计算机组装与维修之CPU教案

江江苏苏省省徐徐州州技技师师学学院院理理论论授授课课教教案案 首首页页 授课日期2016 09 192016 09 20任课老师 班 级16程序2 16信管2 16 程序 1 16 媒 体 赵启辉 课程 计算机组装与维护 课题 CPU 教学目的要求 1 熟悉 CPU 的技术指标和参数 2 了解指令特殊的扩展技术 教学重点 CPU 的技术指标 教学难点 CPU 的技术指标与标记 授课方法 讲授法 列举法 引入法 分析法等 教学参考及教具 含多媒体教学设备 投影 多媒体计算机 授课执行情况及分析 板书设计或授课提纲 1 CPU 概述 2 CPU 的技术指标和参数 3 指令特殊的扩展技术 教学环节 及时间分配 教 学 内 容 教学方法 组织教 学 10 讲授主 课 40 CPU Central Processing Unit 中文名称为中央处理器或中 央处理单元 它是计算机系统的核心部件 CPU 的性能高低直接影 响着整台微机的性能 它负责微机系统中数值运算 逻辑判断 控 制分析等核心工作 如果电脑中没有了 CPU 就像人没有了大脑一 样 计算机的一切工作都在此完成 人们常以它来判定计算机的档 次 CPU 的内部结构可分为控制单元 运算单元和存储单元 3 大部 分 其工作原理就像一个工厂对产品加工过程 进入工厂的原料 数据 经过物资管理部门 控制单元 的调度分配 被送往生 产线 运算单元 生产出成品 处理后的结果 后 再存储在仓 库 存储单元 中 等着拿到市场上去交易 交由应用程序使用 一 一 CPUCPU 的技术指标和参数的技术指标和参数 1 主频 CPU 的主频也称为内频 是指 CPU 内部的工作频率或时钟频率 单位为 MHz 兆赫兹 或 GHZ 吉赫兹 表示在 CPU 内数字脉冲信 号震荡的速度 主频的高低直接影响 CPU 的运算速度 一般来说 主频越高 一个时钟周期里完成的指令数也越多 当然 CPU 的速度 也就越快了 CPU 的主频通常和其型号标注在一起的 如 Pentium 450 指其主频为 450MHz Pentium 4 1 70GHZ 其主频为 1 7GHZ 由于各种 CPU 的内部结构不尽相同 所以并非时钟频率相 同性能就一样 如 P 800 和 P 800 2 外频 CPU 外部工作频率称为外频 是指 CPU 与外部设备 内存或主 板芯片组 之间的数据交换速度 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 3 倍频 是 CPU 的内部频率与整个系统的频率 外频 之间的倍数 从 486DX2 开始 CPU 的主频与外频就不一致了 而想让 CPU 更好的工 作就要将整个系统的频率 外频 与 CPU 的内部频率以一定的倍数 工作 即主频 外频 倍频 实际上 在相同外频的前提下 高倍 频的 CPU 本身意义并不大 常会出现 瓶颈 即 CPU 等外频送来数 据 浪费 CPU 的计算机能力 早期的倍频一般为 5 8 倍 而现在 P4 机多为 8 17 倍 通过这样的设置 CPU 的性能能够得到比较充分 的发挥 讲授 多媒体 教学 4 地址总线宽度 地址总线宽度决定了 CPU 可以直接寻址的内存空间大小 位数 越大 则可以直接寻址空间就越大 例如 32 位地址总线 可直接 寻址 4GB 的内存空间 地址总线宽度也已由最初的 8 位发展到现在 的 64 位 5 数据总线宽度 数据总线宽度是 CPU 内部可以同时传输的数据位数 即一次性 可传输数据的位数 位数越多 速度当然就越快 则 CPU 性能就越 好 数据总线宽度已由最初的 8 位发展到了目前的 64 位 6 L1 Cache 即一级缓存 可达 128KB 可提高系统性能的 20 现分为数据 缓存和指令缓存两部份 7 L2 Cache 即二级缓存 可达 1MB 目的是为了弥补 L1 Cache 容量不足的 问题 8 生产工艺 早期的 CPU 大多采用 0 5 m 的制作工艺 后来随着 CPU 频率的 提高 0 25 m 制作工艺被普遍采用 在 1999 年底 Intel 公司推 出了采用 0 18 m 制作工艺的 Pentium 处理器 即 Coppermine 铜矿 处理器 更精细的工艺使得原有的晶体管电路 更大限度地缩小了 能耗越来越底 CPU 也就更省电 9 工作电压 CPU 正常工作所需的电压 早期的 CPU 286 386 486 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 3V 2 8V 等 左右 导致 CPU 的发热量过大 电子迁移现象 缩短了 CPU 的使用寿命 现在随着 CPU 制作工艺的提高 工作电压 一般在 1 5V 2 0V 之间 使 CPU 发热量问题得到很好的解决 10 插槽类型 分为两大类 一类是针脚式 Socket 构架 一类为插卡式 Slot 构架 Socket 为 ZIF 零插拔力 插座 常用 Socket7 Socket370 Socket423 478 Slot 常用的有 Slot1 Slot2 SlotA 三种 11 协处理器 也称为数字协处理器 NPU 主要用于浮点运算 因此 286 386 8088 等微机 CPU 的浮点运算性能都相当落后 自从 486 多媒体 教学 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 Auto CAD 就需要 协处理器支持 12 动态处理 动态处理是应用在高能奔腾处理器中的新技术 动态处理不是 简单执行一串指令 而是通过操作数据来提高处理器的工作效率 主要包括 多路分流预测 通过几个分支对程序流向进行预测提高运行 的速度 预测精确度可达 90 以上 当采用多路分流预测算法后 处理器便可以参与指令流向的跳转 这是因为处理器在取指令时 还会在程序中寻找未来要执行的指令 该项技术可以加速向处理器 传送任务 数据流量分析 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 或是否需与其他它令一道处理 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 通过提前判断 读取并执行有可能需要的程序指 令的方式来提高执行的速度 当处理器执行指令时 每条 5 次 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的基础之上 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 二 指令特殊的扩展技术二 指令特殊的扩展技术 1 MMX MMX Multi Media eXtnsion 多媒体扩展指令集 是 Intel 公 司于 1996 年推出的一项多媒体增强技术 共有 57 条多媒体指令 MMX 指令集侧重于整数运算 2 3DNow 3DNow 机器码的扩展指令集 是 AMD 公司推出的一项 CPU 增强技术 共有 21 条指令 被广泛用于 AMD 的 K6 2 K6 3 和 Athlon K7 处理器上 3DNow 指令集主要针对三维建模 坐标 变换和效果渲染等三维方面 在软件的配合下 可以大幅度提高 3D 处理性能 注 每个周期可执行四个浮点运算 3 SSE 作业 30 SSE Streaming SIMD Extensions 单指令多数据流扩展指令 集 是 Intel 公司在 P 中率先