóságának lehetősége (pipeling). A használt szóhosszúság, azaz azon bináris jelsorozat hossz, amit az utasítások végrehajtásakor a gép egy egységként kezel. A PC-k szóhosszúsága 2 byte nagyságú. A memória adatátviteli sebessége (Mbyte/sec)-ban mérve. Ennek nagyságát a memória ciklusideje és a sínrendszer szélessége szabja meg. A perifériális egységek adatátviteli sebessége ((Mbyte/sec)-ban mérve), amely a perifériák működési sebességétől és a periféria vezérlők kapacitásától függ. A számítógépek teljesítőképességük alapján három csoportba sorolhatók: kis-, közepes és nagygépek. Természetesen élesen nem különíthetőek el egymástól. A nagygépek (mainframe): nagy műveleti sebességűek, tárolójuk nagy kapacitásúak, perifériáik nagy teljesítményűek. Ezeket a gépeket elsősorban tudományos számításokhoz, nagyvállalati adatfeldolgozáshoz használják. A gépeket szintén nagy teljesítményű operációs rendszerrel látják el, amelyek a gépek használatát nagy számú felhasználónak teszik lehetővé egy időben. Általában központi gépekként szolgálnak számítógéphálózatokban. A középgépek (mini computer): memóriájuk kisebb kapacitású, sebességük is alacsonyabb. Kisebb adatmennyiséggel dolgoznak, többnyire folyamatvezérlési, mérésfeldolgozó rendszerek kiszolgáló gépeikét alkalmazzák őket. Viszonylag nagyszámú felhasználó kapcsolódhat rá. Általában bonyolult grafikai feladatokat (pl. térinformatikai rendszerek, mérnöki tervezőrendszerek - CAD/CAM) végeztetnek munkaállomásként. A kisgépek (micro computer): teljesítményük viszonylag alacsony, többnyire önállóan, személyi számítógépként használják őket. A csoport nagy teljesítményű tagjai munkaállomásként, hálózati kiszolgálóként (server-ként) működnek. Ebbe a csoportba tartoznak az IBM PC kompatíbilis számítógépek.

5 Hardver ismeretek 5 A számítógépeket csoportosíthatjuk azokkal feldolgozott utasításfolyam és adatfolyam vizsgálata alapján. Ennek jelentősége csak a bonyolultabb számítógép architektúrák befolyásolásánál van. SISD (Single Instruction Stream Single Data Stream): egyetlen utasításfolyam és egyetlen adatfolyam feldolgozása. Az ilyen gépek egy vezérlő egységgel és egy aritmetikai-logikai egységgel rendelkeznek, egy időben egyetlen utasítás végrehajtására alkalmasak. Ilyenek a hagyományos, Neumann-elvű számítógépek (pl. PC-k). SIMD (Single Instruction Stream Multi Data Stream): egyetlen utasításfolyam, többszörös adatfolyam feldolgozása. Ezek a gépek egy vezérlő egységgel és több aritmetikai-logikai egységgel rendelkeznek. Egy időben ugyanazt az utasítást hajtja végre több adaton. Ilyenek a vektor- vagy tömbprocesszoros számítógépek. MISD (Multi Instruction Stream Single Data Stream): több utasításfolyam alapján egyetlen adatfolyamat feldolgozása. Valójában ilyen gépek nincsenek, de bizonyos értelemben ide vehetjük a pipeline feldolgozást alkalmazó számítógépeket. MIMD (Multi Instruction Stream Multi Data Stream): több utasításfolyam és több adatfolyam feldolgozása. Ebbe a csoportba tartoznak a multiprocesszoros gépek. A nagygépek és a kisgépek közötti különbségek: A nagygépek belső és külső perifériális teljesítménye és megbízhatósága jóval nagyobb, mint a kisgépeké. A kisgépek központi egysége, processzora egyetlen integrált áramköri egységet alkot, míg a nagygépek általában több egységűek. A kisgépek összeszerelt állapotukban általában egyetlen házban vannak elhelyezve, míg a nagygépek mérete akár több szekrény nagyságúak is. A magas integráltságú áramkörök (VLSI) nem hoznak létre különbséget, hiszen ma már szinte minden gép kihasználja az áramkör-technika legmagasabb fokát. A számítógépek struktúrája A különböző számítógépek felépítését mindig egy alapgondolat határozza meg. Tipikus architektúra-elvek 6 tipikus architektúra (struktúra) létezik, melyek jelentős mértékben különböznek egymástól.

6 Hardver ismeretek 6 1. Neumann-elvű számítógépek: A gép vezérlése tárolt program alapján történik. A gép irányítása vezérlésáramlásos rendszerű, azaz a számítógép vezérlő egysége a tárolt program utasításait egyenként sorra véve oldja meg az adott feladatot. az automatikus programvégrehajtás egyszerűsítése végett a vezérlő egységben egy utasításszámláló regiszter tárolja a soron következő utasítás tárolóbeli helyének címét. A gép egy közös tárolót tartalmaz, amely egyaránt tárolja a program utasításait és az utasítások által feldolgozandó adatokat is. A program és az adatok kódolására bináris kódrendszert alkalmaz. A program utasításai által kívánt aritmetikai és logikai műveletek elvégzésére egy önálló egység, az ALU szolgál. Az adatok és a program bevitelére/kihozatalára önálló egységek szolgálnak. A teljesítmény növelésében akadályt jelent a processzor és a tároló közötti adatátviteli sebesség korlátozottsága, amelyet a közös program- és adattárolás, vagyis az utasítások soros feldolgozása csak fokoz. A Neumann-elvű gépek az SISD csoportba tartoznak. A működésük gyorsításához, a teljesítmény növeléséhez kevés lehetőség van. A számítógép erőforrásainak egyenletesebb leterhelésére a multiprogramozott üzemmódot alkalmazzák. A funkcionális egységeket többszörözik, multifunkcionális processzort alakítanak ki. A processzor tevékenységeket és az I/O műveleteket átlapolással, spooling technikával oldják meg. 2. Harvard-architektúrájú számítógépek: A Harvard-architektúrájú számítógépek felépítése ugyanaz, mint a Neumann-elvű gépeké, csupán abban különbözik, hogy külön program és külön adattárolót használ a processzor. A két tárolási funkció szétválasztásával csökken a közös sínrendszer használatából eredő szűk keresztmetszet, így növelhető a gép teljesítménye. Ezek a gépek szintén az SISD csoportba tartoznak. A külön tárolók használata megszünteti a programutasítások felülírásának lehetőségét, így a futó program nem tudja módosítani önmagát. 3. Vektorszámítógépek: A matematikai-tudományos számítások körében gyakran kell számsorozatokkal, vektorokkal műveleteket végezni. Ezekre a műveletekre jellemző, hogy azonos számításokat kell elvégezni egymás után. Az adatsoron történő műveletvégzés lehetőséget ad azok átlapolt (pipeling) végrehajtására és ezzel a teljesítmény növelésére. A vektorszámítógépek a folyamatok kezelése szempontjából az SIMD csoportba tartoznak. A vektorprocesszorok teljesítménye függ az adatátlapolás hosszától. Minél több elem feldolgozását lehet átlapolni, annál inkább növekszik a processzor teljesítőképessége. Meg kell oldani a vektorelemek tárolóból történő lehívásának és visszatöltésének hatékony

7 Hardver ismeretek 7 módját is, hiszen a tároló elérési ideje jelentősen csökkenti a számítógép teljesítményét. Ennek megakadályozására a műveletvégző egység előtt és után regiszterláncot alkalmaznak az adatok ideiglenes tárolására, és a tárolóterület több részre felosztva, a vektorelemeket sorra az egymást követő memóriablokkból készíti elő a processzor. Teljesítőképességüket erősen rontja az, ha skalár mennyiségekkel kell dolgoznia, mert áthaladásuk a feldolgozó láncon időveszteséget okoz, ezért a vektorprocesszorok mellett külön processzor áll rendelkezésre. 4. Tömbprocesszoros számítógépek: A tömbprocesszoros számítógépek a vektorszámítógépek továbbfejlesztett változata. A gépek több processzorral és ehhez kapcsolódó memóriamodullal rendelkeznek. A vektor- és mátrixműveletek végrehajtásának sebessége nagymértékben növelhető, ha valódi párhuzamos műveletvégzés (nem átlapolás) történik a gépekben, vagyis minden processzoron ugyanazt a műveletet hajtja végre a gép, a vektorok vagy a mátrixok különböző elemeivel. Ezek a gépek is az SIMD csoportba sorolhatók. A processzorokat és a memóriamodulokat egy vezérelhető kapcsolóhálózat köti össze, amely lehetővé teszi bármelyik processzor összekapcsolását bármelyik modullal. 5. Multiprocesszoros számítógépek: A teljesítőképesség növelésének következő lépcsőfoka a több processzor használata. Lényeges, hogy a processzorok között feladatmegosztás legyen. Ezek a gépek az MIMD kategóriába tartoznak. A processzorok közötti, illetve a processzorok és a megosztott memóriamodulok kapcsolatok megvalósítására szolgáló hálózat statikus és dinamikus is lehet. Statikus hálózat esetében a processzorok között állandó struktúrájú a kapcsolatok kiépítése, dinamikus hálózat esetében a processzorok közötti kapcsolatokat igényeknek megfelelően lehet kialakítani. A csomópontokban (processzorokban) elhelyezkedő egységek között az adatok továbbítása általában egységes formájú üzenetekben történik. Az üzenetek tartalmazzák a célállomás (fogadó processzor) azonosítóját, valamint a feldolgozandó adatokat és egyéb kiegészítő információkat. 6. Adatvezérelt számítógépek: Az adatvezérelt számítógépek alapjaiban különböznek a Neumann-elvű gépektől. A vezérlés-áramlásos soros utasítás-feldolgozása helyett a feladatokhoz szükséges adatoktól függ a műveletek végrehajtása. A számítógép logikai struktúráját az elvégzendő műveletek egymáshoz kapcsolódását leíró adatáramlási gráf határozza meg. A csomópontokhoz vannak hozzárendelve az elvégzendő műveletek. Egy-egy ilyen hozzárendelés aritmetikai és logikai műveletek elvégzését, több befutó adat közüli választást, egy adat valamely irányba történő irányítását eredményezi. A gráf éleihez a csomópont által igényelt adatok, illetve a művelet eredményeként keletkező adatok vannak hozzárendelve. Az adatáramlási gráf alapján készíti el a fordítóprogram annak programgráfját, amely kijelöli a műveletet és a kapcsolódó adatokat. Az adatvezérelt számítógépek multiprocesszoros rendszerek, amelyben a processzorokat egy kapcsolóhálózaton keresztül kötik egymáshoz és minden ütemben az adatok egy-egy processzor-pár között mozognak az adatokban előírt módon.

8 Hardver ismeretek 8 Minden körben a bemeneti adatok és a kimeneti adatok (eredményadatok) kiegészítésre kerülnek a következő elvégzendő utasítás azonosítójával, majd a megjelölt utasítás alapján, a rendszer összepárosítja azzal az adattal, amelynek utasításazonosítója ugyanaz. Ezt követően a programtárolóból kikeresi az utasítás műveleti kódját és hozzáteszi az adatcsomaghoz, majd ezt még kiegészíti az eredmény következő felhasználási helyének címével. Az így összeállított adatcsomag kerül a processzorba, ahol az előírt utasítás végrehajtása megtörténik. A kapott eredmény a kapcsolóhálózat segítségével jut tovább a következő végrehajtási lépés előkészítési fázisába, vagy kerül ki a gépből. Neumann-elvű számítógépek felépítése, erőforrásai A Tipikus architektúra-elvek alatt már szó volt a Neumann-elvű gépekről. Mivel a PC-k is ebbe a csoportba tartoznak, bővebben kitérünk erre az elvre. A hagyományos (Neumann-elvű) számítógépek felépítésének kidolgozásában hatalmas szerepet játszott a magyar származású Neumann János. Az 1940-es évek közepén fejlesztették ki azt a számítógépet, amely tárolt program alapján dolgozott soros feldolgozás szerint. A mai számítógépek többsége így működik. A közös adat- és programtároló alkalmazásának következménye az, hogy a program utasításait a végrehajtás során át lehet írni - mintha az is adat volna. Ezt a lehetőséget ma már nem célszerű kihasználni, hiszen egyrészt a rendelkezésre álló tárolóhely nagysága már többnyire elegendő, másrészt a programok bonyolultsága olyan fokú lett, hogy az ellenőrizhetőség hosszadalmas. Az automata gép hatékonyságának növelésére különböző önálló egységeket hoztak létre. A mikroszámítógépek esetében ez az elkülönítés már igen jól látható, mivel az egyes egységek vagy egy-egy integrált áramköri egységben (IC-ben), vagy egy-egy áramköri kártyán találhatók. A számítógép több funkcionális 5 főegységre bontható. Ez a központi egység, a háttértárolók, a perifériák és a sínrendszer. A különböző egységek mindig az alaplapon, vagy az alaplapra kapcsolva találhatók. A PC alaplapja a processzorra, a memóriára és a sínrendszerre épül. Erre kapcsolódnak a különféle perifériák.

9 Hardver ismeretek 9 Ház A ház (mechanika) külseje teljesen változatos lehet, mégis 2 fő megjelenési formát tudunk elkülöníteni: desktop (asztali, fekvő elrendezésű), torony (álló elrendezésű), ezen belül mini-, midi-, és nagytorony. Léteznek AT, ATX-es számítógép házak, amelyekben különböző tápegység van. Az AT házak mechanikus kapcsolóval kapcsolható be és ki a számítógép, az ATX-es házak mechanikus nyomógombbal kapcsolhatók be és ki, vagy szoftveresen kapcsolhatóak ki. Az ATX-es ház impulzusjeleket használ. Az asztali számítógépekben 2 vagy 3 db 5Ľ-es hely van, ahova helyezhetünk, 5Ľ-es floppyt (hajlékonylemez meghajtó) vagy 3 -et átalakító keretben, winchestert (merevlemez meghajtó) és CD olvasót/írót, stb. Található rajta 1 db 3 -es foglalat, ide rakhatunk a 3 -es floppy meghajtót vagy streammer meghajtót. A minitoronyban 2 db 5Ľ-es hely van és 2 db 3 -es. A miditoronyban 3 db 5Ľ-es hely van és 2 db 3 -es. A nagytoronyban 5 vagy 6 db 5Ľ-es hely van és 2 db 3 -es. A ház előlapján különböző gombok és lámpák (ledek) találhatók. Ezek elhelyezése, formája, színe igen változatos. Mindenképpen találhatunk egy főkapcsolót, amellyel áram alá helyezhetjük a számítógépet (ez lehet a ház oldalán vagy hátulján is). Ezt az állapotot egy "Power" feliratú lámpa is jelzi. Másik gyakori gomb a "Reset", melynek megnyomásával újraindíthatjuk a számítógépet, mintha egy rövid áramszünetet csinálnánk. A "Turbo" feliratú gomb (ha van) a processzor sebességét (órajel gyakoriságát) tudja két érték között változtatni. Ez általában egy lámpa is szokta jelezni, de van digitális kijelzővel ellátott gép is, mely a két értéket számmal is megjeleníti. Néhány géptípuson az előlapon található egy zár kis kulccsal. Ennek feladata az, hogy üzemem kívül a gépet lezárva blokkolni lehet a billentyűzetet, így a gépet idegen nem tudja használni. Mivel ezt a védelmet könnyű hatástalanítani, ezért az újabb gépeken már más védelmet alkalmaznak. Tápegység A PC házaiban hálózati feszültségről működő tápegység van. A PC házak méretüktől függően W teljesítményű tápegységet tartalmaznak. Ezek a 220 V-os hálózati feszültségről üzemeltethetők az európai szabványnak megfelelően. Terhelt állapotban a feszültségek egymáshoz viszonyítva legfeljebb 300 ms késéssel elérik a megadott értékeket. A tápfeszültség esetleg rövidre zárása esetén a felépítésnek köszönhetően a tápegység nem károsodik, mert 20 ms-on belül az összes kimenet lezárásra kerül. A napjainkban kapható PC házak tápegységeit rendszerint 2 tápcsatlakozóval szolgáltatják. Ezek közül a két 6 érintkezőset az alaplapra (a fekete föld jelöléssel a közép felé) kell csatlakoztatni. A többi 4 az egyes meghajtók áramellátását szolgálja. Ennek két típusa van, egy a 5,25"-es, egy a 3,5"-es meghajtókhoz.

10 Hardver ismeretek 10 Alaplap A 286-os alaplap korában az Intel melletti utángyártók ötlete volt, hogy az alaplap szabványos rendszerelemeit (8237, 8259A, 8254 stb.) célszerű lenne berendezésorientált áramkörökbe integrálni, mert egyszerűbb és megbízhatóbb lesz az alaplap. Az ötlet annyira bevált, hogy a következő processzor és alaplap generációknál következetesen továbbvitték egészen a mai napig. Az eredmény egy szinte átláthatatlan dzsungel lett. Számos gyártó sok különböző elemkészletet (Chipset, lapkakészlet) állított elő, melyek hardveroldalról teljesen eltérnek egymástól, és a mindenkori BIOS feladata szoftveroldalról közös szintre hozni őket. A lapkaháborúba az Intel sokáig nem szállt be, a Pentium processzorokhoz készített Triton lapkakészlettel azonban De-facto szabványt hozott létre. A funkcionális elemek egybeintegrálása mellett a lapkakészletek egyre inkább az új technológiai megoldások nélkülözhetetlen segítői lettek (pl. AGP-kártya, PCI-ISA-híd), melyekhez többnyire hajlékonylemezen adott meghajtóprogramok tartoznak. A következőkben röviden átnézzük az ismertebb lapkakészleteket a processzorok és a gyártók függvényében os alaplap A 286-os gépek NEAT alaplapjaihoz néhány cég gyártott lapkakészletet (Chips and Technologies, Suntac, Sis stb.). A készletek közös jellemzője, hogy programozható konfigurációs regiszterekkel rendelkeznek, melyek beállítására a SETUP menüben megjelent az ADVANTED és EASY NEAT CHIPSET REGISTER SETUP (vagy hasonló) menüpont. A készletben lévő elemek száma (kezdetben 4) fokozatosan csökkent egészen az egymorzsás alaplapig. Mintaként a Sis gyártmányú lapkakészletet mutatjuk be. A SiS lapkakészlet három tagból áll, melyek az alábbi feladatokat látják el: 85C401 CPU vezérlés: Gyorstár vezérlés, DRAM vezérlés, árnyék RAM beállítások, gyors A20 Gate átváltás, DRAM átlapolt és lapmódbeállítás, Weitek társprocesszor interfész. 85C402 sínvezérlés, adatpuffer: ISA sínvezérlés, sín órajel beállítás, paritás logika, NMI logika, várakozó állapot logika. 85C206 perifériavezérlés: Két 8259A PIC, két 8237 DMA, 74LS612 DMA lapregiszter, 8254 CTC, MC CMOS óra, egyéb perifériasín-apróságok os alaplap A 386-os alaplapok lapkakészlete hasonlít a 286-os elemekhez. A legfontosabb módosítás a 32 bites sín kezelése. Több gyártó készített chipkészletet, ezekben a leggyakoribb áramkör a 28G-os készletek C206os perifériavezérlője. Mintaként a Chips and Technologies cég CS8230 típusú készletet mutatjuk be. A CS8230 AT/386 lapkakészlet hét VLSI áramkört tartalmaz a 386-os PC AT kompatíbilis rendszerek alapfunkcióinak ellátásához. A 82C20G integrált perifériavezérlővel

11 Hardver ismeretek 11 kiegészítve teljes AT gép építhető fel mindössze 40 IC-t használva (memória áramkörök kivételével). A készlet az alábbi elemeket tartalmazza: 82C301 sínvezérlő: AT sín időzítése, I/O és memória műveletek várakozó állapotai, sínállapotok vezérlési logikája, 3 konfigurációs regiszter, "B" port. 82C302 tárvezérlő: Átlapolás és lapmód beállítás, tárelérés döntési logika (CPU, DMA és frissítés), 14 konfigurációs regiszter. 82C303/82C304 címsín interfész: Címdekóder a többi chip számára, interfész a helyi, periféria és rendszersín között, portcím dekóder kimenetek. 82C305 adatsín interfész (2 darab): Kapcsolat a helyi, rendszer és U O csatornasín között, adatkonverzió. 82C306 vezérlőjel puffer: 14 MHz-es oszcillátor, paritás áramkör os alaplap A PCI felület (Peripheral Components Interconnect) bevezetésével a lapkakészletek felépítése alapvetően megváltozott. A PCI- és az ISA-felület közötti kapcsolat kezelésére először az Intel készített lapkészletet. Ez érthető, hiszen a PCI fejlesztésében az Intel jelentős részt vállalt. Az Intel lapkakészlet a Saturn fantázianevet kapta, és a következő áramkörökből áll: 82424TX gyorstár/dma vezérlő (CDC): A CDC összeköti a CPU sínt a PCI sínnel, előállítja a cím és vezérlő jeleket, gyorstárat és DRAM vezérlőt tartalmaz. Közvetlen kapcsolatban áll a DPU-val, mely az adatirányításért felelős. A két áramkör azért került külön tokba, mert túl sok kivezetéssel rendelkeznek TX adatút egység (DPU): Az adatút egység adatvonal meghajtókat tartalmaz, más készletekben a rendszervezérlő áramkörben található IB rendszer bemenet/kimenet (SIO): A PCI és ISA sín közötti felületet a SIO valósítja meg. Tartalmazza azokat a szabványos elemeket, melyekből az ISA és EISA PC-k felépülnek (időzítő, megszakításvezérlő, DMA vezérlő, továbbá a PCI sínhozzárendelőt, mely a CDC-vel együtt két PCI mestert tud kezelni.

12 Hardver ismeretek 12 Pentium alaplap Intel lapkakészletek Az Intel a 486-os PCI lapkakészletről igen gyorsan váltott Pentium processzorokra, de az eredmény nem volt igazán lenyűgöző. A 4 elemből (82434LX, 82378IB és két 82433FX) álló Mercury fantázianevű Intel készlet volt az első, Pentium processzorhoz készült készlet. Sajnos mind a MHz-es processzor, mind a hozzá készült lapkakészlet zsákutcának bizonyult. Nem nyújtottak nagyobb teljesítményt, mint egy jó 486DX2-es rendszer, és sokkal többe kerültek. A Mercury készletet nem Pentium tulajdonságokhoz fejlesztették, csak egy továbbfejlesztett 486-os PCI lapkakészlet volt. Az első igazi Pentium képességű lapkakészletet az Intel viszonylag későn jelentette meg. A Triton fantázianevű készlet (82430FX) az alábbi négy elemből áll: 82437FX Triton rendszervezérlő (TSC): Tartalmazza a gyorstár és operatív tár vezérlőegységet. A vezérlőegység felelős a CPU, gyorstár, operatív tár és PCI sín között adatátvitelért. A 2. szintű gyorstár támogatja a visszaírás (write back) üzemmódot, kapacitása legfeljebb 512 kbájt. A gyorstár szabványos, csoportos (burst) vagy adatcsatornás (pipelined) csoportos statikus RAM elemekből épülhet fel FX Tl-iton adatút (TDP) 2 darab: A két TDP feladata a TSC-vel együttműködés támogatása legfeljebb 128 Mbájt szokásos vagy EDO RAM kapacitásig FB PCI ISA IDE gyorsító (PIIX): Az áramkör a PCI-ISA hidat valósítja meg, a korábbi SIO áramkör továbbfejlesztett változata. A PIIX felelős a teljes ISA sín kommunikációért. Két DMA és megszakításvezérlőt, időzítőt, energiatakarékos tápellátásvezérlőt és kibővített IDE felületvezérlőt tartalmaz legfeljebb négy eszköz számára (merevlemez, CD-ROM). A Triton FX készletet az Intel igen gyorsan továbbfejlesztette. Az új készletek egymástól alig különböznek, mindegyik a típusjelet viseli, csak az utána következő betű változik meg. Fontos technológiai lépést jelentett, hogy a TDP áramkört beleintegrálták a TSC IC-be. A PIIX áramkör is folyamatosan fejlődött. Először megjelent az USB (Universal Serial Bus, általános soros sín), azután a gyorsabb SDRAM áramkörök támogatása, majd az Ultra- DMA/33 átvitel a megfelelő merevlemez-meghajtókhoz. Az EIDE merevlemezeknél Ultra- DMA átvitel használatához kiegészítő meghajtót (Bus Master Device Driver) kell betölteni, mely az alaplaphoz mellékelt hajlékonylemezen több operációs rendszer változatban található meg. A 430TX változat PIIX4 áramkörénél esetenként előfordulhat, hogy a csökkentett (3,3 V) tápfeszültség miatt az ISA bővítőkártyák vagy a merevlemez-meghajtók nem működnek megbízhatóan. A 430VX és TX áramkörök hibájaként róható fel, hogy a gyorsítható memória legfeljebb 64 Mbájt méretű. Ennél nagyobb memóriával rendelkező gépeknél (pl. NT szerver) emiatt jelentős teljesítménycsökkenés érzékelhető. Az Intel szerint, ha valakinek 64 Mbájtnál több memória kell, vegyen Pentium II processzoros alaplapot.

13 Hardver ismeretek 13 Nem Intel lapkakészletek Az Intel mellett más lapkagyártók is készítenek készleteket, de ők még nem jósolják a Socket 7 processzorok végét. Az utángyártók lapkakészletei a gyorsítható memória méretének növelésére (legalább 5 T2 Mbájt), és a rendszersín sebességének fokozására (75 MHz) törekszenek. A rendszersín sebességének 66 MHz fölé növelése nem veszélytelen. A PCIfelületen 33 MHz-es sebesség engedélyezett. Ha a PCI-sín órajelét a rendszersín órajeléből osztjuk le, a PCI sebessége meghaladja a 33 MHz-et, és ez néhány kártya hibázásához vezethet. Emiatt néhány lapkakészlet nem rögzíti a PCI sebességét a rendszer órajelhez. A megoldás két különböző úton lehetséges. Az Apollo VPX készletnél a PCIsín aszinkron működik a rendszersínhez képest. Az ALI Aladdin V+ készletnél viszont a rendszerórajelet 2, 5-del osztva kapjuk meg a PCI órajelet. Az 5581 és 5582 SiS készlet belső felépítése egyforma, a lúvezetésekben van csak különbség közöttük. Ugyanez igaz az 5597 és 5598 SiS készletekre is, melyeknek az a különlegességük, hogy integrált grafikus vezérlőt tartalmaznak (Super TX készlet). A videó információ tárolására az operatív tárból hasítanak ki részt, az eljárást megosztott memóriarendszernek (Shared Memory System) nevezik. A felhasználható videó memória méretét a Setup menüben lehet beállítani az operatív tár rovására. Az alaplapok teljesítmények meghatározásánál az alaplap, a lapkakészlet és a BIOS játszik szerepet. Emiatt előfordulhat, hogy két azonos készletből felépülő alaplap között jelentős különbségek adódnak különböző BIOS esetén. Intel PentiumPro és Pentium ll lapkakészletek A PentiumPro és Pentium II processzorok lapkakészleteinek területén az Intel uralkodó helyzetben van. Az első PentiumPro készletet 82440KX típusjelöléssel (nem hivatalos neve: Orion) dobta piacra. A készletbe nyolc áramkör tartozik: három vezérlő (82452KX, 82453KX és 82454KX), a már korábban megismert PCI-ISA híd PIIX áramkör (82371) és négy adatút IC (82451KX). A lapkakészlettel elérhető teljesítmény asztali gépeknél éppoly kiábrándító, mint az első Pentium készlettel (Mercury). Az Orion valójában többprocesszoros rendszerekbe ajánlható. Az Intel felismerte a hibákat, és viszonylag hamar új készlettel jelentkezett, melynek a Natoma fantázianevet adta (82440FX). A Natoma készlettel elérhető teljesítményt már az asztali gépek is ki tudják használni. A készlet a következő elemekből áll: 82441FX PCI és memóriavezérlő (PMC): Tartalmazza az operatív tár vezérlőegységet, mely legfeljebb 1 Gbájt méretű FPM (Fast Page Mode), EDO (Extended Data Out) vagy BEDO (Burst EDO) típusú, SIMM vagy DIMM tokozású lehet. A PCM felelős a PCI sín adatátvitelért, vezérli a DBX áramkört, mellyel közösen alkotják a gazda-pci hidat FX adatsíngyorsító (DBX): A DBX egyszerűbb felépítésű, mint a PCM, valójában a 64 bites CPU - memória utat képezi. Tartalmaz még egy egyéni 16 bit széles adatsínt a PCI átvitelek és a PMC regiszterek kezelésére SB PCI ISA IDE gyorsító (PIIX3): A PIIX3 áramkör a 430VX és HX készletből került át a Natoma lapkakészletbe. Fő feladata a PCIISA híd megvalósítása, továbbá tartalmazza a szokásos programozható perifériavezérlő áramköröket (megszakítás, DMA vezérlő, USB port stb.).

14 Hardver ismeretek 14 A gazdasín (host bus, processzor sín, GTL+) vezérlését is a PCM áramkör hajtja végre, és az ún. I/O-APIC áramkör (Advanced Programmable Interrupt Controller, fejlett programozható megszakításvezérlő) segítségével lehetővé teszi a növelt megszakításfeldolgozást (Enhanced Interrupt Processing). A feldolgozást a PIIX3 áramkör végzi. A többprocesszoros üzemmód igényli az APIC használatát. A készletben nem találunk gyorstárvezérlőt, mivel a PentiumPro processzor beépített gyorstárral és vezérlővel készül. Tekintve, hogy a Pentium II processzor a külső CPU sín felől nézve elvileg egy MMX bővítésekkel ellátott PentiumPro processzor, a 430FX lapkakészlet lehetett az első Pentium II készlet. A két processzor közötti szembetűnő különbség a tokozásban (Socket 8 és Slot 1 ) van, de ennek a lapkakészlet szempontból nincs jelentősége. Az 1997 őszén megjelent első Pentium II alaplapokban az FX-ből továbbfejlesztett 82440LX készletet találhattuk. Javítottak a gyors SDRAM támogatáson, melynek köszönhetően a DIM-modulokon EEPROM lapkának kell lennie. A PCI-ISA-hídként használt PIIX4 áramkör (a 82430TX készletből ismert) ugyanis ebből olvassa ki a memória IC-k paramétereit, hogy az időzítést optimálisra állítsa be. A 82440LX-re épülő Pentium II alaplapok tehát csak EEPROM áramkörrel szerelt DIM-modulokat fogadnak el, és az alaplap tervezőjétől függ, hogy SDRAM memóriaelemeken kívül más típust (FPM, EDO, stb.) használhatunk-e. A PIIX4 áramkör 3,3 V tápfeszültséget igényel, ezért a 82430TX készletnél leírtak itt is érvényesek. A 82440LX készlet másik újdonsága, hogy elsőként támogatja az AGP kártya használatát. A 82240LX készlet (eltekintve a PIIX4 áramkörtől) egyetlen BGA tokból áll 82443LX jelöléssel, legfeljebb 333 MHz-es processzorral használható. Az LX lapka továbbfejlesztéseként az Intel további két új készlettel jelent meg a piacon 1998 áprilisában. A 82440BX készlet 400 MHz-es vagy gyorsabb Pentium II processzorokhoz készült, és igen népszerű lett. A 82443BX jelölésű áramkör mellett PIIX4 vagy PIIX4e PCI-ISA- híd IC alkotja a készletet. A BX rendszersín sebessége 66 MHz-ről 100 MHz-re nőtt, ami egy régi sebességkorlát ledöntését jelenti. A nagyobb rendszersínsebességhez gyorsabb memóriaelemek szükségesek, ezért a BX lapkával szerelt alaplapokon csak 100 MHz-re ajánlott SDRAM áramkörök kerülhetnek (PC 100-DIMMs/, melyeknek okvetlenül kell EEPROM lapkával rendelkezniük. Az órajel hozzárendelés szinkron megoldású, ezért a PCI-sín sebességét a rendszersín sebességének hárommal osztásával kapjuk meg. A BX készlet megengedi korábbi Pentium II processzorok használatát (66 MHz-es rendszersín), ha ez a lehetőség a BIOS Setup-ban is megtalálható. A 82440EX AGPSet lapkakészlet visszalépést jelent a korábbi fejlődési irányhoz képest, melyet az indokol, hogy a Celeron (Pentium II processzor L2 gyorstár nélkül) processzorokhoz készült. A 440EX és LX lapka lábkompatíbilis, néhány korlátozással azonban EX alaplapok esetén számolnunk kell: csak egyprocesszoros rendszerekhez felel meg, nincs ECC hibajavítás a tárolóelemeken, legfeljebb három PCI aljzat lehet az alaplapon (öthöz képest), csak két DIMM foglalat található az alaplapon, a rendszersín sebessége legfeljebb 66 MHz lehet. A lapkakészletek fejlődése nem állt le. Legújabban ismét három típust dobott piacra az Intel. A 82440GX AGPSet készlet a munkaállomások piacát célozza meg. Nem sokban különbözik a BX készlettől (1 Gbájt helyett 2 Gbájt lehet az operatív tár). A 82450NX PCI Set készletet Xeon szerverekhez tervezték. A szervernek nincs szüksége AGP-kártyára, ezért kimaradt a készletből az AGP-támogatás. A kezelhető memória méretét 8 Gbájtra emelték,

15 Hardver ismeretek 15 melyhez címbit permutálást (Addres Bit Permuting) és nagy sávszélességű négyutas átlapolást használnak. A lapka érdekes tulajdonsága, hogy a PCI-sínek több konfigurációra nyitottak: négy darab 32 bites, két darab 64 bites vagy egy 64 bites és két 32 bites sínként üzemelhetnek. A lapkakészlettel a Xeon processzorból négy dolgozhat közös rendszerben, a szám klaszter vezérlővel nyolcra növelhető. Az NX készlet négy tagból áll: 82451NX memória és I/O hídvezérlő (MIOC), 82454NX PCI bővítő híd (PXB), 82452NX RAS/CAS generátor (RCG) és 82453NX adatút multiplexer (MUX). A 82440ZX AGP Set készlet a 100 MHz-es FSB (front side bus) és SDRAM teljesítményét biztosítja a PC-nek. Az áramkörnek létezik egy olcsóbb, kisebb teljesítményű változata is 82440ZX-66 jelöléssel elsősorban Intel Celeron processzorhoz.

16 Hardver ismeretek 16 Processzor 4004 processzor A világ első mikroprocesszora, 4-bites adatbusszal és 12-bites címzéssel (maxium 4 Kb memória) tranzisztorból épül fel processzor A 4004 továbbfejlesztett változata. Bővített utasításkészlete van, és kezeli a megszakításokat (interrupt) processzor Az adatbuszt 8-bitesre, a címvezetéket 14-bitesre (maximum 16 Kb memória) bővítették. 300 KHz-es órajelen működött, 3300 tranzisztort tartalmazott processzor 8008-as processzor veremkezeléssel, 16-bites címzéssel (maximum 64 Kb memória). 2, 2.66 és MHZ-es változatokban készült, 4500 tranzisztorból áll processzor Új utasításokat és több megszakításvonalat (interrupt line) tartalmaz. 3, 5 és 6 MHz változatban készült tranzisztorból áll. 8086/8088 processzor Az Intel első széles körben elterjed processzora, mert az Intel 8088 processzorra épültek az IBM PC és PC/XT rendszerek. 16 bites belső és 8 (8088), vagy 16 (8086) bites külső adatbusszal, 20 bites címvezetékkel rendelkezik. Ebben a processzorban jelent meg először a szegmentált memóriakezelés. 1 Mb memóriát tud kezelni, 64 Kb-os szegmensekben. 2 mikronos technológiával készült, 4, 5, 8 és 10 MHz-es változatokban. Az utasításvégrehajtást 4 szakaszra bontották, mindegyikért egy-egy egység felelős: Fetch Unit (az utasítás betöltése a memóriából), Decode Unit (betölti az adatokat, az utasításokat un. micro operation ökre (uop) bontja), Execute Unit (sorban végrehajtja az uop -okat), Retire Unit (az eredményt visszaírja a megfelelő regiszterbe, portra vagy memóriacímre) ban megjelent kibővített változatuk a és Ezeket már 12.5 és 16 MHz-es változatban is gyártották tranzisztort tartalmaz.

17 Hardver ismeretek processzor A külső és belső adatbusz 16 bites, a címvezetéket 24 bitesre bővítették, így lehetővé vált 16 Mb memória kezelése, de továbbra is csak 64 Kb-os szegmensekben. Megjelent a védett mód (Protected Mode) ami lehetővé teszi az 1 Mb fölötti memóriaterület elérését, és több program párhuzamos futtatását. Ilyenkor a processzor gondoskodik arról, hogy minden program csak a saját memóriaterületére írhasson. Ha mégis illegális elérés történik, akkor a processzor általános védelmi hibát (General Protection Fault) generál. Így lehetővé vált többfeladatos operációs rendszerek (pl: Windows) futtatása. A védett mód nagy előnye, hogy az op. rendszer a fizikai memóriában elmozgassa a futó programok szegmenseit, anélkül, hogy ezt a programok érzékelnék. 6, 8, 10, 12, 16 és 20 MHz-es változatban gyártották. Erre a processzorra épültek az IBM PC/AT rendszerek tranzisztorból áll processzor 32-bites belső, 32 (DX: Double-word external) vagy 16 (SX: Single-word external) bites külső adatbuszt, és 32 bites címvezetéket tartalmaz. Így az elérhető memória mérete 4 Gb, és a 64 Kb-os szegmenskorlátozás is megszűnt. Tartalmazza az eddig meglévő utasítások 32-bites változatait, és új, bittesztelő és bitkereső utasításokat is. Megjelent a virtual 8086 mode, ami több 8086 processzor egymástól független emulálását jelenti. Két új szegmensregisztert is beépítettek. A pipeline technikának köszönhetően az utasítás-végrehajtó egységek már párhuzamosan dolgozhatnak. Pl. amikor az Execute Unit egy uop végrehajtásán dolgozik, a Fetch és Decode Unitok már a következő utasítást töltik be, és szedik szét uop okra, a Retire Unit pedig még az előző művelet eredményét írja vissza. Így a négy egység működése folyamatossá válik. 12, 16, 20, 25 és 33 MHz-es változatban gyártották, 0.8 mikronos technológiával. A tranzisztorok száma processzor Továbbfejlesztették a párhuzamos végrehajtást azzal, hogy a Decode és az Execute Unit-ot 5 egysége bontották fel, és ezek közül bármelyik párhuzamosan működhet. Beépítettek egy 8 Kb-os L1 cache t, ami a memória-elérést jelentősen felgyorsította. A DX jelzésű típusoknak van egy beépített lebegőpontos matematikai egysége (FPU Floating-Point math Unit), az SX-ekből ez hiányzik. A DX változat képes egy lebegőpontos és egy fixpontos műveletet párhuzamosan végezni. 20, 25, 33 és 50 MHz-es változatban gyártották márciusban jelent meg DX2 változat a már rendszersín órajelének kétszeresével, 40, 50 vagy 66 MHz-en működik. Ekkor kellett először, hogy a magas üzemi hőmérséklet miatt, a processzora hűtőbordát, illetve ventilátort szerelni márciusban kezdték gyártani a DX4- et, ami a külső órajelet háromszorozta, és 5 volt helyett 3.6 voltot használt. A Pentiumhoz hasonlóan 2X8Kb belső cache-t tartalmaz, 0.6 mikronos technológiával gyártották, 75 és 100 MHz-es változatban. 1.2 millió tranzisztorból épül fel.

18 Hardver ismeretek 18 Pentium processzorok A Pentium processzorok első példányai MHz sebességgel, 5 V tápfeszültségről üzemelnek.. A következő fokozatot jelentő 75 MHz-es (és gyorsabb) processzorok belső sokszorozót használnak (1,5-3, 5 szorzó). A szorzótényezőt az alaplap átkötéseivel lehet beállítani. Az alaplapon lévő foglalat típusa is megváltozott, Socket 5 vagy Socket 7 aljzat kell az alaplapon. Vigyázzunk azonban arra, hogy a processzor órajelének állításával a rendszer többi órajele is megváltozik! A PCI-alaplapon az ISA-felület átviteli sebessége legfeljebb 8,33 MHz, a PCI-felületét pedig 33 MHz lehet. Az órajel képzése a szabványos 14,318 MHz-es jelből fáziszárt hurokkal történik (PLL). A processzor órajel belső szorzóját külön átkötés/elv határozzák meg (pl. 75 MHz-es Pentiumnál 1,5). A Pentium processzorok új generációját jelenti az MMX (Multi Media Extension, multimédia bővítések) processzor. Ez 57 új parancsot képes értelmezni, amelyek főképp a képfeldolgozásra, video- és hangalkalmazások támogatására vonatkoznak. Sajnos, a multimédia-képességek kihasználására kevés program létezik. Feltétlen előnyt jelent viszont, hogy mind az adatok, mind pedig az utasítások belső gyorstára (L1 cache) megkétszereződött, azaz kbájt méretű lett. Az MMX processzorok újdonsága az is, hogy a külön tápfeszültségről üzemel a CPU belső magja (2,8 V), és a kimeneti meghajtó fokozat (3,3 V). A lábkiosztásnál ezt a két feszültséget a Vcc2 (mag) és Vcc3 (I/O) különbözteti meg. PentiumPro processzorok Az Intel 1995-ben fejlesztette ki a Pentium processzorok következő generációját. A PentiumPro processzor eltér a négyzetes felépítéstől, mert egyetlen tokba integrálták a processzort, és egy 256/512 kbájt méretű másodlagos gyorstárat /L2 cache). Az L2 gyorsítót a processzor saját órajelének sebességével használhatja. Ezzel a teljesítménye jelentősen megnőtt, mert az MMX és az első Pentium II processzorok is csak az órajel felével járathatják a gyorsítót. Az elsődleges gyorstár mérete (L1 cache) viszont megmaradt az eredeti kbájton. A PentiumPro processzorok 150, 1 G6, 180 és 200 MHz-es változatban kaphatók, mindegyik 66 MHz-es rendszersínsebességgel működik. Méretének köszönhetően a PentiumPro processzorokhoz saját foglalatot kellett kifejleszteni, mely a Socket 8 nevet kapta. Több (legfeljebb négy) PentiumPro processzor közös rendszerbe köthető. A címsín szélességét 3G bitre növelték, így a fizikailag címezhető memória mérete G4 Gbájtra emelkedett. Az utasításkészletben csak egyetlen utasítás változott meg. Az x86 utasítások feldolgozása a PentiumPro processzoroknál alapvetően módosult. Az utasítást a processzor mikroműveletekre bontja le, amelyeket öt párhuzamos feldolgozóegység hajt végre. Az elv a RISC technikában vált ismertté. A PentiumPro processzor kívülről CISC processzorként (összetett, de lassan végrehajtott utasítások, belülről RISC processzorként (egyszerű, de gyors végrehajtású utasítások) működik. Az ugrás előjelző egységet is továbbfejlesztették. A várható következő ugrási címeket tároló puffer ennél a processzornál 512 bejegyzés fogadására képes. A PentiumPro processzor széles körű elterjedését gátolta, hogy csak az Intel tervezett a processzorhoz lapkakészletet, és az is, hogy a Pentium II processzorok hamar megjelentek a piacon. A Pentium II Xeon processzort tekinthetjük a PentiumPro processzor követőjének.

19 Hardver ismeretek 19 Pentium II processzorok Az Intel a Pentium II processzornál ismét szakított egy hagyománnyal. Már a PentiumPro foglalata sem illik igazán a Socket x sorozatba, a Pentium II processzorok számára viszont új foglalatot fejlesztettek ki. A Pentium II CPU tulajdonképpen egy PentiumPro processzor MMX utasításkészlettel. Az L2 gyorstárat azonban nem a processzorral közös tokba integrálták, hanem egy bedugható kártyán a processzor mellett találjuk meg. A bedugható kártya élcsatlakozóval kapcsolódik az alaplapon kialakított új foglalatba, melyet Slot 1-nek neveznek. Az Intel azért választott új aljzatot, mert a Socket 7 a sín áteresztőképességét korlátozza. A növekvő sebességű processzorokhoz gyorsabb sín kell a teljesítmény kihasználásához. A két független sín architektúra (DIB, Dual Independent Bus) gyorsabb működést tesz lehetővé, de ehhez az L2 gyorstárnak közel kell lenni a processzorhoz. Az egyoldalas élcsatlakozós érintkezőket SEC-nek (Single Edge Contact), a dobozba zárt szerelvényt pedig SECC-nek (vagy SEC Cartridge-nak) nevezik. Az új kártya használatához két feladatot kellett megoldani: a SECC rögzítését az alaplaphoz és a processzor hűtését. A segédkártya mechanikus rögzítésű, a Pentium II processzorok alaplapba építése komoly szerelési feladatot jelent a felhasználónak. A processzor hűtését növelt teljesítményű ventilátor végzi, melyet lemezcsavarokkal vagy bepattanó fülekkel rögzítenek a processzor szerelvényhez. A két független sínarchitektúrát (DIB) az Intel először a PentiumPro processzorban hozta létre az átviteli korlátok csökkentésére. Az egyik sín (FSB, front side bus, rendszer sín) a processzor és az operatív tár között, a másik sín (BSB, back side bus) a processzor és az L2 gyorstár között teremt kapcsolatot. A függetlenség azt jelenti, hogy a processzor a két sínt egymástól függetlenül, akár egyszerre is használhatja. Az első Pentium II processzor Klamath néven vált ismertté. Az Intel nem sokkal az MMX processzorok után jelentette meg, a MHz sebességtartományt fedi le: Az 512 kbájt méretű L2 gyorstár négy 7 ns sebességű modulból áll, melyhez egy 82459AB tag memória IC tartozik a kártya túloldalán. A gyorstár a processzor órajel felével működik. A processzor 0,35 mikronos technológiával készül, ezért felülete nagyobb a későbbi Pentium II processzoroknál, és több hőt is termel. A második Pentium II processzor 1998 tavaszán került piacra Deschutes néven ( MHz). Az Intel a Deschutes processzor gyártásánál alkalmazta először a 0,25 mikronos technológiát, melynek a nagyobb sebesség, az alacsonyabb tápfeszültség és a kisebb hőtermelés köszönhető. A disszipáció csökkenését eredményezi a processzor 2 V-os tápfeszültsége is. A processzor sebességéhez a gyorstárnak is igazodnia kell. Az 512 kbájt méretű L2 gyorstárat nagyobb alkatrészsűrűséggel két modulba tudták beépíteni. Az elérési időt 5, 5 ns (333 MHz) ill. 5 ns (400 MHz) értékre csökkentették. A tag RAM típusa is megváltozott 82459AC, illetve 82459AD áramkörre. Az új generációs Pentium II processzorok már 100 MHz-es FSB frekvencián üzemelnek. A növelt FSB-sebesség gyorsabb, 100 MHz-re készített SDRAM áramköröket igényel. A Pentium II processzorok képesek az operatív tárral 100 MHz-es sínen adatot cserélni, de a Klamath és a 333 MHzes Deschutes csak 66 MHz-es FSB-t használ. Az Intel BX lapkakészlete felismeri, hogy milyen processzorral dolgozik együtt, ezért a legtöbb BX alaplap követi az Intel-előírásokat, és automatikusan kiválasztja az FSB (rendszersín) sebességét. A Pentium II processzorok hagyományos alaplapba (Socket 7) építése nem lehetséges. Ha át kívánunk térni Pentium II-re, új alaplapot kell vennünk, mely már ATX formában készült, ezért valószínűleg új számítógépházra és tápegységre is szükségünk lesz. Ezenkívül operatív memóriát is cserélnünk kell 100 MHz-es SDRAM DIMM kártyára, ha 350 MHz-es vagy annál gyorsabb processzorra váltunk. Nem volt alaptalan tehát az Intel elgondolása, hogy

20 Hardver ismeretek 20 olcsó asztali gépekhez kedvező árú, de gyors Pentium II processzort készít. Az új, egyszerűsített Pentium II processzornak a Celeron fantázianevet adta. Az Intel Celeron processzor asztali számítógépekhez készült, Intel P6 mikroarchitektúrán alapszik, mint a többi Pentium II processzor. A Celeron tervezésekor a Deschutes processzorból indultak ki, és kihagyták az L2 gyorstárat. Az MMX technológián alapuló dinamikus végrehajtási képességgel rendelkezik. A processzornak a 266 és a 300 MHz sebességű változata jelent meg először, Socket 370 (PPGA, Plastic Pin Grid Array) és Slotl kivitelű tokozásban. Az L2 gyorstár hiánya jelentős teljesítménycsökkenést eredményezett, ezért a későbbi Celeron változatok (Celeron Mendocino = 300A, 333, 3G6 MHz) már 128 kbájt L2 gyorstárat tartalmaznak. A Celeron processzorok csak 66 MHz-es rendszersínsebességgel működnek, és nem támogatják a többprocesszoros üzemmódot. Az L2 gyorsító utólagos beépítése sem a CPU kártyára, sem az alaplapra nem lehetséges, mert a processzorhoz tervezett 440EX lapkakészlet ezt nem támogatja. A Celeron processzor is segédkártyára van szerelve, amely azonban nincs bedobozolva. A meztelen processzorszerelvényt SEPRnek (Single Edge Procesor Package) nevezik. A doboz hiánya miatt viszont a CPUkártya rögzítését és a processzor hűtését másképp kellett megoldani, mint a többi Pentium II processzornál, azaz a Celeron processzor csak a rögzítő szerelvényekkel együtt cserélhető az alaplapon más processzorokra. A Pentium II Xeon processzor 1998 júniusában került piacra. Teljesítménye alapján elsősorban hálózati kiszolgálókba (szerverekbe) és grafikus munkaállomáshoz szánta az Intel. A processzort és az L2 gyorstárat - a korábbiakhoz hasonlóan - egy dobozba zárt élcsatlakozós kár a hordozza, de a doboz mérete nagyobb az előző Pentium II dobozoknál, és az élcsatlakozó is több érintkezőt tartalmaz. Az ehhez tartozó új foglalatot Slot 2-nek nevezték el. Az első változatokban a CPU 400 MHz-es, az L2 gyorstár pedig 512, illetve 1024 kilobájt méretű, a rendszersín 100 MHz-es. Később megjelent a 450 MHz-es CPU, illetve a 2048 kilobájtos L2 gyorstáras kivitel. A Xeon processzor valójában egy Deschutes magból és gyors, nagyméretű L2 gyorstárból áll. Az L2 memória a processzor mag sebességével használható, mint a PentiumPro processzoroknál. Az ehhez szükséges igen gyors memóriát maga az Intel gyártja, melyet CSRAM-nak (Costum Static RAM) nevez. Az IC 512 kbájt méretű, ezért a 2048 kbájtos gyorstárhoz négy darab szükséges. Az L2 mérete és hűtési igénye indokolj a a Xeon-doboz nagyobb méretét. A gyorstár mellett néhány kellemes új tulajdonsággal is rendelkezik a Xeon. Először a többprocesszoros rendszerek támogatását említjük, mely utoljára a PentiumPro képessége volt. A Xeon processzorból négy köthető közös rendszerbe, 450NX lapkával és klasztervezérlővel pedig nyolc. Az új 36 bites címzési móddal (PSE36) a címezhető (és gyorsítható) memória mérete G4 Gbájtra nőtt. A legtöbb szerver igényli a memória ellenőrző és javító algoritmust (ECC), ezért a Xeon a 440GX és 450NX lapkakészlettel mind az operatív tárhoz, mind pedig az L2 memóriához használja az ECC-t. A Xeon CPU képes arra, hogy külső kérésre adatokat szolgáltasson magáról. Az adat lehet statikus (gyártási szám, órajel frekvencia, L2 gyorstár nagysága) és dinamikus (hőmérséklet, feldolgozási sebesség. A segédkártyán elhelyezett információs memóriában (PIROM, Processor Information ROM) a rendszer működésére jellemző adatok gyűjthetők, amelyek a számítógép felügyeletét segítik. A memóriában a számítógépgyártók a saját rendszerfelügyelő programjukat információval kiszolgáló modult is elhelyezhetnek. A processzorok fejlődése még nem ért a lehetőségek határára. Az Intel (és a többi processzorgyártó cég is) folyamatosan fejleszti processzorait, melyek már a Pentium III kategóriába tartoznak (Katmai, Willamette, Merced stb.).

21 Hardver ismeretek 21 Pentium III processzor 1.8 volt feszültséget használ. Tartalmaz egy új, 70 utasításból álló kiegészítő utasításkészletet és 8 db 128-bites regisztert (XMM0-XMM7). Ezt a bővítést először csak KNI-nek (Katmai New Istuctions) hívtak, de végül az SSE (Streaming SIMD Extension) nevet kapta (SIMD - Single Instruction Multiple Data). Mindegyik darab egy egyedi, 96-bites azonosítószámot, aminek kiolvashatóságát a BIOS-ban ki lehet kapcsolni. Beépítettek egy hardware véletlenszám-generátort, aminek fontos szerepe lehet az adattikosításban. 450, 500, 550, 600 és 650 MHz-es változatok léteznek, a 650 MHz-es 2.05 volt feszültséget használ. Megjelent egy 600B nevű változat, ami 133 MHz-es buszfrekvenciát használ. Az Intel speciális hűtéssel feltuningolt egy Pentium III-mat 1 GHz-re. Még 1999-ben várhatóak a 0,18 mikronos technológiával készült Pentium III-ak, állítólag PPGA tokozású változat is lesz. Pentium kompatíbilis processzorok Már néhány éve megtört az Intel monopóliuma a processzorpiacon. Sok cég jelent meg saját fejlesztésű PC-kompatíbilis processzorral. Ilyen cégek elsősorban az AMD (Advanced Micro Devices), Cyrix, Texas Instruments és UMC. Az utángyártók processzorai több generáció óta kompatíbilisek az eredeti Intel processzorokkal, esetenként jobb paraméterekkel is rendelkeznek vagy olcsóbbak. Cyrix 6x86 és 6x86MX Az első Pentium-kompatíbilis processzort a Cyrix cég készítette 6x86 jelöléssel (fantázianeve: M1 /. Az IBM is ugyanilyen néven dobott piacra processzort, de ez is Cyrix fejlesztésű. A Cyrix nem gyárt processzorokat, az IBM és SGS cég készíti processzorait. Az akkori időkben leggyorsabb processzor 150 MHz-es órajelet használ, és a 6x86 P200+ jelölése kissé megtévesztő. A jelölés és tényleges órajel közti különbség az ún. P-viszonnyal magyarázható. A processzorok teljesítménymérése különböző Benchmark-programokkal történik, melyek jellemző alkalmazások gyűjteményét tartalmazzák (szövegfeldolgozás, grafika, táblázatkezelés, kiadványszerkesztés stb. ). Az AMD, Cyrix, IBM és SGS közös tesztprogram használatában egyezett meg (Ziff Davis: Winstone), mely az eredeti Pentiumhoz képest minősít: ezt nevezik P-viszonynak. Például a Cyrix 6x86 P200+ processzor egy 200 MHz-es Pentiummal azonos teljesítményt nyújt. A dolognak csak az a szépséghibája, hogy a Winstone nem végez lebegőpontos műveletsebesség-tesztet. A Cyrix processzor L1 gyorstára is 16 kbájt méretű, de nincs szétválasztva adat és kód részre. Szoftver szempontból ez nem okoz gondot. A 6x86 P200+ processzor 75 MHz-es órajelet kap, melyet belül kétszerez. A 75 MHz-es órajelből 37,5 MHz-es PCI sebesség következik, mely magasabb a megengedettnél. Előfordul, hogy némelyik PCI-kártya emiatt működésképtelen lesz. Ha Cyrix processzort választunk, ügyeljünk arra is, hogy az alaplap és a BIOS Setup illeszkedjen a processzorhoz! Az 1996 közepe után készült alaplapok zöme felismeri a Cyrix processzort, de nem biztos, hogy az összes változatát is kezelni tudja, és a kézikönyv sem tartalmazza a szükséges átkötés beállítást. A 6x86 processzor multimédiás továbbfejlesztése a 6x86MX (M2) processzor. Az L1 gyorstár továbbra is osztatlan, de mérete megnőtt 64 kbájtra. Az Intel MMX processzorral egyezően kettős tápfeszültséget igényel (2, 8 V a magnak, és 3,4 V a be/kimenetnek). A processzorcsalád tagjainak sebességi jellemzőit az 1-8. táblázat tartalmazza.