2022年《计算机组装与维护》第4章教案

1、精品word 名师归纳总结 - - - - - - - - - - - -第四章CPU的使用与修理教学目标明白 CPU的封装技术把握 CPU的结构明白主流的CPU型号 把握 CPU主要的性能指标把握 CPU的选购方法及留意事项把握 CPU常见故障及修理方法一、什么是 CPUCPU （Central Processing Unit ）又叫中心处理器，是运算机系统的核心部件，在整个电脑系统中起到运算和掌握的作用；它是由数量众多（几千万个）的晶体管组成的超大规模集成电路，掌握着整个运算机系统的运行；二、CPU 的工作原理1、CPU 的生产过程在明白 CPU 工作原理之前，我们先简洁谈谈CPU 是如何

2、生产出来的；CPU 是在特殊纯洁的硅材料上制造的；一个CPU 芯片包含上百万个精致的晶体管；人们在一块指甲盖大小 的硅片上，用化学的方法蚀刻或光刻出晶体管；因此，从这个意义上说，CPU正是由晶体管组合而成的；简洁而言，晶体管就是微型电子开关，它们是构建CPU 的基石，你可以把一个晶体管当作一个电灯开关，它们有个 操作位，分别代表两种状态：ON 开和 OFF关 ；这一开一关就相当于晶体管的连通与断开，而这两种状态正好与二进制中的基础状态“0”和“ 1”对应，这样，运算机就具备了处理信息的才能；众多晶体管产生的多个“0” 和“ 1”的特殊次序和模式能代表不同的情形，将其定义为字母、数字、颜色和图形

3、，如ASCII 码；2、CPU 的内部结构（ 1）算术规律单元ALUArithmetic Logic UnitALU是运算器的核心；它是以全加器为基础，辅之以移位寄存器及相应掌握规律组合而成的电路，在掌握信号的作用下可完成加、减、乘、除四就运算和各种规律运算；（ 2）掌握单元 Control Unit掌握单元是整个CPU 的指挥掌握中心，由指令寄存器IRInstructionRegister、指令译码器IDInstructionDecoder 和操作掌握器0COperation Controller 三个部件组成，对和谐整个电脑有序工作极为重要；（ 3）寄存器组RSRegister Set 或

4、 RegistersRS 实质上是 CPU 中临时存放数据的地方，里面储存着那些等待处理的数据，或已经处理过的数据， CPU 拜访寄存器所用的时间要比拜访内存的时间短；采纳寄存器，可以削减 CPU 拜访内存的次数，从而提高了 CPU 的工作速度；（ 4）总线 Bus总线实际上是一组导线，是各种公共信号线的集合，用于作为电脑中全部各组成部分传输信息共同使用的“大路”；包括：数据总线DBData Bus 、地址总线ABAddress Bus、掌握总线CBControl Bus ；3、CPU 工作流程（ P10）CPU 就是执行读出数据、处理数据和往内存写数据3 项基本工作；这个过程不断快速地重复，

5、快速地执行精选名师 优秀名师 - - - - - - - - - -第 3 页，共 4 页 - - - - - - - - - -一条又一条指令，产生显示器上所看到的结果；三、CPU 的外观与构造1、内核2、基板3、填充物4、封装封装也可以说是指安装半导体集成电路芯片用的外壳，它不仅起着安放、固定、密封、 爱护芯片和增强导热性能的作用，而且仍是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁封装方式：DIP （ Dual In-line Package ，双列直插封装）QFP/PFP（Quad Flat Package/Plastic Flat Package，扁平小块式封装/塑料扁平组件式封装） PGAPi

6、n Grid Array ，针脚栅格阵列封装FC-PGA Flip Clip Pin Grid Array ，倒装芯片针脚栅格阵列 SECC（ Single Edge Contact Connector ，单边接触连接封装） BGA （ Ball Grid Array ，球状阵列封装）LGA （ Land Grid Array ，岸面栅格阵列封装） ；5、接口CPU 需要通过某个接口与主板连接的才能进行工作；CPU 接口类型不同， 在插孔数、 体积、外形都有变化，所以不能相互接插；引脚式： 4004、8008、 8086、8088卡式： slot1/2 、slotA触点式： LGA775 P4

7、针脚式： Intel ：socket 7super 7/370/423/478 AMD ：Socket A462/754/939/940四、CPU 的性能指标1、字长： CPU 在单位时间内同一时间 能一次处理的二进制数的位数叫字长；2、主频：主频也叫时钟频率，单位是MHz ，用来表示CPU 的运算速度； CPU 的主频外频×倍频系数；CPU 的主频与 CPU 实际的运算才能是没有直接关系的，主频表示在CPU 内数字脉冲信号震荡的速度；例子： 1 GHz Itanium芯片能够表现得差不多跟2.66 GHz Xeon/Opteron一样快，CPU 的运算速度仍要看CPU 的流水线的各

8、方面的性能指标；3、外频：外频是CPU 的基准频率，单位也是MHz ；CPU 的外频打算着整块主板的运行速度；4、前端总线： 前端总线 FSB 频率 即总线频率 是直接影响CPU 与内存直接数据交换速度；数据带宽 总线频率×数据位宽/8 ，数据传输最大带宽取决于全部同时传输的数据的宽度和传输频率；5、倍频：倍频系数是指CPU 主频与外频之间的相对比例关系；在相同的外频下，倍频越高CPU 的频率也越高；6、缓存：缓存大小也是CPU 的重要指标之一，而且缓存的结构和大小对CPU 速度的影响特别大，CPU内缓存的运行频率极高，一般是和处理器同频运作，工作效率远远大于系统内存和硬盘；由于CP

9、U 芯片面积和成本的因素来考虑，缓存都很小；L1 Cache一级缓存 是 CPU 第一层高速缓存，分为数据缓存和指令缓存；内置的 L1 高速缓存的容量和结构对 CPU 的性能影响较大，不过高速缓冲储备器均由静态 RAM 组成，结构较复杂，在 CPU 管芯面积不能太大的情形下， L1 级高速缓存的容量不行能做得太大；一般服务器 CPU 的 L1 缓存的容量通常在 32 256KB ；L2Cache二级缓存 是 CPU 的其次层高速缓存，分内部和外部两种芯片；内部的芯片二级缓存运行速度与主频相同，而外部的二级缓存就只有主频的一半；L2 高速缓存容量也会影响CPU 的性能，原就是越大越好，现 在家庭

10、用CPU 容量通常有256KB-2MB ，而服务器和工作站上用CPU 的 L2 高速缓存可以有256KB-3MB ，有的 4MB 也不为过；7、扩展指令集CPU 依靠指令来运算和掌握系统，每款CPU 在设计时就规定了一系列与其硬件电路相协作的指令系统；指令的强弱也是CPU 的重要指标，指令集是提高微处理器效率的最有效工具之一；从现阶段的主流体系结构讲，指令集可分为复杂指令集和精简指令集两部分，而从具体运用看，如Intel 的MMX （ Multi Media Extended）、SSE、 SSE2（ Streaming-Single instruction multiple data-Exte

11、nsions 2）、SEE3 和AMD的 3DNow. 等都是 CPU 的扩展指令集，分别增强了CPU 的多媒体、图形图象和Internet 等的处理才能；我们通常会把CPU 的扩展指令集称为”CPU 的指令集” ；SSE3 指令集也是目前规模最小的指令集，此前MMX包含有 57 条命令， SSE 包含有 50 条命令， SSE2 包含有 144 条命令， SSE3 包含有 13 条命令；目前SSE3 也是最先进的指令集，英特尔Prescott 处理器已经支持SSE3 指令集， AMD会在将来双核心处理器当中加入对SSE3 指令集的支持，全美达的处理器也将支持这一指令集；8、内核与 I/O 电

12、压：从586CPU 开头， CPU 的工作电压分为内核电压和I/O 电压两种，通常CPU 的核心电压小于等于I/O 电压；其中内核电压的大小是依据CPU 的生产工艺而定，一般制作工艺越小，内核工作电压越低； I/O 电压一般都在1.65V ；低电压能解决耗电过大和发热过高的问题；9、制造工艺：制造工艺的微米是指IC 内电路与电路之间的距离；制造工艺的趋势是向密集度愈高的方向 进展；密度愈高的IC 电路设计，意味着在同样大小面积的IC 中，可以拥有密度更高、功能更复杂的电路设计；现在主要的180nm、130nm、90nm、 65nm；Intel 公司更于2007 年 11 月 16 日发布了45

13、nm 的制造工艺；五、CPU 的选购(1) CPU 与主板的协作组装一台运算机，要充分发挥CUP 的性能，必需有相应的主板支持，这又取决于主板上采纳的芯片组，它打算 CPU 的接口（插座）类型和前端总线频率，否就影响CPU 的工作效率；确定一款CPU 时，同时也打算了它所使用的主板类型；(2) CPU 与内存的协作不同的 CPU 产品拥有不同的前端总线，要想充分发挥CPU 的性能，挑选与之相配的内存特别重要；至于如何搭配才能获得正确性能，一般都是看系统前端总线数据传输带宽与内存数据传输带宽是否吻合；比如：800MHz 前端总线的P4 处理器可心供应6.4GB/s 的数据传输带宽,而双通道的DD

14、R400所供应的数据传输带宽恰好是6.4GB/s, 这二者刚好形成好的协作；六、CPU 散热器（一） CPU 散热方式风冷散热是最常见的，而且特别简洁，就是使用风扇带走散热器所吸取的热量；具有价格相对较低，安装精品word 名师归纳总结 - - - - - - - - - - - -简洁等优点，但对环境依靠比较高，例如气温上升以及超频时其散热性能就会大受影响；热管是一种具有极高导热性能的传热元件，它通过在全封闭真空管内的液体的蒸发与凝聚来传递热量，它利用毛吸作用等流体原理，起到类似冰箱压缩机制冷的成效；具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意转变、可远距离传热、可掌握温度等一系

15、列优点，并且由热管组成的换热器具有传热效率高、结构紧凑、流体阻损小等优点；由于其特殊的传热特性，因而可掌握管壁温度，防止露点腐蚀；液冷就是使用液体在泵的带动下强制循环带走散热器的热量，与风冷相比具有寂静、降温稳固、 对环境依靠小等等优点；但热管和液冷的价格相对较高，而且安装也相对麻烦一些；（二）风冷散热器技术参数1、风扇功率2、风扇口径3、风扇转速4、风扇噪音5、风扇排风量6、散热片材质7、散热片材料的纯度8、散热器的精度9、散热片体积10、风扇轴承（三）散热器的选购七、CPU 常见故障及修理1 CPU 安装不正确2风扇运行不正常3 CPU 有物理损坏4跳线、电压设置不正确小结： 本次课主要对CPU