计算机维修工取证辅导04-CPU、内存.ppt

计算机组装与维修 04 CPU与存储器 微机主流CPU生产厂家 n英特尔 nAMD nCyrix 北京信息职业技术学院2 北京信息职业技术学院3 Intel CPU的发展历程 代号 内总 线宽 外总 线宽 内部时钟 速度(M) 外部时钟 速度(M) 特殊技术 808616164.774.77第一代16位微机 808816812128086的简化型 8028616162020真正的16位微机 80386DX32324040第一代32位微机 80386SX32164040386DX的简化型 80486323212050内置浮点处理器，倍频技术 奔腾326420066外部总线64位，MMX指令集 奔腾II3264800100Socket1接口，内置大CACHE 赛扬3264800100奔腾的简化型 奔腾III32641300133SSE 奔腾432643400200SSE2、多核 nCPU不断升级换代，其主要目的是提高处理 速度。 n提高处理器处理速度的常用方法有： n加大字长 n提高时钟频率 n使用浮点处理器 n改进CPU结构 n多核心并行处理 北京信息职业技术学院4 提高处理器处理速度的方法 n字长：ALU一次能够处理二进制位数。 n字长越长，一次能够处理数据的位数越多 ，对于位数多的、精度高的大数数据可以 用较少次数或直接完成计算，提高了数据 处理速度。 n并且字长越长，内存寻址能力越强，可以直 接访问的内存空间越大。32位CPU理论寻址 能力是4GB(实际2GB) ，64位CPU理论寻址 能力是264=B 北京信息职业技术学院5 加大字长 n8位：6502(苹果II,红白游戏机) n16位：8086(IBM-PC/XT) n32位：80386- Pentium 4 n64位：AMD Athlon64系列、Intel Xeon系列、 Pentium 4 EE系列 n由于目前操作系统和外部设备还不能完全适应64 位处理器的需要，所以目前主流CPU并非完全意 义上的64位CPU，而是在32位CPU基础上加入 64位处理核心，如Intel的EM64T（Extended Memory 64 Technology）技术。 北京信息职业技术学院6 各种字长CPU典型代表 n简单的增加字长并不能提高处理器的性能， 还需要相应的操作系统和应用软件的支持。 目前64位操作系统有：Windows XP Professional x64 Edition、Vista 64位版等。 北京信息职业技术学院7 64位操作系统 n提高时钟频率是提高CPU处理速度的最直接手段 。目前CPU时钟速度已超过3GHz。 n但CPU外围器件（如内存）的速度往往因工艺限 制无法赶上CPU的工作速度。 n解决方法：采用倍频技术。 n倍频技术：CPU外部使用频率较低的系统时钟， CPU内部增加“倍频器”，将系统时钟提高n倍后供 CPU内部处理数据使用。 n通常将CPU内部时钟频率称为“主频”。时钟提高 倍数n被称为“倍频”数。 北京信息职业技术学院8 提高时钟频率 n出于系统稳定性的考虑，CPU的标称工作频率往 往低于最高允许工作频率，如果使用技术手段使 CPU以超过标称频率工作称为“超频”。 n超频的方法： n超倍频：提高倍频器的倍数。不改变系统时钟， 仅提高CPU主频，稳定性较高。但很多CPU采用 “锁频”技术禁止改变倍频。 n超外频：提高系统时钟频率。系统时钟和CPU主 频同时提高，可绕过CPU锁频的限制。但外围器 件（如内存）也需有足够的频率余量。 北京信息职业技术学院9 超频 Intel 主频与型号命名法 n在奔腾4以前的CPU，通常都有型号主频 方式命名。 n例：Intel Pentium 4 2.4G n但新一代的CPU提高性能已不再简单靠提高 主频了，主频已不是衡量CPU的唯一指标了 ，因此，英特尔对新的CPU型号不再标明主 频了。 北京信息职业技术学院10 AMD CPU PR频率 nAMD采用一些新的技术后，可以在较低的主 频下得到相当于英特尔较高主频的效果，因 此AMD CPU命名往往采用相当于英特尔主 频而不是直接标明CPU主频。 n例：AMD Athlon XP 2500+ 的实际主频仅为 1.83GHz，但整数计算性能已超过英特尔 2.5GHzCPU，故命名为2500+ n例：AMD X2 4200的主频仅为2.2GHz。 北京信息职业技术学院11 前端总线时钟与前端总线速度FSB n前端总线时钟：CPU与内存间的同步时钟，目前此 时钟频率可做到133、166、200MHz。 n前端总线速度：时钟频率每次传输字节数。 n奔腾4采用了4倍并发传输技术，每时钟可传4个字节 数据，因此奔腾4的前端总线速度外频4 n数据传输率每秒传输的二进制信息位数。 n例：某P4外频为200MHz，求前端总线速度FSB和数 据传输率。 nFSB=4200=800MHz n数据传输率8800M6400M 北京信息职业技术学院12 nCPU插座用于在主 板上安装和固定 CPU。 n486以后的CPU多采 用0插力(ZIF)插座， 即在插座上装有放松 扳把，扳把抬起时引 脚插孔全部放松，可 轻松的插入和取下 CPU。 CPU插座 北京信息职业技术学院13 常见CPU插座的类型 n栅格阵列(PGA) Socket n单边接插盒(SEC) Slot nLGA全称栅格阵列封装，它也被称为Socket T。 n它用金属触点式封装取代了以往的针状插脚。 nLGA775有775个触点。 n采用LGA775接口的处 理器在安装方式上需要 一个安装扣架固定，使 CPU可以正确地压在 Socket露出来的具有弹 性的触须上。 LGA封装技术(Land Grid Array) 北京信息职业技术学院15 nSocket 1：486，169 个脚 nSocket 2：486，238 个脚 nSocket 3：486和5X86，237 个脚 nSocket 4：60-66MHz Pentium，273 个脚 nSocket 5：75-133MHz Pentium，320 个脚 nSocket 6：3.3V486，235个脚 nSocket 7：75MHz开始的所有Pentium 321个脚 nSocket 8：Pentium Pro 专用的插座，387 个脚 CPU与插座 北京信息职业技术学院16 nSocket 370：赛扬A nSocket 423：早期的奔腾4 nSocket 478：奔腾4 3.2G nSocket 775：Intel 915/925、Intel Core 2 CPU与插座 北京信息职业技术学院17 775插座 北京信息职业技术学院18 nWindows采用图形化界面，工作时需要计算大量的图 像数据，需要很大内存空间存储图像信息，往往造成 内存空间的不够，为了使程序能够继续进行，只能在 外存硬盘中开辟一块空间模拟内存。(即虚拟内存， 默认为C:pagefile.sys，称为页面文件，容量默认为 内存的1.5倍)。 n虚拟内存的速度大大低于真实内存。故一旦使用虚拟 内存数据的处理速度大大降低。 n若要避免使用虚拟内存，就必须加大物理内存使其能 够满足信息处理的需要。 n满足需要后再加大内存不会再提高处理速度。 内存容量和整机速度的关系 北京信息职业技术学院19 n存取周期：对存储器连续启动两次读或写操作所 需间隔的最小时间，单位为纳秒ns。 nDRAM的存取周期一般为40ns-120ns。由于有电 容充放电时间的限制，DRAM速度很难再提高。 nSRAM的存取周期一般为5ns-7ns，由于没有电 容充放电限制，速度还有很大的提升潜力。 n内存速度：从存储器读取一个字节所需时间的最 小平均值时间，单位为纳秒ns。 当前CPU通常一次可读写64位数据(8字节)，所 以内存速度=存取周期/8，如：6ns,写作-6 内存的速度指标：存取周期 北京信息职业技术学院20 n内存频率是内存速度的倒数。例： 内存速度6ns,内存频率1/6*10-9=167MHz n目前DRAM的极限 存取周期40ns 内存速度40/8=5ns 内存频率= 1/5*10-9=200MHz nCPU主频目前已超过3GHz，而存储器的工作频 率远低于CPU主频，CPU高速处理速度受到内存 低速存取的制约，内存速度成为提高计算机系统 性能的瓶颈。 内存的速度指标：内存频率 北京信息职业技术学院21 nSDRAM：Synchronous DRAM(同步动态随机存储器 )，可实现一个时钟脉冲完成一次数据的存取。 nDDR：时钟的上升沿和下降沿都可读写数据，故可 认为速度提高一倍，频率标称400MHz。 nDDR2：改良了I/O Buffer部份，DDR2一个时钟传送 4Bit的数据给I/O Buffer，比DDR传送2Bit多一倍，故 DDR 2的内存会比DDR速度快一倍。 nDDR3的标准：已经基本成型，8 bit 预取设计，较 DDR2 4bit 的预取设计提升一倍，其运算频率介于 800MHz -1600MHz之间 。 常见内存组织方式 北京信息职业技术学院22 SDRAM的基本原理 北京信息职业技术学院23 SDRAM的发展过程 北京信息职业技术学院24 n采取各种技术手段将内存速度提高到800MHz后 ，仍然无法与CPU高达数Ghz时钟相匹配，只能 插入“等待”。解决方法：加入高速缓存。 nCPU读取内存是以数据 块为基本单位。 n可以把读来的数据块存 入与CPU频率相匹配的 SRAM缓存中。 n读下一个数据时直接从 缓存中读取即可。 高速缓存CACHE 北京信息职业技术学院25 nCACHE的容量越大，可存储的数据就越多， CPU从中读到可用数据的可能性就越大，速度提 高越明显（如果CACHE容量过小，可能反而会 降低系统速度） nCPU从CACHE中读到可用数据的概率称为“命中 率”，CACHE容量越大，命中率越高，速度提高 的越明显。 n目前CPU命中率可达90%以上。 nCPU每次读取的数据越多，需要缓存的容量越大 。 CACHE容量与速度的关系 北京信息职业技术学院26 nCACHE的有效解决了高低速设备之间的速 度匹配问题，广泛应用于高低速设备之间。 nCPU内核与CPU接口之间 n高速CPU和低速内存之间 n内存与硬盘、光盘、U盘之间 CACHE的应用 北京信息职业技术学院27 n内存发展简史 n早期微机所使用的内存是一块块的IC，必须焊接到主机板 上才能使用，升级和维修都很困难。 n后来，电脑设计人员发明了模块化的条装内存，每一条上 集成了多块内存IC，相应地，在主板上设计了内存插槽， 这样，内存条就可随意拆卸了，从此，内存的维修和扩充 都变得非常方便。 内存条 北京信息职业技术学院28 种类名称频率电压 引线数 特征 台式笔记本 SDRAM同步内存66/100/1333.3V1681442个缺口 DDR 双倍数据速率 同步内存 时钟22.5V1842001个缺口 RDRAMRambus1842个缺口 DDR II 第二代同步双 倍速率 时钟41.8V2401个缺口 内存条的种类 北京信息职业技术学院29 内存延迟时间 n从CPU发出读写指令到数据稳定的写入或读 出需要一定的时间延迟。 n静态SRAM的延迟时间为数纳秒。通常可以 和CPU的前端总线相匹配。 n动态DRAM的延迟时间为数十纳秒。通常无 法和CPU的前端总线相匹配，需要插入等待 时间。 n内存的延迟时间也被称为存储速度。存储速 度60nS（纳秒）的内存往往用 -6 表示。 北京信息职业技术学院30 内存延迟的设置 n为了保证数据能够可靠地写入或读出，系统延迟 时间应大于内存延迟时间，这可以在CMOS中进 行设置，设置值应大于实际值。 n内存延迟时间通常用4个连着的阿拉伯数字来表 示，表示对内存不同操作时插入的等待时间。例 如“3-4-4-8”，这4个数字越小，表示延迟时间越 少。 n第一个数字最为重要，表示注册读取命令到第一 个输出数据之间的延迟CL（CAS Latency），是 纵向地址脉冲的反应时间。 北京信息职业技术学院31 内存的速度 n计算机实际应用中，往往用带宽表示内存速度。 n内存带宽：每秒中传输的字节