联想LCSE初级教材-第02章微处理器.ppt
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1、计算机硬件基础,微处理器篇,主要内容,2.1 概述 2.2 处理器的性能 2.3 处理器的指令集 2.4 处理器的制造工艺 2.5 处理器的核心 2.6 处理器的封装 2.7 处理器的插座和插槽 2.8 处理器的工作电压 2.9 处理器的散热 2.10 早期的Intel兼容处理器2.11 处理器的相关技术2.12 常见处理器特点,2.1 概述,微处理器(处理器)又称为中央处理单元,即CPU处理器是微型计算机的大脑或发动机,进行系统的计算和处理Intel公司拥有推出第一片微处理器的荣誉,即1971年Intel公司推出的称为4004的芯片是历史上第一枚微处理器芯片Intel和AMD两家公司目前在处
2、理器市场,至少是PC系统市场上居主导地位,2.2 处理器的性能,处理器主要的三个方面性能:处理速度数据宽度寻址能力处理器的性能可以概括为:速度 处理器的速度以MHz来度量,1MHz是指每秒1百万个时钟周期 宽度 涉及到与处理器相关的三个总线:内部寄存器(内部数据总线)寄存器大小决定了处理器可以操作的数据大小外部数据总线外部数据总线宽度决定了一个周期内传入或传出处理器的数据位数地址总线地址总线的大小(或宽度)指明了芯片可寻址的最大的RAM容量,2.2 处理器的性能,32位处理器的三种操作模式实模式保护模式虚拟实模式台式64位处理器的三种操作模式32位模式 兼容模式 64位模式,2.2 处理器的性
3、能,2.2.1 处理器速度2.2.2 AMD和Cyrix和使用的另一种速度标记P速率2.2.3 外部数据总线2.2.4 内部寄存器(内部数据总线)2.2.5 地址总线2.2.6 高速缓存,2.2.1 处理器速度,处理器的速度用系统的时钟速度来表示 计算机系统的时钟速度以频率来衡量,通常表述为每秒钟的周期数现代处理器可以在一个时钟周期中执行多条指令单纯基于时钟速度或每秒的周期数来比较系统性能非常困难,2.2.1 处理器速度,有关处理器速度的四个重要概念主频 处理器的时钟速度 外频 处理器的基准频率、处理器与主板之间同步运行的速度、主板速度倍频 主频与外频之比的倍数FSB频率 处理器和北桥芯片间总
4、线的速度 前端系统总线频率与外频这两个概念容易混淆 目前主流处理器前端系统总线频率高于外频 部分AMD处理器用HT总线取代了FSB通过跳线开关或BIOS设置可以设置主板速度和倍频,2.2.2 AMD和Cyrix和使用的另一种速度标记P速率,P速率用来指示与Intel处理器相对的速度 P速率对应的是性能而不是频率 AMD处理器并不是所有的处理器都使用P速率来标记P速率和处理器的真实频率不是一一对应的,2.2.3 外部数据总线,外部数据总线是指处理器与周边设备传输数据的通道 前端系统总线(FSB)以及AMD处理器使用的HT总线都属于外部数据总线范畴数据总线宽度决定了一个周期内传入或传出处理器的数据
5、位数 目前主流单核、双核以及64位处理器的外部数据总线通常是64位AMD公司的HT总线上、下行位宽均为相同的16位,2.2.4 内部寄存器(内部数据总线),寄存器是处理器中保存数据的空间 寄存器大小基本上与内部数据总线宽度相同 寄存器大小决定了处理器可以操作的数据大小 大部分现代处理器使用32位内部寄存器,运行32位操作系统和软件 采用EM64T、AMD64技术的处理器和Itanium处理器内部寄存器为64位处理器的内部数据总线与外部数据总线位宽可以不同,2.2.5 地址总线,地址总线是用来传输地址信息的一组线 地址总线的大小(或宽度)指明了芯片可寻址的最大的RAM容量 Intel与AMD公司
6、的64位处理器实际内存寻址未达到理论上限,2.2.6 高速缓存,在486处理器之前,主板上的高速缓存是系统中惟一使用的高速缓存 从486系列开始,处理器开始在芯片内部包含L1高速缓存从P6家族开始,Intel开始在处理器中封装L2高速缓存芯片早期的L2高速缓存不是全速部分型号的处理器包含有L3缓存,2.3 处理器的指令集,CISC指令集即复杂指令集各条指令是按顺序串行执行的,每条指令中的各个操作也是按顺序串行执行控制简单,但计算机各部分的利用率不高,执行速度慢 x86指令集属于此范畴 RISC指令集即精简指令集指令格式统一,种类比较少,寻址方式也比复杂指令集少,执行速度快 在中高档服务器中普遍
7、采用,2.4 处理器的制造工艺,制造工艺是指芯片上最基本功能单元门电路的宽度,可以用线宽表示提高制造工艺能生产出体积更小的芯片,大幅度降低制造成本 提高制造工艺可以降低产品功耗铜导线与铝导线相比有很大的优势,2.5 处理器的核心,核心(Die)又称为内核,是处理器最重要的组成部分处理器制造厂商对各种处理器核心给出相应的代号就是所谓的处理器核心类型不同系列或同一系列的处理器会有不同的核心同一种核心会有不同的步进核心类型在某种程度上决定了处理器的性能 处理器核心的发展方向?,2.6 处理器的封装,封装技术是一种将集成电路用绝缘的塑料或陶瓷材料打包的技术 封装的作用是使Die与外界隔离以及便于安装和
8、运输采用Socket插座进行安装的处理器大多采用PGA封装形式 封装技术的发展方向?,PGA 封装,2.6 处理器的封装,S.E.C.C.封装S.E.C.C.的英文全称是Single Edge Contact Cartridge,是单边接触卡盒的缩写为了与主板连接,处理器被插入一个插槽。它不使用针脚,而是使用“金手指”触点,处理器使用这些触点来传递信号S.E.C.C.被一个金属壳覆盖,这个壳覆盖了整个卡盒组件的顶端。卡盒的背面是一个热材料镀层,充当了散热器S.E.C.C.内部,大多数处理器有一个被称为基体的印刷电路板连接起处理器、二级高速缓存和总线终止电路S.E.C.C.封装常用于Slot 1
9、接口的Pentium 处理器和Slot 2接口的Pentium Xeon、Pentium Xeon处理器,2.6 处理器的封装,封装封装与S.E.C.C.封装相似,使用更少的保护性包装并且不含有导热镀层封装常用于一些较晚版本的Slot 1接口的 Pentium 和Pentium 处理器,2.6 处理器的封装,S.E.P.封装S.E.P.英文全称是Single Edge Processor Package,是单边处理器封装的缩写S.E.P.封装与S.E.C.C.或 S.E.C.C.2 封装相似,但它没有外壳S.E.P.封装用于早期Slot 1接口的Celeron处理器,2.6 处理器的封装,PP
10、GA 封装 PPGA英文全称是Plastic Pin Grid Array,是塑针栅格阵列的缩写这些处理器具有插入插座的针脚,芯片底部的针脚是锯齿形排列的。此外,针脚的安排方式使得处理器只能以一种方式插入插座为了提高热传导性,PPGA封装在处理器上端使用了镀镍铜质散热片PPGA封装常用于早期Socket 370接口的Celeron处理器,2.6 处理器的封装,CPGA封装CPGA英文全称是Ceramic Pin Grid Array,是陶瓷针型栅格阵列的缩写这种封装的基底使用的是陶瓷,俗称陶瓷封装这种封装形式采用的很广泛。AMD公司早期Athlon、Athlon MP和Duron处理器就是采用
11、此种封装形式在这种封装的基础上,又衍生出了Lidded Ceramic Package Grid Array封装,意思是有盖陶瓷栅格阵列封装。使用这种封装的有Socket 940接口的Athlon64 FX、Opteron处理器,2.6 处理器的封装,OPGA封装OPGA英文全称是Organic Pin Grid Array,是有机管脚阵列的缩写这种封装的基底使用的是玻璃纤维,类似印刷电路板上的材料OPGA封装拉近了外部电容和处理器内核的距离,可以更好地改善内核供电和过滤电流杂波,同时也可以降低封装成本后期的Athlon、Athlon MP、Duron处理器及部分Sempron处理器常用此种封
12、装形式在这种封装的基础上,又衍生出了Lidded Organic Package Grid Array封装,意思是有盖陶有机管脚阵列阵列封装。使用这种封装的有Athlon64、Semprom处理器,2.6 处理器的封装,OLGA封装OLGA英文全称是Organic Land Grid Array,是基板栅格阵列的缩写这种封装采用倒装晶片技术设计,在这种封装方式中处理器芯片是内插在基板正面的底层,可以更好地确保信号的完整性,提高热传导性能,同时可以有效地降低感应干扰在OLGA封装方式中具有一个集成式散热器(IHS),也就是处理器芯片上的那块铝片,它可以在更有效地帮助芯片散热 OLGA封装常用于S
13、ocket 423接口的Pentium 4处理器,2.6 处理器的封装,FC-PGA封装FC-PGA的英文全称为Flip Chip Pin Grid Array,是倒装晶片针状栅格阵列的缩写这种封装形式中各连接点之间的连接不需要专门的连接线,大大方便了高密度引脚芯片的开发这种封装的另一好处就是处理器芯片朝上,露在外面,更加有利于芯片的散热 FC-PGA封装常用于Socket370接口的Pentium 和Celeron处理器,2.6 处理器的封装,FC-PGA2封装FC-PGA2封装与 FC-PGA 封装类型很相似,除了这些,处理器还具有集成式散热器(IHS)集成式散热器是在生产时直接安装到处理
14、器片上的,由于与内核有很好的接触,并且提供了更大的表面积,所以能更好地发散热量,显著地增加了热传导 FC-PGA2 封装常用于Tualatin核心、Socket 370接口的Pentium、Celeron处理器以及Socket478接口的系列处理器,2.6 处理器的封装,PLGA封装PLGA的英文全称为Plastic Land Grid Array,是塑料焊盘栅格阵列的缩写由于没有使用针脚,而是使用了细小的点式接口,所以PLGA封装明显比以前的FC-PGA2等封装具有更小的体积、更少的信号传输损失和更低的生产成本,可以有效提升处理器的信号强度、提升处理器频率,同时也可以提高处理器生产的良品率S
15、ocket 775接口的CPU采用了此封装,2.7 处理器的插座和插槽,最早时期的处理器是直接焊在主板上到了486开始采用插座或插槽来安装处理器零插入力(ZIF)的插座方便升级 目前主要采用是针脚式和触点式,2.7 处理器的插座和插槽,Socket 7从486开始普遍采用Socket插座来安装CPU,从Socket 4、Socket 5一直延续到Socket 7Socket 7是方形多针脚ZIF(零插拔力)插座,有321个插孔,不但可以安装Intel公司的Pentium系列产品,还能安装AMD公司的K5、K6和K6-2,Cyrix公司的6x86、6x86MMX和6x86 M和IDT公司的 Wi
16、nchip C6也可以安装,适用范围非常广,2.7 处理器的插座和插槽,Slot 1 Slot 1是英特尔公司为取代Socket 7而开发的CPU接口因为申请了专利的原因,其它厂商无法生产使用Slot 1接口的产品Slot 1接口的CPU不再是大家熟悉的方方正正的样子,而是变成了扁平的长方体,而且接口也变成了金手指,不再是插针形式Pentium 及部分Pentium、Celeron处理器使用此种接口,2.7 处理器的插座和插槽,Slot 2Slot 2用途比较专业,大多用于高端服务器及图形工作站系统所用的CPU也是价格比较昂贵的Pentium/Xeon系列Slot 2插槽比Slot 1长一些,
17、(上:Slot 2插槽,下:Slot 1插槽),2.7 处理器的插座和插槽,Slot A Slot A接口类似于Intel公司的Slot 1接口,只不过是方向旋转了180度这个接口只有AMD公司早期的Athlon处理器使用虽然Slot A接口与Slot 1接口在物理结构上相同,但不能混用,2.7 处理器的插座和插槽,Socket 370 Socket 370是Intel公司开发出来代替Slot 1接口的,外观上与Socket 7非常相似采用ZIF(零插拔力)插座,有370个插孔采用此接口的处理器有Pentium、Celeron等,2.7 处理器的插座和插槽,Socket A Socket A也
18、被称为Socket 462是AMD公司Athlon、Duron、Athlon MP及部分Sempron处理器的插座接口Socket A接口具有462个插孔,2.7 处理器的插座和插槽,Socket 423Socket 423插槽是最初Pentium 4处理器的标准接口Socket 423的外形和前几种Socket类的插座类似,具有423个插孔Socket 478取代了Socket 423接口,2.7 处理器的插座和插槽,Socket 478最初的Socket 478接口是早期Pentium 4系列处理器所采用的接口类型具有478个插孔Socket 478接口的处理器面积很小,其针脚排列极为紧密
19、Intel公司的Pentium 4、Celeron和Celeron D都有部分处理器采用此接口,2.7 处理器的插座和插槽,Socket 775Socket 775又称为Socket T或LGA775采用此种接口的有PLGA封装的Pentium 4、Celeron D、Pentium D和Pentium XE处理器Socket 775接口的处理器底部没有传统的针脚,而代之以的是775个触点,即并非针脚式而是触点式,通过与对应的 Socket 775插座内775根触针接触来传输信号Socket 775接口不仅能够有效提升处理器的信号强度和频率,同时也可以提高处理器生产的良品率,降低生产成本,2.
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