計算機組裝與維護標準教程-CPU課件

1、第二章 計算機主機2.1 CPU1中央處理器CPU目前CPU運算速度以GHz單位來衡量字長經(jīng)歷了4位微處理器、8位微處理器、16位微處理器、32位微處理器以及現(xiàn)在的64位微處理器生產(chǎn)CPU的廠家主要有Intel（英特爾）、AMD（仙童）、VIA（威盛 ）和Cyrix（威盛收購）等。服務器生產(chǎn)廠家還有IBM、HP、和SUN等。2計算機組裝與維護CPU概述CPU主要有運算器和控制器組成，是計算機的核心部分CPU的內(nèi)部結構分為算術邏輯單元ALU、寄存器組RS和控制單元三部分組成。3計算機組裝與維護CPU的發(fā)展歷程 起步階段 1971年，Intel公司研制出4位的4004微處理器。含有2300個晶體管

2、。Intel 4004的運作頻率為108KHz .4004微處理器4計算機組裝與維護CPU的發(fā)展歷程 發(fā)展階段 1978年，Intel公司生產(chǎn)的8086微處理器 ，見圖1。 1979年，Intel公司開發(fā)出了8088微處理器，見圖2。 圖 1 8086微處理器 圖 2 8088微處理器 5計算機組裝與維護CPU的發(fā)展歷程 1982年，Intel公司研制出了80286微處理器（見圖1）。16位結構，集成13.4萬個晶體管，時鐘頻率最高20MHz。 圖 1 80286微處理器 6計算機組裝與維護CPU的發(fā)展歷程 1985年，Intel公司全力開發(fā)了新一代32位核心CPU即80386微處理器，并在8

3、0386內(nèi)設計了高速緩存。 圖 1 80386微處理器 7計算機組裝與維護CPU的發(fā)展歷程 1989年，Intel公司首次突破了100萬個晶體管的界限，集成了120萬個晶體管，使用1m的制造工藝，推出80486微處理器。時鐘頻率提高到50MHz。 80486微處理器8計算機組裝與維護CPU的發(fā)展歷程 Pentium階段 1993年，Intel公司推出Pentium（奔騰）微處理器。時鐘頻率提高到200MHz。 Pentium微處理器9計算機組裝與維護CPU的發(fā)展歷程1997年Pentium MMX(多功能奔騰)和Pentium II。 晶體管數(shù)量達到750萬個。與此同時，AMD也發(fā)布了性能與P

4、entium級處理器相當?shù)腒5。10計算機組裝與維護CPU的發(fā)展歷程1999年Pentium III Intel首次導入0.25微米技術，Intel Pentium III晶體管數(shù)目約為950萬顆。 11計算機組裝與維護CPU的發(fā)展歷程2000年11月，首款Pentium IV發(fā)布,采用0.18微米的電路，內(nèi)建了4200萬個晶體管 。Pentium 4初期推出版本的速度就高達1.5GHz ，翌年8月，達到2 GHz的里程碑。 隨后，為爭奪低端市場Intel公司又發(fā)布了Celeron4（賽揚）處理器。 下圖為2001年Pentium IV 478 而AMD公司此時也推出了Thunderbird（

5、雷鳥）和Duron（毒龍）處理器，分別用于爭奪高低端市場。12計算機組裝與維護CPU的發(fā)展歷程2005年,首顆內(nèi)含2個處理核心的Intel Pentium D 處理器登場，正式揭開x86處理器多核心時代。使用這種芯片的PC或者服務器可以在同一時間內(nèi)執(zhí)行兩組指令。 AMD緊隨其后發(fā)布了Athlon 64 X2系列雙核處理器。 13計算機組裝與維護CPU的發(fā)展歷程2006年，Intel發(fā)布了 Core2 Extreme QX6700系列四核處理器，制造工藝為65nm，晶體管數(shù)量：5.82億。AMD也于次年發(fā)布代號為“巴塞羅那”的四核處理器。14計算機組裝與維護CPU的發(fā)展歷程2007年Intel

6、PE（Pentium E2180 )-中低端15計算機組裝與維護CPU的發(fā)展歷程2007年Core2 Duo （雙核）/QUAD（四核） / Extreme至尊系列（四核） / XEON至強（雙核，四核） 16計算機組裝與維護命名規(guī)則Core 2 Duo系列采用的命名規(guī)則，由一個前綴字母加四位數(shù)字組成，形式是Core 2 Duo 字母+xxxx，例如Core 2 Duo E6600等等。為了簡化命名方式，2009年英特爾決定放棄酷睿2雙核和酷睿2四核等命名方式，將這些處理器重新命名為Intel Core i3、Core i5和Core i7。其中， i3代表低端產(chǎn)品，i5代表中端產(chǎn)品，i7代表

7、高端產(chǎn)品。而經(jīng)典的Celeron（賽揚）和Pentium（奔騰）也會繼續(xù)存在 17計算機組裝與維護CPU的發(fā)展歷程2011年： Intel Sandy Bridge處理器 SNB(Sandy Bridge）是英特爾在2011年初發(fā)布的新一代處理器微架構，這一構架的最大意義莫過于重新定義了“整合平臺”的概念，與處理器“無縫融合”的“核芯顯卡”終結了“集成顯卡”的時代。 18計算機組裝與維護CPU的發(fā)展歷程Intel、AMD近年處理器核心規(guī)模對比 19計算機組裝與維護CPU的發(fā)展歷程2012年 4月24日，英特爾在北京召開第三代智能酷睿處理器Ivy Bridge發(fā)布會。與上一代Sandy Brid

8、ge相比，Ivy Bridge結合了22納米與3D晶體管技術，晶體管數(shù)量增加為14億個,在大幅度提高晶體管密度的同時，核芯顯卡等部分性能甚至有了一倍以上的提升。 20計算機組裝與維護AMD的CPU AMD的CPU AMD公司生產(chǎn)的CPU有AMD 386DS/40，AMD486，5x86，K5和K6等級別。AMD的586級CPU代號為K5，產(chǎn)品型號為5k86。圖是K6家族的CPU。 K6 CPU21計算機組裝與維護AMD的CPUAMD：Athlon(速龍) 64位單核-Athlon（速龍）X2雙核 同時有 Sempron（閃龍）只有單核-Opteron（服務器 單核-雙核-四核）-Barcelo

9、na（四核）羿龍Phenom(三核)。22計算機組裝與維護CPU的發(fā)展速度-摩爾定律摩爾定律是由英特爾(Intel)名譽董事長戈登摩爾（Gordon Moore）經(jīng)過長期觀察首先總結出的半導體工藝技術規(guī)律。摩爾定律的大概內(nèi)容： 是指 集成電路芯片上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔 18到24 個月便會增加一倍，集成電路芯片 的性能也將隨之提升一倍。 23計算機組裝與維護 CPU的性能指標主頻、外頻和倍頻主頻是也叫CPU時鐘頻率，表示CPU內(nèi)數(shù)字脈沖信號震蕩的速度。系統(tǒng)總線時鐘就是常說的系統(tǒng)時鐘，即CPU外部時鐘（外頻），它是電腦的基本時鐘，電腦中各子系統(tǒng)中所有不同頻率的時鐘都與系統(tǒng)時鐘相關聯(lián)。外頻是

10、由主板為CPU提供的基準時鐘頻率。主頻=外頻X倍頻【例】Intel 酷睿2雙核 E4500 的工作頻率是：2.2GHz?！纠縄ntel 酷睿2雙核 E4500 的系統(tǒng)總線頻率是：200MHz?！纠縄ntel 酷睿2雙核 E4500 的 倍頻主頻/外頻 2.2GHz/ 200MHz1124計算機組裝與維護CPU的性能指標制造工藝CPU的制造過程是用激光在晶圓上蝕刻電路。所謂蝕刻就是采用一定波長的紫外線透過掩膜后照射到硅晶圓上，將掩膜上的電路圖像完整的復制到硅晶圓上。紫外線的光波長越短，“印出”的電路就越細。其精度用微米（m）或納米（nm）計。 1 mm = 1000m ，1 m = 1000

11、nm4004采用10微米 ，Pentium 4 ：0.18 m到0.065 m ，Core i7：45nm 25計算機組裝與維護CPU的性能指標前端總線 北橋芯片負責聯(lián)系內(nèi)存、顯卡等數(shù)據(jù)吞吐量大的部件，并和南橋芯片連接。CPU是通過前端總線（FSB Front Side Bus）連接到北橋芯片，進而通過北橋芯片和內(nèi)存、顯卡交換數(shù)據(jù)?！纠縄ntel 酷睿2雙核 E4500 的前端總線頻率是：800MHz。26CPU的性能指標緩存 緩存是位于CPU與內(nèi)存之間的臨時存儲器。其工作速度快，減少了處理器與內(nèi)存之間速度瓶頸的問題。1.緩存結構 緩存分為一級緩存和二級緩存。一級緩存又分為數(shù)據(jù)緩存和指令緩存

12、。高端CPU還有三級緩存。 一級緩存容量在4KB64KB之間。二級緩存容量分為128KB、256KB、512KB、1MB、2MB等。2.雙核芯CPU的二級緩存【例】Intel 酷睿2雙核 E4500 的一級緩存，數(shù)據(jù)緩存是64KB，指令緩存是64KB。二級緩存是2MB。27計算機組裝與維護CPU的性能指標工作電壓工作電壓指CPU正常工作所需的電壓。早期CPU工作電壓為5V，目前臺式機CPU的電壓通常在2V以內(nèi)，最常見的是1.31.5V。28CPU的性能指標指令集MMX指令集SSE指令集3DNow!指令集29計算機組裝與維護CPU的性能指標封裝技術CPU封裝的技術主要有：DIP雙列直插式封裝；Q

13、FP四列扁平塑料封裝 ；PGA插針網(wǎng)格陣列封裝；LGA柵格陣列封裝。 30計算機組裝與維護CPU的性能指標接口類型（針腳）CPU的針腳類型以前分為兩類，一類是Socket類，一類是Slot類。LGA全稱是Land Grid Array，直譯過來就是柵格陣列封裝，與英特爾處理器之前的封裝技術Socket 478相對應，它也被稱為Socket T。說它是“跨越性的技術革命”，主要在于它用金屬觸點式封裝取代了以往的針狀插腳。而LGA775，顧名思義，就是有775個觸點。 【例】Intel 酷睿2雙核 E4500 的接口類型是：Socket775【例】 Core i7處理器采用的是：LGA 1366針腳設計31計算機組裝與維護CPU的選擇、安裝、檢測和維護選擇CPU主要考慮的方面1、品牌2、主頻3、L2緩存4、插槽類型5、FSB頻率6、CPU系列7、價格選擇CPU的附件32計算機組裝與維護CPU的安裝安裝CPU過程