Tài liệu Mainboard, Slot, Socket cắm CPUmạch in điện tử được thiết pptx

Mainboard, Slot, Socket cắm CPU

Trong máy tính, mỗi bo mạch in điện tử được thiết kế để thực hiện
một chức năng hoặc nhóm chức năng nào đó. Ví dụ: Card màn hình là
một bo mạch in điện tử chuyên xử lý và hiển thị các tín hiệu về hình
ảnh đồ họa trong máy tính.

Electronic Board - Bo mạch in điện tử:
Là một bản (tấm/bo) mạch in trong thiết bị điện tử. Trong máy tính, mỗ
i bo mạch in điện
tử được thiết kế để thực hiện một chức năng hoặc nhóm chức năng nào đó. Ví dụ: Card
màn hình là một bo mạch in điện tử chuyên xử lý và hiển thị các tín hiệu về hình ảnh đồ
họa trong máy tính.
Mainboard - còn gọi là Motherboard (Bo mạch chính) hoặc System board (Bo mạch Hệ
thống):
Trong máy tính, nó là bo mạch in chính trong máy tính. Nó bao gồm các khe gắn
(sockets) cho phép gắn thêm các bo mạch phụ, các bo mạch chức n
ăng. Mainboard còn
chứa các kênh truyền dữ liệu (bus), các bộ xử lý (chipsets), các khe chứa bộ nhớ
(memory sockets), các giao diện gắn thiết bị ngoại vi và thiết bị nhập xuất như: máy in,
màn hình, bàn phím, chuột, máy ảnh kỹ thuật số... (Xem hình bên)
Các bộ xử lý (chip) điều khiển việc xử lý và hiển thị hình ảnh, xử lý âm thanh, điều khiển
các cổng nhập xuất tuần tự và song song (serial & parallel ports), điều khiển và cung cấp
giao tiếp mạng...có thể được tích hợp hay không tích hợp trên Mainboard. Nếu không
được tích hợp sẵn, thì các bộ xử lý đó tồn tại dưới dạng các bộ điều khiển độc lập
(independent controller) được gắn vào các khe gắn mở rộng (expansion slot) trên
Mainboard. Chúng ta thường gọi các bộ điều khiển độc lập đó là card. Ví dụ: card màn
hình (Video card, video adapter), card nhập xuất (I/O card, SCSI card), card mạng
(Network Interface Card, Network adapter)...

Các giao diện của CPU (CPU Interface) (phổ biến nhất hiện nay)
Trong quá trình phát triển của mình, máy tính hỗ trợ nhiều loại giao diện (interface) khác
nhau để cho phép kết nối nhiều loại thiết bị và linh kiện lại với nhau. Mỗi giao diện linh
kiện hoặc thiết bị được phát minh - chuẩn hóa - cải tiến và cứ như thế các loại giao diện
liên tục được giới thiệu đã dẫn đến quá trình cải tiến không ng
ừng của công nghệ máy
tính. Nằm ở trung tâm của một hệ thống máy tính là CPU (Central processing Unit) - từ
sau này, tôi sẽ sử dụng lẫn lộn giữa Bộ Xử lý và CPU nhằm mục đích giúp các bạn mới
làm quen với máy tính hiểu được từ nguyên gốc được dùng rất phổ biến và nghĩa tiếng
Việt của nó.
Về cơ bản, một CPU (BXL) là một mảnh Silicon hình vuông (square sliver of silicon) với
các mạch điện tử
được khắc axit (etched) lên bề mặt. Chip điện tử này được kết nối với
các chân tín hiệu (signal pins) và toàn bộ khối linh kiện này được đóng gói ở một dạng
nào đó - có vỏ bọc bằng sứ (ceramic) hoặc bằng chất dẻo (plastic) - với các chân tín hiệu
được thiết kế chạy dọc theo các cạnh dưới của bề mặt hình vuông dẹp hoặc theo một cạnh
dài. Gói CPU được kết nối v
ới Motherboard thông qua một số giao diện hiệu) CPU -
dạng Khe gắn (slot) hoặc Đế gắn (socket). Giao diện Socket (đế gắn) được sử dụng phổ
biến trong một thời gian dài. Sau đó, các nhà sản xuất hàng đầu như Intel® Corpotation
và AMD Corporation lại chuyển sang sử dụng giao diện Slot (khe gắn). Sau một thời gian
tương đối ngắn nữa, họ lại chuyển trở lại công nghệ sử dụng đế gắn (socket).
Các thế hệ BXL 386, 486, Pentium và Pentium MMX cổ điển ra đời dưới dạng các gói
hình vuông dẹp (flat square package) với một hàng chân tín hiệu ở mặt dưới gọi là PGA -
Pin Grid Array (Hàng chân tín hiệu được sắp theo ô) và được gắn vào giao diện CPU
loạ
i Socket trên Mainboard. Socket 7, một trong các giao diện xưa nhưng được rất nhiều
dòng CPU hỗ trợ, kể cả các CPU của các hãng ngoài Intel.
Socket 8 được thiết kế cho dòng CPU Pentium Pro của hãng Intel® - được giới thiệu
năm 1995- với cấu trúc đặc biệt để chứa Gói CPU hình vuông - hai khoang bất thường

của Pentium Pro. Để hỗ trợ Cache L2 (Bộ nhớ nội cấp 2, xem thêm phần CPU để biết
thêm về cache)- được
đóng gói chung với CPU, nhưng không nằm trên nhân (on-die) -
Socket 8 bao gồm 3 nhân (3 dice) riêng biệt gắn trên mạch của CPU. Kiến trúc đặc biệt
phức tạp này đã đẩy giá thành của Socket 8 lên quá cao nên nó đã nhanh chóng bị ngưng
sản xuất.
Cùng với sự ra đời của dòng CPU Pentium II, Intel® đã chuyển qua sử dụng một giải
pháp rẻ hơn cho việc đóng gói các BXL chứa nhiều hơn 1 nhân (die). Về thiết kế, kiểu
đóng gói SECC (Single Edge Contact Cartridge - Hộp Giao tiếp M
ột cạnh) thực tế là
một bản mạch chứa chip xử lý (core processor chip) và các chip nhớ (memory chip). Hộp
CPU chứa các chân tín hiệu chạy dọc theo một cạnh, điều này cho phép CPU được gắn
theo chiều vuông góc với mặt Mainboard như phần lớn các card mở rộng như : sound
card hoặc Graphics card. Giao diện đó gọi là Slot 1. Các chip tạo thành Cache L2 có thể
hoạt động với tốc độ bằng ½ tốc độ của CPU. Khi hãng Intel® quay trở lại vớ
i kỹ thuật
thiết kế Cache L2 trên nhân CPU (Processor die) - từ dòng Pentium® III lõi
Coppermine)- họ vẫn tiếp tục sử dụng công nghệ đóng gói không có sẵn Cache
(cacheless Slot 1 packaging) thêm một thời gian nữa nhằm mục đích hỗ trợ tương thích.
Dòng CPU Pentium® Xeon - là các CPU chuyên dùng làm server - có Cache L2 hoạt
động ở tốc độ ngang bằng với tốc độ của CPU. Điều này phát sinh nhu cầu phải sử dụng
một bộ tản nhiệt (heatsink) lớn hơ
n, do vậy hộp chứa CPU cũng phải được thiết cao hơn.
Slot 2 là khe gắn đáp ứng được thiết kế cho các yêu cầu trên. Slot 2 hỗ trợ nhiều đầu nối
(chân tín hiệu) hơn Slot 1 nhằm hỗ trợ các tính năng của hệ thống máy chủ (server) như
tính năng đa bộ xử lý (multi-processor) và các tính năng khác.
Khi Intel ngưng sản xuất các BXL MMX vào giữa năm 1998 và để dành kiến trúc Socket
7 (là đế gắn BXL Intel Pentium MMX) cho các đố
i thủ cạnh tranh, chủ yếu là AMD và
Cyrix, khai thác. Với sự hợp tác của hai hãng vừa sản xuất Chipset và bo mạch chủ này,

kiến trúc Socket 7 đã được tiếp tục sử dụng rất thành công trong các năm tiếp theo. Quyết
tâm của AMD trong việc tạo đối trọng với công nghệ Slot 1 của Intel ngay trên kiến trúc
Socket 7 được thể hiện rõ ở dòng BXL 0.25 Miron AMD K6-2 được giới thiệu vào cuối
tháng 5-1998. AMD K6-2 đánh dấu bước phát triển quan trọng của ki
ến trúc Socket 7.
AMD gọi kiến trúc này là "Super 7" và họ đã liên tục phát triển nền tảng này đến năm
2000. Được phát triển bởi AMD và các đối tác công nghiệp hàng đầu, kiến trúc super 7
đã vượt qua kiến trúc socket 7 truyền thống bằng cách hỗ trợ các giao diện kênh hệ thống
95Mhz và 100Mhz, cổng tăng tốc đồ họa AGP (Accelerated Graphics Port) và một số
tính năng "cao cấp" khác như 100Mhz SDRAM, USB, Ultra DMA và ACPI.
Khi AMD giới thiệu BXL Athlon sử dụng Slot A vào giữa năm 1999 nhằm mục đích
cạnh tranh với Intel khi hãng này thay đổi giao diện CPU từ đế gắn (socket-based) sang
khe gắn (slot-based). Kiến trúc tươ
ng đồng về mặt vậy lý so với Slot 1, nhưng CPU
Athlon giao tiếp thông qua các chân tín hiệu bằng một giao thức hoàn toàn khác - được
sáng chế bởi hãng Digital gọi là EV6- cho phép truyền dữ liệu từ bộ nhớ (RAM) sang
CPU thông qua kênh truyền hệ thống 400Mhz (400Mhz Front-Side-Bus- FSB). Slot A sử
dụng một đơn vị cân bằng điện áp (Voltage Regulator Module-VRM) cho phép CPU thiết
lập điện áp hoạt động phù hợp trong khoảng từ 1.3V - 2.05V.
Như đã trình bày ở trên, các BXL dạng khe gắn (slot-based processor) không hỗ tr
ợ khả
năng tích hợp Cache L2 trên nhân CPU. Do vậy, vào đầu năm 1999 Intel lại quay trở lại
công nghệ đóng gói PGA (Pin Grid Array) có hỗ trợ Cache L2 tích hợp trên nhân CPU
(processor die) qua dòng CPU Intel Celeron. Dòng CPU này sử dụng công nghệ đóng
gói PPGA 370, được tiếp xúc với Mainboard qua một giao diện đế gắn CPU gọi là socket
370. Không chỉ có Intel, hãng Cyrix cũng có dòng CPU VIA C3 sử dụng socket 370
này.
Sư từ bỏ slot 1 đột ngột nhằm đẩy mạnh socket 370 đã tạo ra một nhu c
ầu về thiết bị đổi
cho phép sử dụng các BXL công nghệ CPU PPGA trong các mainboard có khe gắn slot

1. Abit là hãng đầu tiên trên thị trường sản xuất bộ đổi từ Slot 1 <- - > Socket 370 gọi là
"SlotKET". Sau đó nhiều nhà sản xuất khác cũng theo chân Abit sản xuất các bộ đổi như
vậy. Điều này đã bảo đảm cho các chủ nhân của mainboard Slot 1 không phải lo lắng về
khả năng tương thích với các CPU "đời mới" sử dụng socket 370.
Sau Socket 370, Intel lạ
i tiếp tục giới thiệu các phiên bản khác của nó là các giao diện
FC-PGA (Flip Chip-Pin Grid Array) và FC-PGA2 sử dụng với các BXL Pentium III
Coppermine và Tualatin. Lợi ích của các công nghệ đóng gói này là phần nóng nhất của
BXL sẽ nằm ở mặt không tiếp xúc với Mainboard, do vậy khả năng tản nhiệt được cải
thiện. Công nghê FC-PGA2 còn hỗ trợ thêm một bộ tản nhiệt tích hợp (Integrated Heat
Speader) cho phép tăng cường khả năng dẫn nhiệt tốt hơ
n nữa. FC-PGA và FC-PGA2
tương thích về mặt cơ học với Socket 370, nhưng về mặt tín hiệu điện, chúng không
tương thích với nhau. các BXL FC-PGA yêu cầu các Mainboard hỗ trợ đặc tả kỹ thuật
VRM 8.4 (VRM 8.4 Specification) trong khi các BXL FC-PGA2 đòi hỏi hỗ trợ VRM 8.8.
Tương tự như Slot 1 của Intel, giao diện Slot A của AMD cũng có một "đời sống khá
ngắn ngủi". Với sự sáng tạo ra Athlon Thunderbird và Spitfire, AMD đã theo chân người
khổng lồ Intel bằng cách chuyể
n sang sử dụng công nghệ đóng gói theo kiểm PPGA
trong dòng BXL Athlon và Duron của mình. Các BXL này được kết nối vào Mainboard
thông qua một giao diện mà AMD gọi là Socket A. Giao diện này có 462-pin (chân tín
hiệu), trong đó có 453 chân được BXL sử dụng, và hỗ trợ các kênh dữ liệu 200Mhz EV6
và 266Mhz EV6. Các mã CPU Palomino và Morgan sau này của AMD cũng tương thích
với Socket A.
Với sự ra đời của Pentium 4 vào cuối năm 2000, Intel đã giới thiệu thêm một công nghệ
đóng gói theo kiểm để gắn khác là Socket 423. Như một biểu trưng cho xu hướng các
BXL tiêu thụ ít năng lượng, công nghệ đóng gói socket 423 theo kiểu PGA này có mức
điện áp hoạt động trong khoảng từ 1.0V - 1.85V theo đặc tả VRM. Socket 423
được sử
dụng trong khoảng vài tháng thì Intel lại tiếp tục giới thiệu công nghệ đóng gói mới là

socket 478. Điểm khác nhau chính giữa hai loại đế gắn này là socket 478 có mật độ sắp
xếp các chân dữ liệu dày hơn theo giao diện µPGA (Micro Pin Grid Array), điều này
khiến cho kích thước của CPU và không gian bị chiếm dụng bới đế gắn CPU trên
Mainboard giảm đi rất đáng kể. Socket 423 được giới thiệu nhằm sử dụng cho công ngh
ệ
CPU Pentium 4 Northwood 0.13 µm vào đầu năm 2002.
Sau đây là bảng tổng hợp các giao diện CPU thường thấy trên Mainboard, kể từ kiến trúc
đế gắn socket 1 - đế gắn dành cho các CPU 486 và Overdrive vào những năm đầu của
thập kỷ 1990.

Tên Giao diện Mô tả

Socket
1
169-pin
(169chân
tín hiệu)
Được thiết kế trên các Mainboard 486, hoạt động với điện áp 5
Volt và hỗ trợ các CPU 486, các bộ nâng cấp CPU (CPU
OverDrive) DX2 và DX4.

Socket
2
238-pin
Là một giao diện có sửa đổi một chút từ Socket 1 nhưng cho phép
hỗ trợ thêm Pentium CPU OverDrive.

Socket
3
237-pin

Hỗ trợ điện áp 5 volt và 3.3Volt. Mainboard có các Jumper cho
phép lựa chọn điện áp phù hợp. Nó hỗ trợ các CPU như Socket 2
cộng thêm các CPU 586.

Socket
4
273-pin
Là đế gắn (Socket) đầu tiên dùng cho dòng CPU Pentium. Hoạt
động ở mức điện áp 5 volt, do đó nó chỉ hỗ trợ các Bộ Xử lý
(CPU) Pentium 60/66 Mhz. Kể từ BXL (CPU) Pentium-75Mhz,
Intel chuyển qua sử dụng công nghệ 3.3Volt.

Socket
5
320-pin
Hoạt động ở mức điện áp 3.3 volt và hỗ trợ các BXL dòng
Pentium từ 75Mhz cho tới 133Mhz. Nó không tương thích với
các đời BXL sau này bởi chúng đòi hỏi thêm 1 chân tín hiệu (1
additional signal pin).

Socket
6
235-pin
Được thiết kế cho các BXL 486. Là phiên bản được cải tiến của
Socket 3 hoạt động ở mức điện áp 3.3 volt. Nó xuất hiện vào thời
điểm các BXL 486 chuẩn bị được thay thế bởi BXL Pentium.

Socket
7
320-pin

Được thiết kế dành cho BXL Pentium MMX của Intel. Đế gắn
có hỗ trợ khả năng phân chia điện áp Lõi/Nhập Xuất (Core/IO