Сокет. Что и как?

Попросту говоря, сокет (socket) – это разъём (гнездо) на материнской плате, куда устанавливается процессор. Но когда мы говорим «сокет процессора», то подразумеваем под этим, как гнездо на материнской плате, так и поддержку данного сокета определенными линейками процессоров. Сокет нужен именно для того, чтобы можно было с легкостью заменить вышедший из строя процессор или апгрейдить систему более производительным процессором.

На физическом уровне, сокеты отличаются количеством контактов, типом контактов, расстоянием креплений для процессорных кулеров и множеством других мелочей, которые и делают практически все сокеты несовместимыми. Также, имеются технологические отличия: наличие различных дополнительных контроллеров, более высокие параметры производительности, поддержка интегрированной графики в процессоре и т.д.

Как уже говорилось выше, подбор сокета – немаловажная часть сборки системы. Если будет подобран процессор, который ориентирован на другой сокет, нежели в материнской плате, то система работать не будет, если вообще процессор встанет в несовместимое гнездо. Лучше подобных экспериментов с несовместимыми сокетами не проводить, так как можно повредить контакты на процессоре или разъёме, что, скорее всего, приведет к выходу комплектующих из строя. Поэтому при покупке материнской платы и процессора, сначала выбирайте процессор, а затем уже ищите под него материнскую плату с совместимым сокетом. Список поддерживаемых процессоров можно найти на официальном сайте производителя материнской платы, чтобы остаточно убедиться в совместимости той или иной модели.

Ну а сейчас, мы рассмотрим наиболее популярные сокеты процессоров от amd и intel, опуская сильно устаревшие версии по типу 370-ых сокетов для Pentium III и тому подобных.

             Сокеты Intel

Динамика обновления сокетов для процессоров Intel, на порядок выше, чем у тех же сокетовновых процессоров AMD. В рамках своей предпоследней серии процессоров, появилось целых три новых сокета, причем они полностью несовместимы.

Всё это одновременно и хорошо, и плохо. Хорошо тем, что с частым обновлением сокетов и выпуском под каждую (даже) часть линейки процессоров, мы можем наблюдать увеличение производительности и более специфическую заточку под конкретную модель. А вот жирный минус в том, что довольно тяжело делать апгрейд, когда каждая новая серия процессоров идет под новый сокет, приходится менять не только процессор, но и материнскую плату.

                Теперь давайте рассмотрим несколько конкретных сокетов от Интел:

Socket(сокет LGA 2011) – один из новых сокетов для некоторых процессоров Ivy Bridge (Corei7, i5, i3 – 3xxx)
Можно отметить, что данный сокет был скорее маркетинговым ходом для встряски рынка и набивки цен (первое время) на процессоры, которые позиционировались под этот сокет. Но все-таки подвижки в производительности можно было заметить. Сейчас же, процессоры под данный сокет упали в цене, чего не скажешь про материнские платы с LGA 2011, они остаются в разы дороже подобных материнских плат, под тот же LGA 1155, который мы рассмотрим чуть ниже.

Socket (сокет LGA 1155, 1156, 1366) – данные сокеты можно условно поместить в одну «пачку», но повторюсь еще раз: они не совместимы, хоть и позиционируются под одну микроархитектуру SandyBridge II, просто для разных версий.

Наиболее ходовым оказался сокет 1155, на нем сейчас и построены большинство систем. Для мощных систем и серверных решений на борту с Сorei7 и Xeon, был разработан Socket 1366.

Socket (сокет LGA 775) – эти сокеты уже морально устарели, хотя еще живут во множестве систем, они позиционировались под несколько линеек сразу, таких как Core 2 Duo, Core 2 Quad, Celeron и другие.

             Сокеты AMD

Политика компании AMD, в этом плане более консервативна. Несколько сокетов имеют совместимость благодаря сериям с «+». К примеру, Socket AM2 совместим с AM2+, что дает более широкие возможности для апгрейда, но вместе с этим, это немного неприятное топтание на одном месте, что не позволительно для IT- сферы.

Некоторые примеры сокетов AMD:

Socket (сокет AM3 и AM3+) – можно сказать сокет и его модификация, по спецификациям они совместимы между собой, разрабатывались под процессоры FX, Phenom II, Athlon II. Сокет для наиболее мощных Bulldozer (FX) среди лагеря AMD, которые не оправдали надежды, но упав в цене стали более интересным приложением, с точки зрения неплохой производительности за низкую цену. Сокеты AM3 иAM3+, сейчас являются наиболее ходовыми, на них комплектуется большинство как дешевых, так и более дорогих систем. То есть можем смело констатировать практичность данных сокетов.

Socket (сокет AM2 и AM2+) – сокеты для процессоров Phenom, Athlon, Sempron. Также, полностью совместимы. На сегодняшний день можно считать немного устаревшими, хотя еще активно работает масса систем построенных на основе данных сокетов.

Socket (сокет FM1 и FM2) – сокеты FM создавались под процессоры серии AMD Fusion, которые отличаются очень мощной интегрированной графикой. На данный сокет и совместимые с ним процессоры, следует ориентироваться тем, кто не желает тратиться на дискретную видеокарту и будет довольствоваться интегрированной графикой.

Тепловой пакет

Конструктивные требования по теплоотводу, требования по теплоотводу (англ. thermal design power, TDP[1], иногда англ. thermal design point) — величина, показывающая, на отвод какой тепловой мощности должна быть рассчитана система охлаждения процессора или другого полупроводникового прибора. К примеру, если система охлаждения процессора рассчитана на требования по теплоотводу 30 Вт, она должна быть в состоянии отвести 30 Вт тепла при некоторых заданных «нормальных условиях».

Требования по теплоотводу (TDP) показывают не максимальное теоретическое тепловыделение процессора, а лишь требования к производительности системы охлаждения.

Требования по теплоотводу рассчитаны на определённые «нормальные» условия, которые иногда могут быть нарушены, например, в случае поломки вентилятора или неверного охлаждения самого корпуса. Современные процессоры при этом или дают сигнал выключения компьютера, или переходят в так называемый режим дросселирования тактов (пропуска тактов, англ. throttling), когда процессор пропускает часть циклов.

Разные производители микросхем рассчитывают требования по теплоотводу по-разному, поэтому величина не может напрямую использоваться для сравнения энергопотребления процессоров. Всё дело в том, что различные процессоры имеют разную предельную температуру. Если для одних процессоров критической является температура в 100 °С, то для других она может быть уже 60 °С. Для охлаждения второго потребуется более производительная система охлаждения, потому что чем выше температура радиатора, тем активнее он рассеивает тепло. Другими словами при неизменной мощности процессора, при использовании систем охлаждения различной производительности будет различаться лишь получаемая температура кристалла. Никогда нельзя с уверенностью утверждать, что процессор с требованиями по теплоотводу в 100 Вт потребляет больше энергии, чем процессор другого производителя с требованиями в 5 Вт. Нет ничего странного, что требования по теплоотводу часто заявляются для целого семейства микросхем, без учета тактовой частоты их работы, например, для целого семейства процессоров, в котором младшие модели обычно потребляют меньше энергии и рассеивают меньше тепла, чем старшие. В этом случае заявляется максимальная величина требований по теплоотводу, чтобы менее горячие модели микросхем гарантированно получили необходимое охлаждение.

Также некоторые специалисты расшифровывают этот термин как «thermal design package» («термопакет») — проектирование устройства на основе температурного анализа конструкции.

Троллинг

(от английского throttling) представляет собой механизм защиты процессора от термических повреждений при перегреве системы. Чем выше температура действует на микропроцессор, тем больше машинных тактов он пропускает. Такты пропускаются, соответственно снижается эффективность и производительность – это и есть троттлинг процессора.

Стоит отметить, что у каждого компьютера, работающего на процессоре Intel, температура срабатывания данного механизма защиты индивидуальная – на одном ноутбуке это может быть 70 градусов, на другом - 100. При этом в некоторых устройствах этот параметр можно самостоятельно переопределить в BIOS.

Предположим, у нас есть процессор Pentium 4 с ядром Northwood. При полном покое рабочая температура «камня» составляет всего 34 градуса. Запустив тестовую утилиту CPU Stability Test, нагрузим процессор до 100% - температура поднимается до 50 градусов. Чтобы показать, как работает троттлинг процессора, можно отключить вентилятор системы охлаждения. После этого действия при 100% нагрузке температура мигом поднимается до 75 градусов и постепенно растет.

Материнка

Подавляющее большинство материнских плат для компьютеров во всём мире производится на острове Тайвань и в материковом Китае, там же в большинстве случаев разрабатывается и конструкция этих плат. Более того, даже эталонные конструкции ("референсный дизайн") системных плат чаще всего создаются не в американских офисах, а всё там же, на Тайване, в непосредственной близости от фабрик, где эти платы будут выпускаться. В отличие, кстати, от видеокарт, конструированием которых занимаются исключительно штатные инженеры AMD и NVIDIA.

После утверждения эталонной конструкции системной платы, которую разработчики наборов системной логики рассылают своим партнёрам, в компаниях-производителях "материнок" начинается работа по созданию собственных моделей. Как правило, на базе чипсетов одного семейства или даже одного и того же набора микросхем проектируется три варианта плат: недорогой, для компьютеров среднего класса и высокопроизводительный для энтузиастов.

В зависимости от класса рисуется оптимальная разводка, подбирается конструкция стабилизатора питания (24-, 12- или 8-фазный), количество слотов расширения, набор дополнительных контроллеров, а также набор портов. Конкуренция на этом рынке чрезвычайно высока, поэтому на выбор дополнительного оснащения влияет не только мода, но и себестоимость. Кроме того, у каждого производителя плат есть собственные "фишки", которые он старается представить как конкурентное преимущество своей продукции: это и различные системы "разгона", и дублирование микросхем BIOS, и индикаторы POST-кодов, и кнопки включения и перезагрузки, и масса прочих "дополнительных удобств", не слишком востребованных при обычной работе за компьютером.

Однако некоторые фирменные технологии действительно дают преимущество в качестве и надёжности. К примеру, в системных платах Gigabyte между слоями печатной платы проложен двухграммовый слой меди, который позволяет отводить значительную часть тепла от микросхем процессора и чипсета, а также от стабилизатора напряжения. Разумеется, это несколько повышает себестоимость производства, однако благодаря внедрению такого слоя настолько снижается число возвратов, что с недавнего времени все материнские платы Gigabyte, независимо от класса, стали выпускаться по такой технологии.

Многие операции, например впаивание микросхем и других электронных компонентов, автоматизированы, но целый ряд действий осуществляется вручную: в частности, все слоты устанавливаются руками работников, точнее, юных работниц. Помимо аппаратного контроля качества существует и старый добрый визуальный контроль под гигантскими лупами с подсветкой.

Оптимизация производства на заводах по производству электронных плат чрезвычайно высока. Фактически предприятия не останавливаются ни на секунду: на Тайване обычно приняты три восьмичасовые рабочие смены, а в Китае не редкость и две двенадцатичасовые. При этом уровень зарплат рабочих на Тайване выше, чем в Китае, и более высокотехнологичные изделия обычно собираются на тайваньских заводах, даже если у той же фирмы есть фабрика на материковом Китае. Нередко фабричные комплексы на Тайване объединены с конструкторскими бюро, и на них обкатываются новые решения. Такие комплексы могут быть в кратчайшие сроки переналажены на выпуск какого-то другого типа продукции или аналогичной, но по изменённой технологии.

Для сборки электронных плат не требуется такая же "чистая комната", как, например, для литографии микросхем, достаточно соблюдения элементарных правил чистоты (спецодежда, перчатки, бахилы, маска). При работе обязательно ношение электростатических браслетов - без них можно случайно повредить сразу несколько микросхем. И, наконец, перед входом в рабочую зону вы должны пройти через шлюз "воздушный душ", сдувающий с одежды пылинки и мелкие частички, способные нарушить требуемый уровень чистоты в цехе.

Процесс изготовления материнской платы можно разделить на четыре основные стадии - поверхностного монтажа, ручной установки крупных DIP-элементов (то есть компонентов с "ножками"), тестирования и упаковки. Сами печатные платы поступают из специализированного цеха, причём этот цех может находиться в материковом Китае, а сборочные мощности - на Тайване. Большинство, в том числе и крупных фирм, заказывают "травление" (в кавычках, потому что сегодня это гораздо более сложный процесс, чем тридцать лет назад) плат сторонним компаниям, способным изготовить изделия требуемой многослойности и сложности разводки. Некоторые фирмы, например ECS, делают платы самостоятельно и выполняют заказы других производителей.

Многослойность печатной платы требуется прежде всего для того, чтобы бороться с перекрёстными помехами различных цепей и негативным влиянием компонентов друг на друга. Сегодня норма - 6 слоёв, не редкость и 8-10 слоёв, хотя ещё совсем недавно хватало четырёх: на нижнем и верхнем находились сигнальные цепи, а на внутренних - цепь питания и заземление. По такой же схеме выпускаются и платы с большим числом слоёв, хотя в них уже может быть несколько сигнальных слоёв и несколько слоёв с цепями питания. Встречается и такая экзотика, как платы, вообще не имеющие сигнальных линий на внешних поверхностях: все они запрятаны внутрь. Подобные решения применяются во встраиваемых системах с повышенными требованиями к безопасности: с них гораздо сложнее считать сведения о производимых операциях, чем с обычных плат, где сигнальные цепи обращены наружу.

Многослойные платы производятся из тонких двух- или однослойных плат, полученных традиционными способами (травления, гравировки и т.п.), которые прессуются в одну через препреги - прокладки из композитных материалов с полимерной пропиткой. Такой "бутерброд" запекается в печи, после чего осуществляется травление верхнего и нижнего сигнальных слоёв. В готовой и отмытой плате сверлятся отверстия с последующей металлизацией, после чего она покрывается защитным лаком - как правило, какого-то "фирменного" цвета, характерного для каждой марки.

На первом этапе сборки платы подаются в автомат, наносящий капельки горячего припоя в необходимых местах, после чего они поступают в аппарат-укладчик с запасом разных чипов, которые буквально выстреливаются с высочайшей скоростью (около десятой доли секунды) в печатную плату. Затем плата подаётся в специальную печь, снова расплавляющую припой, чтобы комплектующие надёжнее закрепились в своих местах.

После печи плата проходит сначала автоматизированный тест при помощи стробоскопа, определяющего правильность расположения компонентов, затем - тест электрических цепей, а потом и визуальный осмотр.

На втором этапе вручную добавляются более крупные DIP-компоненты с "ножками": это слоты PCI, слоты для модулей памяти, а также все порты и разъёмы. Для закрепления этих компонентов плата помещается в машину для пайки волной припоя.

Затем на плату устанавливаются элементы системы охлаждения, после чего вновь следует аппаратное тестирование электрических цепей и визуальный осмотр.

Каждый из двух этапов сборки осуществляется на отдельных линиях, часто в отдельных цехах.

После собственно изготовления плата проходит сразу три заключительных теста. Первый тест - на полную функциональность: плата устанавливается на специальный стенд, и на ней собирается полноценная система. Компьютер запускается, и проверяются все заложенные конструкторами возможности, все порты и контроллеры. При необходимости осуществляется мелкий ремонт.

ASRock fatality или Killer Extreme

Оперативка

ОЗУ (оперативное запоминающее устройство), оно же RAM («Random Access Memory» — память с произвольным доступом), представляет собой область временного хранения данных, при помощи которой обеспечивается функционирование программного обеспечения. Физически, оперативная память в системе представляет собой набор микросхем или модулей (содержащих микросхемы), которые обычно подключаются к системной плате.

В процессе работы память выступает в качестве временного буфера (в ней хранятся данные и запущенные программы) между дисковыми накопителями и процессором, благодаря значительно большей скорости чтения и записи данных.

Примечание.
Совсем новички часто путают оперативную память с памятью жесткого диска (ПЗУ — постоянное запоминающее устройство), чего делать не нужно, т.к. это совершенно разные виды памяти. Оперативная память (по типу является динамической — Dynamic RAM), в отличие от постоянной — энергозависима, т.е. для хранения данных ей необходима электроэнергия, и при ее отключении(выключение компьютера) данные удаляются. Пример энергонезависимой памяти ПЗУ - флэш-память, в которой электричество используется лишь для записи и чтения, в то время как для самого хранения данных источник питания не нужен.

По своей структуре память напоминает пчелиные соты, т.е. состоит из ячеек, каждая из которых предназначена для хранения мёда определенного объема данных, как правило, одного или четырех бит. Каждая ячейка оной имеет свой уникальный «домашний» адрес, который делится на два компонента – адрес горизонтальной строки (Row) и вертикального столбца (Column).

Ячейки представляют собой конденсаторы, способные накапливать электрический заряд. С помощью специальных усилителей аналоговые сигналы переводятся в цифровые, которые в свою очередь образуют данные (ну как, мощно я Вас нагрузил :-)). Для передачи на микросхему памяти адреса строки служит некий сигнал, который зовется RAS (Row Address Strobe), а для адреса столбца — сигнал CAS (Column Address Strobe).

Обмен данными между процессором и памятью может происходить напрямую, но чаще все же бывает с участием кэш-памяти.

Кэш-память является местом временного хранения наиболее часто запрашиваемой информации и представляет собой относительно небольшие участки быстрой локальной памяти. Её использование позволяет значительно уменьшить время доставки информации в регистры процессора, так как быстродействие внешних носителей (оперативки и дисковой подсистемы) намного хуже процессорного. Как следствие, уменьшаются, а часто и полностью устраняются, вынужденные простои процессора, что повышает общую производительность системы.

Оперативной памятью управляет контроллер, который находится в чипсете материнской платы, а точнее в той его части, которая называется North Bridge (северный мост) — он обеспечивает подключение CPU(процессора) к узлам, использующим высокопроизводительные шины: ОЗУ, графический контроллер

Примечание.
Важно понимать, что если в процессе работы оперативной памяти производится запись данных в какую-либо ячейку, то её содержимое, которое было до поступления новой информации, будет безвозвратно утеряно. Т.е. по команде процессора данные записываются в указанную ячейку, одновременно стирая при этом то, что там было записано ранее.

Рассмотрим еще один важный аспект работы оперативки – это ее деление на несколько разделов с помощью специального программного обеспечения (ПО), которое поддерживается операционными системами.

Сейчас Вы поймете, о чем это я.

Дело в том, что современные устройства оперативной памяти являются достаточно объемными (привет двухтысячным, когда хватало и 32 Mб), чтобы в ней можно было размещать данные от нескольких одновременно работающих задач. Процессор также может одновременно обрабатывать несколько задач. Это обстоятельство способствовало развитию так называемой системы динамического распределения памяти, когда под каждую обрабатываемую процессором задачу отводятся динамические (переменные по своей величине и местоположению) разделы оперативной памяти.

Динамический характер работы позволяет распоряжаться имеющейся памятью более экономно, своевременно «изымая» лишние участки памяти у одних задач и «добавляя» дополнительные участки – другим (в зависимости от их важности, объема обрабатываемой информации, срочности выполнения и т.п.). За «правильное» динамическое распределение памяти в ПК отвечает операционная система, тогда как за «правильное» использование памяти, отвечает прикладное программное обеспечение.

Совершенно очевидно, что прикладные программы должны иметь способность работать под управлением операционной системы, в противном случае последняя не сможет выделить такой программе оперативную память или она не сможет «правильно» работать в пределах отведенной памяти. Именно поэтому не всегда удается запустить под современной операционкой, ранее написанные программы, которые работали под управлением устаревших систем, например под ранними версиями Windows (Windows 98).

Ещё (для общего развития) следует знать, что последняя, из ныне обитающих на компьютерах пользователей, операционная система Windows 7, разрядностью 64 бита, поддерживает объем памяти до192 Гбайт (младший 32-битный собрат «видит» не больше 4 Гбайт). Однако, если Вам и этого мало, пожалуйста, 128-разрядная Windows 8 заявляет поддержку поистине колоссальных объемов – я даже не осмеливаюсь озвучить эту цифру (для тех, кто хочет сие проверить — дерзайте, магазины рядом :-)).

Что это такое разобрались. Дальше, на очереди, как и гласил заголовок, у нас не менее интересный вопрос: «Зачем нужна эта самая оперативная память?».

Как мы уже знаем, обмен данными между процессором и памятью происходит чаще всего с участием кэш-памяти. В свою очередь, ею управляет специальный контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их, т.е. кэш-контроллер загружает в кэш-память нужные данные из оперативной памят­и, и возвращает, когда нужно, модифицирован­ные процессором данные в оперативку.

После процессора, оперативную память можно считать самым быстродействующим устройством. Поэтому основной обмен данными и происходит между этими двумя девайсами. Вся информация в персональном компьютере хранится на жестком диске. При включении компа в ОЗУ с винта записываются драйверы, специальные программы и элементы операционной системы. Затем туда записываются те программы – приложения, которые мы будем запускать, при закрытии последних они будут стерты из оной.

Данные, записанные в оперативной памяти, передаются в CPU (он же не раз упомянутый процессор, он жеCentral Processing Unit), там обрабатываются и записываются обратно. И так постоянно: дали команду процессору взять биты по таким-то адресам (как то: обработатьих и вернуть на место или записать на новое)– он так и сделал (смотрите изображение).

Все это хорошо до тех пор, пока ячеек памяти (1) хватает. А если нет?

Тогда в работу вступает файл подкачки (2). Этот файл расположен на жестком диске и туда записывается все, что не влезает в ячейки оперативной памяти. Поскольку быстродействие винта значительно ниже ОЗУ, то работа файла подкачки сильно замедляет работу системы. Кроме этого, это снижает долговечность самого жесткого диска. Но это уже совсем другая история.

Примечание.
Во всех современных процессорах имеется кэш (cache) — массив сверхскоростной оперативной памяти, являющейся буфером между контроллером сравнительно медленной системной памяти и процессором. В этом буфере хранятся блоки данных, с которыми CPU работает в текущий момент, благодаря чему существенно уменьшается количество обращений процессора к чрезвычайно медленной (по сравнению со скоростью работы процессора) системной памяти. Однако, кэш-память малоэффективна при работе с большими массивами данных (видео, звук, графика, архивы), ибо такие файлы просто туда не помещаются, поэтому все время приходится обращаться к оперативной памяти, или к HDD (у которого также имеется свой кэш).

Компоновка модулей
Кстати, давайте рассмотрим из чего же состоит (из каких элементов) сам модуль.

Так как практически все модули памяти, состоят из одних и тех же конструктивных элементов, мы для наглядности возьмем стандарт SD-RAM (для настольных компьютеров). На изображении специально приведено разное конструктивное исполнение оных (чтобы Вы знали не только «шаблонное» исполнение модуля, но и весьма «экзотическое»).