CPU-Arten, Mehrkernprozessoren, QPI/HT, Chipsatz, CPUs und ihre Sockel

Gegenueberstellung_CISC_RISCGrundsätzlich gibt es zwei Arten von CPUs. Zum einen ist es die sogenannte RISC-CPU und zum anderen die CISC-CPU. An früheren Tagen wurde die RISC-CPU in Dekstop-PCs, wie dem Commodore C64, oder dem Power-PC eingesetzt. Diese CPUs kamen vom Hersteller Motorola und waren im Grafikbereich eingesetzt. Die CISC-CPUs warn in IBM PCs eingebaut und kamen vorzugsweise vom Hersteller Intel.

Der Unterschied zwischen diesen beiden CPUs lag im Befehlssatz. Während die RISC-CPU mit einem reduzierten Befehlssatz auskam, typischerweise 100 Befehle, wurde bei den CISC-CPUs ein Befehlssatz von ca. 300 Befehlen benötigt, welche der Reihe nach bearbeitet werden mussten. Die RISC-CPU konnte, aufgrund des Pipelining, vier Befehle gleichzeitig abarbeiten. Bedingt durch diese Prozessorarchitektur war die RISC-CPU trotz reduzierter Taktrate schneller als die CISC-CPU.

RISC = Reduced Instruction Set Computer
CISC = Complex Instruction Set Computer

Im Desktopbereich sind RISC und CISC inzwischen zusammengewachsen, sodass keine reine Prozessorachitektur abgeleitet werden kann. Sowohl im IBM- als auch im Mac-Bereich werden heutzutage Intel-CPUs verbaut. eine Ausnahme bildet hier der Tablet- bzw. Smartphonemarkt, auf dem vorzugsweise die ARM-Prozessoren verbaut sind. Diese Prozessoren sind auf mobile computing optimiert.

Reine RISC-CPUs werden vorzugsweise auf Geräten eingesetzt, welche einen festen Funktionsumfang besitzen. diese Geräte können z.B. Anwahlrouter, Netzwerkswitches, diverse Elektrogeräte wie Fernseher, Waschmaschinen, Geschirrspüler, RAID- bzw. SATA- oder SAS-Controller, oder im KFZ-Bereich sein.

Die CPU ist das Herzstück eines PC-Systems und somit die schnellste Komponente im PC-System. Der CPU-Takt liegt heutzutage üblicherweise bei 3 GHz. Eine Erhöhung der Taktfrequenz ist aus bekannten Gründen nicht mehr so einfach zu bewerkstelligen. Um die Rechenleistung nun doch noch erhöhen zu können, wird auf die Mehrkerntechnologie gesetzt. Das heißt, auf einer CPU sind mehrere Prozessorkerne untergebracht. Auf den aktuellen CPUs von Intel oder AMD sind acht Kerne üblich. Diese Prozessorkerne müssen untereinander verbunden sein und sauber interagieren. Bei Intel wird diese Verbindung als sogenannte QPI (Quick Path Interconnect) bezeichnet. diese QPI  löst den aus früheren Zeiten bekannten FSB (Front Side Bus) ab. Der QPI bezieht den Arbeitsspeicher und die Grafikkarte mit ein. Daher ist auf neueren PC-Systemen die bekannte North- und Southbridge als sogenannter Chipsatz nicht mehr vorhanden. Die Arbeit der Northbridge wird von der CPU und der QPI direkt übernommen. Der QPI taktet mit einer üblichen Frequenz von ca. 100 MHz.

Bei AMD heißt diese Verbindung HT (Hyper Transport) und ist nicht mit dem von Intel bekannten Hyper Threading zu verwechseln, wo die CPUs lediglich virtuell verdoppelt werden. AMD setzt bei der Datenübertragung zwischen den CPUs auf eine reine skalierbare serielle Datenübertragung. Allerdings liegt AMD bei diversen Benchmarks gegenüber den Intel CPUs deutlich zurück, soweit man diesen Tests glauben kann.

Die grundsätzliche Kommunikation der CPU mit dem Arbeitsspeicher wird im Regelfall vom sogenannten Chipsatz übernommen. Es gibt (gab) die North- und Southbridge (Bei QPI-Systemen ist die Northbridge im Prozessor und von außen nicht sichtbar). Die Northbridge war für alle Geräte zuständig, welche in der Taktfrequenz des FSB (QPI) takten und die Southbridge für Geräte, die mit einem Bruchteil der FSB-Taktfrequenz arbeiten. Die Northbridge regelt also den Datenaustausch zwischen Prozessor, Arbeitsspeicher und Grafikkarte und wird heiß. Die Northbridge war (ist) an der aktiven (=Lüfter) bzw. passiven (=Kühlkörper) Kühlung erkennbar.

Die Datenübertragungsleistung wird neuerdings in MB/sek. angegeben. Werte wie PC3200 bzw. PC6400 sind oft als Angabe auf diesen (Arbeits-)Speicherchips zu finden. Das heißt, es sind mit diesen Speicherchips (theoretisch) Datenraten bis 3200 MB/s bzw. 6400 MB/s möglich. Die Taktfrequenz als Basis für die Berechnung der Übertragungsrate tritt immer mehr in den Hintergrund. Dies liegt nicht zuletzt an der Tatsache, dass die parallele Datenübertragung von der seriellen Datenübertragung immer mehr abgelöst wird. Die Taktfrequenzen für die serielle Übertragung können bei störungsfreiem Betrieb sehr viel höher sein.Daher ist die Angabe von MB/s als annähernd realistisch anzusehen.

CPUs und ihre Sockel:

PGA: Pin Grid Array, Kontakte sind als Stifte in einem Raster angeordnet.
Die Pins werden im Werk auf der Platine festgelötet oder in einen Sockel gedrückt (z.B. ZIF-Sockel). Variante: SPGA (Staggered Pin Grid Array), die Pins sind versetzt angeordnet:

PGA Prozessor

PGA Prozessor

 

LGA: Land Grid Array, Feld aus Kontaktflächen (rund im Bild oben). Die Kontakte im Sockel bestehen aus kleinen federnden Flächen, die von unten gegen die Prozessorkontakte drücken.

LGA-Prozessor

LGA-Prozessor

Intel Socket 1155 für LGA-Prozessoren (man beachte die federnden Kontakte, Klicken für größeres Bild)

Intel Socket 1155 für LGA-Prozessoren (man beachte die federnden Kontakte, Klicken für größeres Bild)

 

 

BGA: Ball Grid Array. Kontakte sind kleine Perlen aus Lötzinn (o.ä.), die beim Einbau im Werk automatisch mit der Platine verschmelzen (siehe Seitenansicht im zweiten Foto!)

BGA Chip

BGA Chip

BGA RAM (man sieht hier die Lötperlen, die jetzt fest auf der grünen Platine sitzen)

BGA RAM (man sieht hier die Lötperlen, die jetzt fest auf der grünen Platine sitzen)

 

 

IC-Sockel, Integrated Circuit (Integrierte Schaltung). Prozessor wird mit Kraft hineingedrückt und herausgezogen. Dabei besteht die Gefahr, dass die Pins der Prozessoren Schaden nehmen.

IC-Prozessor

IC-Prozessor

IC-Sockel

IC-Sockel

 

ZIF-Sockel, Zero Insertion Force (Nullkraftsockel), Weiterentwicklung des IC-Sockels, aber teurer. Der Prozessor kann ohne große Druck- bzw. Zugkräfte eingesetzt und herausgenommen werden. Der Hebel (braun, rechts im Bild) wird vor dem Einsetzen hochgeklappt und anschließend wieder heruntergeklappt um den Prozessor zu fixieren.

ZIF Sockel – Man sieht hier deutlich die Löcher, in welche die Pins der PGA-Prozessoren müssen.

ZIF Sockel – Man sieht hier deutlich die Löcher, in welche die Pins der PGA-Prozessoren müssen.

Zwischenstufe: LIF-Sockel (Low Insertion Force), mit weniger Kraftaufwand als beim IC-Sockel, aber mehr als beim ZIF-Sockel.

Weiterführende Links
http://www.kreissl.info/ra_01.php

 

Schreibe einen Kommentar