1、第二章 CPU,2.1 CPU 结构组成,2.2 CPU 的主要技术指标,2.3 CPU 的主流产品介绍,2.4 CPU 的选购,掌 握,难 点,了 解,2.1 CPU的结构组成,一、概 述1.CPU 基本概念2.CPU 基本组成3.CPU 基本功能 二、结构组成 （重点）1.内核 2.基板 3.外部封装 4.引脚式接口,1.CPU 基本概念,CPU“Central Processing Unit”的缩写，即中央处理器。,在早期的中、大型计算机中以设计复杂的电子线路板构成，后以集成电路芯片的形式出现，这种芯片称微处理器。 CPU是计算机系统的运算核心。,2 .CPU 基本组成,CPU由运算器和
2、控制器组成。 内部结构分为逻辑运算单元、控制单元和存储单元（寄存器、高速缓存）三个部分。 三部分互相协调，进行分析、判断、运算并控制计算机各个部分协调工作。,3.CPU 基本功能,运算器:主要完成各种算术运算和逻辑运算。 控制器:主要用来读取各种指令，并对指令进行分析，并作相应的控制。 寄存器:是CPU内部的临时存储单元。 读数据、处理数据和写数据(即将数据写到存储器中)。,CPU的工作原理象工厂对产品的加工过程：进入工厂的原料（指令），经过物资分配部门（控制单元）调度分配，被送往生产线（逻辑运算单元），生产出成品（处理后的数据）后，再存储在仓库（存储器）中，最后等着拿到市场上去卖（交由应用程
3、序使用）。,2.1 CPU 结构组成,内核 、基板 、外部封装 、引脚式接口(AMD填充物）,一 内核- CPU的中心 内核是CPU的真正运算核心。外型是一块指甲盖大小的单晶硅片作为计算机的处理中枢，它负责所有计算、监控输入/输出和设备控制等任务。,内核的电器性能 CPU有千万计算的晶体管，都要连到外面的电路上，需要焊上3000-7500条导线，而且所有的计算都要在很小的芯片上进行。 所以CPU内核会散发出大量的热，核心内部温度可以达到上百度，表面温度也会有数十度，一旦温度过高，就会造成CPU运行不正常甚至烧毁。 因此常常强调对CPU散热的重要性.,CPU内核的功能,（一）运算器 算术逻辑运算
4、单元ALU：主要完成对二进制数据的定点算术运算、逻辑运算以及移位操作。 浮点运算单元FPU：主要负责浮点运算和高精度整数运算。 通用寄存器组：用来保存参加运算的操作数和中间结果。 专用寄存器：是一些状态寄存器，由CPU自己控制，表明某种状态。,（二）控制器 指令控制器：完成取指令、分析指令等操作，然后交给执行单元来执行。 时序控制器：为每条指令按时间顺序提供控制信号。 总线控制器：主要用于控制CPU的内外部总线。 中断控制器：用于控制各种各样的中断请求，并根据优先级的高低对中断请求进行排队，逐个交给CPU处理。,（三）解码器 其作用是把长度不定的指令转换为长度固定的指令，并交由内核处理。解码分
5、为硬件解码和微解码，对于简单的指令只要硬件解码即可，速度较快，而遇到复杂的指令则需要进行微解码，并把它分成若干条简单指令。（四）一级缓存和二级缓存（Cache） 一级缓存和二级缓存是为了缓解较快的CPU与较慢的存储器之间的矛盾而产生的，一级缓存通常集成在CPU内核，而二级缓存则是以快于存储器的速度运行。（技术指标讲）,二 基板- CPU的主板 基板负责内核与引脚针脚的信号衔接。 放置CPU内核和导线的电路板它还承载了诸如贴片电容、电阻等必要的器件，构成了CPU的集成基座。 作为CPU核心部分承载体，负责为CPU提供内部运行环境。 早期基板都是采用陶瓷制成的，目前AMD的Duron毒龙仍然采用这
6、种材料，而最新的P3、Celeron2之后，内核都转用了有机物制造，它能提供更好的电气和散热性能。,填充物：CPU内核和CPU基板之间往往还有填充物。 是用来缓解来自散热器的压力以及固定芯片和电路基板。它连接着温度有较大差异的两个方面，所以必须保证十分的稳定，它的质量的优劣有时就直接影响着整个CPU的质量。,三 封装方式- CPU的保护伞 外部封装用于保护内核与基板不受外力损伤，同时提供良好的电气性能。 其作用是给CPU内核加上一层保护外膜，使之与空气隔离以避免氧化和尘埃的侵害。 随着集成度和发热量日益提高，封装技术不断发展变化，多种不同外型封装。,四 引脚式接口- CPU对外通讯信号引脚接口
7、负责信号的传递。位于CPU的背面，由密密麻麻的金属针脚阵列组成，负责与外设（主板）以交换电信号的方式传递信息。CPU接口种类繁多，目前市场主流是针脚式接口。生产厂商和产品型号不同，针脚接口的布局和针脚数量有所不同。,CPU技术指标：字长主频外频、倍频前端总线频率缓存,工作电压 制造工艺 扩展指令集 超线程技术,2.2 CPU 主要技术指标,一、字 长,指CPU可以同时处理的二进制数据的位数，是CPU最重要的一个品质标志。 人们通常所说的16位机、32位机就是指该微机中的CPU可以同时处理16位、32位的二进制数据。 CPU按照其处理信息的字长可以分为：八位微处理器、十六位微处理器、三十二位微处
8、理器以及六十四位微处理器等。,字长：CPU在单位时间内（同一时间）一次处理的二进制的位数叫字长。字长有8位、16位、32位、64位。 代码：在数字电路和计算机技术中采用的二进制“0”、“1”代码，（1bit）。 字节：字节仅是8位。64位是8个字。64 bit CPU是说在同一时间内一次可以处理8个字节。这靠的是制造技术。,二、CPU的外频,CPU外频是由主板为CPU提供的基准时钟频率，又称系统总线频率. 计算机主板上的其它设备的工作频率则是在系统总线频率上通过倍频或者分频处理而得到. 如CPU的工作主频则按倍频系数乘以外频来决定。,外频: CPU与主板通信的频率被称为外频，也被称为CPU的基
9、准频率，单位是Hz（赫兹）。,外频和倍频的关系,倍频: 主频与外频相差的倍数被称为倍频. 主频 外频倍频 倍频表明了CPU与外设之间速度所差的程度，在相同的外频下，倍频越高CPU的主频也就越高。,实际上相同的外频的前提下，高倍频对CPU本身意义并不大.因为，单纯追求高倍频而得到的高主频的CPU会出现明显的“瓶颈”效应。一般CPU在外频的5-8倍时，其性能比较充分发挥。 即倍频最佳值5-8。,三、CPU的主频,CPU主频也叫工作频率，是CPU内核电路的实际运行频率。 在486 CPU之前，CPU的主频与外频相等。从486开始，CPU主频就等于“外频乘上倍频系数”了。 主频是CPU内核运行时的时钟
10、频率，主频的高低直接影响CPU的运算速度。,主 频单位为Hz（赫兹），数量级已千兆（G1000M）级别 。P4 2.0 是Intel的CPU 型号主频是2.0G(2000MHz). CPU的主频是衡量CPU性能的重要标准，AMD有等效主频的指标. 各个CPU厂商一直在比赛增加CPU的主频，以达到压制对方的目的。,公式：主频 外频倍频例题： CPU 的外频是100MHz ，倍频是 17 ，那么 CPU 的工作频率(即主频)是（1.7）GHz,四、前端总线(FSB)频率,前端总线是CPU与北桥芯片之间相连的总线。前端总线(FSB)频率是指CPU与北桥芯片之间的总线工作频率（又称为前端总线速度）。目
11、前PC机上所能达到的前端总线频率有266MHz、333MHz、400MHz、533MHz、800MHz几种 。,FSB与外频不同 ： 100MHz外频表示其内部数字脉冲信号在每秒振荡1亿次，保持与主板速度一致； 100MHz前端总线频率表示每秒CPU可接受的数据传输量是: 100MHz64bit8bit/Byte=800MB/S（32bit） （400MB）,1亿是一万个“万”,FSB 与CPU的外频的关系:对于Intel的CPU而言，FSB外频4 对于AMD的来说，老的芯片跟Intel的一致； 对于新的，内部就集成了内存管理器（以前内存管理器在主板心片里），所以AMD 64位CPU的前端总线
12、FSB频率与CPU实际工作频率一致。,总的来说FSB和外频有着本质的联系，两者都是系统性能提升的一个关键，任何一个拖后腿，计算机的性能就会大打折扣 .,高速缓存分两种：L1 cache（一级缓存）和 L2 cache（二级缓存）. L1 在CPU的内部第一层，一级缓存容量不大，采用回写结构，对读和写操作均起作用。速度最快，与主频速度相当。 L1 容量一般控制在32256KB,五、 L1和L2 Cache的容量和速率,L2 二级缓存在CPU的外部第二层。 L2 速度一般只有主频的一半。 L2 容量可以达到512KB3MB，比一级缓存大许多。 缓存容量越大，CPU运算能力越高，价格也就越贵。 同主
13、频的奔腾CPU和赛扬CPU的差别就是由于二级缓存容量大小不同，导致价格和性能差异。,六、工作电压,指CPU芯片运行时所需的电压值。早期CPU（486及以前）的工作电压一般为5V。随着CPU速度的提高和线路设计的逐渐复杂，CPU的工作电压由早期的5V、3.5V、3.3V下降到了2.9V、2.8V、2.0V、1.6V、1.45V。 发展超低的电压、功耗和能源控制技术,CPU内部都集成了温度探测二极管来检测CPU的温度。及时将温度反馈给主板。 一级保护功能为蜂鸣报警，当CPU温度接近在主板BIOS中设定的报警温度值时，可预警提醒。 二级报警保护为通过BOIS自行设定STPCLK信号周期，当CPU温度
14、接近危险值时，CPU 自动减速降温。 三级报警保护为系统自动关机。当温度达到BIOS设定的关机温度时，系统自动关机。这样一来就保全CPU，减少用户的损失。,工作电压：能源控制技术,七、制造工艺,CPU的制造工艺主要表现为CPU内部金属连线的粗细程度. 目前常见的有0.25um、0.18um、0.13um，最新的可达到90nm甚至以下，制作工艺越精细，CPU的体积就越小，功耗和发热量就更低 。,利用激光器从单晶柱上切割下硅片，（直径越大切割的CPU越多，生产成本越低。）现在工艺先进的半导体加工已经把晶圆的直径提高到了12in，再将其划分为多个细小的区域，使其成为CPU的核心。,制造工艺：,奔腾P
15、4内含1900万个晶体管。制造工艺由0.5m提高0.18m。晶体管门电路更大限度地缩小。能耗越来越低，CPU也就更省电，发热量更小。 可以进一步极大地提高CPU的集程度和，为提高CPU工作频率(速度)提供了有利的保证。 目前已经有0.01微米技术,集成5亿个晶体管出现。,制造工艺：,AMD公司的Athlon XP 0.13微米,也有90纳米（1纳米千分之一微米，0.09 微米）,八、 CPU架构与封装方式,（一）CPU架构 Socket x Slot x （二）CPU封装方式 DIP QFPPGABGA PLGA,（一）CPU架构（接口分类）,两大类：一种是传统针脚式的Socket类型；另一种
16、是插卡式的Slot类型。,（一）CPU架构（接口分类）,1、 Socket插座从386时代开始普遍使用Socket插座来安装CPU，从Socket 4、Socket 5、Socket 7到现在的Socket 370、Socket 423、Socket 478、Socket A。,Socket 7Socket 7 是方形多针脚ZIF(Zero Insert Force，零插拨力)插座，有296根针孔，插座上有一根拉杆。,ZIF 插座,目前采用的Socket 系列,Socket 370 Socket 423 Socket 478 Socket 775 Socket A Socket 754 AMD
17、 Socket 939,Socket 370,是英特尔开发 架构，采用零插拔力插槽，对应的CPU是370针脚。 英特尔公司曾经著名的“铜矿”和”图拉丁”系列CPU就是采用此接口。,图 Socket 370 CPU 插座,Socket 423、Socket 478最早的Pentium 4 CPU采用Socket 423结构，其命名的方式也是跟Socket 370一样，插座上有423根针脚。Socket 423比Socket 370多出的53根针脚大多只是用来提供电源之用。,Socket 478,是目前Pentium 4和Celeron 4系列处理器所采用的接口类型，针脚数为478针。Socket
18、 478的Pentium 4处理器面积很小，其针脚排列极为紧密。,Socket 775,又称为Socket T，是目前应用于Intel LGA775封装的CPU所对应的接口.目前采用此种接口的有: Pentium 4、Pentium 4 EE、Celeron D等CPU。Socket 775将成为今后所有Intel桌面CPU的标准接口。,Socket A,Socket A,又叫Socket 462，是目前AMD公司Athlon XP和Duron处理器的插座接口。,Socket 754/ 939,目前采用此接口的有低端的Athlon 64,具有754根CPU针脚。AMD公司 目前采用此接口的有高
19、端的Athlon 64以及Athlon 64 FX，具有939根CPU针脚。,2. Slot x系列,Slot 1是英特尔公司开发的CPU接口。其形状变成了扁平的长方体，接口也变成了金手指，不再是插针形式。SLOT 1是英特尔公司为Pentium 系列CPU设计的插槽，部分Pentium CPU也采用了SLOT 1接口。Slot A类似于英特尔公司的SLOT 1接口，供AMD公司的K7 Athlon使用的。,Slot插槽1) .Slot 1 CPU接口是由Intel公司开发的，是一个狭长的242引脚,与以往的CPU接口完全不一样。Slot 1插槽接口可以支持采用SEC(单边接触)封装技术的 P
20、entium 、Pentium 和Celeron处理器。,Slot 1 CPU插槽,Slot 1 Celeron CPU,图215 Pentium CPU,Intel PentiumIntel公司还有与以往架构不同的即Slot结构的Pentium CPU。,Pentium CPU,2）.Slot AAMD K7(Athlon，阿斯龙)所用的接口.从外观上看，Slot A接口与Intel的Slot 1完全相同，如图，但两者在电气性能上完全不兼容，为K7所设计的芯片组或主板将不能使用Intel的CPU。,Slot A CPU插槽,（二）CPU封装方式 DIP QFPPGABGA PLGA,DIP双
21、列直插形式的封装 绝大多数中小规模集成电路(IC)均采用这种封装形式，其引脚数一般不超过100个。 QFP 塑料方型扁平式封装 芯片引脚之间距离很小，管脚很细，一般大规模或超大型集成电路都采用这种封装形式，其引脚数一般在100个以上。,PGA网格阵列的封装,目前CPU的封装方式，在芯片下方围着多层方阵形的插针，每个方阵形插针是沿芯片的四周，间隔一定距离进行排列的，根据管脚数目的多少，可以围成25圈。 PGA也衍生出多种类型，比较常见的有以下几种：OPGA（有机管脚阵列）、mPGA（微型PGA封装）、CPGA（陶瓷网格陈列封装）、PPGA（塑针栅格阵列封装）,BGA球状网格阵列的封装,是目前笔记
22、本电脑的处理器使用的一种封装方式。PLGA塑料焊盘栅格阵列的封装 目前LGA775又叫Socket 775接口的CPU采用这种封装方式。,指令是让CPU完成操作的基本命令，程序就是由这些基本命令组合而成的。指令的集合，称为指令集。 CPU扩展指令集是CPU增加的处理指令集合。（多媒体和3D图形）。简易指令集（RISC）-,九、 扩展指令集：,Intel的MMX（Multi Media eXtension多媒体扩展指令）57条。 SSE（Streaming SIMD Extension单指令数据流扩展）70条；SSE2 144条增强。 3DNow!是AMD公司提出的，主要针对三维建摸、坐标变换和
23、效果渲染等。3DNow!增强指令集。3D NOW !是intel的一个指令集合 ?-cuo,超线程(Hyper Threading)技术是由Intel公司应用在新型奔腾4处理器上的一项创新技术。实现原理是在单个奔腾4处理器上配置双逻辑处理器，让多线程软件在操作系统平台上并行处理多任务，并提高处理器的执行资源的利用率。通过使用这项技术，处理器的资源利用率平均可提升40左右，大大增加处理器的可用性能。,十、超线程（Hyper Threading）技术,2.3 CPU 的主流产品介绍,Intel公司产品 AMD 公司产品 除Intel公司的产品外，AMD公司和威盛（Cyrix）公司， 推出了K系列和
24、 M系列等奔腾级CPU芯片，从而形成目前市场上CPU芯片的三大主流。,(1) Pentium 4 系列处理器主频范围覆盖2.8GHz3.0GHz0.13微米制造工艺二级缓存达512KB前端总线400MHz-800MHz接口类型为Socket478,(2) Celeron 4系列处理器 主频范围覆盖 2.7GHz-2.4GHz。0.13微米制造工艺二级缓存仅128KB前端总线 400MHz C4接口类型为Socket478,(3) Athlon XP处理器 主频采用“性能主频”方式 Athlon XP 3200+指的是该系列处理器拥有与P4 3.06GHz 。 0.13微米制造工艺二级缓存512
25、KB前端总线 333、400MHz 接口类型为Socket A,(4) Duron处理器 128KB一级缓存以及64KB的二级缓存使用266MHz的前端总线。,主流CPU的性能比较,2.4 CPU 的选购,1、满足自身需求 2、主频不是唯一衡量指标 3、搭配好的电源与风扇 ,CPU精品推荐,Intel 奔腾4 2.8CGHz(Socket478 512k) 1380-1500元 产品类别： CPU 生产厂商： 英特尔（Intel）公司 CPU内核： Northwood 主频（MHz）： 2800MHz FSB（MHz）： 800MHz 插槽类型： Socket 478 L2缓存（KB）： 51
26、2KB,CPU精品推荐,AMD Athlon 64 3200+(0.13) 1650-1750元 产品类别： CPU 生产厂商： AMD公司 CPU内核： ClawHammer 主频（MHz）： 2200MHz 倍频（倍）11 插槽类型： Socket 754 L2缓存（KB）： 1024KB L2缓存描述全速，16路 L1缓存（KB）128KB 多媒体指令集 MMX(+)，3DNow！(+)，SSE，SSE2，X86-64 内核电压（V） 1.5V ；制作工艺（微米） 0.13 微米 其他性能，支持单通道内存。,CPU精品推荐,Athlon64劲敌64位Pentium 4 F上市,Intel
27、发布的64位Pentium 4 F处理器，已经开始在日本秋叶原电子市场上市销售。该处理器除了支持Intel以往的指令集，还支持EM64T技术，同时支持32/64位计算。该处理器采用LGA775封装，实际工作频率为3.6GHz，核心集成1MB的二级缓存，前端总线为800MHz。从包装图片上看，这颗的最大工作电压为1.4V，出厂日期为7月13日。,CPU精品推荐,赛扬D是2.53GHz产品，133*19倍。表面有很浅的英超字样， 编号SL7C5，产地马来西亚，04年第23周的产品。价格分别为680左右和730左右,CPU的安装 一、安装 P4 CPU CPU的一角有一个金色三角形的图标，而且这一角
28、的针脚缺少两根，相应的主板CPU插槽上有个角也是缺少两个插孔。 1.手柄拉起 2.对准三角角标,3.按对角顺序插入CPU,轻轻按下CPU，使每个针脚都顺利插入到针孔中，要注意放到底，但不要太过于用力，以免弄坏针脚。,4.金属手柄压下,5.导热硅脂 涂抹硅胶的目的是为了更好 的（对CPU进行散热 ）。,6.安装风扇,电源线置于靠近主板CPU风扇插座的一边，这样便于插入CPU风扇电源插头。安装时，风扇应掌握好扣卡扣的力度，防止因用力过猛而损坏底下的CPU。,风扇卡子,连接CPU风扇的电源,二、安装Athlon CPUAMD1.手柄拉起与主板成90度,2.对准插槽孔 轻轻放下 3.压下拉杆 4.CPU表面均匀涂抹硅脂 5.安装风扇 Athlon CPU的封装方式与P4 CPU不同，其核心部件暴露在外面，避免在安装风扇时压坏其核心部件。某些风扇的卡扣弯曲弧度较大，固定时难于下按，此时应注意切不可用蛮力，应将卡扣从风扇中取出，用钳子等工具将其整形，再行安装。,小 结 :,CPU 结构组成: 内核、基板、封装、引脚,主要技术指标：主频、二级缓存、前端总线频率、工作电压,CPU 的主流产品： Intel公司产品AMD公司产品,作 业：试 选 CPU,
