Работа и устройство процессоров

Напряжение питания процессоров

В последнее время явно прослеживается тенденция к снижению напряжения питания процессоров. Наиболее очевидным следствием этого является снижение потребляемой мощности. Конечно, если потребляемая мощность меньше, то функционирование системы обходится дешевле; еще более важно снижение потребляемой мощности для переносных систем, так как благодаря этому ко

мпьютер может работать намного дольше на одной и той же батарее. Именно значительное удлинение срока службы батареи, вызванное снижением потребляемой мощности, повлекло за собой множество усовершенствований, направленных на понижение напряжения питания процессора. Еще одним преимуществом является то, что при пониженном напряжении, а следовательно, и при более низкой потребляемой мощности, выделяется меньше тепла. Процессор и вентилятор можно размещать ближе к другим компонентам, т. е. упаковка системы может быть более плотной; кроме того, срок службы процессора возрастает. К преимуществам можно отнести и то, что процессор вместе с вентилятором потребляет меньшую мощность, а потому может работать быстрее. Именно благодаря снижению напряжения удалось повысить тактовую частоту процессоров. До выпуска портативных компьютеров на базе в большинстве процессоров использовалось одно и то же напряжение и для процессора, и для схем ввода-вывода. Вначале большинство процессоров, а также схемы ввода-вывода работали при напряжении, равном 5 В, которое позже было снижено до 3,5 или 3,3 В (в целях уменьшения потребляемой мощности). Когда один и тот же уровень напряжения используется для процессора, его внешней шины и сигналов схем ввода-вывода, говорят, что такой процессор использует единственный, или унифицированный, уровень напряжения. При создании процессора Pentium для переносных компьютеров компанией Intel был разработан способ, применяя который можно значительно уменьшить потребляемую мощность при сохранении совместимости с существующими наборами микросхем системной логики, микросхемами логики шины, микросхемами памяти и другими компонентами, рассчитанными на 3,3 В. Благодаря этому был создан компьютер с двумя уровнями напряжения, или с расщеплением уровня напряжения, в котором процессор использовал более низкое напряжение, а схемы ввода-вывода работали при напряжении 3,3 В. Это новшество стали называть технологией уменьшения напряжения (Voltage Reduction Technology — VRT); оно появилось в портативных вариантах процессора Pentium в 1996 году. Позже два уровня напряжения использовались также в процессорах для настольных систем; например, в Pentium MMX использовалось напряжение 2,8 В, а схемы ввода-вывода работали при напряжении 3,3 В. Теперь в большинстве современных процессоров как для переносных, так и для настольных компьютеров используются два уровня напряжения. В некоторых современных процессорах используется напряжение 1,6 В.Гнезда и разъемы процессоров Pentium имеют специальные контакты — Voltage ID (VID), которые используются процессором для сообщения системной плате точных значений необходимого напряжения. Это позволяет преобразователям напряжения, встроенным в системную плату, автоматически устанавливать правильный уровень напряжения сразу при установке процессора. Все системные платы последних версий позволяют в целях повышения производительности отменить установленное значение напряжения. Причем эту величину можно изменить вручную, ведь для разгона процессора достаточно увеличить напряжение на десятую часть вольта. Следует заметить, что в этом случае, конечно, увеличивается нагрев процессора, поэтому необходимо принять соответствующие меры по отводу избыточного тепла.

Перегрев и охлаждение

В компьютерах с быстродействующими процессорами могут возникать серьезные проблемы, связанные с перегревом микросхем. Более быстродействующие процессоры потребляют большую мощность и соответственно выделяют больше тепла. Для отвода тепла необходимо принимать дополнительные меры, поскольку встроенного вентилятора может оказаться недостаточно.

Теплоотводы

Для охлаждения процессора нужно приобрести дополнительный теплоотвод (радиатор). В некоторых случаях может потребоваться нестандартный теплоотвод с большей площадью поверхности (с удлиненными ребрами).Теплоотводы бывают пассивными и активными. Пассивные теплоотводы являются простыми радиаторами, а активные содержат небольшой вентилятор, требующий дополнительного питания. Теплоотводы могут быть прижатыми к микросхеме или приклеенными к ее корпусу. В первом случае для улучшения теплового контакта между радиатором и корпусом микросхемы их поверхности следует смазать теплопроводящей пастой. Она заполнит воздушный зазор, обеспечив лучшую передачу тепла. Эффективность теплоотводов определяется отношением температуры радиатора к рассеиваемой мощности. Чем меньше это отношение, тем эффективность рассеивания тепла выше.

Активные и пассивные теплоотводы

Для увеличения эффективности радиатора в него встраивают вентиляторы. Такие теплоотводы называются активными (рис). Разъем питания вентилятора похож на обычный разъем питания накопителя, но в последнее время выпускаются радиаторы с вентилятором, который подключается к системной плате. В активных теплоотводах используются вентилятор или какое-либо другое устройство охлаждения, для работы которого необходима электрическая энергия. Активные теплоотводы обычно подключаются к специальному разъему питания, расположенному на системной плате (а в системах более ранних версий — к разъему питания дисковода).При использовании теплооотводов с вентилятором не забывайте о том, что зачастую эти вентиляторы являются дешевыми устройствами весьма низкого качества. Например, в вентиляторах часто используется электрический двигатель с подшипниками, срок службы которых крайне непродолжителен. Я рекомендую приобретать только вентиляторы с электродвигателями на шарикоподшипниках, которые служат примерно в 10 раз дольше, чем подшипники скольжения (или подшипники втулочного типа). Конечно, подобные вентиляторы почти в два раза дороже, но их применение в конечном итоге приводит к ощутимой экономии. Покупка процессора "коробочного" типа, включающего в себя высококачественный активный теплоотвод заводского изготовления, установленный в одном корпусе с процессором, избавит от необходимости приобретения хорошего активного теплоотвода с вентилятором за 15-25 долларов.

Пассивные теплоотводы представляют собой реберные алюминиевые радиаторы, принимающие поток воздуха, поступающего из внешнего источника (рисунок). Условием хорошей работы пассивного теплоотвода является воздушный поток, огибающий ребра или пластины радиатора. Источником воздуха чаще всего служит вентилятор, встроенный в системный блок. Для повышения его эффективности обычно применяется специальная трубка, используемая для направления воздушного потока прямо через ребра радиатора. Интегрирование пассивного теплоотвода является довольно сложным занятием, поскольку необходимо обеспечить постоянный приток воздуха, поступающего из какого-либо внешнего источника. Следует заметить, что при соответствующем исполнении пассивный теплоотвод может оказаться довольно эффективным и рентабельным. Это является основной причиной, по которой во многих фирменных системах, к числу которых относятся компьютеры Dell и Gateway, часто используются пассивные теплоотводы с туннельным вентилятором. Системам, собираемым отдельными пользователями или специалистами небольших компаний, не имеющими возможности разработать нестандартную схему пассивного охлаждения, приходится полагаться на активные теплоотводы со встроенными вентиляторами. Активные теплоотводы обеспечивают надежное принудительное охлаждение процессора независимо от схемы движения воздушных потоков, используемой в данной системе. Так называемые коробочные версии процессоров Intel и AMD или процессоры, поступающие в розничную продажу, включают в себя высококачественные активные теплоотводы, предназначаемые для работы в максимально неблагоприятных условиях. Одна из основных причин, по которой я склоняюсь к приобретению процессоров коробочных версий, состоит в гарантированном получении надежного теплоотвода, предназначенного для охлаждения процессора при самых неблагоприятных внешних условиях, что является условием долгой "жизни" компьютера.

 Скачать реферат