《计算机组装与维护课件》课件-单元3 CPU

计算机组装与维护第三章CPU第三章CPU引例

在使用计算机的过程中，人们经常会被以下现象所困扰：家中计算机在使用一段时间后经常死机，而且噪声也比以前大很多；某公司办公用计算机屏幕在开机后只显示“没有信号输入”，并且主机里传来报警声，一声长一声短，反复不断……这样的现象还有很多。所有的计算机程序都要调入CPU中才能执行，因此屏幕在一旦CPU出现问题，所有在运行的程序就会出现问题。问题的表现形式可能是多种多样的，但本质上都是由CPU引起的。第三章CPU教学目标

本单元将重点讨论计算机CPU的基础知识，以及在使用计算机过程中遇到的与CPU相关的问题。学生通过本单元的学习，可以了解CPU的基本情况，并对计算机使用过程中出现的与CPU相关的问题进行处理。3.1知识储备—CPU的分类

CPU（CentralProcessingUnit）的中文名称是中央处理器，微型计算机的CPU又称为微处理。它是通过指令进行运算和系统控制的部件，是计算机系统的核心，计算机绝大部分的数据是由CPU进行处理的，因此它在一定程度上决定着计算机的性能。CPU的工作原理其实很简单，它的内部元件主要包括控制单元、逻辑单元和存储单元三大部分。指令由控制单元分配到逻辑运算单元，经过加工处理后，再送到存储单元里等待应用程序的使用。CPU按生产厂商划分，主要分为两大类：Intel公司的CPU和AMD公司的CPU。按照CPU的核心数划分，可分为单核CPU、双核CPU和多核CPU。目前主流的CPU是双核CPU和四核CPU。3.1知识储备—CPU的分类

1．Intel公司的CPU

Intel公司是目前全球最大的CPU生产商，它占据了目前PC机CPU的大部分份额。（1）80486及以前的CPU。从1969年到1972年，Intel公司先后推出了4004、8008、8080、8085的4位CPU和8位CPU，为后来的高性能的CPU奠定了基础。1978年，Intel公司又推出了8086、8088、80286等16位处理器，这些处理器是为微型计算机推出的，由此微型计算机诞生了。从1985年到1988年，Intel公司相继推出了80386和80486处理器，这两款是32位的处理器，具有良好的兼容性。（2）Pentium系列CPU。为了适应用户对图像、视频及语音处理等应用的要求，Intel公司在1993年推出了80586CPU，称为Pentium。1997年，Intel公司又推出了PentiumⅡCPU，如图3-1所示。（3）Pentium4处理器。2000年11月，Intel公司推出了Pentium4CPU，如图3-2所示。第一代Pentium4处理器，采用了全新的NetBurst（网络爆发）架构，不再使用单倍速的前端总线（FSB）频率，而是采用Qued-speed4倍速的总线设计，因此大大提升了CPU的带宽。3.1知识储备—CPU的分类

1．Intel公司的CPU（4）双核处理器。由于受到CPU架构的限制，Intel公司把重心放在了扩展性和并行处理上，因而推出了双核处理器。双核处理器（DualCoreProcessor）的工作原理如图3-3所示，它是在一个处理器上集成两个运算核心，从而提高其计算能力。目前，Intel在台式机方面推出的双核处理器有PentiumD、PentiumE和CoreDuo三种类型。（5）Celeron处理器。Celeron（赛扬）处理器，如图3-4所示，诞生于1998年，是Intel公司为了弥补PentiumII和PentiumMMX处理器之间的空缺生产的。为了与AMD在低级处理器市场上进行竞争，Intel公司在2000年5月改进了PentiumII核心的Celeron处理器，此后，在2002年年底，又推出Tualatin-256核心的Celeron-III。CeleronIII使用了全新的核心和全速的256KBL2Cache，其性能大幅度提升。（6）四核处理器。2006年11月，Intel公司首先发布了Core2Quadro四核处理器。四核处理器与双核处理器的区别在于对多任务处理上，四核心的CPU开4个程序比双核心CPU开4个程序更快，另外，四核处理器在进行大数据运算时优势更大。随后Intel公司又发布了Core2Extreme、Corei3、Corei5和Corei7等四核处理器3.1知识储备—CPU的分类

1．Intel公司的CPU（7）第二代酷睿处理器。2010年6月，Intel发布了第二代酷睿处理器。第二代Corei3/i5/i7基于全新的SandyBridge微架构，相比第一代产品主要带来五点重要革新：1、采用全新32nm的SandyBridge微架构，更低功耗、更强性能。2、内置高性能GPU（核芯显卡），视频编码、图形性能更强。3、睿频加速技术2.0，更智能、更高效能。4、引入全新环形架构，带来更高带宽与更低延迟。5、全新的AVX、AES指令集，加强浮点运算与加密解密运算。SandyBridge使用LGA1155接口，不兼容旧平台。3.1知识储备—CPU的分类

1．Intel公司的CPU（8）第三代酷睿处理器。2012年4月Intel正式发布了IvyBridge架构的第三代处理器，也称之为第三代Corei3/i5/i7。22nm制作工艺的IvyBridge处理器，加入了对DX11支持的集成显卡。提供最多四个USB3.0，采用3D晶体管技术，CPU耗电量会减少一半。IvyBridge架构使用LGA1155接口，兼容第二代酷睿处理器。2013年9月，Intle发布了基于IvyBridge架构的首款六核CPUCorei7-4960X。3.1知识储备—CPU的分类

1．Intel公司的CPU（9）第四代酷睿处理器。2013年6月Intel发布了第四代智能酷睿处理器Haswell，与上一代产品相比，Haswell图形性能提升1倍，运算速度提升15%。Haswell使用LGA1150接口，不兼容旧平台。2014年8月Intle发布了基于Haswell架构的首款八核CPU--Corei7-5960X。3.1知识储备—CPU的分类

1．Intel公司的CPU（10）第五代酷睿处理器。2015年1月Intel宣布了第五代酷睿处理器。第五代酷睿移动处理器系列采用Broadwell架构的产品，新的第五代酷睿移动处理器采用14nm工艺，晶体管数量高达19亿个。和Haswell产品相比，视频转换时速度最多快50%，3D图形性能最高提升22%。Broadwell使用LGA1150接口，兼容第四代酷睿处理器。3.1知识储备—CPU的分类

2．AMD公司的CPUAMD公司目前是全球第二大处理器生产厂商，是Intel公司的主要竞争对手。两家公司在处理器市场上的竞争使处理器不断地推陈出新。（1）K系列处理器。K5、K6和K6II系统处理器是AMD公司开发较早的处理器，它与PentiumCPU是同档次的产品，现在已经被淘汰了。（2）双核处理器。AMD公司推出的双核处理器分别是Opteron系列和Athlon64X2系列。其中Athlon64X2用以抗衡PentiumD和PentiumExtremeEdition的桌面双核心处理器系列。对于双核心架构，AMD的做法是将两个核心整合在同一个内核之中，而Intel的做法是简单地将两个核心做到一起。AMD的双核心处理器不会在两个核心之间存在传输瓶颈的问题，从这个方面来说，Athlon64X2的架构要明显优于PentiumD架构。与此同时，AMD公司在Athlon64X2处理器中采用了DualStressLiner（应变硅技术），与SOI技术配合使用，能够生产出性能更高、耗电更低的晶体管。3.1知识储备—CPU的分类

2．AMD公司的CPU（3）四核处理器。2007年11月20日，AMD公司发布了万众期待的真四核Phenom处理器，支持DDR2-1066的集成双通道内存控制器。2008年，AMD公司推出支持DDR3内存的，采用Deneb和Stars两种核心的PhenomⅡ系列四核CPU。3.1知识储备—CPU的分类

2．AMD公司的CPU（4）多核处理器。2010年04月AMD正式出售PhenomIIx6处理器，PhenomIIX6系列采用GlobalFoundries45nmSOI工艺制造，晶体管9.04亿个，核心面积346平方毫米。相比于同样45nm工艺、四核心的PhenomIIX4系列，新处理器晶体管增多了19.3％，核心面积加大了34.1％，不过得益于制造工艺的完善，最高热设计功耗仍保持在125W。3.1知识储备—CPU的分类

2．AMD公司的CPU2011年11月AMD公司正式发布推土机系列CPU,即AMDFX系列。AMDFX处理器将采用“Bulldozer”微架构，全系列包含8核、6核以及4核处理器。AMDFX八核心CPU集成了大约12亿个晶体管，但通过功能单元的合理分配，以及32nmSOI新工艺的应用，核心面积被控制在仅仅为315平方毫米，比六核心、45nm工艺的PhenomIIX6还要小9%。是世界上首款八核心处理器。3.1知识储备—CPU的分类

2．AMD公司的CPU（5）新一代AMD处理器—APU。APU(AcceleratedProcessingUnit)中文名字叫加速处理器，是AMD将中央处理器和独显核心集成在一起的新型处理器。它同时具有高性能处理器和最新独立显卡的处理性能，支持DX11游戏和最新应用的“加速运算”，大幅提升了电脑运行效率。3.1知识储备—CPU的主要性能指标

CPU是整个计算机系统的核心，其性能可以反映出计算机系统的性能，并直接影响计算机的运行速度。影响CPU性能的几个主要参数有主频、内存总线、高速缓存、工作电压、制造工艺等。1．主频主频就是CPU的时钟频率，即CPU的工作频率。大家常说“CPU的频率是多少”，这个“频率”泛指CPU的主频。一般说来，一个时钟周期完成的指令数是固定的，所以主频越高，CPU的速度也就越快。外频是系统总线的工作频率，倍频则是指CPU外频与主频相差的倍数。用公式表示三者之间的关系就是：

主频=外频×倍频3.1知识储备—CPU的主要性能指标

2．前端总线（FSB）前端总线也叫内存总线或系统总线，是指CPU与二级高速缓存及内存之间的工作频率。

“CPU总线”这个名称是由AMD公司在推出K7CPU时提出的。由于目前各种主板的前端总线频率与内存总线频率相同，所以前端总线频率也是CPU与内存及二级高速缓存之间交换数据的工作时钟。由于数据传输的最大带宽取决于同时传输的数据位宽度和传输频率，即数据带宽=（总线频率×数据位宽度）÷8（例如，Intel公司的PentiumⅡ333使用66MHz的前端总线，所以它与内存之间的数据交换带宽为（66MHz×64b）÷8=528Mb/s），因此，前端总线频率将影响计算机运行时CPU与内存及二级高速缓存之间的数据交换速度，实际也就影响了计算机的整体运行速度。内存总线一般等同于CPU的外频。内存总线的速度对于整个系统性能来说很重要，由于内存速度的发展滞后于CPU的发展，因此为了缓解内存带来的瓶颈，出现了二级缓存，用以协调两者之间的差异。3.1知识储备—CPU的主要性能指标

3．L1高速缓存L1高速缓存也就是我们经常说的一级高速缓存，它的容量一般为16KB～64KB，少数可达到128KB，频率与CPU相同。CPU内置的高速缓存可以提高其运行效率。L1高速缓存的容量和结构对CPU的性能影响较大，内部高速缓存越大，系统性能提高越明显，这也是一些公司目前力争加大L1Cache高速缓存器容量的原因。不过高速缓存存储器运行在CPU的时钟频率上，是由静态RAM组成的，结构比较复杂，在CPU管芯面积不能太大的情况下，L1高速缓存的容量不可能做得太大。4．L2高速缓存L2高速缓存指CPU第二层的高速缓存。L2Cache的时钟频率为CPU时钟频率的一半或全速。L2高速缓存的容量会影响CPU的性能，原则是容量越大越好，L2Cache的容量一般相当于L1Cache容量的4～16倍。现在家庭用CPU容量最大的是3MB～8MB，而服务器和工作站上用CPU的L2高速缓存高达16MB～32MB。3.1知识储备—CPU的主要性能指标

5．工作电压工作电压指的是CPU正常工作时所需的电压。随着CPU的制造工艺与主频的提高，CPU的工作电压有逐步下降的趋势，目前主流CPU已经采用了1.475V的工作电压。低电压能解决耗电过大和发热过高的问题，这对于笔记本电脑尤其重要。6．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可以达到的频率就越高，集成的晶体管就可以更多。目前主流的CPU的制作工艺已经达到了45nm以下。3.1知识储备—CPU的主要性能指标

7．接口类型目前主流的CPU的接口类型主要有以下几种

（1）Socket478。Socket478接口，如图3-5所示，是用于Pentium4处理器的接口类型，其针脚数为478针。3.1知识储备—CPU的主要性能指标

7．接口类型（2）LGA775（Socket775）。LGA775又称SocketT或Socket775，目前，采用此种接口的CPU主要有：单核心的Pentium4、Pentium4EE、CeleronD，双核心的PentiumD、PentiumEE、Core2Duo和四核心的Core2Quad等。采用LGA775接口的CPU底部没有传统的针脚，取而代之的是775个触点，

3.1知识储备—CPU的主要性能指标

7．接口类型（3）LGA1156。LGA1156接口又叫做SocketH接口，它主要支持IntelCorei3/i5处理器，读取速度比LGA775更高。LGA1156接口同样是触点式接口，共有1156个触点。不同的是，LGA1156接口底座的卡锁，由原来的拉杆式卡锁变成了现在的铆钉式卡锁。

3.1知识储备—CPU的主要性能指标

7．接口类型（4）LGA1366。主要支持采用NehalemBloomfield架构的IntelCorei79XX处理器。相比之前的触点式接口，LGA1366插槽中的触点排列更加细密，因而损坏的可能性也就更高。因此，所有配有LGA1366接口类型的主板都在插槽内加盖了保护盖，以防止误伤触点。3.1知识储备—CPU的主要性能指标

7．接口类型（5）LGA1155。LGA1155是英特尔“SandyBridge”和“IvyBridge”处理器的接口型号。官方名称为SocketH2。支持第二代和第三代酷睿处理器。LGA1155接口Corei52500第二代酷睿处理器。3.1知识储备—CPU的主要性能指标

7．接口类型（6）LGA1150。LGA1150是英特尔Haswell第四代酷睿处理器的接口，也是第五代酷睿处理器Broadwell的接口。LGA1150Corei74770K第四代酷睿处理器3.1知识储备—CPU的主要性能指标

7．接口类型（7）Socket754。它有754根针脚，只支持单通道DDR内存。随着AMD公司全面转向支持DDR2内存，桌面平台的Socket754逐渐被SocketAM2所取代。（8）Socket939。Socket939是AMD公司于2004年6月推出的64位桌面平台接口标准，有939根CPU针脚，支持双通道DDR内存。采用此接口CPU的有面向入门级服务器和工作站市场的Opteron1XX系列，以及面向桌面市场的Athlon64、Athlon64FX和Athlon64X2。随着AMD公司从2006年开始全面转向支持DDR2内存，Socket939也被SocketAM2所取代，在2007年年初退出市场

3.1知识储备—CPU的主要性能指标

7．接口类型（9）SocketAM2。具有940根CPU针脚，支持双通道DDR2内存。目前采用SocketAM2接口的CPU有低端的Sempron、中端的Athlon64、高端的Athlon64X2以及顶级的Athlon64FX等全系列AMD桌面CPU，3.1知识储备—CPU的主要性能指标

7．接口类型（10）SocketAM3。集成了DDR3内存控制器。CPU针脚数由AM2的940根针脚改为938根针脚。采用SocketAM3接口的CPU包括AthlonII的双核、三核心和四核心处理器，以及PhenomII的双核、三核和四核心处理器。3.1知识储备—CPU的主要性能指标

7．接口类型（11）SocketFM1。SocketFM1处理器接口拥有905个针脚，处理器插槽也同样拥有905个插孔。SocketFM1接口A4-3850处理器。3.1知识储备—CPU的主要性能指标

7．接口类型

（12）SocketFM2。SocketFM2是AMDTrinityAPU桌面平台的CPU插座。SocketFM2处理器接口拥有904个针脚，比FM1少了一个针脚。SocketFM2与SocketFM1相比，针脚的排列和针脚数均有所改变。支持TrinityAPU的主板均须采用SocketFM2插座。SocketFM2接口A85500APU.3.2主流CPU产品当前市场上主流的CPU产品主要被Intel公司和AMD公司所垄断，具体包括Intel公司的第四代酷睿处理器和第五代酷睿处理器；AMD公司的APU处理器。3.2主流CPU产品1．Intel公司的主流产品2009年Intel公司开始发布Corei系列处理器，主要包括Corei3、Corei5和Corei7处理器。其中i3代表低端产品，i5代表中端产品，i7代表高端产品。目前Corei系列处理器已经发展到第五代，但因其价格较高，所以第四代酷睿处理器是目前市面上主流的CPU。主要包括以下几种。3.2主流CPU产品1．Intel公司的主流产品第四代Corei3处理器。其主要型号有：Corei34130、Corei34150、Corei34160、Corei34330、Corei34340、Corei34350、Corei34360。因为是面向低端的产品，所以第四代Corei3处理器均是双核处理器，价格相对便宜。其中Corei341xx集成IntelGraphics4400显卡，而Corei343xx集成的是IntelGraphics4600显卡。第四代Corei5处理器。其主要型号有Corei54430、Corei54440、Corei54570、Corei54670等。第四代Corei5采用全新的Haswell构架，主频为2.3GHz~3.2GHz，原生四核心处理器，较第三代Corei5处理器拥有更低的功耗和发热，并且全系集成IntelGraphics4600核心显卡，显示性能较第三代Corei5（集成IntelGraphic2500显卡）提升近一倍。3.2主流CPU产品1．Intel公司的主流产品第四代Corei7处理器。其主要型号有：Corei74770、Corei74790等产品。第四代Corei7处理器，主频为2~3.7GHz，均采用四核心处理器，支持8线程技术，集成的是IntelGraphics4600核芯显卡，二级缓存为1MB，三级缓存都为8/10MB，支持双通道DDR31600MHz内存，采用22mm制造工艺，CPU插座为LGA1150，工作功率为84/130W。比第四代Corei5处理器的4线程多了一倍，能更好的支持多任务处理。3.2主流CPU产品2．AMD公司的主流产品AMD公司的主流产品为：FX系列八核、六核、四核处理器，APU系列四核处理器，PhenomⅡ（羿龙Ⅱ）X6六核、X4四核处理器，AthlonⅡ（速龙Ⅱ）X4四核处理器等。（1）八核处理器AMD公司的八核处理器主要包括FX系列的FX8350/FX8320/FX8150/FX8120/FX8100等八核处理器，主频为3.1GHz~4GHz，制作工艺为32nm，二级缓存为8MB，L3缓存为8MB，支持双通道DDR3-1866MHz内存，采用SocketAM3+接口，功率为125W。3.2主流CPU产品2．AMD公司的主流产品（2）六核处理器AMD公司的六核处理器主要包括：FX六核处理器、PhenomⅡX6系列六核处理器。FX六核处理器包括：FX6350/FX6300/FX6200/FX6100等。主频为3.3GHz~4.2GHz，制作工艺为32nm,采用Bulldozer核心，二级和三级缓存均为8MB，采用SocketAM3+插座接口，支持双通道DDR3-1899MHz内存，功率为125W。PhenomⅡX6系列六核处理器主要包括：1100T/1090T/1075T/1065T/1055T/1045T等。PhenomⅡX6系列六核处理器主频为2.7GHz~3.3GHz，制作工艺为45nm,二级缓存为3MB(每个核心独占512KB)，三级缓存为6MB，支持双通道的DDR3-1333内存，采用SocketAM3封装，设计功率为125W和95W。3.2主流CPU产品2．AMD公司的主流产品（3）四核处理器AMD公司的主流四核处理器主要包括：FX四核处理器，APU系列四核处理器，PhenomⅡ（羿龙Ⅱ）X4系列四核处理器和AthlonⅡ（速龙Ⅱ）X4系列四核处理器。FX四核处理器主要包括：FX4130/FX4170/FX4100/FX4300等，其采用Bulldozer核心为Vishera核心，制造工艺为32nm，采用SocketAM3+插座，主频为3.6~4.2GHz，二级缓存为4MB，三级缓存为4MB/8MB，支持DDR3-1866内存，设计功率多为95W/125W。3.2主流CPU产品2．AMD公司的主流产品APU系列四核处理器主要包括A10系列：7800K/6800K/5800K/5700，A8系列：6600K/6500/6500T/5600K/5500/3850/3870K和A6系列：3670K/3650/3600等产品。A系列产品制造工艺为32nm和28nm(A10-7850采用)，采用SoketFM2+/FM2/FM1等插座接口，主频为1.5~3.9GHz，二级缓存为2/4MB，三级缓存为8MB，支持DDR3-1866内存，设计功率为65W、95W和100W；PhenomⅡX4系列四核处理器主要包括：975/970/965/960T/955/940T等产品，采用Deneb构架，45nm制造工艺，采用SocketAM3封装，主频为2.4GHz~4.2GHz，二级缓存为2MB，三级缓存最高为6MB，前端总线为1800MHz、2000MHz或3600MHz，设计功率为65W、95W和125W，支持HyperTransport总线技术。3.2主流CPU产品2．AMD公司的主流产品AthlonIIX4系列四核处理器主要包括：760K/750K/740/651/645/641/640/638/631/630/620/615e/605e/600e等产品。AthlonX4系列四核处理器主要包括;760K/750K/740/651/645/641/640/638/631/630/620/615e/600e等产品。AthlonⅡX4系列四核处理器拥有四个独立的核心，采用45nm或32nm制造工艺，采用SocketFM2和SocketAM3插座，主频为2.2GHz~3.8GHz，HT总线与内存控制器频率均为2GHz，二级缓存为2MB，无三级缓存，设计功率为65W、95W和100W，支持DDR3-1333/1600/1866内存。

3.3案例分析--安装和拆卸CPU

安装CPU的步骤如下。（1）在安装CPU之前，要先打开插座。方法是用适当的力量向下微压固定CPU的压杆，同时用力往外推压杆，使其脱离固定卡扣。压杆脱离卡扣后，可被拉起，拉起压杆。（2）接下来，将固定处理器的盖子与压杆反方向提起，一定要将拉杆拉到与主板垂直的位置后才可以安装CPU，其目的是防止CPU安装时断针。此时，LGA775插座即展现在眼前。通过仔细观察可发现，在CPU处理器的一角上有一个三角形的标志，主板的CPU插座上也有一个三角形的标志。在安装处理器时，要将两个印有三角形标志的角对齐，然后慢慢地将处理器垂直轻压到位。这个操作适用于目前所有处理器。安装CPU处理器。（3）将CPU安放到位以后，盖好扣盖。（4）反方向微用力扣下处理器压杆。至此，CPU便被稳稳地安装到了主板上，安装过程结束。3.3案例分析--安装和拆卸CPU

2．LGA775CPU散热片和风扇的安装LGA775CPU的散热片和风扇采用的是一种新型的简单结构。它没有以往CPU散热片的卡扣，取而代之的是四个散热片螺丝。其安装过程如下。（1）在安装散热片