CPU介绍.ppt

1、计算机组装与维护,主讲教师：董如楠,（32学时）,第二章,2020/6/16,第二章中央处理器,CPU(CentralProcessingUnit)即中央处理器，是计算机的重要组成部件，由运算器、控制器、寄存器组和内部总线等构成，是决定计算机处理性能的核心部件之一。负责处理、运算计算机内部所有的数据。,2020/6/16,第二章中央处理器,CPU的发展CPU的分类CPU的结构和主要性能参数主流CPU介绍CPU选购CPU散热器实训,2020/6/16,2.1CPU的发展,4位,8位,16位,64位,32位,1971年INTEL公司推出了世界上第一台微处理器4004。这不但是第一个用于计算器的4位

2、微处理器，也是第一款个人有能力买得起的电脑处理器。4004含有2300个晶体管，采用10um制造工艺，时钟频率为1MHz。,1972年INTEL公司研制出了IntelC8008，是世界上第一款8位处理器。8008晶体管的总数已经达到了3500个。,1978年，Intel公司再次领导潮流，首次生产出16位的微处理器，并命名为i8086。I8086的时钟频率为4.77MHz，集成了2.9万个晶体管。,1985年INTEL推出了80386芯片，它是80X86系列中的第一种32位微处理器，80386内部内含27.5万个晶体管，时钟频率为12.5MHz，后提高到20MHz，25MHz，33MHz，40M

3、Hz。,2003年9月24日，AMDAthlon64处理器正式推出，Athlon64的发布才真正的宣告了个人64位计算时代的到来。,2020/6/16,CPU的发展(以Intel为例),酷睿全新时代,奔腾4，奔腾双核数字家庭,奔腾II，III互联网时代,奔腾多媒体时代,个人电脑时代,微处理器时代,2006,2000,1997,1993,1978,1971,4004,8080,8086,286、386、486,2020/6/16,2.1CPU的发展,“摩尔定律”：,现在CPU仍朝着多核心、多线程的方向发展。,CPU性能每隔18个月提高一倍，价格下降一半。,2020/6/16,2.2CPU的分类、

4、结构及主要性能参数,2.2.1CPU的分类,1按CPU的生产厂家分类2按CPU的位数分类3按CPU的接口分类4按CPU的核心数量分类,2020/6/16,2.2CPU的分类、结构及主要性能参数,1按CPU的生产厂家分类,Intel，这个字是由“集成/电子(IntegratedElectronics)两个英文单词组合成的,英特尔公司_创立，已有_的处理器开发生产历史。英特尔公司的创始人是：_、_、_,1968年,摩尔,格鲁夫,诺依斯,40多年,2020/6/16,2.2CPU的分类、结构及主要性能参数,1按CPU的生产厂家分类,AMD，AdvancedMicroDevices超威半导体,AMD公

5、司_创立，_进入中国.AMD公司的创始人是：_、_,1969年,杰瑞桑德斯,海格特,1993年,2020/6/16,2.2CPU的分类、结构及主要性能参数,1按CPU的生产厂家分类,2020/6/16,2.2CPU的分类、结构及主要性能参数,2按CPU的位数分类3按CPU的接口分类,引脚式、卡式、针脚式、触点式,4.按CPU的核心数量分类,2020/6/16,2.2CPU的分类、结构及主要性能参数,2.2.2CPU的外部结构,从外部看CPU结构，主要由两个部分组成：一个是核心，另一个是基板。如图为CPU的外部结构。,CPU中间凸起部分就是核心（Die），也叫内核，是CPU硅晶片部分。目前，绝大

6、多数CPU都采用了一种翻转核心的封装形式，即CPU核心在硅芯片的底部被翻转后封装在陶瓷电路基板上，这样能够使CPU核心直接与散热装置接触，另一面通过基板上的引脚与外界电路连接。核心上面加装金属盖：帮助散热、保护。,基板是承载CPU核心用的电路板，它负责核心芯片与外界的数据传输。它上面常焊有电容、电阻，还有决定CPU时钟频率的桥接电路。基板的背面或者下沿，有针脚或者卡式接口，它是CPU与外部电路连接的通道，同时也起着固定CPU的作用。早期的CPU基板都是采用陶瓷制成的，而最新的CPU有些已改用有机物制造，它能提供更好的电气和散热性能。,2020/6/16,2.2.2CPU的外部结构,1CPU的核

7、心,核心（也称内核）是CPU最重要的组成部分。CPU中间凸起部分就是核心（Die），是CPU硅晶片部分。目前，绝大多数CPU都采用了一种翻转核心的封装形式，即CPU核心在硅芯片的底部被翻转后封装在陶瓷电路基板上，这样能够使CPU核心直接与散热装置接触。CPU核心的另一面通过覆盖在电路基板上的引脚与外界电路连接。由于CPU得核心工作强度很大，发热量也大，而且CPU的核心非常脆弱，为了核心的安全，也为了帮助散热，通常在CPU核心上加装一个金属盖。金属盖不仅可以避免核心受到意外伤害，同时也增加了核心的散热面积。,2020/6/16,2.2.2CPU的外部结构,2CPU的基板,CPU基板就是承载CPU

8、核心用的电路板，它负责核心芯片与外界的数据传输。在它上面常焊有电容、电阻，还有决定CPU时钟频率的桥接电路。在基板的背面或者下沿，由针脚或者卡式接口，它是CPU与外部电路连接的通道，同时也起着固定CPU的作用。早期的CPU基板都是采用陶瓷制成的，而最新的CPU有些已改用有机物制造，它能提供更好的电气和散热性能。,2020/6/16,2.2.2CPU的外部结构,3CPU的编码,在CPU编码中，都会注明CPU的名称、时钟频率、二级缓存、封装方式、产地、生产日期等信息，但是AMD公司与Intel公司标记的形式和含义有所不同。,2020/6/16,2.2.3CPU的接口插座,目前主流CPU接口插座采用

9、Socket形式，Socket接口是方形ZIF接口。（ZeroInsertForce，零插拔力）,1LGA775接口插座,LGA775接口的CPU没有针脚，有775个触点。IntelCorei系列的CPU还有LGA1366/1155/1156。,2020/6/16,2.2.3CPU的接口插座,2LGA1366接口插座,LGA1136接口于LGA775相似，只是接口面积比LGA775接口大20%。,2020/6/16,2.2.3CPU的接口插座,3SocketAM2/AM2+/AM3接口插座,SocketAM2/AM2+接口的CPU都有940个针脚，二者的物理结构完全一样，区别在于处理器的内部总

10、线，新接口兼容以前额接口。SocketAM3接口有938个针脚。,2020/6/16,2.2.3CPU的接口插座,3SocketAM2/AM2+/AM3接口插座,SocketAM2+与AM3插座的识别方法是：三角形安装标记上方有两个针孔的是AM2+插座，有3个针孔的是AM3插座。,2020/6/16,2.2.4CPU的主要性能指标,主要参数：主频:2.33GHz外频:333MHz倍频:7倍频FSB:1333MHz二级缓存:4MB双核心:是,2020/6/16,2.2.4CPU的主要性能指标,1主频,主频是指CPU的主时钟频率，单位为MHz、GHz，表示在CPU内数字脉冲信号振荡的频率，即CPU

11、内核电路的实际工作频率。,主频与CPU实际的运算能力不能划等号，只能说主频仅仅是CPU性能表现的一个方面，而不代表CPU的整体性能。因为CPU的运算速度还要看CPU流水线等各方面的性能指标。一般情况下，CPU主频越高，一个时钟周期内完成的指令数就越多，计算机运行速度就越快。,2020/6/16,2.2.4CPU的主要性能指标,2外频,外频是指CPU的系统总线的工作频率，单位为MHz、GHz，CPU的外频决定着整块主板的运行速度，是CPU与主板同步运行的时钟频率。例如，AthlonX2/X3/X4的外频是200MHz，IntelCorei3/i5/i7的外频是133MHz。在台式机中，我们所说的

12、超频，通常都是超CPU的外频。但对于服务器CPU来讲，超频是绝对不允许的。如果把服务器CPU超频了，改变了外频，会产生异步运行，这样会造成整个服务器系统的不稳定。,2020/6/16,2.2.4CPU的主要性能指标,3倍频,倍频的全称是倍频系数，是CPU运行频率与系统外频之间的倍数，也就是降低CPU主频的倍数。从理论上讲，倍频是从1.5一直到无限的，但我们要注意的是，它以0.5为一个间隔单位。主频、倍频和外频的关系是：主频外频倍频。例如：Intel奔腾E2160CPU的外频为200MHz，倍频为9，主频为1800MHz。在外频相同的情况下，倍频越高，CPU的频率也越高。但实际上，在相同外频的前

13、提下，高倍频的CPU意义不大，因为CPU与系统之间数据传输的速率是有限的，这将会造成CPU从系统中得到数据的速度不能够满足CPU运算的速度。,2020/6/16,2.2.4CPU的主要性能指标,4前端总线FSB（FrontSideBus）,是CPU与主板北桥芯片（GMCH）之间的数据通道，也称为CPU总线，是PC系统中最快的总线，单位MHz或GHz。当CPU与内存，显卡，网卡等其它设备进行数据交换时，必须通过北桥，所以FSB快，意味着CPU与北桥通讯的速度就快，FSB越宽，一个时钟周期内传输的数据量就大。所以，前端总线与系统的性能密切相关。,2020/6/16,2.2.4CPU的主要性能指标,

14、HT（HyperTransport,超级传输通道）总线,AMDHT示意图,北桥芯片组之间的连接。它可在内存控制器、磁盘控制器及PCI-E总线控制器之间提供更高的数据传输宽度。,AMDAthlon64、Athlon64X2、Athlon、Phenom等处理器，都在CPU内部集成了内存控制器，这样就取消了前端总线。2003年AMD公司推出HT来完成CPU与主板,HT3.02.6GHZ41.6G/S总线位宽,2020/6/16,2.2.4CPU的主要性能指标,QPI（QuickPathInterconnect，快速智能互连）总线,IntelQPI示意图,CPU集成内存控制器后，Intel公司把CPU

15、与主板北桥芯片组之间的连接总线命名为QPI。,Intel公司为了改变Core2处理器内存性能低于Athlon64X2、Phenom系列的局面，于2010年1月推出的Corei7也开始集成内存控制器，内存读取延迟大幅减少，内存带宽大幅提升。,QPI3.2GHZ51.2G/S总线带宽,2020/6/16,2.2.4CPU的主要性能指标,5高速缓存（Cache）,全称是高速缓冲存储器，是位于CPU与内存之间的临时存储器，它先于内存与CPU交换数据，是一种容量比内存小但速度比内存快的存储器，Cache在CPU与主存之间起缓冲作用，可以减少CPU等待数据传输的时间。当CPU想要读取内存中的数据时，首先访

16、问速度很快的Cache，当Cache中有CPU所需的数据时，CPU直接从Cache中读取，因此Cache技术直接关系到CPU的整体性能。高速缓存可分为一级缓存（L1Cache）、二级缓存（L2Cache）及三级缓存（L3Cache）。一级缓存集成在CPU内核，与CPU同步工作，CPU工作时首先调用其中的数据，所以它的容量和结构直接影响到CPU的性能。,2020/6/16,2.2.4CPU的主要性能指标,二级缓存是CPU的第二层高速缓存，分内置式和外置式两种。内置式二级缓存的工作频率与CPU的主频相同，而外置式二级缓存的工作频率只有CPU主频的一半。缓存均由静态RAM组成，结构复杂并且集成非常高

17、，在CPU芯片面积不能太大的情况下，L1Cache的容量不能做的太大，其容量通常为32256KB，L2Cache的容量通常为512KB6MB。,5高速缓存（Cache）,2020/6/16,2.2.4CPU的主要性能指标,2020/6/16,2.2.4CPU的主要性能指标,6CPU的位和字长,位：在计算机技术中采用二进制，只有“0”和“1”，其中无论是“0”或是“1”，在CPU中都是一“位”（bit,简写b）。,字长：计算机技术中对CPU在单位时间内能一次处理的二进制数的位数叫字长或位宽。所以能处理字长为8位二进制数据的CPU通常叫8位CPU。同理，32位的CPU就能在单位时间内处理字长为32

18、位的二进制数据。Pentium4和AthlonXP都是32位的。目前主流CPU都使用64位技术，主要有AMD公司的AMD64位技术、Intel公司的EM64T技术和Intel公司的IA-64技术。,2020/6/16,2.2.4CPU的主要性能指标,AMD64位技术：AMD64的64位技术是在原来32位x86指令集的基础上加入了x86-64扩展64位x86指令集，使之在硬件上兼容原来的32位x86软件，并同时支持x86-64的扩展64位计算，使得这款芯片成为真正的64位x86处理器。EM64T技术：Intel的64位扩展技术（ExtendedMemory64-bitTechnology，EM6

19、4T）是IntelIA-32（IntelArchitectur-32extenson）架构的扩展。Intel为支持EM64T技术的处理器设计两大模式：传统IA-32模式（LegacyIA-32Mode）和IA-32e扩展模式（IA-32eMode）。在传统IA-32模式下，处理器作为一颗标准的32位处理器运行；在IA-32e扩展模式下，EM64T被激活，处理器运行在64位模式下。,2020/6/16,2.2.4CPU的主要性能指标,7CPU的核心数,多核心处理器就是一块CPU基板上集成多颗处理器的核心，并通过并行总线将各处理器核心连接起来的处理器。,对于多核心处理器，又有原生核心和非原生核心之

20、分，原生核心是在设计和制造核心时就把多个核心作在一起；非原生核心的多个核心是独立的，只是在封装时将多个核心整合到同一块基板上，原生核心的处理器的性能要优于非原生核心的处理器。,2020/6/16,2.2.4CPU的主要性能指标,8工作电压工作电压是指CPU核心正常工作所需的电压。正常的CPU工作电压是1.3V3V。9制造工艺CPU制造工艺也称为制程宽度或制程。以um和nm为单位，值越小制造工艺就越先进。,2020/6/16,Intel，这个字是由“集成/电子(IntegratedElectronics)两个英文单词组合成的,2.3主流CPU介绍,2.3.1Intel公司及其主流产品,Intel

21、公司是全球闻名的芯片生产商，创建于1968年，占有很大的市场份额，从早期的赛扬，Pentium4，CeleronD和奔腾D，到现在的酷睿全系列，这些产品覆盖了整个高、中、低端市场。,IntelCorei系列2010年1月，Intel公司发布了Corei系列处理器，Core是核心、芯片的意思，i则是智能、智慧（intelligence）的意思。,2020/6/16,Intel公司Corei系列处理器,2020/6/16,2.3主流CPU介绍,Intel第二代CoreI系列2011年1月Intel公司发布了第二代Corei系列处理器Corei7/i5/i3，命名为“第二代智能酷睿处理器”，2011

22、年5月，Intel公司还发布了第二代Corei系列的Pentium产品。,“Core”是处理器品牌，“i7”是定位标识，“2600”中的“2”表示第二代，“600”是该处理器的型号。型号后面的字母有4种：不带字母：的是标准版；“K”：是不锁倍频版，面向超频用户；“S”是节能版，默认频率比标准版稍低，但睿频幅度与标准版一样；“T”是超低功耗版，默认频率比睿频幅度更低，更为节能。,2020/6/16,Intel公司Corei系列处理器,Intel第二代CoreI系列,2020/6/16,2.3主流CPU介绍,2.3.2AMD公司及其主流产品,AMD公司是Intel公司最强有力的竞争对手，1969年

23、创立，1993年进入中国市场。目前主流产品由Phenom（羿龙）和Athlon（速龙）两大系列。,AMD，AdvancedMicroDevices超威半导体,旗舰版产品：六核心PhenomX61000T系列。高端产品：四核心PhenomX4900T、900、800系列。中端产品：双核心PhenomX3700、AthlonX4600、PhenomX2500、AthlonX3400系列。主流及入门产品：AthlonX2200系列。,2020/6/16,2.3主流CPU介绍,2.3.2AMD公司及其主流产品,AMD在对CPU命名时，数字越大性能越高，其系列数字的个位每加上5，其频率上升0.1GHz。

24、例如：AthlonX2240/245/250，其频率分别为2.8GHz、2.9GHz、3.0GHz。,2020/6/16,Intel公司Corei系列处理器,AMD主流产品,2020/6/16,2.3主流CPU介绍,AMD新一代处理器,2011年AMD公司发布了3个CPU系列：E系列、A系列和FX系列。,1AMDE系列,2011年1月发布，AMD公司命名其为AMDE系列的APU。,采用BGA封装（直接焊主板上），不能升级。,APU加速处理器(AccelerateProcessingUnit)，它把AMDCPU与GPU的功能融合在一起，封装在一个核心里，是CPU与GPU两种异架构芯片真正融合后的

25、产品，也是微机中两个最重要处理器的融合，相互补充，实现异构计算加速以发挥最大性能。,2020/6/16,2.3主流CPU介绍,2AMDA系列,2011年6月发布，主要竞争对手是第二代i3/i5，Pentium。面向桌面主流市场，按核心数和GPU级别分为三个系列。,3AMDFX系列（高端旗舰级CPU）,AMD公司于2011年9月发布，代号Zambezi（赞比西河），面向高端桌面市场，按核心数可划分为FX-8000、FX-6000、FX-4000系列，分别代表八核、六核和四核，AMDFX系列在多媒体应用中性能相对于Phenom系列提升幅度接近50%。,其中FX-8000将成为桌面级上第一款八核心CPU。,2020/6/16,2.4CPU的选购,1按需选购,目前，内存大小，硬盘速度、显卡速度等对整机的性能都起作用，因此盲目追求CPU的高频率并不可取。另外CPU是所有微机配件中降价速度最快的部件，所以选择CPU时以够用为原则。如果用户经常使用多媒体及平面处理软件的话，应优先考虑多媒体指令集比较丰富的CPU。相比之下，Intel的CPU的多媒体处理性能比AMD的要好一些。另外，