第2章中央处理器课件.ppt

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1、第2章 中央处理器,CPU的发展史、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、CPU的安装、CPU的检测。要求了解CPU的发展历史和常见CPU的型号；重点掌握CPU的分类、结构和主要性能指标；熟练掌握CPU的安装。,本章内容和重点,2.1 CPU的发展历史,1. 4位处理器Intel 4004 1971年，Intel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,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 I

2、ntel 8008处理器,(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8088，1981年，IBM公司将8088处理器用于其研制的IBM PC中，从而开创了全新的微机时代。,图2-3 Intel 8086处理器,3. 16位处理器Intel8086/8088/80286,1982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,(2) Intel 80286处理器,

3、4. 32位处理器Intel 80386/80486,(1) Intel 80386处理器985年，Intel发布80386DX，如图2-6所示。,图2-7 386 CPU,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2-7所示,摩托罗拉公司在此期间开发出了68030 CPU，用于Apple机。,(2) Intel 80486处理器,1989年，Intel推出了80486芯片。,其他公司也推出了与80486兼容的CPU如下图所示。,图2-9,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

4、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2-10,1993年，Intel公司发布了Pentium（奔腾）处理器也称586，以后都称为奔腾。第一代的Pentium代号有P54C，P55C，内建MMX（多媒体指令集）的Pentium处理器。 与Pentium MMX属于同一级别的CPU有AMD K6、Cyrix 6x86 MX等，如图2-11所示。,(3) Intel Pentium处理器,图2-11,1997年，Intel公司发布了Pentium II处理器。 同期，AMD和Cyrix分别推出了同档次的K6-2和Cyrix MII，如图12所示。 19

5、98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。,(4) Intel Pentium II处理器,图2-12,1999年，Intel公司发布了Pentium III处理器。 也推出Socket 370架构的Pentium III，改善SLOT1的缺陷。 同时推出其简化版Celeron处理器以降低成本 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。 。,(5) Intel Pentium III处理器,图2-13,AMD公司推出的Athlon（速

6、龙）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Athlon（速龙）的简化版本Duron（钻龙），也采用Socket A架构，时钟频率为600950MHz。,Intel公司在2000年11月发布了Pentium 4处理器，采用基于全新的Socket 423架构，0.18m制造工艺，集成了4200万个晶体管，主频为1.42.0GHz。 基于Socket 478架构的32位P4处理器，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。 同样， 32位的Pentium

7、 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。,(6) Intel Pentium 4处理器,图2-14,同期AMD公司推出Athlon XP（速龙XP），如图2-15所示，仍采用Socket A架构，以全面对抗Pentium 4。,图2-15 Athlon XP 3200+,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2-16所示。它们的初始实际频率为2.0GHz，晶体管数目为1.059亿个，采用0.13m工艺。,图2-16

8、AMD Athlon 64 FX,Intel 64位处理器,同期的Intel 64位CPU用在服务器，一年后推出64位的P4台式机CPU采用LGA775封装2.83.6G主频2.05亿个晶体管。,图2-17,2.2.1 Intel系列CPU1. Pentium 4 2.4GHz（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

9、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，前端总线频率提高到533MHz。,2.2 常见CPU的型号,3. Pentium 4 3.2GHz（FSB 800MHz） Pentium 4 3.2GHz处理器。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

10、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。,5 、Intel 64位CPU,2004年8月，Intel 发布了64位处理器。推出了桌面版64位Pentium4 F处理器 ，采用了LGA775接口,命名方法上采用按系列编号。 有Pentium4的 5、6、8、9系列，64位的赛扬D处理器和最新的Core 2 DUO系列处理器等。如：Celeron D 331是第一款支持EM64T技术的赛扬D处理器，该处理器采用LGA 775接口，具有2.8GHz实际频率。超频性能强。,Pentium 4 的5系列有56

11、0、 550、 540、 530 和 520等 550的主频为3.4GHZ，前端总线频率（FSB）为800MHZ，外频是200MHZ，倍频为17，L2二级高速缓存是1024K，使用0.09微米制作工艺，核心工作电压为1.4V，支持MMX/SSE/SSE2等多媒体优化指令集。 6系列处理器目前有630、640、650、660、670五种，其中Pentium 4 670的频率高达3.8GHz， 如：630拥有2MB L2缓存，工作在800MHz前端总线下，支持EM64T技术,特点：家庭用户对媒体应用的多样性以及多任务化；在多任务的执行速度以及性能方面，双核处理器具备自己独自的优势。在进行图形处理的

12、同时播放MP3或者电影时区别就比较明显了。 双核处理器比普通处理器消耗的功率更低；双核处理器提高芯片性能并降低能耗的关键就在让每个芯片都工作在适中的速度上。 Pentium D 800系列 2005年5月，Intel发布双核架构的Pentium D,采用两个Prescott内核和1MB2二级缓存,采用LGA775封装结构，并支持800MHz前端总线。例如840(3.2GHz)，830(3GHz)以及820(2.8GHz)。,Pentium D 双核处理器,Pentium D 900系列,65nm制造工艺，内建3.76亿个晶体管，前端总线频率由800MHz FSB提升至1066MHz FSB，主

13、频为3.46GHz，L2达 2MB x 2。Pentium D 900系列有Pentium D 915、920、930、940、945、950和960几个型号,Core 2 Duo系列,采用了Core 2微架构，使处理器在整体功耗降低40的同时，性能提高了40，前端总线频率FSB提升至1333MHz ，L2达 4MB 。接口为LGA775,全新的智能缓存技术 提高了双核心乃至多核心处理器的工作效率 。目前Core 2 Duo系列主要有Core 2 Duo E6300、Core 2 Duo E6400、Core 2 Duo E6500、Core 2 Duo E6600、Core 2 Duo E6

14、700、Core 2 Duo E6800,E6850（3.06GHz/FSB=1333MHz/4MB/65W）.,1. Athlon XP 2700+ 2002年11月，AMD推出Athlon XP 2700+，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，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+，,2.2.2 AMD系列CPU,3. Dur

15、on（钻龙） Duron处理器是AMD 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。新Duron采用Applebred（基于Thoroughbred-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。,4. Athlon 64和Athlon 64 FX 2003年9月，A

16、MD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 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。64位闪龙2500+：1.40GHz，一级缓存128KB，二级缓存则为256KB，采用Socket 754接口，90纳米工艺制程，支持SSE3和X86-64，同样在处理器上集成PC3200内存控制器。低频处理器往往具有出色的超频性能 。,Athlon 64 3000+ 采用socket939架构；

17、具有1.8GHz实际频率、512KB二级缓存，支持AMD X86-64技术和双通道DDR内存。5、双核架构的Athlon 64 X2处理器 分别有4000+、4400+、4800+ 、5000+ ，处理器频率分别为2.6GHz、2.5GHz、2.3GHz、2.1GHz，二级缓存512KB2，采用AM2接口940针。,2.3 CPU的分类、结构和主要性能指标,2.3.1 CPU的分类 CPU有多种分类方法。 1. 按CPU的生产厂家分：Intel 、AMD。 2. 按CPU的接口分: Socket 、Slot、 LGA 3. 按CPU的位数分: 4、 8、 16、 32、 64 4. 按标称频率

18、分: MHz GHz 5. 按CPU的内核分: 制造技术如Northwood Thorton 6. 按内核数量分：单、双、多 7. 按应用场合分: 台式机版、服务器版、移动版。,2.3.2 CPU的外部结构,从CPU外部的结构看，CPU主要有两个部分组成：一个是内核，另一个是基板。下面以Pentium 4（如图2-18所示）为例，介绍其外部结构。,图2-18,1. CPU的内核：大规模集成电路2. CPU的基板：承载内核，固定引脚3. CPU的编码：标注型号、主要参数等信息例: 1.7GHz/256/400/1.75VSL57VMALAY/L118A981-0023 分别表示CPU工作频率/L

19、2缓存大小/前端总线频率/工作电压，这是一颗1.7GHz、L2缓存有256KB、前端总线400MHz、工作电压1.75V的CPU。SL57V表示处理器的S-Spec编号，后面的MALAY是生产产地。 L118A981-0023 ，表示产品的序列号。,CPU结构,4. CPU的接口：与主板的连接方式 主要分为三大类： 一类是针脚式的Socket类型， 另一类是插卡式的Slot类型， 最新的LGA (栅格阵列封装)。,Socket 7插座: 适用于Pentium CPUIntel的Socket 370插座: 支持Celeron II、Pentium III、Cyrix III和VIA C3。,图2

20、-19 Socket 370 CPU插座,(1) Intel CPU 插座,Intel的Socket 478 CPU接口支持Pentium 4 CPU。,图2-20 Socket 478 CPU插座,INTEL 最新的LGA775封装,LGA775封装支持intel的64位P4 CPU，由CPU上的接触片和插座上的弹簧针实现连接。,图2-21,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。用于AMD的Athlon、Duron和Athlon XP。,(2) AMD 插座,Socket754支持AMD的 64位CPU;Socket93

21、9支持AMD的K8 3000 64位CPU。 AMD的AM2接口采用Socket940针，支持4000+5000+ 等。,Socket754,Socket939,2.3.3 CPU的主要技术参数,1. 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：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. 倍频系数: 是CPU的运行频率与系统外频的倍数。三者的关系为：CPU的主频(内部运行的频率)= 外频倍频系数。例：主频1700MHz，外频1

22、00MHz，问倍频系数 倍频系数=CPU主频/外频=1700MHz/100MHz=17 答：倍频系数是17。,FSB频率是指CPU与内存数据总线直接交换数据的速度。 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。,4. 前端总线（Front Side Bus，FSB） 频率,Cache（高速缓冲存储器，简称高速缓存）是一种速度比主存储器更快的存储器，其容量比主存储器小的多。 32位的处理器中赛扬4 Cache

23、 128KB, P4 Cache 512KB 2MB(L2)。功能是减少CPU因等待低速主存所导致的延迟，改进系统性能。,图2-22 内存层次结构图,5. 高速缓存（Cache）,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。,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

24、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： 将一条X86指令分成56步由不同功能的电路单元分别执行达到一个CPU时钟周期完成一条指令。超流水线：一个CPU时钟周期完成一条以上的指令11. CPU扩展指令集：对X86增加的指令集如3D、MMX。,9. x86指令集,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2-23所示。,图2-23,LGA775接口CPU风扇,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

25、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。,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2-24所示。,(2) 散热片设计和工艺,图2-24,2. 风扇 各种风扇外观如图2-25所示。 (1) 风扇口径 (2) 风扇转速 (3) 风扇排风量 (4) 风扇的噪声 (5) 风扇轴承,图2-25,采用油封轴承SLEEVE BEARING、单滚珠轴承ONE BALL BEARING、双滚珠轴承TWO BALL BEARING、磁悬浮

26、液压轴承风扇的标签，如图2-26所示。,图2-26 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,扣具是固定散热器与CPU接口的工具。常见扣具的外观如图2-27所示。,图2-27,3. 扣具,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，为用户安装CPU和风扇提供方便。图2-28所示是几种散热器产品的外观。,图2-28 散热器产品,4. 适用于范围,2.5 实验,2.5.1 实习1Socket 478架构CPU的安装Socket 478架构CPU的安装方法如下。 如图2-31所示，打开拉杆 。 如图2-31所示，轻轻插入CPU 。 如图2-31所示，关闭拉杆 。,图2-29 打开拉杆 图2-30 插入CPU 图2-31 关闭拉杆, 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2-32所示，固定风扇 。 如图2-33所示，连接CPU风扇电源接头 。,图2-32 固定风扇 图2-33 连接CPU风扇电源接头,2.5.2 实习2CPU的检测,WCPUID窗口如图2-34所示。,图2-34 WCPUID主窗口,