《計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)》第4章教案

1、第四章CPU的使用與修理教學(xué)目標(biāo)CPUCPU了解主流的CPUCPUCPUCPU一、什么是 CPUCPU（Central Processing Unit）又叫中心處理器，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心部件，在整個(gè)電腦系統(tǒng)中起到運(yùn)算和把握的作用。它是由數(shù)量眾多（幾千萬個(gè)）的晶體管組成的超大規(guī)模集成電路，把握著整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行。二、CPU的工作原理1、CPU 的生產(chǎn)過程在了解CPU 工作原理之前，我們先簡潔談?wù)凜PU 是如何生產(chǎn)出來的。CPU 是在特別純潔的硅材料上制造的。一個(gè)CPU 芯片包含上百萬個(gè)精巧的晶體管。人們在一塊指甲蓋大小的硅片上，用化學(xué)的方法蝕刻或光刻出晶體管。因此，從這個(gè)意義上說，CPU 正

2、是由晶體管組合而成的。簡潔而言，晶體管就是微型電子開關(guān)，它們是構(gòu)建CPU 的基石，你可以把一個(gè)晶體管當(dāng)作一個(gè)電燈開關(guān)，它們有個(gè)操作位，分別代表兩種狀態(tài)：ON(開)和 OFF(關(guān))。這一開一關(guān)就相當(dāng)于晶體管的連通與斷開，而這兩種狀態(tài)正好和“1”的特別次序和模式能代表不同的狀況，將其定義為字母、數(shù)字、顏色和圖形，如ASCII 碼。2、CPU 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)算術(shù)規(guī)律單元ALU(Arithmetic Logic Unit)ALU 是運(yùn)算器的核心。它是以全加器為基礎(chǔ)，輔之以移位寄存器及相應(yīng)把握規(guī)律組合而成的電路，在把握信號(hào)的作用下可完成加、減、乘、除四則運(yùn)算和各種規(guī)律運(yùn)算。把握單元(Control Unit

3、)把握單元是整個(gè) CPU 的指揮把握中心，由指令寄存器 IR(Instruction Register)、指令譯碼器 ID(InstructionDecoder)0C(Operation Controller)三個(gè)部件組成，對協(xié)調(diào)整個(gè)電腦有序工作極為重要。寄存器組 RS(Register Set 或Registers)RS 實(shí)質(zhì)上是 CPU 中臨時(shí)存放數(shù)據(jù)的地方，里面保存著那些等待處理的數(shù)據(jù)，或已經(jīng)處理過的數(shù)據(jù)，CPU訪問寄存器所用的時(shí)間要比訪問內(nèi)存的時(shí)間短。接受寄存器，可以削減CPU 訪問內(nèi)存的次數(shù)，從而提高了CPU 的工作速度?？偩€(Bus) DB(Data Bus)、地址總線AB(Add

4、ress Bus) 、把握總線CB(Control Bus)。3、CPU 工作流程（P10）CPU 3 項(xiàng)基本工作。這個(gè)過程不斷快速地重復(fù)，快速地執(zhí)行一條又一條指令，產(chǎn)生顯示器上所看到的結(jié)果。三、CPU的外觀與構(gòu)造1、 內(nèi)核2、 基板3、 填充物4、 封裝性能的作用，而且還是溝通芯片內(nèi)部世界與外部電路的橋梁封裝方式：DIP（Dual In-line Package，雙列直插封裝）QFP/PFP（Quad Flat Package/Plastic Flat Package，扁平小塊式封裝/塑料扁平組件式封裝）PGA(Pin Grid Array，針腳柵格陣列封裝)FC-PGA (Flip Cli

5、p Pin Grid Array，倒裝芯片針腳柵格陣列) SECC（Single Edge Contact Connector，單邊接觸連接封裝）BGA（Ball Grid Array，球狀陣列封裝）LGA（Land Grid Array，岸面柵格陣列封裝。5、接口CPU CPU 所以不能相互接插。引腳式：4004、8008、8086、8088 卡式：slot1/2、slotA觸點(diǎn)式：LGA775 P4針腳式：Intel：socket 7(super 7)/370/423/478AMD：Socket A(462)/754/939/940四、CPU的性能指標(biāo)1、 字長：CPU 在單位時(shí)間內(nèi)(同一

6、時(shí)間)能一次處理的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)叫字長。2、 主頻：主頻也叫時(shí)鐘頻率，單位是MHz，用來表示CPU 的運(yùn)算速度。CPU 的主頻外頻倍頻系數(shù)。CPU 的主頻與CPU 實(shí)際的運(yùn)算力量是沒有直接關(guān)系的CPU 內(nèi)數(shù)字脈沖信號(hào)震蕩的速度1 GHz Itanium 2.66 GHz Xeon/Opteron CPU 的運(yùn)算速度還要看CPU 的流水線的各方面的性能指標(biāo)。3、 外頻：外頻是CPU 的基準(zhǔn)頻率，單位也是MHz。CPU 的外頻打算著整塊主板的運(yùn)行速度。4、 前端總線：前端總線(FSB)頻率(即總線頻率)CPU (總線頻率數(shù)據(jù)位寬)/8，數(shù)據(jù)傳輸最大帶寬取決于全部同時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的寬度和傳輸頻率。5、

7、 倍頻：倍頻系數(shù)是指CPU 主頻與外頻之間的相對比例關(guān)系。在相同的外頻下，倍頻越高CPU 的頻率也越高。6、 緩存：緩存大小也是 CPU CPU 速度的影響格外大，CPU內(nèi)緩存的運(yùn)行頻率極高，一般是和處理器同頻運(yùn)作，工作效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于系統(tǒng)內(nèi)存和硬盤。由于CPU 芯片面積和成本的因素來考慮，緩存都很小。L1 Cache(一級緩存)CPU 第一層高速緩存，分為數(shù)據(jù)緩存和指令緩存。內(nèi)置的L1 高速緩存的容量和結(jié)構(gòu)對CPU 的性能影響較大，不過高速緩沖存儲(chǔ)器均由靜態(tài)RAM 組成，結(jié)構(gòu)較簡單，在CPU 管芯面積不能太大的狀況下，L1 級高速緩存的容量不行能做得太大。一般服務(wù)器CPU L1 32256KB。

8、L2 Cache(二級緩存)是CPU 的其次層高速緩存，分內(nèi)部和外部兩種芯片。內(nèi)部的芯片二級緩存運(yùn)行速度與L2 高速緩存容量也會(huì)影響CPU 的性能，原則是越大越好，現(xiàn)在家庭用CPU 256KB-2MB，而服務(wù)器和工作站上用CPU L2 256KB-3MB，有的4MB也不為過。7、 擴(kuò)展指令集CPU 依靠指令來計(jì)算和把握系統(tǒng)，每款CPU 在設(shè)計(jì)時(shí)就規(guī)定了一系列與其硬件電路相協(xié)作的指令系統(tǒng)。指令的強(qiáng)弱也是CPU 的重要指標(biāo)，指令集是提高微處理器效率的最有效工具之一。從現(xiàn)階段的主流體系結(jié)構(gòu)講，指令集可分為簡單指令集和精簡指令集兩部分，而從具體運(yùn)用看，如Intel 的MMX（Multi Media E

9、xtended、SSE、 SSE2（Streaming-Single instruction multiple data-Extensions 2 、SEE3 和AMD 3DNow!等都是CPU 的擴(kuò)展指令集，分別增加了CPU 的多媒體、圖形圖象和Internet 等的處理力量。我們通常會(huì)把CPU 的擴(kuò)展指令集稱為”CPU SSE3 指令集也是目前規(guī)模最小的指令集，此前MMX 包57 條命令，SSE 50 條命令，SSE2 144 條命令，SSE3 13 SSE3 也是最先進(jìn)的指令集，英特爾Prescott 處理器已經(jīng)支持SSE3 指令集，AMD 會(huì)在將來雙核心處理器當(dāng)中加入對SSE3 指令集

10、的支持，全美達(dá)的處理器也將支持這一指令集。8I/O 586CPU 開頭，CPU 的工作電壓分為內(nèi)核電壓和I/O CPU 的核心電壓小于等于 I/O CPU 的生產(chǎn)工藝而定，一般制作工藝越小，內(nèi)核工作電壓越低；I/O 1.65V。低電壓能解決耗電過大和發(fā)熱過高的問題。9、 制造工藝：制造工藝的微米是指IC 內(nèi)電路與電路之間的距離。制造工藝的趨勢是向密集度愈高的方向進(jìn)展。密度愈高的IC 電路設(shè)計(jì)，意味著在同樣大小面積的IC 中，可以擁有密度更高、功能更簡單的電路設(shè)計(jì)。180nm、130nm、90nm、65nm。Intel 2007 1116 45nm 的制造工藝。五、CPU的選購CPU 與主板的協(xié)

11、作組裝一臺(tái)計(jì)算機(jī)，要充分發(fā)揮 CUP 的性能，必需有相應(yīng)的主板支持，這又取決于主板上接受的芯片組，它打算 CPU 的接口（插座）類型和前端總線頻率，否則影響CPU 的工作效率。確定一款CPU 時(shí)，同時(shí)也打算了它所使用的主板類型。CPU 與內(nèi)存的協(xié)作不同的CPU 產(chǎn)品擁有不同的前端總線，要想充分發(fā)揮CPU 的性能，選擇與之相配的內(nèi)存格外重要。至于如何搭配才能獲得最佳性能800MHz前端總線的 P4 處理器可心供應(yīng) 6.4GB/s 的數(shù)據(jù)傳輸帶寬,而雙通道的 DDR400 所供應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸帶寬恰好是6.4GB/s,這二者剛好形成好的協(xié)作。六、CPU散熱器（一）CPU 散熱方式風(fēng)冷 散熱是最常見的，

12、而且格外簡潔，就是使用風(fēng)扇帶走散熱器所吸取的熱量。具有價(jià)格相對較低，安裝簡潔等優(yōu)點(diǎn)，但對環(huán)境依靠比較高，例如氣溫上升以及超頻時(shí)其散熱性能就會(huì)大受影響。用毛吸作用等流體原理，起到類似冰箱壓縮機(jī)制冷的效果。具有極高的導(dǎo)熱性、良好的等溫性、冷熱兩側(cè)的傳 熱面積可任意轉(zhuǎn)變、可遠(yuǎn)距離傳熱、可把握溫度等一系列優(yōu)點(diǎn)，并且由熱管組成的換熱器具有傳熱效率高、結(jié)構(gòu) 緊湊、流體阻損小等優(yōu)點(diǎn)。由于其特別的傳熱特性，因而可把握管壁溫度，避開露點(diǎn)腐蝕。小等等優(yōu)點(diǎn)。但熱管和液冷的價(jià)格相對較高，而且安裝也相對麻煩一些。（二）風(fēng)冷散熱器技術(shù)參數(shù)1、風(fēng)扇功率2、風(fēng)扇口徑3、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速4、風(fēng)扇噪音5、風(fēng)扇排風(fēng)量6、散熱片材質(zhì)7、散熱片材料的純度8、散熱器的精度9、散熱片體積10、風(fēng)扇軸承（三