第04章cpu系统故障维修

第4章

CPU系统故障维修主讲：XX老师第4章CPU系统故障维修1CPU类型与组成CPU生产工艺【重点】CPU结构与性能CPU设计技术CPU散热技术【重点】CPU故障分析与处理教学讨论：（1）（2）（3）4.1

CPU类型与组成CPU的发展第一个微处理器Intel

4004特德·霍夫（Ted

Hoff）主讲：XX老师第4章CPU系统故障维修2教学讨论：（1）（2）（3）4.1

CPU类型与组成主讲：XX老师第4章CPU系统故障维修3CPU的发展x86系列CPU：生产厂商有Intel、AMD、VIA；产品在操作系统一级相互兼容。教学讨论：（1）（2）（3）4.1

CPU类型与组成主讲：XX老师第4章CPU系统故障维修4CPU的发展非x86系列CPU生产厂商有IBM、Sun、HP、MIPS、ARM、日立、三星、现代、中科院计算所等；

产品主要用于大型服务器和嵌入式系统。教学讨论：（1）（2）（3）4.1

CPU类型与组成4.1.2

CPU的类型Intel公司CPU产品：桌面型、移动型、服务器型和嵌入式。Intel公司桌面型产品有：酷睿（Core）系列；奔腾（Pentium）系列；扬（Celeron）系列。不同系列CPU产品在软件上相互兼容。主讲：XX老师第4章CPU系统故障维修5教学讨论：（1）（2）（3）4.1

CPU类型与组成主讲：XX老师第4章CPU系统故障维修64.1.2

CPU的类型Intel公司产品系列产品类型产品系列桌面型酷睿系列、奔腾系列、赛扬系列移动型移动酷睿、凌动系列、迅驰系列、移动奔腾、移动赛扬服务器型至强系列、安腾系列教学讨论：（1）（2）（3）4.1

CPU类型与组成主讲：XX老师第4章CPU系统故障维修74.1.2

CPU的类型AMD公司CPU产品AMD

Phenom系列（羿龙）；

AMD

Athlon系列（速龙）；AMD

Sempron系列（闪龙）；AMD笔记本系列（炫龙）；AMD

Opteron服务器系列（皓龙）。教学讨论：（1）（2）（3）4.1

CPU类型与组成4.1.3

CPU型号标识CPU型号外观标识方法主讲：XX老师第4章CPU系统故障维修8教学讨论：（1）（2）（3）4.1

CPU类型与组成4.1.4

CPU基本组成

CPU由半导体硅芯片（die）、基板、针脚或无针脚触点、导热材料、金属外壳等组成。电阻和电容主讲：XX老师第4章CPU系统故障维修9教学讨论：（1）（2）（3）4.1

CPU类型与组成4.1.4

CPU基本组成AMD

Phenom

II

CPU（羿龙4核）主讲：XX老师第4章CPU系统故障维修10教学讨论：（1）（2）（3）4.1

CPU类型与组成4.1.4

CPU基本组成主讲：XX老师第4章CPU系统故障维修11教学讨论：（1）（2）（3）4.1

CPU类型与组成4.1.5

CPU接口形式

Intel公司LGA封装的CPU没有针脚，只有金属接触圆点，CPU需要安装扣架固定。LGA插座主讲：XX老师第4章CPU系统故障维修12教学讨论：（1）（2）（3）4.1

CPU类型与组成4.1.5

CPU接口形式AMD公司的CPU采用短针脚设计。AM3插座主讲：XX老师第4章CPU系统故障维修13教学讨论：（1）（2）（3）4.2

CPU生产工艺MOS晶体管4.2.3

CPU制程线宽技术CPU线宽（制程线宽）指栅极节距的1/2。栅极隔离层主讲：XX老师第4章CPU系统故障维修14教学讨论：（1）（2）（3）4.2

CPU生产工艺主讲：XX老师第4章CPU系统故障维修154.2.3

CPU制程线宽技术半导体产品工艺改进规律：每代产品的线宽大约实现0.7倍的缩小。例如，上一代CPU产品制程工艺为65nm线宽时，则下一代产品线宽为45nm。教学讨论：（1）（2）（3）4.3

CPU结构与性能主讲：XX老师第4章CPU系统故障维修164.3.2

CPU系统结构CPU始终围绕着速度与兼容两个目标设计。CPU内部主要结构：缓存单元（Cache）、取指单元（IF）、译码单元（DEC）、调度单元（μOP）、执行单元（EXE）、回退单元（RU）教学讨论：（1）（2）（3）4.3

CPU结构与性能4.3.2

CPU系统结构主讲：XX老师第4章CPU系统故障维修17教学讨论：（1）（2）（3）4.4

CPU设计技术主讲：XX老师第4章CPU系统故障维修184.4.2高速缓存技术存储器局部性原理：CPU对局部范围的内存地址频繁访问，而对此范围以外的地址则访问比较少的现象，称为存储器局部性原理。

CPU内部的高速缓存完全由硬件进行控制，不需要软件进行调度指挥。教学讨论：（1）（2）（3）4.4

CPU设计技术主讲：XX老师第4章CPU系统故障维修194.4.3流水线技术486

CPU指令流水线：取指令→指令译码→取操作数→执行运算→写回结果Core

2和Core

i7

CPU流水线长度为14工步。教学讨论：（1）（2）（3）4.4

CPU设计技术主讲：XX老师第4章CPU系统故障维修204.4.5多核CPU技术

多核CPU具有更强的并行处理能力，大大减少了CPU的发热和功耗。

多核CPU需要软件支持，只有在基于线程化的软件上，多核CPU才能发挥出效能。教学讨论：（1）（2）（3）4.5

CPU散热技术主讲：XX老师第4章CPU系统故障维修21高温对CPU的危害

CPU频率提高后，产生了更多的热量，CPU的面积非常小，散热不好将会产生极高的温度，从而引发电子迁移现象。

电子迁移是电子高速流动时，会导致金属原子发生迁移。教学讨论：（1）（2）（3）4.5

CPU散热技术高温对CPU的危害电子迁移对CPU芯片造成的损坏。主讲：XX老师第4章CPU系统故障维修22教学讨论：（1）（2）（3）4.5

CPU散热技术主讲：XX老师第4章CPU系统故障维修234.5.2

CPU发热保护技术CPU警戒温度为72℃，极限温度为135℃。CPU温度72℃时，会降低工作频率；CPU85℃时，性能下降超过50％；CPU温度升高到94℃时，会出现死机；CPU温度升高到135℃时，将自动关闭系统。教学讨论：（1）（2）（3）4.5

CPU散热技术4.5.3风冷散热系统

热传递方式：传导、对流

和辐射。主讲：XX老师第4章CPU系统故障维修24教学讨论：（1）夏日炎炎在教室中，座在哪个位置风扇的风最大？（2）为什么风扇边缘风最大？（3）教室中的风道有什么规律？4.5

CPU散热技术4.5.3风冷散热系统

传统散热器的安装方式是风扇在顶部，气流朝下，即垂直于CPU。高温区主讲：XX老师第4章CPU系统故障维修25教学讨论：（1）（2）（3）4.5

CPU散热技术4.5.3风冷散热系统

现在多数将风扇改为侧向吹风，让气流的方向平行于CPU。主讲：XX老师第4章CPU系统故障维修26教学讨论：（1）（2）（3）4.5

CPU散热技术主讲：XX老师第4章CPU系统故障维修274.5.3风冷散热系统散热片表面积越大，散热效果越好。单滚珠轴承风扇价格低，寿命不长；双滚珠轴承风扇寿命长，噪音较高；

液压轴承风扇噪音小，使用寿命低于双滚珠轴承。

风扇转速在2000～5000rpm之间，过高的转速会导致更大的噪音。教学讨论：（1）（2）（3）4.5

CPU散热技术主讲：XX老师第4章CPU系统故障维修284.5.4热管散热系统

热管的一端吸收来自CPU的热量，通过热管传送到热管的另一端后，通过风扇将热量散发出去。教学讨论：（1）（2）（3）4.5

CPU散热技术4.5.4热管散热系统热管工作原理主讲：XX老师第4章CPU系统故障维修29教学讨论：（1）（2）（3）4.5

CPU散热技术4.5.4热管散热系统主板热管主讲：XX老师第4章CPU系统故障维修30教学讨论：（1）（2）（3）4.5

CPU散热技术4.5.5水冷散热系统主讲：XX老师第4章CPU系统故障维修31教学讨论：（1）（2）（3）4.5

CPU散热技术4.5.5水冷散热系统主讲：XX老师第4章CPU系统故障维修32教学讨论：（1）（2）（3）4.6

CPU故障分析与处理主讲：XX老师第4章CPU系统故障维修33CPU