《CPU基础知识》PPT课件.ppt

1,第二章 中央处理器(cpu)和散热器,2,CPU的英文全称是Central Processing Unit，即中央处理器，也称微处理器（Micro Processor Unit），它是二十世纪人类最伟大的发明之一。作为电脑的核心部分，它不仅是不可缺少的元件，而且决定着电脑系统整体性能的高低。作为整个微机系统的核心，CPU往往是各种档次微机的代名词，CPU的性能大致上也就反映出它所配置的那台电脑的性能。CPU由控制器和运算器组成，无论什么型号的CPU，其内部结构归纳起来可以分为控制单元、逻辑运算单元 。,3,便可以进行分析、判断、运算并控制电脑各部分协调工作。从简单的加、减、乘、除到极为复杂的3D模型渲染，都需在CPU中完成。因此CPU的处理速度经常会被认定是电脑性能的指标。而从CPU的发展历史来看，CPU技术的突破，经常代表着电脑时代的演化历程。CPU从最初发展至今，按照其处理信息的字长，可以分为4位、8位、16位、32位及64位几种。,4,CPU的工作原理其实很简单，就象一个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）的调度分配，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销售（交由应用程序使用）。,5,2.1 CPU的发展历史,1. 4位处理器Intel 4004 1971年，Intel公司研制出微处理器芯片4004，如图2-1所示。,图2-1 Intel 4004处理器,6,2. 8位处理器Intel 8008/8080/8085 1972年，Intel公司研制出8008处理器，如图2-2所示。,图2-2 Intel 8008处理器,7,3. 16位处理器Intel 8086/8088/80286 (1) Intel 8086/8088处理器 1978年，Intel公司推出了首枚16位微处理器8086，如图2-3所示。,图2-3 Intel 8086处理器,8,(2) Intel 80286处理器 1982年，Intel推出了80286芯片，图2-5所示是i80286的外观。 IBM公司将80286处理器用在IBM PC/AT机中。,图2-5 Intel 80286处理器,9,4. 32位处理器Intel 80386/80486,(1) Intel 80386处理器 1985年，Intel发布80386DX，如图2-6所示。 除Intel公司生产386芯片外，还有AMD、Cyrix、IBM、Ti等公司也生产与80386兼容的芯片，如图2-7所示。,图2-6 Intel 80386DX处理器,图2-7 386 CPU,10,摩托罗拉公司在此期间开发出了68030 CPU，用于Apple机。 (2) Intel 80486处理器 1989年，Intel推出了80486芯片，如图2-8所示。,图2-8 Intel 80486DX处理器,图2-9 其他486 CPU,11,(3) Intel Pentium处理器 1993年，Intel公司发布了Pentium（奔腾）处理器。第一代的Pentium代号为P54C，如图2-11所示。其后又发布了代号为P55C，内建MMX（多媒体指令集）的新版Pentium处理器，如图2-12所示。,12,(4) Intel Pentium II处理器 1997年，Intel公司发布了Pentium II处理器，如图2-15所示。 同期，AMD和Cyrix分别推出了同档次的K6-2和Cyrix MII，如图2-16、图2-17所示。 1998年4月，Intel推出了Celeron（赛扬）处理器，其中最为成功的是Socket 370接口Celeron 333和366，如图2-18所示。,图2-15 Pentium II 图2-16 AMD K6-2 图2-17 Cyrix MII,图2-18 Socket 370 Celeron,13,(5) Intel Pentium III处理器 1999年，Intel公司发布了Pentium III处理器。如图2-19所示。 2000年3月，AMD领先于Intel率先推出了1GHz的Athlon微处理器，其性能超过了Pentium III，如图2-20所示。,图2-19 Pentium III 图2-20 AMD Athlon（K7）,14,Socket 370架构的Pentium III，其外观如图2-21所示。 Celeron处理器的外观如图2-22所示。 同期，AMD公司推出了Athlon（速龙），如图2-23所示。它采用462针的Socket A架构，时钟频率为700MHz1.4GHz，内建MMX和增强型3DNow!技术。 AMD公司还推出了Athlon（速龙）的简化版本Duron（钻龙），如图2-24所示，也采用Socket A架构，时钟频率为600950MHz。,图2-21 Pentium III 图2-22 Celeron II 图2-23 Athlon 图2-24 Duron,15,(6) Intel Pentium 4处理器 Intel公司在2000年11月发布了Pentium 4处理器，Pentium 4没有沿用Pentium III的架构，而是基于全新的Socket 423架构，采用Willamette核心，0.18m制造工艺，集成了4 200万个晶体管，主频为1.42.0GHz，如图2-25(a)所示。 后期的Pentium 4处理器均基于Socket 478架构，采用Northwood核心，0.13m制造工艺，集成了5 500万个晶体管，主频为1.82.4GHz，如图2-25(b)所示。 同样，Pentium 4的简化版本Pentium 4 Celeron也采用Socket 478架构，主频频率为1.4GHz以上，Pentium 4 Celeron CPU的外观如图2-26所示。,图2-25 Pentium 4 图2-26 Pentium 4 Celeron,16,Athlon XP（速龙XP），如图2-27所示，仍采用Socket A架构，以全面对抗Pentium 4。,图2-27 Athlon XP 3200+,17,5. 64位处理器AMD Athlon 64,2003年9月，AMD发布了面向台式机的64位处理器：Athlon 64和Athlon 64 FX，如图2-28和图2-29所示。它们的初始实际频率为2.0GHz，PR值为3200+，晶体管数目为1.059亿个，采用0.13m工艺。,图2-28 AMD Athlon 64 图2-29 AMD Athlon 64 FX,18,2. 1CPU的接口,电脑的各个配件都是通过某个接口与主板连接的，例如AGP显卡是通过AGP接口与主板连接，声卡、网卡通过PCI接口连接。CPU也不例外，CPU的接口有针脚式、引脚式、卡式等。目前市场上流行的CPU的接口大多是针脚式接口，主要有 Socket478（如图2.11所示）和socket462（如图2.12所示）等。,19,图2.11 Socket 478接口 图2.12 Socket 462接口,卡式接口称为SLOT，卡式接口的CPU象各种扩展卡，例如显卡、声卡、网卡等，主要上必须有对应的SLOT插槽；针脚式接口称为Socket，Socket接口的CPU有数百个针脚，根据针脚数目的不同而分为Socket478、Socket462、Socket423等，这些针脚一一对应插在主板CPU插座的针孔上。,20,CPU的接口和主板插座必须完全吻合，如SLOT1接口的CPU只能连在具备SLOT1插槽的主板上，Socket478接口的CPU只能连在具备了Socket478插座的主板上。 CPU安装方法 1)准备好CPU和与CPU搭配的主板 2）在主板上找到CPU插座，将拉杆从插座上拉起，与插座成90度角 3）找到CPU上的圆点/切边。 4）将CPU插入稳固后，压下拉杆完成安装。,21,2.2 CPU的外部结构,从CPU外部看到的结构看，CPU主要有两个部分组成：一个是内核，另一个是基板。下面分别以Athlon XP（如图2-30所示）和Pentium 4（如图2-31所示）为例，介绍其外部结构。,22,1. CPU的内核 2. CPU的基板 3. CPU的编码 4. CPU的接口 CPU的封装形式主要分为两大类：一类是针脚式的Socket类型，另一类是插卡式的Slot类型。 (1) Socket 7插座 Socket 7 CPU插座如图2-32所示。,图2-32 Socket 7 CPU插座,23,(2) Socket 370插座 Intel的Socket 370支持Celeron II、Pentium III和VIA C3。Socket 370 CPU插座如图2-33所示。,图2-33 Socket 370 CPU插座,24,(3) Socket A插座 AMD的Socket A（Socket 462）是为Socket A架构的Athlon处理器而设计的接口标准。AMD的Athlon、Duron和Athlon XP处理器都采用相同的Socket A接口。Socket A CPU接口，如图2-34所示。,图2-34 Socket A CPU插座(4) Socket 478插座,25,Intel的Socket 478 CPU接口支持Pentium 4 CPU，Socket 478 CPU插座如图2-35所示。,图2-35 Socket 478 CPU插座,26,2.3什么是CPU？,CPU（Central Processing Unit，中央处理器）是整个计算机系统中最重要的部件，它由控制器和运算器构成。,27,2.4CPU性能指标,CPU是整个计算机系统的核心，其性能可以反映出所配置计算机系统的性能，直接影响计算机的运行速度，接下来我们简单介绍一下CPU主要的性能指标。,28,主频,主频(Clock Speed) 也叫时钟频率，表示在CPU内数字脉冲信号振荡的速度，也就是CPU运算时的工作频率，其单位是MHz。一般说来，主频越高，CPU的速度就越快，整机的性能也越高。,29,外频,外频是系统总线的始终频率，简称总线频率，也就是CPU与主板之间同步运行的速度，其单位是MHz。外频主要由主板决定，外频越高，CPU就可以同时接收更多的来自外围设备的数据，从而使整个系统的速度进一步提高。,30,倍频,倍频则是指CPU主频与外频的比值。三者是有十分密切的关系的： 主频=外频倍频。,31,缓存,缓存又称为高速缓存，是指可以进行高速数据交换的存储器。 CPU的缓存分为一级缓存（L1 Cache）和二级缓存（L2 Cache）。 早期的CPU内部只集成了L1 Cache，而把L2 Cache放置在主板上，现在已经成功集成在CPU内部并以CPU相同速度的频率工作，称为全速二级高速缓存。,32,扩展总线,扩展总线（Expansion-Bus）就是指安装在计算机系统上的局部总线，如ISA或PCI总线，我们打开电脑的时候会看见一些插槽般的东西，这些就是扩展槽，而扩展总线就是CPU联系这些外部设备的桥梁。,33,协处理器,协处理器也叫数学协处理器，主要负责浮点运算。自从386以后，CPU一般都内置了协处理器，协处理器的功能也不再局限于增强浮点运算，含有内置协处理器的CPU，可以加快特定类型的数值计算。,34,工作电压,工作电压（Supply Voltage）指的也就是CPU正常工作所需的电压。 早期的CPU（286486时代）制造工艺相对落后，工作电压一般为5V，导致CPU的发热量太大，弄得寿命减短。随着CPU的制造工艺与主频的提高，现在CPU的工作电压逐步下降，一般为1.5V2.0V，解决了发热过高的问题，延长了CPU使用寿命。,35,流水线,流水线(pipeline) 的工作方式就象工业生产上的装配流水线。在CPU中由56个不同功能的电路单元组成一条指令处理流水线，然后将一条X86指令分成56步后再由这些电路单元分别执行，这样就能实现在一个CPU时钟周期完成一条指令，因此提高了CPU的运算速度。,36,制造工艺,制造工艺虽然不会直接影响CPU的性能，但它可以极大地影响CPU的集成度和工作频率，制造工艺越精细，CPU可以达到的频率越高，集成的晶体管就可以更多。从早期的0.5微米到现在的0.35微米、 0.25微米、0.18微米、0.13微米甚至更小。,37,2.4 CPU散热器 CPU散热器根据工作原理但常用的散热器仍然是风冷式。几种常见的风冷式散热器外观如图2-45所示。,38,图2-45 常见风冷式散热器,风冷散热器主要由散热片、风扇和扣具构成。风冷式散热器的主要技术参数介绍如下。 1. 散热片 (1) 散热片的材料,39,散热片的材料主要分为铜、铝两种。图2-46所示就是采用铜铝结合散热器技术的散热器。,图2-46 采用铜铝结合材料的散热器,40,2. 风扇 各种风扇外观如图2-48所示。 (1) 风扇转速 (2) 风扇排风量 (3) 风扇的噪声 (4) 风扇轴承,图2-48 风扇,41,. 二扣具,扣具是固定散热器与CPU接口的工具。常见扣具的外观如图2-50所示。,图2-50 常见扣具,42,2.5 实习 2.5.1 实习1Socket A/Socket 370架构CPU的安装 对Socket 370（Intel Pentium III或VIA C3）、Socket A/462与Socket 7使用相同的方式安装散热装置。其安装方法如下。 如图2-52(a)所示，如图2-52(b)所示。 如图2-53所示 。,43