第2章中央处理器精.ppt

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1、第2章中央处理器第1页，本讲稿共47页第第2章章 中央处理器中央处理器计算机组装、维修及实训教程电子工业出版社第2页，本讲稿共47页本章内容包括CPU的发展历史、CPU的分类、结构和主要性能指标、常见CPU的型号（Intel系列CPU、AMD系列CPU）、CPU散热器，在实训中介绍了Socket A/Socket 370架构CPU的安装、Socket 478架构CPU的安装、CPU的检测。要求了解CPU的发展历史，掌握CPU的分类、结构和主要性能指标、常见CPU的型号，熟练掌握CPU的安装。第3页，本讲稿共47页2.1 CPU的发展历史1.4位处理器Intel 4004 1971年，Intel

2、公司研制出微处理器芯片4004，如图2-1所示。图2-1 Intel 4004处理器第4页，本讲稿共47页2.8位处理器Intel 8008/8080/8085 1972年，Intel公司研制出8008处理器，如图2-2所示。图2-2 Intel 8008处理器 第5页，本讲稿共47页3.16位处理器Intel 8086/8088/80286 (1)Intel 8086/8088处理器 1978年，Intel公司推出了首枚16位微处理器8086，如图2-3所示。1979年，Intel公司开发出8088，如图2-4所示。1981年，IBM公司将8088处理器用于其研制的IBM PC中，从而开创了

3、全新的微机时代。图2-3 Intel 8086处理器图2-4 Intel 8088处理器第6页，本讲稿共47页(2)Intel 80286处理器 1982年，Intel推出了80286芯片，图2-5所示是i80286的外观。IBM公司将80286处理器用在IBM PC/AT机中。图2-5 Intel 80286处理器 第7页，本讲稿共47页4.32位处理器Intel 80386/80486(1)Intel 80386处理器 1985年，Intel发布80386DX，如图2-6所示。除Intel公司生产386芯片外，还有AMD、Cyrix、IBM、Ti等公司也生产与80386兼容的芯片，如图2-

4、7所示。摩托罗拉公司在此期间开发出了68030 CPU，用于Apple机。图2-6 Intel 80386DX处理器图2-7 386 CPU第8页，本讲稿共47页(2)Intel 80486处理器 1989年，Intel推出了80486芯片，如图2-8所示。其他公司也推出了与80486兼容的CPU，如图2-9所示。图2-8 Intel 80486DX处理器 图2-9 其他486 CPU第9页，本讲稿共47页 从80486开始首次出现了处理器倍频技术，该技术使处理器内部工作频率为处理器外部总线运行频率的2或4倍，486DX2、486DX4的名字便是由此而来，如图2-10所示。图2-10 Inte

5、l 80486DX4 第10页，本讲稿共47页(3)Intel Pentium处理器 1993年，Intel公司发布了Pentium（奔腾）处理器。第一代的Pentium代号为P54C，如图2-11所示。其后又发布了代号为P55C，内建MMX（多媒体指令集）的新版Pentium处理器，如图2-12所示。与Pentium MMX属于同一级别的CPU有AMD K6、Cyrix 6x86 MX等，如图2-13、图2-14所示。图2-11 Pentium 图2-12 Pentium MMX 图2-13 AMD K6 图2-14 Cyrix 6x86MX 第11页，本讲稿共47页(4)Intel Pen

6、tium II处理器 1997年，Intel公司发布了Pentium II处理器，如图2-15所示。同期，AMD和Cyrix分别推出了同档次的K6-2和Cyrix MII，如图2-16、图2-17所示。1998年4月，Intel推出了Celeron（赛扬）处理器，其中最为成功的是Socket 370接口Celeron 333和366，如图2-18所示。图2-15 Pentium II 图2-16 AMD K6-2 图2-17 Cyrix MII 图2-18 Socket 370 Celeron 第12页，本讲稿共47页(5)Intel Pentium III处理器 1999年，Intel公司发

7、布了Pentium III处理器。如图2-19所示。2000年3月，AMD领先于Intel率先推出了1GHz的Athlon微处理器，其性能超过了Pentium III，如图2-20所示。图2-19 Pentium III 图2-20 AMD Athlon（K7）第13页，本讲稿共47页 Socket 370架构的Pentium III，其外观如图2-21所示。Celeron处理器的外观如图2-22所示。同期，AMD公司推出了Athlon（速龙），如图2-23所示。它采用462针的Socket A架构，时钟频率为700MHz1.4GHz，内建MMX和增强型3DNow!技术。AMD公司还推出了At

8、hlon（速龙）的简化版本Duron（钻龙），如图2-24所示，也采用Socket A架构，时钟频率为600950MHz。图2-21 Pentium III 图2-22 Celeron II 图2-23 Athlon 图2-24 Duron 第14页，本讲稿共47页(6)Intel Pentium 4处理器 Intel公司在2000年11月发布了Pentium 4处理器，Pentium 4没有沿用Pentium III的架构，而是基于全新的Socket 423架构，采用Willamette核心，0.18m制造工艺，集成了4200万个晶体管，主频为1.42.0GHz，如图2-25(a)所示。后期

9、的Pentium 4处理器均基于Socket 478架构，采用Northwood核心，0.13m制造工艺，集成了5500万个晶体管，主频为1.82.4GHz，如图2-25(b)所示。同样，Pentium 4的简化版本Pentium 4 Celeron也采用Socket 478架构，主频频率为1.4GHz以上，Pentium 4 Celeron CPU的外观如图2-26所示。图2-25 Pentium 4 图2-26 Pentium 4 Celeron第15页，本讲稿共47页 Athlon XP（速龙XP），如图2-27所示，仍采用Socket A架构，以全面对抗Pentium 4。图2-27

10、Athlon XP 3200+第16页，本讲稿共47页5.64位处理器AMD Athlon 64 2003年9月，AMD发布了面向台式机的64位处理器：Athlon 64和Athlon 64 FX，如图2-28和图2-29所示。它们的初始实际频率为2.0GHz，PR值为3200+，晶体管数目为1.059亿个，采用0.13m工艺。图2-28 AMD Athlon 64 图2-29 AMD Athlon 64 FX 第17页，本讲稿共47页2.2 CPU的分类、结构和主要性能指标2.2.1 CPU的分类 CPU有多种分类方法。1.按CPU的生产厂家分 2.按CPU的接口分 3.按标称频率分 4.按

11、CPU的内核分 第18页，本讲稿共47页2.2.2 CPU的外部结构 n 从CPU外部看到的结构看，CPU主要有两个部分组成：一个是内核，另一个是基板。下面分别以Athlon XP（如图2-30所示）和Pentium 4（如图2-31所示）为例，介绍其外部结构。图2-30 Athlon XP的外观 图2-31 Pentium 4的外观 第19页，本讲稿共47页1.CPU的内核2.CPU的基板3.CPU的编码4.CPU的接口 CPU的封装形式主要分为两大类：一类是针脚式的Socket类型，另一类是插卡式的Slot类型。(1)Socket 7插座 Socket 7 CPU插座如图2-32所示。图2

12、-32 Socket 7 CPU插座第20页，本讲稿共47页(2)Socket 370插座 Intel的Socket 370支持Celeron II、Pentium III、Cyrix III和VIA C3。Socket 370 CPU插座如图2-33所示。图2-33 Socket 370 CPU插座第21页，本讲稿共47页(3)Socket A插座 AMD的Socket A（Socket 462）是为Socket A架构的Athlon处理器而设计的接口标准。AMD的Athlon、Duron和Athlon XP处理器都采用相同的Socket A接口。Socket A CPU接口，如图2-34所

13、示。图2-34 Socket A CPU插座(4)Socket 478插座 第22页，本讲稿共47页nIntel的Socket 478 CPU接口支持Pentium 4 CPU，Socket 478 CPU插座如图2-35所示。图2-35 Socket 478 CPU插座 第23页，本讲稿共47页2.2.3 CPU的主要技术参数1.主频 主频也叫时钟频率（CPU Clock Speed），单位是MHz、GHz，是CPU内数字脉冲信号振荡的速度，用来表示CPU的工作频率。2.外频 外频又称外部时钟频率，单位是MHz，是由主板提供的系统总线的工作频率，是CPU与主板之间同步运行的时钟频率。3.倍频

14、系数 倍频就是CPU的运行频率与系统外频的倍数，也就是降低CPU主频的倍数。三者的关系为：CPU的主频（内部运行的频率）=外频倍频系数。第24页，本讲稿共47页4.前端总线（Front Side Bus，FSB）频率 FSB频率是指CPU与内存数据总线直接交换数据的速度。计 算 组 装、维 修 及 实 训 教 程数据传输最大带宽取决于所有同时传输的数据的宽度和传输频率，内存带宽必须要满足CPU的带宽需求：CPU需求带宽CPU前端总线位宽（主流CPU、内存均是64bit）CPU前端总线频率8 各种FSB的Pentium 4带宽需求见表2-1。表2-1 计算带宽 前端总线（FSB）带宽的计算400

15、MHz64bit400MHz/8bit=3.2GB/s533MHz64bit533MHz/8bit=4.2GB/s800MHz64bit800MHz/8bit=6.4GB/s第25页，本讲稿共47页5.高速缓存（Cache）Cache（高速缓冲存储器，简称高速缓存）是一种速度比主存更快的存储器，其功能是减少CPU因等待低速主存所导致的延迟，以改进系统的性能。不同等级缓存在存取延迟时间和大小方面的差别，如图2-36所示。图2-36 内存层次结构图 第26页，本讲稿共47页6.内核（Core）电压和I/O工作电压 CPU的工作电压分为内核电压和I/O电压两种。7.制造工艺 制造工艺是指在硅材料上生

16、产CPU时内部各元器件的连接线宽度，一般用m（微米）表示。8.字长 CPU在单位时间内同时能一次处理的二进制数的位数叫字长或位宽。第27页，本讲稿共47页9.x86指令集 x86指令集是Intel为其第一块16位CPU i8086专门开发的指令集，其简化版i8088使用的也是x86指令，同时为提高浮点数据处理能力而增加了x87芯片，以后就将x86指令集和x87指令集统称为x86指令集。10.流水线与超流水线11.CPU扩展指令集第28页，本讲稿共47页2.3 常见CPU的型号 2.3.1 Intel系列CPU 自从Intel公司于2000年11月发布Pentium 4处理器以来，Pentium

17、 4处理器的性能不断改进和提升，已经经历了4代，各代技术参数见表2-2。下面介绍典型的Pentium 4。第一代(Socket 423 Willamette）第二代（Socket 478 Northwood)第三代(533MHz FSB and HT）第四代（800MHz FSB and HT)发布时间2000年11月2002年4月2002年11月2003年4月制造工艺内核版本晶体管数量0.18mWillamette4200万个晶体管0.13mNorthwood5500万个晶体管0.13mNorthwood5500万个晶体管0.13mNorthwood5500万个晶体管时钟频率1.42.0GH

18、z1.82.4GHz2.43.06GHz2.43.0GHz前端总线频率400MHz(Quad Pumped 100MHz)400MHz(Quad Pumped 100MHz)533MHz(Quad Pumped 133MHz)800MHz(Quad Pumped 200MHz)缓存8KB L1，256KB L28KB L1，512KB L28KB L1，512KB L28KB L1，512KB L2针脚类型Socket 423Socket 478Socket 478Socket 478超线程不支持不支持只有3.06GHz型号支持所有型号都支持第29页，本讲稿共47页1.Pentium 4 2.

19、4GHz（FSB 400MHz）Pentium 4 2.4GHz（FSB 400MHz）是Intel公司于2002年4月发布的产品，是Pentium 4的第二代产品。它采用Northwood内核，0.13m制作工艺，内核电压1.5V，设计功耗为59.8W，8KB L1 Cache，512KB全速L2 Cache，400MHz前端总线，Socket 478架构。2.Pentium 4 2.4GHz（FSB 533MHz）Pentium 4 2.4GHz（FSB 533MHz）是Intel公司于2002年11月发布的产品，是Pentium 4的第三代产品。其外频提高到133MHz，前端总线频率提高

20、到533MHz，外观如图2-37所示。图2-37 Pentium 4 2.4GHz（FSB 533MHz）第30页，本讲稿共47页3.Pentium 4 3.2GHz（FSB 800MHz）Pentium 4 3.2GHz处理器，如图2-38所示。4.Celeron 2.0GHz（FSB 400MHz）Celeron（赛扬）系列是Intel的低端产品，Celeron 2.0GHz采用Northwood内核，0.13m制造工艺，内核电压1.5V，8KB L1 Cache，128KB全速L2 Cache，400MHz的前端总线，Socket 478架构，如图2-39所示。图2-38 Pentium

21、 4 3.2CGHz（FSB 800MHz）图2-39 Celeron 2.0GHz（FSB 400MHz）第31页，本讲稿共47页2.3.2 AMD系列CPUAthlon XP和Athlon 64的技术参数见表2-3。表2-3 Athlon XP和Athlon 64各代技术参数 参数名称第一代Athlon XP（Palomino）第二代Athlon XP（Thoroughbred A、B）第三代Athlon XP（Barton）Athlon 64（ClawHammer）发布时间2001年9月2002年4月2002年11月2003年9月制造工艺内核版本晶体管数量0.18mPalomino375

22、0万个晶体管0.13mThoroughbred A、B3750万个晶体管0.13mBarton5430万个晶体管0.13mClawHammer1亿590万个晶体管缓存128KB L1，256KB L2128KB L1，256KB L2128KB L1，512KB L2128KB L1，256/512/1024KB L2PR值15002100160028002500320028003700实际频率13331733MHz14002250MHz18332250MHz16002400MHz默认倍频101310.513.51113/119.514.5前端总线频率266MHz（Double Pumped

23、133MHz）266/333MHz（Double Pumped 133/166MHz）333/400MHz（Double Pumped 166/200MHz）333MHz（Double Pumped 166MHz）针脚类型Socket A/462Socket A/462Socket A/462Socket754第32页，本讲稿共47页1.Athlon XP 2700+2002年11月，AMD推出Athlon XP 2700+，属市场主流产品，如图2-40所示。它采用Thoroughbred-B内核，0.13m制作工艺，内核电压1.65V，实际主频2.16GHz，外频166MHz，13.5倍频，

24、333MHz前端总线频率，128KB L1 Cache，256KB L2 Cache，Socket A架构。2.Athlon XP 3200+2003年6月，AMD推出Athlon XP 3200+，属市场高端产品，如图2-41所示。图2-41 Athlon XP 3200+图2-40 Athlon XP 2700+第33页，本讲稿共47页3.Duron（钻龙）上一款Duron处理器是2002年1月推出的，2003年8月推出了新Duron处理器，有1.4GHz、1.6GHz、1.8GHz等版本，属市场低端产品，如图2-42所示。新Duron采用Applebred（基于Thoroughbred-

25、A）内核，0.13m制作工艺，电压为1.50V，最大功耗为57W，133MHz外频，266MHz FSB，拥有128KB L1 Cache以及64KB L2 Cache，具备Athlon XP所有具备的SSE多媒体指令集、动态分支预取技术、嵌入感温二极管和采用Barton当中的总线断开等技术。图2-42 新Duron第34页，本讲稿共47页4.Athlon 64和Athlon 64 FX 2003年9月，AMD发布了64位处理器。AMD的64位处理器分为Athlon 64和Athlon 64 FX两个系列，区别在于前者采用了Socket 754接口，只支持单通道内存，后者采用的是Socket

26、940接口并支持双通道内存。相比之下，Athlon 64性能稍低，Athlon 64 FX拥有更为强大的性能。AMD Athlon 64 3200+的外观如图2-43所示，AMD Athlon 64 FX-51的外观如图2-44所示。图2-43 AMD Athlon 64 3200+图2-44 AMD Athlon 64 FX-51第35页，本讲稿共47页2.4 CPU散热器 CPU散热器根据工作原理不同可以分为：风冷式、热管散热式、水冷式、半导体制冷和液态氮制冷等几种，但常用的散热器仍然是风冷式。几种常见的风冷式散热器外观如图2-45所示。图2-45 常见风冷式散热器 第36页，本讲稿共47

27、页 风冷散热器主要由散热片、风扇和扣具构成。风冷式散热器的主要技术参数介绍如下。1.散热片 散热片由底座和鳍（q）片或称鳃（si）片两个部分组成。(1)散热片的材料 散热片的材料主要分为铜、铝两种。图2-46所示就是采用铜铝结合散热器技术的散热器。图2-46 采用铜铝结合材料的散热器 第37页，本讲稿共47页(2)散热片设计和工艺 目前散热片多采用挤压技术、切割技术、折叶技术和锻造技术，各种铝质散热片外观如图2-47所示。图2-47 采用不同工艺生产的铝质散热片 第38页，本讲稿共47页2.风扇 各种风扇外观如图2-48所示。(1)风扇口径 (2)风扇转速 (3)风扇排风量 (4)风扇的噪声

28、(5)风扇轴承 图2-48 风扇 第39页，本讲稿共47页 采用油封轴承、单滚珠轴承、双滚珠轴承、磁悬浮液压轴承风扇的标签，如图2-49所示。图2-49 采用油封轴承、单滚珠轴承、双滚珠轴承和磁悬浮液压轴承风扇的标签 第40页，本讲稿共47页3.扣具 扣具是固定散热器与CPU接口的工具。常见扣具的外观如图2-50所示。图2-50 常见扣具 第41页，本讲稿共47页4.适用于范围 由于CPU的架构有：Intel Socket 370、Intel Socket 478、AMD Socket A等几种，所以散热器也有适应不同CPU架构的不同类型。另外，有些散热器还附带有一支备用的含银导热硅胶，为用户

29、安装CPU和风扇提供方便。图2-51所示是几种散热器产品的外观。图2-51 散热器产品 第42页，本讲稿共47页2.5 实习2.5.1 实习1Socket A/Socket 370架构CPU的安装 对Socket 370（Intel Pentium III或VIA C3）、Socket A/462与Socket 7使用相同的方式安装散热装置。其安装方法如下。如图2-52(a)所示，如图2-52(b)所示。如图2-53所示。图2-52 抬起拉杆放入CP 图2-53 涂上散热硅胶 第43页，本讲稿共47页 如图2-54(a)所示，如图2-54(b)所示。如图2-55所示。图2-54 扣上锁扣 图2

30、-55 连接CPU风扇电源接头 第44页，本讲稿共47页2.5.2 实习2Socket 478架构CPU的安装 Socket 478架构CPU的安装方法如下。如图2-56所示。如图2-57所示。如图2-58所示。图2-56 打开拉杆 图2-57 插入CPU 图2-58 关闭拉杆 第45页，本讲稿共47页 在CPU的核心上均匀涂上足够的导热硅脂。将散热片妥善定位在支撑机构上。如图2-59所示。如图2-60所示。图2-59 固定风扇 图2-60 连接CPU风扇电源接头 第46页，本讲稿共47页2.5.4 实习3CPU的检测WCPUID窗口如图2-61所示。图2-61 WCPUID主窗口第47页，本讲稿共47页