1、第5章 CPU故障维修,主讲：易建勋,第5章 CPU故障维修,第2页 共23页,1971年11月，英特尔公司的特德霍夫（Ted Hoff）设计出世界上第一个微处理器芯片4004。4004 CPU用8位指令处理4位数据，指令和数据存储是分开的，分别有4096个4位宽的指令存储单元和1KB 4位宽的数据存储单元，最大寻址范围是640字节。4004 CPU有46条指令，工作时钟为108KHz。核心大小为34mm，有2250个晶体管，晶体管的线宽为10um，每秒运算6万次，市场售价200美元左右。,5.1 CPU发展与分类,主讲：易建勋,第5章 CPU故障维修,第3页 共23页,5.1 CPU发展与分
2、类,主讲：易建勋,第5章 CPU故障维修,第4页 共23页,CPU组成Pentium 4 CPU由半导体硅芯片、转接基板、有机底板、针脚、电容、导热材料、散热金属壳等部件组成。 Northwood核心的Pentium 4 CPU由5500万个硅晶体管组成，核心尺寸为12121mm，CPU内部线宽为0.13um，线路之间采用铜线连接，核心内部共有6层线路。,5.1 CPU发展与分类,主讲：易建勋,第5章 CPU故障维修,第5页 共23页,5.1 CPU发展与分类,主讲：易建勋,第5章 CPU故障维修,第6页 共23页,英特尔目前将同一代 CPU产品细分为： 赛扬（Celeron）、 奔腾（Pen
3、tium）、 至强（Xeon）、 迅驰（Centrino） 它们在设计技术上 差异不大，主要用 于不同的商业市场。,5.1 CPU发展与分类,失败的产品,主讲：易建勋,第5章 CPU故障维修,第7页 共23页,Pentium 4 CPU包含总线接口单元、一级高速缓存、二级高速缓存、指令关联存储器、分支预测单元、解码单元、算术逻辑单元、浮点处理单元等。,5.2 CPU基本结构,主讲：易建勋,第5章 CPU故障维修,第8页 共23页,P4 CPU系统结构,主讲：易建勋,第5章 CPU故障维修,第9页 共23页,CPU指令系统X86指令集，1978年，166条汇编指令。MMX指令集，1997年，主要
4、用于多媒体信息处理。SIMD技术，使用一条指令对多个数据进行同时处理。SSE指令集，1999年，并行处理多个浮点数据。SSE2指令集，引入了新的数据格式。3DNow! 扩展指令集， 1998年， AMD公司推出。,5.3 CPU系统设计技术,主讲：易建勋,第5章 CPU故障维修,第10页 共23页,高速缓存技术 对局部范围的内存地址频繁访问，而对此范围以外的地址则访问则较少，称为存储器局部性原理。高速缓存（Cache）是基于程序访问的局部性原理。,5.3 CPU系统设计技术,主讲：易建勋,第5章 CPU故障维修,第11页 共23页,流水线技术 将一条指令的执行过程分解为多个工步，当CPU完成了
5、第一条指令的第1个工步后，CPU马上进行第二条指令的第1个工步操作，并不需要等待指令执行完成后再进行，这就形成了一条流水线作业系统。,5.3 CPU系统设计技术,主讲：易建勋,第5章 CPU故障维修,第12页 共23页,超线程技术 超线程技术使一个物理CPU当做两个逻辑CPU来使用，这种技术能将CPU性能提高30%左右。,5.3 CPU系统设计技术,主讲：易建勋,第5章 CPU故障维修,第13页 共23页,CPU始终围绕着速度与兼容两个目标进行设计。CPU的技术指标相当多，如各种性能参数、电气参数、工艺参数、兼容指标等。 从用户的角度看，主要有：工作频率、工作电压、插座类型等几个主要参数。,5
6、.4 CPU主要技术性能,主讲：易建勋,第5章 CPU故障维修,第14页 共23页,主讲：易建勋,第5章 CPU故障维修,第15页 共23页,CPU工作频率 8088 CPU工作频率只有4.77MHz，Pentium 4 CPU工作频率可 达3.8GHz，提高CPU工作频率主要受到生产工艺的限制。 高速缓存容量 微机从80486开始采用Cache技术。Cache容量从4KB增加到目 前的1MB，甚至更高。 Cache已经成为评价CPU的一个重要性能指标。,5.4 CPU主要技术性能,主讲：易建勋,第5章 CPU故障维修,第16页 共23页,CPU工作电压CPU工作电压指CPU核心正常工作所需的
7、电压。80486及以下 CPU工作电压为5V。从Pentium 75开始，CPU工作电压为3.3V。Pentium 4 CPU的核心工作电压仅为1.6V或更低。 CPU工作功率CPU工作频率越高，它的工作功率越大。这会造成CPU温度升高，工作不稳定等一系列问题，CPU的工作功率实际上就是发热功率。,5.4 CPU主要技术性能,主讲：易建勋,第5章 CPU故障维修,第17页 共23页,CPU线宽 它指在硅材料上内部各元器件间的连接线宽度，线宽越小，生 产工艺越先进，CPU内部功耗和发热量就越小。目前生产工艺 已经达到90nm的加工精度。CPU插座 CPU插座有DIP（双列直插）、 Slot、So
8、cket、LGA等形式。,5.4 CPU主要技术性能,主讲：易建勋,第5章 CPU故障维修,第18页 共23页,英特尔公司对微机的散热要求在室温35下，机箱内部温度不超过45。根据测试，英特尔Pentium 4的最大稳定工作温度为72，高于这个温度时，将导致系统降频运行。温度达到95时，将导致系统死机。 CPU发热的原因硅晶体管的栅极氧化物绝缘层制作得越薄，晶体管开关状态转换速度越快，但是电流泄漏也越厉害。栅极氧化物绝缘层电流泄漏产生的能耗，已经成为目前CPU发热的最大来源之一。,5.5 CPU散热技术,主讲：易建勋,第5章 CPU故障维修,第19页 共23页,为了检测到准确的CPU核心温度，
9、所有主板都在CPU插座中设 计了热敏电阻。风冷散热系统 热有三种传递方式： 传导、对流、辐射。 散热片表面积越大， 散热效果越好。 风扇风力越强，越能 加速热循环运动。,5.5 CPU散热技术,主讲：易建勋,第5章 CPU故障维修,第20页 共23页,5.6 CPU故障案例分析,主讲：易建勋,第5章 CPU故障维修,第21页 共23页,【案例5.1】：CPU风扇散热不良，导致运行小软件正常，运行 大软件死机。故障现象：微机配置为 Pentium 42.0GHz的CPU，Intel 845主板，128MB DDR内存。不料几天后运行速度开始降低，开机时一切正常，运行大约1个小时后，不但Windo
10、ws XP启动缓慢，而且运行大型软件和3D游戏更是和开始时大不相同，但是运行小软件正常。,5.6 CPU故障案例分析,主讲：易建勋,第5章 CPU故障维修,第22页 共23页,【案例5.3】：错误安装的CPU标签导致死机。 故障现象：一台兼容机，用户反映机器运行不稳定，在使用过 程中经常出现蓝屏，报告“Adress xxx:xxx”出错信息后死机。,5.6 CPU故障案例分析,主讲：易建勋,第5章 CPU故障维修,第23页 共23页,讨论 1 讨论CPU发明的意义。 2 讨论赛扬、奔腾、至强、迅驰系列CPU的市场应用。 3 讨论CPU主要功能单元的作用。 4 讨论高速缓存技术对CPU线路的影响。 5 讨论长流水线技术的优点与缺点。 6 讨论超线程技术与双CPU技术的区别。 7 风冷散热系统有哪些优点与缺点。 8 讨论水冷散热系统的发展前途。 【本章结束】,
