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topFAQ ≫ CPU 更新: 2005.04.07 (4970d)

CPU

整備者:よしだ かのう
2000.02.10 更新
  1. CPU(シーピーユー)とは
  2. PowerPC(パワーピーシー)とは
  3. Powerアーキテクチャーとは
  4. RISC(リスク)とは
  5. CISC(シスク)とは
  6. PowerPC601(パワーピーシーろくまるいち)とは
  7. PM6100に使用されている動作クロック
  8. 動作クロックの変更
  9. PPC601の冷却について

CPU(シーピーユー)とは

Central Processing Unitの略で,中央演算装置のこと. コンピュータの中心部分で人間の脳に当たり,マイクロプロセッサという電子部品が演算や制御を行う.



PowerPC(パワーピーシー)とは

Apple社とMotorola社,IBM社が提携して開発した32bit, RISCタイプのCPUで高速な処理能力とスケーラビリティーが特徴である. 開発中から,Apple社のMacintoshとIBM社のワークステーションなどに採用されることが決定していた.



Powerアーキテクチャーとは

IBM社のRS/6000が採用しているアーキテクチャーでPerformance Optimized with Enhanced RISCの略.



RISC(リスク)とは

Reduced Instruction Set Computerの略で,命令セット縮小型コンピュータと訳される. 命令を単純化したタイプのCPUのこと. RISCは基本的に1命令の長さが決まっているので同時実行しやすく複数命令の同時実行によって処理速度が上がる. 内部構造が単純なため処理速度を向上させるのが比較的容易でコストパフォーマンスに優れる. RISCに対して68040など以前のタイプのCPUをCISCと呼ぶ.



CISC(シスク)とは

Complex Instruction Set Computerの略で,命令セット複雑型コンピュータと訳される.
1つで複雑な機能を実現する命令を持ったCPUのこと.
複雑な命令を実現するために内部構造も複雑になり,処理速度の向上が難しくなった.
Motorola社の680x0シリーズやIntel社の80x86シリーズがこれにあたる.
高度な複合命令の数が多くなり1つの命令の実行に時間がかかってスピードが上がらなくなってきたため,代わってRISCが登場した.



PowerPC601(パワーピーシーろくまるいち)とは

PowerPC60xシリーズの1つで初代PowerPCチップでPower Macintosh 6100などに搭載された.
PPC601は内部/外部64bitのデータバスと32bitアドレスバスを持つ,32bitアーキテクチャーRISCプロセッサーで,32KBの命令/データ統合L1キャッシュを搭載している.
外部バスの2倍速固定で,クロック周波数は50〜80MHzをサポートしウェハープロセスは0.6μm.
消費電力は80MHz時に8.0Wである.なおPPC601vは高速化と低消費電力化のために電源電圧を2.5Vとし,外部バスの3倍クロックで内部動作を可能としたモデルで,90〜120MHzのものがPower Macintosh 7200,7500,8150等に搭載された.
なお,PPC601からPPC601vへの脳移植の構想はあったようだが,実際の成功例は見あたらない.



PM6100に使用されている動作クロック

第1世代のPowerPCを採用したPM6100は最初60MHzで動作するチップが採用され,その後のマイナーチェンジで66MHzへとクロックアップが図られた.
互換機ではPIONNERがGX-1シリーズを発表発売しており同様にスペックが変更となっている.
また,GX-1シリーズの後期にはLTDというバージョンが存在し,PM6100には採用されなかった80MHzの動作クロックのモデルがあった.
このGX-1 LTDのロジックボードを観察してみると60/66モデルとは比較できないほど大きなヒートシンクが使用されており,80MHz動作の発熱の大さが推測できる.

それでは,この6100/80モデルが定格80MHzのPPC601が使われていたのかというと,そうではなく,単純に完成した66MHzモデルのロジックを何処かで改造してクロックアップの後,製品化しているのがわかる.なぜならば,ロジックボードには6100/66と印刷してある上,大きなヒートシンクをはぐってみると定格66MHzのPPC601FD-66-1と書かれたチップが顔を出し,33MHzから40MHzへと取り替えられたオシレータ付近には,いかにも手をいれたようなロジックボードの傷と半田付けの痕があるからである.

しかしながら,PM6100のロジックボードの部品番号820-0556-Bと製造番号(一例としてSG5101ET4MQA)と同時に,別の番号(一例としてQWX1019-A A001104)が記載されあくまでもメーカー製改造品であることが理解できる.



動作クロックの変更

PPC601の動作クロックを決定しているのはSIMMスロットのすぐ左にある,30.000または33.000と書かれたオシレータ(水晶発振器)である.
この値がバスクロックであり,この値を2倍したものがPPC601の動作クロックとなっている.
そこでこの値を変更することで任意の動作クロックを得ることができる.

変更するには

などがある.

いずれにしても定格以上で動作させることになるのでどの程度まで安定動作してくれるかは一概には言えないが,一般には80MHz程度までは問題なく起動し,海外のクロックアップ情報を集めたサイトでは100MHzでの動作報告もあるが,実際にお目にかかったことはない.

本会では48MHzでとりあえず起動し,45MHzでの安定動作の報告はある.


さて実際の例として.オシレータ上の文字を正立でみた際に,左下を1番,右下を2番,右上を3番,左上を4番とする.この場合,1番はNC ,2番はGND,3番はOUT,4番は5Vとなる.

ロジックボード上のBUSクロック30または33MHzを決定してるオシレータの,1番ピンと2番ピンをリード線でジャンパーする事で,このオシレータの作動が停止する.
これは1番と2番を接続するとことで,出力の3番が停止するだけでなくHigh-Z状態(他の出力と短絡しても問題のない,抵抗の高くなった状態)になるので,そのまま別のオシレータをかぶせて乗っ取らせるという技が使えるのである.
もしくは取り去ってもかまわないが,あとで起動しなかったときに復帰が面倒である.

次に用意したオシレータのGNDと5Vをそれぞれロジックボードの眠ったオシレータの端子へ接続することでこれが動作し,3番ピンからの出力をロジックボード上の機能を停止したオシレータの3番ピンに接続することで,後付のオシレータの2倍速でCPUは起動するはずである.



PPC601の冷却について

6100/60,66では良く見慣れた小さなヒートシンクが使われているが,クロックアップすると当然発熱が多くなるのでCPUの冷却を強化しなくては,PPC601が安定動作しなくなるだけではなく,製品寿命を大幅に縮めることになる.
ただ,一般にクロックアップキットを購入した場合には冷却ファンが付いてくるのでそれを用いれば問題はないが,自作でクロックを変更した場合は40mm角の冷却ファンを購入して,風が上向きに排出されるようにヒートシンクに差し込めば同様の効果が得られる.

もちろん,GX-1 LTDのヒートシンクが入手できればそれでもよいが, このヒートシンクは大きく高さもあるので, VCカードを使用している場合にはVRAMと干渉するしてしまい,この2つの組み合わせでの使用は出来ない.


PM8100/110等ではこの小さなヒートシンクの下にペルチェ素子を使って冷却を強化している.
それではこのヒートシンクをPM6100に移植するとどうなるかというと,逆に熱暴走してしまう.
なぜか?PM8100等ではヒートシンクのすぐそばに電源の排気ファンがあるので,ペルチェ素子がCPUから熱移動させて熱くなったヒートシンクも効果的に冷却してくれるが,PM6100では排気ファンが離れているためヒートシンクの排熱がうまくいかず,逆に過熱することになってしまうからである.

それではペルチェ素子+冷却ファンではどうか? 確かに冷却は万全ではあるがそこまで冷却することは全く必要なく, 電源に大きな負担をかけるだけとなってしまうのでPM6100にペルチェの出番はないようである.


PPC604/120等のドーターカードを見ると大きなヒートシンクが付いおり,高さもない.
これを流用することで電源に負担をかけない冷却強化が可能となる.
ちなみにロジックボードにあけてある,ヒートシンク固定用のピン金具の寸法間隔は同一である.
しかし,そのままでは各部がぶつかって全く取り付かないので,機械加工によって余分な所を除去することによって,はじめて取り付けが可能となる.よってこの方法はあまり一般的ではない.



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