第二章CPU與CPU風(fēng)扇

2.1CPU是什么2.2CPU的性能指標(biāo)2.3主流CPU產(chǎn)品與散熱器2.4CPU的發(fā)展歷程第二章CPU與CPU風(fēng)扇1CPU（CentralProcessingUnit）是中央處理器的英文縮寫(xiě)，微型計(jì)算機(jī)的CPU又稱(chēng)為微處理器。它由運(yùn)算器和控制器組成，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心，相當(dāng)于人的大腦、因此它在很大程度上決定著計(jì)算機(jī)的性能。CPU是一個(gè)被封裝在塑膠或陶瓷材料中的集成電路，CPU由基板、內(nèi)核、內(nèi)核與基板之間的填充物及金屬蓋組成的。CPU的基板是承載CPU內(nèi)核所用的電路板，負(fù)責(zé)內(nèi)核芯片和外界的一切通信，并起著固定CPU的作用。在基板上面有電容、電阻和決定CPU時(shí)鐘頻率的電路橋，在背面或者下沿，有用于和主板連接的針腳或者卡式接口?；逡话阌商沾苫蛘哂袡C(jī)材料組成。CPU的內(nèi)核是CPU中間凸起的一片指甲大小、由單晶硅做成的薄芯片，其內(nèi)密布著數(shù)以千萬(wàn)甚至上億的晶體管，相互配合完成各種復(fù)雜的運(yùn)算和操作。CPU表面的金屬蓋一方面可以避免CPU的核心受到外力損害，另一方面增加了核心的表面積起到了保護(hù)和散熱作用

2.1CPU是什么22.2CPU的性能指標(biāo)1、CPU的頻率2、CPU的工作電壓3、制造工藝4、緩存（Cache）5、前端總線(xiàn)（FSB）6、QPI與DMI總線(xiàn)7、CPU接口類(lèi)型8、CPU的多媒體指令集3CPU的頻率主頻：主頻是指CPU核心的工作頻率，單位是MHz（兆赫茲）或GHz。在核心架構(gòu)相同的前提下主頻越高CPU的運(yùn)算速度就越快。外頻：外頻是CPU乃至整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基準(zhǔn)頻率，單位是MHz。主頻=外頻×倍頻系數(shù)4CPU的工作電壓CPU正常工作所需的電壓。從8086到現(xiàn)在的i7處理器為止CPU的工作電壓有著明顯的下降趨勢(shì)，較低的工作電壓主要三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1.低功耗。功耗降低，使系統(tǒng)的運(yùn)行成本就相應(yīng)降低，由其對(duì)于便攜式和移動(dòng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)更為重要，使其現(xiàn)有的電池可以工作更長(zhǎng)時(shí)間，從而使電池的使用壽命大大延長(zhǎng)2.功耗降低，致使發(fā)熱量減少，較低的運(yùn)行溫度可使系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定3.低功耗，低發(fā)熱量是進(jìn)一步提高CPU主頻的重要前提之一5制造工藝制造工藝指是指制造CPU的晶圓上相鄰兩個(gè)晶體管之間的距離，目前單位為微米或納米（μm

或nm)。目前主流的CPU制程已經(jīng)達(dá)到了32納米，更高的甚至已經(jīng)有了22納米。制造工藝的提高能為我們帶來(lái)以下幾方面的好處：1.更好的制作工藝可以降低CPU的工作電流、電壓從而降低功率。2.更好的制作工藝可以在單位面積晶圓上集成更多的晶體管，使處理器實(shí)現(xiàn)更多的功能和更高的性能。3.更好的制作工藝可以降低發(fā)熱量，提高穩(wěn)定性。4.更先進(jìn)的制造工藝會(huì)使處理器的核心面積進(jìn)一步減小，降低了CPU的生產(chǎn)成本，從而降低CPU的銷(xiāo)售價(jià)格6緩存（Cache）CPU緩存（CacheMemory）是位于CPU與內(nèi)存之間的臨時(shí)存儲(chǔ)器，它的容量很小但速度比內(nèi)存快（與CPU同步）。緩存中的數(shù)據(jù)是內(nèi)存數(shù)據(jù)的映射（也就是復(fù)制品）。

CPU核心緩存內(nèi)存一級(jí)緩存（L1Cache）:幾十KB二級(jí)緩存（L2Cache）:幾百KB三級(jí)緩存（L3Cache）:幾MB

7前端總線(xiàn)（FSB）總線(xiàn)是將數(shù)據(jù)和指令從一個(gè)或多個(gè)源部件傳送到一個(gè)或多個(gè)目的部件的一組傳輸線(xiàn)。通俗的說(shuō)，就是多個(gè)部件間的公共連線(xiàn)，用于在各個(gè)部件之間傳輸信息。描述總線(xiàn)的參數(shù)有總線(xiàn)頻率和總線(xiàn)位寬（位數(shù)），總線(xiàn)的速度（也叫做帶寬）與它們成正比。前端總線(xiàn)是將CPU連接到北橋芯片的總線(xiàn)，所以前端總線(xiàn)的帶寬如果低于CPU的數(shù)據(jù)帶寬則會(huì)影響CPU的性能發(fā)揮。CPU北橋內(nèi)存AGP/PCI_E南橋FSB（前端總線(xiàn)）8QPI與DMI總線(xiàn)QPI是Intel的QuickPathInterconnect技術(shù)縮寫(xiě)為，譯為快速通道互聯(lián)。事實(shí)上它的官方名字叫做CSI，CommonSystemInterface公共系統(tǒng)界面，用來(lái)實(shí)現(xiàn)芯片之間的直接互聯(lián)，而不是在通過(guò)FSB連接到北橋。9QPI總線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)QPI使通信更加方便：QPI是在處理器中集成內(nèi)存控制器的體系架構(gòu)，主要用于處理器之間和系統(tǒng)組件之間的互聯(lián)通信（諸如I/O）。他拋棄了沿用多年的的FSB，CPU可直接通過(guò)內(nèi)存控制器訪問(wèn)內(nèi)存資源，而不是以前繁雜的“前端總線(xiàn)——北橋——內(nèi)存控制器”模式。高帶寬:QPI采用了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)設(shè)計(jì)，包括一對(duì)線(xiàn)路，分別負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，每一條通路可傳送20bit數(shù)據(jù)，其中4位用于循環(huán)校驗(yàn)（提高可靠性）、16位是用于真實(shí)有效的數(shù)據(jù)。這樣QPI總線(xiàn)的帶寬=QPI頻率×每次傳輸?shù)挠行?shù)據(jù)（16bit/8）×2（數(shù)據(jù)發(fā)送、接收可同時(shí)進(jìn)行）例如QPI頻率為6.4GT/S的帶寬為： 6.4GT/S×2×2=25.6GB/S

而FSB為1600MHz的總線(xiàn)帶寬為1600M（工作頻率）×64（位寬，也就是每次傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù)）÷8=12.8GB/S。多核間互傳數(shù)據(jù)不用經(jīng)過(guò)芯片組

QPI總線(xiàn)可實(shí)現(xiàn)多核處理器內(nèi)部的直接互聯(lián)，而無(wú)須像以前那樣還要再經(jīng)過(guò)FSB進(jìn)行連接。10DMI總線(xiàn)QPI總線(xiàn)的出現(xiàn)使得過(guò)去在北橋芯片內(nèi)的內(nèi)存控制器、PEI_E控制器甚至圖形芯片（GPU）逐步的集成到了CPU內(nèi)部，也就是說(shuō)過(guò)的北橋芯片完全集成到了CPU內(nèi)部并采用QPI總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)相互訪問(wèn)。而剩下的南橋芯片和CPU之間的數(shù)據(jù)通道就被稱(chēng)之為DMI（DirectMediaInterface的縮寫(xiě)，中文叫做直接媒體接口）總線(xiàn)。這樣兩個(gè)總線(xiàn)的傳輸任務(wù)就分工明確了，QPI管CPU內(nèi)部、DMI管CPU與外部的數(shù)據(jù)交換DMI（直接媒體接口）SATA內(nèi)存AGP/PCI_E南橋網(wǎng)卡鍵/鼠USBCPU（QPI總線(xiàn)）11CPU接口類(lèi)型CPU只有安裝到主板上才能進(jìn)行工作，我們把CPU與主板的連接形式叫做接口。

1.雙列直插式：曾用在4004、8080、8086等產(chǎn)品上2.插卡式：用在Intel的奔騰2代和早期的奔騰3代上叫做Slot1，同時(shí)期AMD的K7采用的是SlotA3.插座式（Socket）：是應(yīng)用最廣泛的接口類(lèi)型，比較典型的有Socket7、Socket370、Socket423、Socket478、Socket462、Socket754、Socket939等。4.觸點(diǎn)式：是當(dāng)前Intel采用的接口類(lèi)型，這類(lèi)接口將CPU上的針腳縮短并轉(zhuǎn)移到主板的CPU插座上。采用這種方式將對(duì)頻率的提升很有益處，也能夠使CPU在不提高成本的情況下加大針腳的密度，適合高功耗和高主頻的處理器。12CPU的多媒體指令集CPU依靠指令來(lái)計(jì)算和控制系統(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配合的指令系統(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。它可以增強(qiáng)CPU的多媒體、圖形圖像和Internet等方面的處理能力。我們通常會(huì)把CPU的擴(kuò)展指令集稱(chēng)為“CPU的指令集”。目前的CPU所支持的指令集有MMX（MultiMediaExtended）、SSE、SSE2、SSE3、SSE4.1，4.2，AVX等

132.3主流CPU產(chǎn)品與散熱器從1971年Intel的4004到現(xiàn)在的第三代i7處理器經(jīng)歷了40多年的發(fā)展過(guò)程，CPU的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)殘酷程度是難以想象的。在486為主的年代里曾經(jīng)有Intel、AMD、Cyrix、IBM、IDT、TI、VIA等諸多廠商活躍在市場(chǎng)上。但是隨著發(fā)展腳步的加快技術(shù)落后、研發(fā)能力差的廠家相繼退出了這個(gè)領(lǐng)域，剩下的只有Intel和AMD。14Intel公司的CPUIntel的6核處理器有酷睿i73900系列的3930K和3960X至尊版、主頻分別為3.2G和3.3GHz，有12條處理線(xiàn)程、二級(jí)緩存為256KB×6、分別有12MB和15MB的三級(jí)緩存、采用32nm制造工藝、功率為130W、采用了LGA2011接口。15Intel公司的CPUIntel的4核處理器有i73770和i53450、主頻分別為3.4G和3.1GHz，前者有8條處理線(xiàn)程后者為4條、都有256KB×4的二級(jí)緩存、分別有8MB和6MB的三級(jí)緩存、采用22nm制造工藝、工作功率為77W、采用了LGA1155接口。16Intel公司的CPUIntel的雙核處理器有酷睿i33220，主頻3.3GHz，雙核心4線(xiàn)程、內(nèi)置256KB×2的二級(jí)緩存和3MB的三級(jí)緩存、采用22nm制造工藝、工作功率為55W、采用了LGA1155接口17AMD公司的CPUAMD的8核處理器有AMDFX8150，主頻3.6GHz、二、三級(jí)緩存都是8M、采用32nm制造工藝、工作功率為125W、采用了SOCKETAM3+接口（938針）。18AMD公司的CPUAMD的6核處理器有AMDFX6100，主頻3.3GHz、二、三級(jí)緩存分別是6M和8M、采用32nm制造工藝、工作功率為95W、同樣采用了SOCKETAM3+接口（938針）。19AMD公司的CPUAMD的4核處理器A8-3870K的主頻3.0GHz、二級(jí)緩存4M、無(wú)三級(jí)緩存、采用32nm制造工藝、工作功率為100W、采用了SOCKETFM1接口（905針）。20.CPU選購(gòu)原則購(gòu)買(mǎi)時(shí)不能追求最新。新產(chǎn)品雖有諸多優(yōu)勢(shì)，但也存在價(jià)格虛高、配套的配件稀缺等缺點(diǎn)，再者說(shuō)歷史上有過(guò)幾次有瑕疵或是過(guò)度性的產(chǎn)品，如Pentium66和Socket423的P4等。在同個(gè)系列的產(chǎn)品中不要購(gòu)買(mǎi)高頻的產(chǎn)品。這也出于性?xún)r(jià)比的考慮，就是說(shuō)在核心架構(gòu)相同的前提下頻率的提高給系統(tǒng)帶來(lái)的性能提升十分有限，價(jià)格相差卻較為明顯。同時(shí)考慮其它配件的規(guī)格檔次和相互的兼容性等因素。CPU對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能影響不是唯一的，主板規(guī)格、內(nèi)存的容量速度通道數(shù)、顯示卡的規(guī)格數(shù)量等因素都要考慮在內(nèi)，避免攢出大馬拉小車(chē)或小馬拉大車(chē)的畸形電腦。根據(jù)個(gè)人使用計(jì)算機(jī)用途的不同來(lái)決定選擇Intel平臺(tái)還是AMD平臺(tái)的系統(tǒng)。21CPU散熱器凡是電子產(chǎn)品都會(huì)在加電工作時(shí)產(chǎn)生一定的熱量，這是不可避免的。但是過(guò)高的溫度會(huì)使設(shè)備工作不穩(wěn)定甚至燒壞。所以我們就采取一定的措施來(lái)保障它在工作時(shí)不能過(guò)熱。一般情況下人們采用的散熱方法是散熱器加風(fēng)扇的組合22散熱器選購(gòu)原則1.