1、计算机组装与维护,主讲教师：董如楠,（32学时）,第二章,2019/3/15,第二章 中央处理器,CPU (Central Processing Unit) 即中央处理器，是计算机的重要组成部件，由运算器、控制器、寄存器组和内部总线等构成，是决定计算机处理性能的核心部件之一。负责处理、运算计算机内部所有的数据。,2019/3/15,第二章 中央处理器,CPU的发展CPU的分类CPU的结构和主要性能参数主流CPU介绍CPU选购CPU散热器实训,2019/3/15,2.1 CPU的发展,4位,8位,16位,64位,32位,1971年INTEL公司推出了世界上第一台微处理器4004。这不但是第一个用
2、于计算器的4位微处理器，也是第一款个人有能力买得起的电脑处理器。4004含有2300个晶体管 ，采用10um制造工艺，时钟频率为1MHz。,1972年INTEL公司研制出了Intel C8008，是世界上第一款8位处理器。 8008晶体管的总数已经达到了3500个。,1978年，Intel公司再次领导潮流，首次生产出16位的微处理器，并命名为i8086 。 I8086的时钟频率为4.77MHz，集成了2.9万个晶体管。,1985年INTEL推出了80386芯片，它是80X86系列中的第一种32位微处理器，80386内部内含27.5万个晶体管，时钟频率为12.5MHz，后提高到20MHz，25M
3、Hz，33MHz，40MHz。,2003年9月24日，AMD Athlon64处理器正式推出，Athlon64的发布才真正的宣告了个人64位计算时代的到来。,2019/3/15,CPU的发展(以Intel为例),酷睿 全新时代,奔腾4， 奔腾双核 数字家庭,奔腾II，III 互联网时代,奔腾 多媒体时代,个人电脑 时代,微处理器时代,2006,2000,1997,1993,1978,1971,4004,8080,8086,286、386、486,2019/3/15,2.1 CPU的发展,“摩尔定律”：,现在CPU仍朝着多核心、多线程的方向发展。,CPU性能每隔18个月提高一倍，价格下降一半。,
4、2019/3/15,2.2 CPU的分类、结构及主要性能参数,2.2.1 CPU的分类,1按CPU的生产厂家分类 2按CPU的位数分类 3按CPU的接口分类 4按CPU的核心数量分类,2019/3/15,2.2 CPU的分类、结构及主要性能参数,1按CPU的生产厂家分类,Intel，这个字是由“集成/电子(IntegratedElectronics)“两个英文单词组合成的,英特尔公司_创立，已有_的处理器开 发生产历史。英特尔公司的创始人是：_、_、_,1968年,摩尔,格鲁夫,诺依斯,40多年,2019/3/15,2.2 CPU的分类、结构及主要性能参数,1按CPU的生产厂家分类,AMD，A
5、dvanced Micro Devices超威半导体,AMD公司_创立，_进入中国.AMD公司的创始人是：_、_,1969年,杰瑞桑德斯,海格特,1993年,2019/3/15,2.2 CPU的分类、结构及主要性能参数,1按CPU的生产厂家分类,2019/3/15,2.2 CPU的分类、结构及主要性能参数,2按CPU的位数分类 3按CPU的接口分类,引脚式、卡式、针脚式、触点式,4 .按CPU的核心数量分类,2019/3/15,2.2 CPU的分类、结构及主要性能参数,2.2.2 CPU的外部结构,从外部看CPU结构，主要由两个部分组成：一个是核心，另一个是基板。如图为CPU的外部结构。,CP
6、U中间凸起部分就是核心（Die），也叫内核，是CPU硅晶片部分。目前，绝大多数CPU都采用了一种翻转核心的封装形式，即CPU核心在硅芯片的底部被翻转后封装在陶瓷电路基板上，这样能够使CPU核心直接与散热装置接触，另一面通过基板上的引脚与外界电路连接。 核心上面加装金属盖：帮助散热、保护。,基板是承载CPU核心用的电路板，它负责核心芯片与外界的数据传输。它上面常焊有电容、电阻，还有决定CPU时钟频率的桥接电路。基板的背面或者下沿，有针脚或者卡式接口，它是CPU与外部电路连接的通道，同时也起着固定CPU的作用。早期的CPU基板都是采用陶瓷制成的，而最新的CPU有些已改用有机物制造，它能提供更好的电
7、气和散热性能。,2019/3/15,2.2.2 CPU的外部结构,1 CPU的核心,核心（也称内核）是CPU最重要的组成部分。CPU中间凸起部分就是核心（Die），是CPU硅晶片部分。目前，绝大多数CPU都采用了一种翻转核心的封装形式，即CPU核心在硅芯片的底部被翻转后封装在陶瓷电路基板上，这样能够使CPU核心直接与散热装置接触。CPU核心的另一面通过覆盖在电路基板上的引脚与外界电路连接。 由于CPU得核心工作强度很大，发热量也大，而且CPU的核心非常脆弱，为了核心的安全，也为了帮助散热，通常在CPU核心上加装一个金属盖。金属盖不仅可以避免核心受到意外伤害，同时也增加了核心的散热面积。,201
8、9/3/15,2.2.2 CPU的外部结构,2 CPU的基板,CPU基板就是承载CPU核心用的电路板，它负责核心芯片与外界的数据传输。在它上面常焊有电容、电阻，还有决定CPU时钟频率的桥接电路。在基板的背面或者下沿，由针脚或者卡式接口，它是CPU与外部电路连接的通道，同时也起着固定CPU的作用。早期的CPU基板都是采用陶瓷制成的，而最新的CPU有些已改用有机物制造，它能提供更好的电气和散热性能。,2019/3/15,2.2.2 CPU的外部结构,3 CPU的编码,在CPU编码中，都会注明CPU的名称、时钟频率、二级缓存、封装方式、产地、生产日期等信息，但是AMD公司与Intel公司标记的形式和
9、含义有所不同。,2019/3/15,2.2.3 CPU的接口插座,目前主流CPU接口插座采用Socket形式，Socket接口是方形ZIF接口。 （Zero Insert Force，零插拔力）,1LGA 775接口插座,LGA 775接口的CPU没有针脚，有775个触点。 Intel Core i系列的CPU还有LGA1366/1155/1156。,2019/3/15,2.2.3 CPU的接口插座,2 LGA 1366接口插座,LGA 1136接口于LGA775相似，只是接口面积比LGA775接口大20%。,2019/3/15,2.2.3 CPU的接口插座,3Socket AM2/AM2+/
10、AM3接口插座,Socket AM2/AM2+接口的CPU都有940个针脚，二者的物理结构完全一样，区别在于处理器的内部总线，新接口兼容以前额接口。 Socket AM3接口有938个针脚。,2019/3/15,2.2.3 CPU的接口插座,3Socket AM2/AM2+/AM3接口插座,Socket AM2+与AM3插座的识别方法是：三角形安装标记上方有两个针孔的是AM2+插座，有3个针孔的是AM3插座。,2019/3/15,2.2.4 CPU的主要性能指标,主要参数： 主 频:2.33GHz 外 频:333 MHz 倍 频:7 倍频 FSB:1333 MHz 二级缓存:4 MB 双 核
11、心:是,2019/3/15,2.2.4 CPU的主要性能指标,1 主频,主频是指CPU的主时钟频率，单位为MHz、GHz，表示在CPU内数字脉冲信号振荡的频率，即CPU内核电路的实际工作频率。,主频与CPU实际的运算能力不能划等号，只能说主频仅仅是CPU性能表现的一个方面，而不代表CPU的整体性能。因为CPU的运算速度还要看CPU流水线等各方面的性能指标。一般情况下，CPU主频越高，一个时钟周期内完成的指令数就越多，计算机运行速度就越快。,2019/3/15,2.2.4 CPU的主要性能指标,2 外频,外频是指CPU的系统总线的工作频率，单位为MHz、GHz，CPU的外频决定着整块主板的运行速
12、度，是CPU与主板同步运行的时钟频率。例如，Athlon X2/X3/X4的外频是200MHz，Intel Core i3/i5/i7的外频是133MHz。在台式机中，我们所说的超频，通常都是超CPU的外频。但对于服务器CPU来讲，超频是绝对不允许的。如果把服务器CPU超频了，改变了外频，会产生异步运行，这样会造成整个服务器系统的不稳定。,2019/3/15,2.2.4 CPU的主要性能指标,3 倍频,倍频的全称是倍频系数，是CPU运行频率与系统外频之间的倍数，也就是降低CPU主频的倍数。从理论上讲，倍频是从1.5一直到无限的，但我们要注意的是，它以0.5为一个间隔单位。主频、倍频和外频的关系
13、是： 主频外频倍频。例如： Intel奔腾 E2160 CPU的外频为200MHz，倍频为9，主频为1800MHz。在外频相同的情况下，倍频越高，CPU的频率也越高。但实际上，在相同外频的前提下，高倍频的CPU意义不大，因为CPU与系统之间数据传输的速率是有限的，这将会造成CPU从系统中得到数据的速度不能够满足CPU运算的速度。,2019/3/15,2.2.4 CPU的主要性能指标,4 前端总线 FSB（FrontSideBus）,是CPU与主板北桥芯片（ GMCH ）之间的数据通道，也称为CPU总线，是PC系统中最快的总线，单位MHz或GHz。当CPU与内存，显卡，网卡等其它设备进行数据交换
14、时，必须通过北桥，所以FSB快，意味着CPU与北桥通讯的速度就快， FSB越宽，一个时钟周期内传输的数据量就大。所以，前端总线与系统的性能密切相关。,2019/3/15,2.2.4 CPU的主要性能指标,HT（HyperTransport,超级传输通道）总线,AMD HT示意图,北桥芯片组之间的连接。它可在内存控制器、磁盘控制器及PCI-E总线控制器之间提供更高的数据传输宽度。,AMD Athlon 64、Athlon 64 X2、Athlon、Phenom等处理器，都在CPU内部集成了内存控制器，这样就取消了前端总线。2003年AMD公司推出HT来完成CPU与主板,HT3.0 2.6GHZ
15、41.6G/S 总线位宽,2019/3/15,2.2.4 CPU的主要性能指标,QPI（Quick Path Interconnect，快速智能互连）总线,Intel QPI 示意图,CPU集成内存控制器后，Intel公司把CPU与主板北桥芯片组之间的连接总线命名为QPI。,Intel公司为了改变Core 2处理器内存性能低于Athlon 64 X2、Phenom系列的局面，于2010年1月推出的Core i7也开始集成内存控制器，内存读取延迟大幅减少，内存带宽大幅提升。,QPI 3.2GHZ 51.2G/S 总线带宽,2019/3/15,2.2.4 CPU的主要性能指标,5 高速缓存（Cac
16、he）,全称是高速缓冲存储器，是位于CPU与内存之间的临时存储器，它先于内存与CPU交换数据，是一种容量比内存小但速度比内存快的存储器，Cache在CPU与主存之间起缓冲作用，可以减少CPU等待数据传输的时间。当CPU想要读取内存中的数据时，首先访问速度很快的Cache，当Cache中有CPU所需的数据时，CPU直接从Cache中读取，因此Cache技术直接关系到CPU的整体性能。高速缓存可分为一级缓存（L1 Cache）、二级缓存（L2 Cache）及三级缓存（L3 Cache ）。一级缓存集成在CPU内核，与CPU同步工作，CPU工作时首先调用其中的数据，所以它的容量和结构直接影响到CPU
17、的性能。,2019/3/15,2.2.4 CPU的主要性能指标,二级缓存是CPU的第二层高速缓存，分内置式和外置式两种。内置式二级缓存的工作频率与CPU的主频相同，而外置式二级缓存的工作频率只有CPU主频的一半。缓存均由静态RAM组成，结构复杂并且集成非常高，在CPU芯片面积不能太大的情况下，L1 Cache的容量不能做的太大，其容量通常为32256KB，L2Cache的容量通常为512KB6MB。,5 高速缓存（Cache）,2019/3/15,2.2.4 CPU的主要性能指标,2019/3/15,2.2.4 CPU的主要性能指标,6 CPU的位和字长,位：在计算机技术中采用二进制， 只有“
18、0”和“1”，其中无论是“0”或是“1”，在CPU中都是一“位”（bit,简写b）。,字长：计算机技术中对CPU在单位时间内能一次处理的二进制数的位数叫字长或位宽。所以能处理字长为8位二进制数据的CPU通常叫8位CPU。同理，32位的CPU就能在单位时间内处理字长为32位的二进制数据。Pentium 4和Athlon XP都是32位的。 目前主流CPU都使用64位技术，主要有AMD公司的AMD64位技术、Intel公司的EM64T技术和Intel公司的IA-64技术。,2019/3/15,2.2.4 CPU的主要性能指标,AMD64位技术：AMD64的64位技术是在原来32位x86指令集的基础
19、上加入了x86-64扩展64位x86指令集，使之在硬件上兼容原来的32位x86软件，并同时支持x86-64的扩展64位计算，使得这款芯片成为真正的64位x86处理器。 EM64T技术：Intel的64位扩展技术（Extended Memory 64-bit Technology，EM64T）是Intel IA-32（Intel Architectur-32 extenson）架构的扩展。Intel为支持EM64T技术的处理器设计两大模式：传统IA-32模式（Legacy IA-32 Mode）和IA-32e扩展模式（IA-32e Mode）。在传统IA-32模式下，处理器作为一颗标准的32位处
20、理器运行；在IA-32e扩展模式下，EM64T被激活，处理器运行在64位模式下。,2019/3/15,2.2.4 CPU的主要性能指标,7 CPU的核心数,多核心处理器就是一块CPU基板上集成多颗处理器的核心，并通过并行总线将各处理器核心连接起来的处理器。,对于多核心处理器，又有原生核心和非原生核心之分，原生核心是在设计和制造核心时就把多个核心作在一起；非原生核心的多个核心是独立的，只是在封装时将多个核心整合到同一块基板上，原生核心的处理器的性能要优于非原生核心的处理器。,2019/3/15,2.2.4 CPU的主要性能指标,8 工作电压工作电压是指CPU核心正常工作所需的电压。正常的CPU工
21、作电压是1.3V3V。 9 制造工艺CPU制造工艺也称为制程宽度或制程。以um和nm为单位，值越小制造工艺就越先进。,2019/3/15,Intel，这个字是由“集成/电子(IntegratedElectronics)“两个英文单词组合成的,2.3 主流CPU介绍,2.3.1 Intel公司及其主流产品,Intel公司是全球闻名的芯片生产商，创建于1968年，占有很大的市场份额，从早期的赛扬，Pentium4，CeleronD和奔腾D，到现在的酷睿全系列，这些产品覆盖了整个高、中、低端市场。,Intel Core i系列2010年1月，Intel公司发布了Core i系列处理器，Core是核心
22、、芯片的意思，i则是智能、智慧（intelligence）的意思。,2019/3/15,Intel公司Core i系列处理器,2019/3/15,2.3 主流CPU介绍,Intel 第二代 Core I 系列2011年1月Intel公司发布了第二代Core i系列处理器Core i7/i5/i3，命名为“第二代智能酷睿处理器”，2011年5月，Intel公司还发布了第二代Core i系列的Pentium产品。,“Core”是处理器品牌，“i7”是定位标识，“2600”中的“2”表示第二代，“600”是该处理器的型号。型号后面的字母有4种：不带字母：的是标准版； “K”：是不锁倍频版，面向超频用
23、户； “S”是节能版，默认频率比标准版稍低，但睿频幅度与标准版一样； “T”是超低功耗版，默认频率比睿频幅度更低，更为节能。,2019/3/15,Intel公司Core i系列处理器,Intel 第二代 Core I 系列,2019/3/15,2.3主流CPU介绍,2.3.2 AMD 公司及其主流产品,AMD公司是Intel公司最强有力的竞争对手，1969年创立，1993年进入中国市场。目前主流产品由Phenom（羿龙）和Athlon（速龙） 两大系列。,AMD，Advanced Micro Devices超威半导体,旗舰版产品：六核心PhenomX6 1000T系列。高端产品：四核心Phen
24、om X4 900T、900、800系列。中端产品：双核心Phenom X3 700、AthlonX4 600、Phenom X2 500、Athlon X3 400系列。 主流及入门产品：Athlon X2 200系列。,2019/3/15,2.3主流CPU介绍,2.3.2 AMD 公司及其主流产品,AMD在对CPU命名时，数字越大性能越高，其系列数字的个位每加上5，其频率上升0.1GHz。例如：Athlon X2 240/245/250，其频率分别为2.8GHz、2.9GHz、3.0GHz。,2019/3/15,Intel公司Core i系列处理器,AMD 主流产品,2019/3/15,2
25、.3主流CPU介绍,AMD 新一代处理器,2011年AMD公司发布了3个CPU系列：E系列、A系列和FX系列。,1 AMD E 系列,2011年1月发布，AMD 公司命名其为AMD E 系列的APU。,采用BGA封装（直接焊主板上），不能升级。,APU 加速处理器(Accelerate Processing Unit)，它把AMD CPU与GPU的功能融合在一起，封装在一个核心里，是CPU与GPU两种异架构芯片真正融合后的产品，也是微机中两个最重要处理器的融合，相互补充，实现异构计算加速以发挥最大性能。,2019/3/15,2.3主流CPU介绍,2 AMD A 系列,2011年6月发布，主要竞
26、争对手是第二代i3/i5，Pentium。 面向桌面主流市场，按核心数和GPU级别分为三个系列。,3 AMD FX 系列（高端旗舰级CPU）,AMD公司于2011年9月发布，代号Zambezi（赞比西河），面向高端桌面市场，按核心数可划分为FX-8000、FX-6000、FX-4000系列，分别代表八核、六核和四核，AMD FX系列在多媒体应用中性能相对于Phenom 系列提升幅度接近50%。,其中FX-8000将成为桌面级上第一款八核心CPU。,2019/3/15,2.4 CPU的选购,1 按需选购,目前，内存大小，硬盘速度、显卡速度等对整机的性能都起作用，因此盲目追求CPU的高频率并不可取
27、。另外CPU是所有微机配件中降价速度最快的部件，所以选择CPU时以够用为原则。 如果用户经常使用多媒体及平面处理软件的话，应优先考虑多媒体指令集比较丰富的CPU。相比之下，Intel的CPU的多媒体处理性能比AMD的要好一些。另外，许多多媒体软件和平面处理软件都针对Intel的多媒体指令集进行了专项优化处理。如果用户经常进行3D图形、专业图形处理、视频处理或游戏应用的话，应当优先考虑浮点运算能力和处理能力强的CPU。在这些方面，AMD的CPU要比Intel的强一些。因为AMD的CPU中加入了专门针对CPU的图形处理能力而设计的3DNOW！指令集。,2019/3/15,2.4 CPU的选购,2
28、选择盒装还是散装,散装和盒装的CPU主要的区别在于两点：一是散热风扇；二是保修期。,3 购买时机,2019/3/15,2.5 CPU的散热器,1 散热器的分类,根据散热原理可分为风冷式、热管散热式、水冷式、半导体制冷和液态氮制冷几种。最常用的散热器采用风冷式+热管，风冷散热器 。,2019/3/15,2.5 CPU的散热器,2 风冷散热器的外部结构,风冷 散热器主要由散热片、风扇、电源插头和扣具构成，其中风扇电源插头大多是两芯的，一红一黑，红色是+12V，黑色为地线。有些是三芯，是在原来两线基础上加入了一条蓝线（或白线），主要用于侦测风扇的转速。,2019/3/15,2.5 CPU的散热器,3
29、 热管散热器的外部结构,热管散热器分为有风扇主动式和无风扇被动式散热器两种，热管散热器具有散热效果好，整体成本较低的有点，已经越来越多的被中、高端CPU所采用。,2019/3/15,2.5 CPU的散热器,4 散热器的选购,台式机处理器的主流平台主要有Intel LGA 775/1366/1156/1155和AMD Socket AM2/AM2+/AM3，这两种平台要使用各自的散热器。也有适合所有平台的全系列散热器，在选购散热器时一定要选择对应的散热器，以免无法使用。另外，选购时还要考虑主要用途。例如，用于超频的，就必须将散热器的性能放在第一位，噪声以及功耗可以作为次要选择。对于音乐爱好者或者需要长时间工作的用户，噪声、功耗则应做主要考虑因素，同时，用户还要兼顾散热性能和静音效果。,2019/3/15,2.6 实训,2.6.1 CPU的安装和拆卸,Thank You !,
