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课前导读CPU概述如何选购CPU安装CPUCPU的使用与维护课后练习 第三课CPU 课前导读 基础知识重点知识了解知识 基础知识 CPU的作用和CPU的选购 重点知识 CPU的性能指标 安装CPU 让读者全面了解CPU 了解知识 识别真假CPU的方法 CPU概述 CPU是电脑中最重要的组成部分 它相当于电脑的心脏 是整个电脑系统的核心 CPU的作用 CPU是整个电脑系统最高的执行单位 它负责电脑系统指令的执行 数学与逻辑运算 数据存储 传送以及输入 输出的控制 CPU的内部结构可分为控制单元 逻辑单元和存储单元3大部分 其工作原理就像一个工厂对产品的加工过程 进入工厂的原料 指令 经过物资管理部门 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 等着拿到市场上去交易 交由应用程序使用 CPU的性能指标 主频 外频和倍频缓存制造工艺工作电压前端总线扩展总线速度内存总线速度动态处理协处理器指令集 主频 外频和倍频 主频也叫时钟速度 ClockSpeed 表示在CPU内数字脉冲信号振荡的速度 主频越高 CPU在一个时钟周期内所能完成的指令数也就越多 CPU的运算速度也就越快 CPU主频的高低与CPU的外频和倍频有关 其计算公式为主频 外频 倍频 外频是CPU与主板之间同步运行的速度 目前绝大部分电脑系统中外频也是内存与主板之间同步运行的速度 在这种方式下 可以理解为CPU的外频直接影响内存的访问速度 外频速度高 CPU就可以同时接受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 倍频是CPU的运行频率与整个系统外频之间的倍数 在相同的外频下 倍频越高 CPU的频率也越高 实际上 在相同外频的前提下 高倍频的CPU本身意义并不大 一味追求高倍频就会出现明显的 瓶颈 CPU从系统中得到的数据的极限速度不能够满足CPU运算的速度 效应 反映CPU性能的最主要参数是CPU的主频 如目前Intel公司生产的Pentium4Prescott核心CPU 其频率高达3 2GHz 缓存 缓存 Cache 又称为高速缓存 是可以进行高速数据传输的存储器 由于CPU运行速度远远高于内存和硬盘等存储器 因此有必要将常用的指令和数据等放进缓存 让CPU在缓存中直接读取 以提升电脑的性能 CPU的缓存分为两种 即L1Cache 一级缓存 和L2Cache 二级缓存 由于高速缓存的容量和结构对CPU的性能影响较大 因此CPU生产厂商纷纷力争加大高速缓存的容量 不过高速缓存均由静态RAM组成 结构较复杂 且成本也较高 因此以前的CPU内部只集成了L1Cache 而把L2Cache放置在主板上 后来Intel推出了双独立总线结构 将L2Cache也集成到了CPU内部 但只能以CPU速度一半的频率工作 现在 Intel公司与AMD公司已经成功地将L2Cache集成在CPU内部并以同CPU相同速度工作 称为全速二级高速缓存 Intel公司生产的Pentium4至尊版CPU 其核心频率高达3 06GHz L1Cache为32KB L2Cache为512KB 另外将L3Cache也集成到了CPU中 其容量为2048KB 该款CPU外观如图3 1所示 图3 1 制造工艺 CPU的表面上标有0 18 m或0 13 m等字样 这个数据越小 表明CPU的制造工艺越先进 受制造工艺的影响 目前Intel公司和AMD公司几乎都在使用0 13 m技术生产CPU 不过很快就将转向0 09 m工艺生产 到时CPU的核心面积可以做得更小 更加省电 因此发热量有望进一步降低 而频率可再次提升 工作电压 工作电压 SupplyVoltage 即CPU正常工作所需的电压 早期的CPU由于制作工艺落后 因此工作电压较大 一般为5V 奔腾是3 5V 3 0V 2 8V等 左右 导致CPU的发热量过大 出现电子迁移现象并缩短了CPU的使用寿命 随着CPU制作工艺的提高 现在的CPU工作电压一般在1 5 2 0V之间 使CPU发热量问题得到了很好地解决 前端总线 前端总线是AMD在推出K7CPU时提出的概念 一直以来很多人都误认为这个名词不过是外频的一个别称 实际上 平时所说的外频是指CPU与主板的连接速度 这个概念是建立在数字脉冲信号振荡速度的基础之上 而前端总线速度指的是数据传输的速度 例如100MHz外频特指数字脉冲信号在每秒钟震荡1000万次 而100MHz前端总线则指的是每秒钟CPU可接受的数据传输量是100MHz 64bit 8bit Byte 800MB 就处理器速度而言 前端总线比外频更具代表性 扩展总线速度 扩展总线速度 Expansion BusSpeed 是指电脑系统的局部总线 如ISA PCI或AGP总线 平时用户打开电脑机箱时 总可以看见一些类似插槽的槽 这些槽又叫扩展槽 上面可以插显卡 声卡 网卡之类的功能模块 而扩展总线就是CPU用以联系这些设备的桥梁 内存总线速度 内存总线速度 Memory BusSpeed 就是系统总路线速度 一般等同于CPU的外频 CPU处理的数据都由主存储器提供 而主存储器也就是平常所说的内存 一般放在外存 磁盘或者各种存储介质 上面的资料都要通过内存 然后再由CPU进行处理 所以与内存之间的通道 也就是内存总线的速度对整个系统的性能就显得尤为重要 由于内存和CPU之间的运行速度或多或少会有差异 因此便出现了二级缓存来协调两者之间的差异 内存总线速度是指CPU二级高速缓存和内存之间的通信速度 动态处理 动态处理是应用在高能奔腾处理器中的新技术 动态处理并不是简单地执行一串指令 而是通过操作数据来提高处理器的工作效率 多路分流预测 通过几个分支对程序流向进行预测 预测精确度可达90 以上 当采用多路分流预测算法后 处理器便可参与指令流向的跳转 这是因为处理器在读取指令时 还会在程序中寻找未来要执行的指令 该项技术可加速向处理器传送任务 数据流量分析 数据流量分析是指抛开原程序的顺序 分析并重排指令 优化执行顺序 处理器读取经过解码的软件指令 判断该指令能否处理或是否需与其他指令一起处理 然后处理器再决定如何优化执行顺序以便高效地处理和执行指令 猜测执行 猜测执行是指通过提前判读并执行有可能需要的程序指令的方式提高执行速度 当处理器执行指令时 每次5条 采用的是 猜测执行 的方法 这样可使Pentium 及以上的处理器超级处理能力得到充分的发挥 从而提升软件性能 被处理的软件指令是建立在猜测分支基础之上 因此结果也就作为 预测结果 保留起来 一旦其最终状态能被确定 指令便可返回到其正常顺序 协处理器 协处理器也叫做数学协处理器 主要负责浮点运算 由于Intel早期的CPU都不集成协处理器 因此386 286 8088等电脑CPU的浮点运算性能都相当落后 从486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 某些需要进行复杂计算的软件系统 如AutoCAD就需要协处理器支持 指令集 指令集是为了增强CPU在某些方面 如多媒体 的功能而特意开发的一组程序代码集合 目前常见的指令集有以下几种 MMX Multi MediaExtensions 多媒体扩展 指令集 它是Intel公司于1996年推出的一项多媒体指令增强技术 MMX指令集中包括有57条多媒体指令 通过这些指令可以一次处理多个数据 在处理结果超过实际处理能力时也能进行正常处理 SSE StreamingSIMDExtensions 单指令多数据流扩展 指令集 它是Intel公司在PentiumIII处理器中率先推出的 SSE指令集包括了70条指令 其中包含提高3D图形运算效率的50条SIMD 单指令多数据技术 浮点运算指令 12条MMX整数运算增强指令 8条优化内存中连续数据块传输指令 理论上这些指令对目前流行的图像处理 浮点处理 3D运算 视频处理 音频处理等诸多多媒体应用起到全面强化的作用 SSE指令与3DNow 指令彼此互不兼容 但SSE包含了3DNow 技术的绝大部分功能 只是实现的方法不同 SSE2 StreamingSIMDExtensions 单指令多数据流扩展 指令集 互联网SIMD流技术扩展是一些能够减少运行一个特殊程序所需整体指令数量的指令 使用它们能够提高性能 并能够加快许多应用程序的运行 包括视频 话音 图像 照片处理 加密 财务 工程和科学应用 NetBurst微体系结构新添加了144条SSE指令 称为SSE2 SSE3 StreamingSIMDExtensions 单指令多数据流扩展 指令集 Intel在Prescott处理器中增加了13条新的指令集 其中包括一条专门针对视频解码的指令 两条针对线程处理的指令 这有助于增加Intel超线程HT的处理能力 而其他的指令则支持复杂的算术运算 类似于浮点转整数以及SIMD单指令多数据流的浮点运算 SSE3无疑扩展了SSE2指令集的能力 不过SSE3只是扩展指令的一部分增强 在性能上不会得到很大的提升 3DNow 指令集 出现在SSE指令集之前 并被AMD广泛应用于其K6 2 K6 3以及Athlon K7 处理器上 3DNow 指令集技术其实就是21条机器码的扩展指令集 与Intel公司的MMX技术侧重于整数运算有所不同 3DNow 指令集主要针对三维建模 坐标变换和效果渲染等三维应用场合 在软件的配合下 可以大幅度提高3D处理性能 CPU插槽类型 Intel公司CPU插槽类型AMD公司CPU插槽类型 Intel公司CPU插槽类型 目前市场上IntelCPU只有Celeron3 Celeron4和Pentium4几种架构 其中Celeron3采用Socket370插槽 而Celeron4和Pentium4采用Socket478插槽 图3 2所示为Socket370插槽 图3 3所示为Socket478插槽 图3 2 图3 3 AMD公司CPU插槽类型 AMD公司的CPU架构自成体系 它无法兼容Intel的CPU AthlonXP和Duron采用SocketA架构 而Athlon64采用Socket754架构 图3 4所示为SocketA插槽 图3 5所示为Socket754插槽 图3 4 图3 5 如何选购CPU 注重性价比根据需要选择识别真假CPU常见CPU型号和品牌简介 选购CPU时 需要考虑性价比 用途 保修等方面 并综合考虑这些因素来选购一款合适的CPU 注重性价比 在选购CPU时 性价比应该是比较重要的一个因素 虽然Intel的CPU兼容性好 但是价格普遍比AMD的CPU贵 而且同档次的IntelCPU性能基本上都不如AMD的CPU好 根据需要选择 在选购CPU时 还应该根据需要进行选择 例如 如果是为了学习Office 上网等 买块低端的Celeron4或Duron就完全够用了 如果经常玩游戏 或需要进行设计 开发等操作 那么Pentium4或AthlonXP是最好的选择 识别真假CPU 看包装看CPU编号进行测试 看包装 正品的Intel和AMD的CPU均为盒装 里面提供了原装散热风扇 而且提供一年或长达三年的质保 而散装的CPU一般不能得到生产厂家的质保 虽然说盒装的CPU比散装的要贵一些 但为了安全起见 推荐选购原装CPU 图3 6所示为正品盒装IntelPentium4CPU 图3 7所示为散装的IntelCPU 上面贴了销售商的质保标签 图3 6 图3 7 看CPU编号 在CPU上面生产厂家会将该CPU的参数刻在上面 如图3 8所示 在该CPU表面 显示出了该CPU为Intel公司生产的Pentium4CPU 频率为1 3GHz L2缓存为256KB 外频为400MHz 核心电压为1 7V MALAY表示产地为马来西亚 L101A782 0430表示CPU的序列号 该CPU生产日期为2001年第1周 图3 8 进行测试 在选购CPU时 最好能通过测试软件对其进行测试 以得到真实的结果 Intel公司推出了Intel R ProcessorFrequencyIDUtility软件 可测试所有IntelCPU的真实频率 目前该软件的最新版本为6 5版 在安装好该软件后 运行程序即可得到测试结果 测试结果如图3 9所示 图3 9 对于AMD处理器 AMD公司也推出了CPUINFORMATION软件来进行测试 该软件不但能测试AMDCPU 而且还能测试IntelCPU 该软件的最新版本为1 0版 测试结果如图3 10所示 图3 10 常见CPU型号和品牌简介 IntelCPUAMDCPU IntelCPU Celeron3Celeron4Pentium4移动式处理器 Intel公司的CPU产品比较丰富 涵盖了从台式机到笔记本的所有高中低端CPU Intel的CPU主要分为3个系列 Pentium4主要面向中高端领域 而Celeron3和Celeron4则主要面向低端领域 另外还有适合笔记本电脑使用的Intel移动式CeleronM PentiumM以及迅驰平台 Celeron3 Celeron3CPU是Intel公司面向低端用户推出的CPU 其性价比相当不错 Celeron3CPU是IntelPentium3CPU的简化版本 但是其核心比Pentium3CPU处理器还是有不少的变化 Celeron3CPU的中文名称为奔腾赛扬处理器 采用0 13 m制造工艺 Socket370插槽 具有32KBL1Cache 256KBL2全速Cache 外频为100MHz 前端总线频率为100MHz 有1 0 1 1 1 2 1 3 1 4GHz等几个型号 Celeron3CPU如图3 11所示 图3 11 表3 1列出了部分Celeron3CPU的性能指标 表3 1 Celeron4 Celeron4CPU也是Intel公司面向低端用户推出的 是IntelPentium4CPU的简化版本 Celeron4CPU采用0 13um制造工艺 Socket478插槽 具有32KBL1Cache 128KBL2Cache 外频为100MHz 前端总线频率为400MHz 有1 7 2 5GHz等几个型号 Celeron41 7GHzCPU如图3 12所示 图3 12 表3 2列出了部分Celeron4CPU的性能指标 表3 2 Pentium4 IntelPentium4CPU是目前Intel公司技术最先进 功能最强大的台式机处理器 采用先进的工艺制作而成 以最大限度利用当今乃至未来的互联网资源 包括网络广播 多媒体 视频剪辑 图片处理 网络视频流 语音 3D CSD 游戏等 图3 13所示为Pentium42 4GHzCPU 图3 13 早期的Pentium4CPU采用Willamette核心 拥有4200万个晶体管 采用0 18 m工艺 核心面积为217mm2 但是二级缓存只有128KB 外频为100MHz 前端总线频率为400MHz 采用FC PGA2封装和Socket423接口 早期的这类Willamette核心Pentium4CPU只有在低端市场还有出售 其外形如图3 14所示 图3 14 目前在市面上销售的Pentium4多为Northwood核心 晶体管总数达到5600万 采用0 13 m工艺制造 核心面积下降到131mm2 外频为133 200MHz 配备512KB的L2Cache 由于二级缓存的增大 在大数据的专业应用 新的3D游戏和重负荷的办公 IT应用等方面 这类核心的Pentium4性能提升明显 Northwood核心的Pentium43 2GHzCPU如图3 15所示 图3 15 目前性能最强大的CPU是Pentium4至尊版CPU 采用0 09 m 90nm 制造工艺 晶体管总数达到12500万 核心面积下降到112mm2 采用Prescott核心 31级的超长流水线 配备了高达1024KB的L2Cache 并且支持最新的SSE3指令集 新增加的指令集主要用来减少运算中的延迟 提高游戏的运行性能 加速视频编码和提高超线程性能 如图3 16所示为Prescott核心的Pentium4至尊版CPU 图3 16 由于Pentium4CPU拥有众多核心和版本 读者有时很难区分 表3 3列出了部分Pentium4CPU的性能指标 表3 3 移动式处理器 移动式处理器是专门用于笔记本电脑的处理器 这类处理器一般频率较低 但是具有更低的功耗 如图3 17所示为安装在笔记本电脑内的Intel移动式处理器 图3 17 AMDCPU DuronCPUAthlonXPAthlon64移动处理器 AMD公司早期只做台式机的CPU 现在也开始生产笔记本电脑的CPU 针对低端市场 AMD公司发布了DuronCPU 在中高端市场上 AMD公司有AthlonXP和Athlon64 在笔记本电脑领域 还有AthlonM处理器 DuronCPU DuronCPU是AMD公司生产的面向低端用户的桌面式处理器 采用0 13 m制造工艺 SocketA构架 具有128KBL1Cache 64KBL2Cache 前端总线频率为266MHz 由于DuronCPU的频率较低 缓存较小 在和Intel低端CPU的竞争中 DuronCPU处于劣势 DuronCPU如图3 18所示 图3 18 表3 4列出了部分DuronCPU的性能指标 表3 4 AthlonXP AthlonXP是为了应对Intel高端的Pentium4处理器而推出的 虽然Athlon的主频不如Pentium4高 但在性能上却不输于它 甚至在某些方面超过了后者 但由于用户在购买电脑时 都认准了时钟主频是PC性能的体现 因此形势一直对AMD不利 AMD为了改变这种局面 除了在芯片名后面添加XP字样外 它还采用了其他的命名方法 降低用户对主频的注重程度 例如 1 5GHz的Athlon芯片被命名为Athlon1900 从而避免与Pentium4在主频方面的直接对比 目前的AthlonXP大多采用Thoroughbred和Barton核心 具有128KBL1Cache 256KB或512KBL2Cache 采用0 13 m工艺制造 晶体管总数分别为3760万和5430万 核心面积分别为84和101mm2 如图3 19所示为Thoroughbred核心的AthlonXPCPU 图3 20所示为Barton核心的AthlonXPCPU 图3 19 图3 20 由于AthlonXP也具有多个核心 读者也要注意区分 表3 5列出了部分AthlonXP的性能指标 表3 5 Athlon64 2003年9月23日 AMD成功发布了对电脑发展具有革命意义的新一代处理器 Athlon64以及Athlon64FX 2003年4月22日 AMD发布了针对企业级用户的64位处理器 Opteron 而这3种处理器分别是用在普通台式电脑 高性能电脑以及高端的服务器上 如图3 21所示为Athlon64CPU 图3 21 AMD64是以业界标准x86指令集结构为基础并由此发展起来的全新计算技术 支持32位及64位的平台 AMD64是AMD开发的创新技术 可与目前的8位 16位及32位x86解决方案完全兼容 同时又可发挥64位计算的卓越性能 AMDOpteron处理器是首款采用这种全新计算技术的服务器及工作站处理器 不过由于支持64位平台的硬件和操作系统均未完全开发出来 因此Athlon64CPU基本上是 英雄无用武之地 移动处理器 为了抢占移动处理器市场 AMD也推出了适用于笔记本电脑的MobileDuron和MobileAthlonXP处理器 如图3 22所示 不过与Intel平台的移动处理器相比 AMD移动处理器并没有成多大的气候 图3 22 安装CPU 安装IntelCPU安装AMDCPU 安装IntelCPU 目前Intel的CPU都采用Socket插槽 它是方形多针角零插拔力插座 插座上有一根拉杆 在安装和更换CPU时只要将拉杆向上拉出 就可以轻易地插进或取出CPU芯片了 安装过程的具体操作如下 1 将CPU插座的拉杆拉起来 如图3 23所示 图3 23 2 将CPU的缺口对准CPU插座的缺口后缓慢地插入 如图3 24所示 图3 24 3 确认CPU完全插入了CPU插座 并且CPU针脚无弯曲 如图3 25所示 图3 25 4 待CPU插座完全插入后 将CPU插座的拉杆压下 使CPU和插座紧密接触 如图3 26所示 图3 26 5 在CPU上面涂抹适量的硅胶 将CPU散热风扇放在CPU表面 确认和CPU接触良好 如图3 27所示 图3 27 6 将CPU散热风扇的扣具扣在CPU的插座上面 并观察散热片是否与CPU接触良好 防止散热效果不良 如图3 28所示 最后将CPU散热风扇的插口插在主板上 图3 28 安装AMDCPU 目前AMD的CPU都采用SocketA插槽 它也是方形多针角零插拔力插座 插座上有一根拉杆 在安装和更换CPU时只要将拉杆向上拉出 就可以轻易地插入或取出CPU芯片了 安装AMD的CPU和安装IntelCPU的过程相同 在此不再赘述 CPU的使用与维护 CPU使用中应注意的问题更换CPU风扇CPU的超频 CPU使用中应注意的问题 注意轻拿轻放注意散热超频应慎重 注意轻拿轻放 在拿放CPU时 都需要注意轻拿轻放 因为稍不注意就有可能弄坏或弄弯CPU的针脚 注意散热 现在CPU的功耗越来越大 如果不注意散热 将导致CPU被烧毁 特别是使用AMDCPU的用户更应注意 因为AthlonXP的发热量相当大 在没有安装散热风扇的情况下 CPU会在半分钟之内烧毁 超频应慎重 目前CPU的频率越来越快 但是也有不少发烧友喜欢将CPU超频使用 以获得更好的性能 但是超频也会带来一些负面影响 如提升电压后CPU内部的电子迁移现象会更严重 有可能会缩短CPU的使用寿命 甚至在超频过程中烧毁CPU 因此在对CPU超频时应慎重考虑 更换CPU风扇 更换CPU散热风扇只需要将原来的CPU散热风扇取下 换上一个新的CPU散热风扇即可 在更换时需要注意取下和安装风扇时不应太用力 否则有可能将CPU压坏 CPU的超频 超频的基本知识超频的利弊超频的方法 超频的基本知识 超频永远是DIY DoItYourself 自己动手做 的热门话题 所谓超频就是指电脑用户通过调整主板上的CPU的外频 倍频以及电压 把CPU本身所设定的频率提高 直至把CPU本身潜在的能运行的最高速度发挥到极限 并稳定地运行各种应用程序 以使电脑能以最小的代价 达到最高的电脑效能 超频不仅仅针对CPU的工作频率 还可以针对其他配件 如显卡 内存条 只要有时钟频率起作用的地方 就都有超频的可能 在进行超频时 必须注意以下几点 超频后 电脑应能顺利由开机 以至直接进入操作系统 在这期间并没有任何不稳定的情况 当顺利进入操作系统后 必须能顺利运行应用程序 而且这些程序必须能够稳定且持续地使用一段比较长的时间 使用期间并没有不稳定的情况或者死机的情况发生 要想电脑能成功超频 必须具备以下条件 一颗超频性能良好的CPU 如果CPU的超频性能不好 其他设备再怎么优良也是徒然 一块既稳定又能支援较高速度CPU的主板 包括有高外频 倍频以及相容的电压 一款可稳定超频的内存 如名牌厂商生产的内存大多具有良好的稳定性 可以工作在较高的频率下 一块高速且能应付超频后AGP槽极高传输量的显卡 一款强力的散热风扇 其他电脑周边设备的影响 如机箱 CD ROM 显示器等 超频的利弊 超频最大的好处就是提高了电脑的性能 让用户在节约资金的同时享受到了更快的速度和更高的性能 在超频的过程中 CPU的发热量会很大 并发生电子迁移的现象 从而对CPU造成伤害 所以超频虽然可以提高系统的性能 但也会造成一定的副作用 主要表现在以下几个方面 要想电脑能成功超频 必须具备以下条件 超频会缩短CPU以及其他器件的寿命超频后 由于CPU处于满负荷工作状态 因此会缩短CPU的寿命 同时由于发热量的增加 会增加机箱内的热量 如果散热不好 还会影响其他器件 过份超频使系统工作的稳定性变差超频也有一个极限 并不能永无止境地超频 就算有最好的散热系统也是如此 如果超频太大 会因为CPU无法承受而使电脑的稳定性变差 造成无故重启或死机等故障 超频可能会