電腦基礎知識第3章CPU課件

1、計算機裝配與維護第二章 中央處理器 CPU（Central Processing Unit）本章主要內容1、CPU的簡介與發(fā)展史2、CPU的接口類型3、CPU的主要性能指標4、CPU的主流產(chǎn)品5、CPU散熱器的選購6、CPU的安裝與拆卸方法一、CPU的簡介與發(fā)展史CPU (Central Processing Unit) ,即中央處理器，是整個電腦系統(tǒng)的核心，也是整個電腦系統(tǒng)最高的執(zhí)行單位。它負責整個電腦系統(tǒng)指令的執(zhí)行、數(shù)學與邏輯運算、數(shù)據(jù)存儲、傳送以及輸入輸出的控制。它由運算器和控制器組成，它的內部結構可以分為邏輯運算單元、控制單元和存儲單元三個部分。CPU具有三個基本功能：讀數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)

2、和寫數(shù)據(jù)。CPU發(fā)展簡介 1971年，Intel公司推出了世界上第一塊4位微處理器4004，含有2300個晶體管，時鐘頻率為1MHz，用于計算器上。它功能不全、實用價值不大，但為微型計算機的發(fā)展開辟了一條嶄新的途徑。 1978年6月，Intel公司推出了16位微處理器Intel 8086。Intel 8086Intel 4004芯片 第一代8086、80888088芯片 1979年6月，Intel公司推出了Intel 8088，內含29000個晶體管，主頻為4.77MHz，它的內部數(shù)據(jù)總線為16位，外部數(shù)據(jù)總線為8位，屬于準16位微處理器，地址總線為20位，尋址范圍為1MB內存。1981年，I

3、BM公司用Intel 8088芯片首先推出準16位IBM PC個人計算機，開創(chuàng)了全新的微機時代。第二代80286 1982年，Intel公司推出全16位微處理器芯片Intel 80286，內含13.4萬個晶體管。80286芯片內部和外部數(shù)據(jù)總線都為16位，地址總線24位，可尋址16MB內存，時鐘頻率6M20M。1984年，IBM公司以Intel 80286芯片為CPU，推出IBM-PC/AT機。 80286芯片1985年10月，Intel公司推出全32位微處理器芯片Intel 80386，內含27.5萬個晶體管。80386內部和外部數(shù)據(jù)總線都為32位，地址總線也是32位，可尋址4GB內存，時鐘

4、頻率12.5M33M。 Intel 80386第三代803861989年4月，Intel公司推出Intel 80486，內含120萬個晶體管。32位微處理器，時鐘頻率25M50M，帶有8K的L1Cache及浮點運算單元。 Intel 80486第四代80486 1993年，Intel公司推出Intel Pentium，采用0.8um制造工藝，早期Pentium工作在與系統(tǒng)總線相同的66M和60M頻率下，沒有倍頻設置。一年后，使用0.6um半導體制造工藝，供電電壓均為3.3 V，總線頻率60/66M，時鐘頻率達到75200M，帶有一個16KB的一級緩存，8KB用于數(shù)據(jù)，8KB用于指令。使用倍頻技

5、術，外頻倍頻=CPU工作頻率。1994年，Intel公司推出Intel Pentium Pro，含550萬個晶體管，時鐘頻率133MHz。首次將二級緩存整合到CPU上，工作頻率與CPU時鐘頻率相同，一級緩存為16KB，8KB用于數(shù)據(jù)，8KB用于指令，二級緩存256KB，系統(tǒng)總線為60/66M，0.35um制造工藝，它支持所有以前的Pentium指令。 第五代Pentium(即586)、 Pentium MMX、Pentium Pro1997年1月8日，Intel公司推出Intel Pentium MMX，含450萬個晶體管，它支持MMX多媒體新指令集，在x86指令集中加入了57條新指令，用于高

6、效的處理圖形、視頻、音頻數(shù)據(jù)，內部 Cache為32KB，0.35um制造工藝，采用雙電壓設計，內核電壓為2.8V，系統(tǒng)I/O電壓仍為3.3V，這就要求主機板增加一個電壓調整器，時鐘頻率166M233M，總線頻率66M。Intel Pentium MMXPentium Pro微處理器1997年4月2日，AMD搶在Intel發(fā)布PII CPU之前推出 AMD K6處理器，由于其性能與PII不相上下，而價格卻比PII低了不少，因而獲得了極大成功。1997年5月7日，Intel公司推出Intel Pentium，含750萬個晶體管，帶有MMX指令，核心電壓為2.0V，0.25um制造工藝，采用Slo

7、t1架構，工作在66/100M外頻，頻率為233M450M。 Intel PentiumII第六代Pentium/Pentium III、Celeron1998年：Intel公司推出Celeron，0.25um制造工藝，Slot1架構，沒有片內L2緩存，所以它的整數(shù)運算能力很差。66M外頻，核心工作電壓為2.0V。 Intel Celeron1999年2月22日，AMD發(fā)布K6-III 400MHz CPU，集成2300萬個晶體管，采用Socket 7結構。 K6-III1999年2月26日，Intel公司推出了Pentium CPU芯片，它的集成度達到800萬個晶體管，0.18um制造工藝，

8、Slot1架構，32KB一級緩存和256KB二級高速緩存，100M/133M外頻，包括MMX指令和Intel自己的3D指令SSE（因特網(wǎng)數(shù)據(jù)流單指令擴展，有71條指令）內核工作電壓為1.6V。 Pentium1999年6月23日，AMD推出AMD Athlon (K7) 處理器。其超標量浮點單元及200MHz系統(tǒng)總線使其性能達到了以前x86處理器從未達到的水平。 AMD Athlon第七代Pentium 42000年3月29日，Intel公司推出了Celeron，0.18um制造工藝，SSE指令，128KB L2，66M外頻。2000年6月，Intel公司又推出了Pentium 4 CPU芯片

9、，Netburst 結構的Pentium 4 起始頻率為1.4GHz。2001年8月20日，AMD公司推出Athlon 4 及Duron芯片系列的新產(chǎn)品。 Duron2001年8月28日，Intel正式發(fā)布了代號為Willamette的P4 CPU，最高頻率為2GHz，采用0.18um制造工藝。2001年10月8日，AMD宣布推出AthlonXP處理器系列，它采用專業(yè)3D Now!指令集，在封裝上采用OPGA（有機管腳陣列），在性能和性價比方面都超過同頻率的Intel處理器。2002年1月7日，Intel正式發(fā)布了代號Northwood的P4 CPU，起始頻率2GHz，采用0.13um銅制造工

10、藝，標志著CPU進入0.13um制造工藝時代。目前的主頻為2.0GHz、2.20GHz、2.26GHz、2.40GHz、2.53GHz、3.06 GHz和3.2GHz等。P42002年3月，AMD公司正式展示其基于Thoroughbred核心的AthlonXP2800+處理器，采用0.13um制造工藝。不久又發(fā)布了Barton核心的AthlonXP處理器。2003年9月，AMD公司發(fā)布了Athlon 64位處理器。AMD Athlon 64 FX處理器既可以確保32位應用程序能夠發(fā)揮卓越的性能，也可以支持未來一代的64位軟件，是可以同時支持32位及64位計算的個人電腦處理器。 其他廠家的中國的

11、龍芯俄羅斯MCST R500 其他廠家的二、CPU的類型劃分1、按廠家劃分 Intel和 AMD2、按使用規(guī)格劃分 臺式機和筆記本電腦3、按CPU的接口劃分 ocket（針腳式）和Slot（插卡式）二、CPU的分類2.1、針腳式Socket架構的CPU Intel(socket 775 socket 478) AMD (socket 939 socket754)2.2、插卡式的Slot架構的CPU Intel(Slot 1) AMD (Slot A)CPU的接口 Socket插座 :Socket 7插座 具有321個插孔，所支持的外頻一般為60MHz、66MHz、75MHz、83MHz。Soc

12、ket 7適用范圍很廣，主要適用于Intel的Pentium、Pentium MMX，AMD的K5、K6、K6-2、K6-，Cyrix的M等。 隨后出現(xiàn)的Super 7標準是在Socket 7基礎上發(fā)展起來的，是由AMD、VIA、ALI、SIS等廠商倡導并創(chuàng)建的標準。Super7增加了對處理器100MHz外頻、AGP的支持，可以支持AMD K6-2、K6-處理器。 Socket 7插座Socket 478插座 具有478個插孔，適用于目前主流Pentium 4處理器，具有較好的硬件搭配和升級能力。 Socket 478插座Socket T插座 Intel即將推出的Socket T插座具有775

13、個插孔，適用于即將推出的LGA封裝的Prescott和Tejas處理器。 Socket T插座Slot插槽 :Slot 1插槽 是Intel在推出Pentium時提出的一種規(guī)范。Slot 1插槽是一個狹長的242引腳的插槽，占據(jù)的空間較大，CPU安裝起來有點費勁。Slot 1可以支持采用SEC（單邊接觸）封裝技術的Pentium、Pentium 和Celeron 處理器。Slot 1插槽Slot 1Slot 1 CPUSlot 1架構的插槽Slot 1架構的CPU插槽Slot 2插槽 采用該接口的CPU主要是用于高端工作站和服務器的Intel Xeon（至強）系列，在家用機和普通商用機中并不多

14、見。Slot A插槽 從外觀上看，Slot A和Slot 1很相似，其安裝就像是把Slot 1旋轉180度，但兩者的電器性能并不兼容。Slot A適用于AMD Athlon處理器。 三、CPU的性能指標1、主頻2、外頻3、一級緩存和二級緩存4、工作電壓5、前端總線頻率6、支持的指令集7、制造工藝8、超線程技術（Hyper-Therading）1、主頻 主頻指的是CPU內核運行時的時鐘頻率，單位為（MHz）兆赫茲。主頻的高低直接影響到CPU的運算速度，頻率越高，速度越快。 如：Pentium 4 3.4G(主頻為3400MHz) Celeron 2.0G(主頻為2000MHz)2、外頻 外頻是C

15、PU與主板之間同步運行的速度，單位也是MHz。 外頻越高，CPU就可以同時接收更多的來自外部設備的數(shù)據(jù)，從而使整個電腦速度更快。 100MHz外頻之下的Celeron 800MHz比66MHz外頻之下的Celeron 800MHz運行速度快。目前主流CPU的外頻100MHz、133MHz、200MHz三種。倍頻 指CPU的主頻和系統(tǒng)總線（外頻）間相差的倍數(shù)，倍頻越高，主頻就越高。 在286時代，還沒有倍頻的概念，CPU的主頻和系統(tǒng)總線的速度一樣。隨著計算機技術的發(fā)展，內存、主板和硬盤等硬件設備逐漸跟不上CPU速度的發(fā)展，而CPU的速度理論上可以通過倍頻無限提升 CPU主頻=外頻倍頻。 超頻 在

16、倍頻一定的情況下，要提高CPU的運行速度只能通過提高CPU外頻來實現(xiàn)；在外頻一定的情況下，提高倍頻也可以實現(xiàn)目的。所謂的“超頻”，就是通過提高外頻或倍頻實現(xiàn)的。目前的CPU倍頻一般都已經(jīng)在出廠前被鎖定（除了部分工程樣品），而外頻則未上鎖。部分CPU，如AMD的Duron和雷鳥能夠通過特殊手段對其倍頻進行解鎖而實現(xiàn)超頻，而Intel的CPU則不可。 3、前端總線（FSB）是CPU和北橋芯片之間的通道，負責CPU與北橋芯片之間的數(shù)據(jù)傳輸,也是數(shù)據(jù)傳輸率，即數(shù)據(jù)帶寬（有時也稱傳輸帶寬）。 前端總線的速度主要是用前端總線的頻率來衡量，前端總線的頻率有兩個概念，一是總線的物理工作頻率（外頻），二是有效工

17、作頻率（是我們說的FSB頻率）。數(shù)據(jù)帶寬 =（總線頻率數(shù)據(jù)位寬） 8如：100MHz前端總線數(shù)據(jù)帶寬(100MHZ 64bit) 8Byte/bit=800MB/s目前的系統(tǒng)總線有266MHz、333MHz、400MHz、533MHz、800MHz幾種。前端總線頻率FSB在AMD的雷鳥系列CPU發(fā)布以前，CPU的外頻和前端總線保持一致，因此人們通常把外頻和前端總線都用外頻表示。 公司名稱CPU名稱外頻前端總線IntelCeleron（賽揚），Celeron II66MHz，100MHz66MHz，100MHzPII CPU100MHz100MHzPIII CPU100MHz，133MHz100

18、MHz，133MHzP4100MHz，133MHz，200MHz400MHz，533MHz，800 MHzAMDK6-2 350以上（包括部分K6-2 300）100MHz100MHzK7 (Athlon)，Duron，Thunderbird100MHz，133MHz200MHz，266MHzAthlon XP133MHz，200MHz266MHz，400MHzVIAMIII (CyrixIII)，C3133MHz133MHz4、 高速緩存 高速緩存是一種速度比內存更快的存儲設備，其功能是減少CPU因等待低速設備所導致的延遲進而改善系統(tǒng)性能。它一般集成于CPU芯片內部，用于暫時存儲CPU運算時

19、的部分指令和數(shù)據(jù)。 高速緩存分為L1 Cache（一級高速緩存）和L2 Cache（二級高速緩存）。L1和L2 Cache的容量和工作速率對提高計算機速度起關鍵作用。 一級緩存和二級緩存CPU讀取數(shù)據(jù)的順序 緩存是可以進行高速數(shù)據(jù)交換的存儲器，它先于內存與CPU交換數(shù)據(jù)，速度及快，又稱為高速緩存。一級緩存二級緩存內 存硬 盤CPU一級緩存（L1 Cache，內部緩存）二級緩存（L2 Catch，外部緩存）二級緩存是CPU性能表現(xiàn)的關鍵之一，在CPU核心不變化的情況下，增加二級緩存容量能使性能大幅度提高 5、 工作電壓 CPU內核工作電壓越低則表示CPU制造工藝越先進，也表示CPU運行時耗電功率

20、越小。在Intel的Pentium MMX之前，所有的CPU均采用單一的電壓工作，自Pentium MMX開始，CPU運行時需要由主板分別提供I/O電壓 (Vi/o) 和內核 (Vcore) 電壓，直到目前為止所有Soket架構的CPU仍然采用這種方式供電。Slot 1架構的同樣也有Vcore和Vcc二種工作電壓，其中Vcc與Socket架構CPU的Vi/o相似。 6、支持的指令集Intel公司的MMX(多媒體擴展指令集）和SSE（單指令多數(shù)據(jù)流擴展）AMD公司的“3D Now!”和 “3D Now!+指令集” 指令集MMX技術 是Intel公司開發(fā)的多媒體擴充指令集，共有57條指令，該技術一

21、次能處理多個數(shù)據(jù)。通常用于動畫再生、圖像加工和聲音合成等處理。SSE指令 SSE（Streaming SIMD Extensions）指令集指Intel 在Pentium 處理器中添加的70條新的指令,又稱為“MMX 2指令集”。它可以增強三維和浮點運算能力，并讓原來支持MMX的軟件運行得更快。SSE指令可以兼容以前的所有的MMX指令，新指令還包括浮點數(shù)據(jù)類型的SIMD，CPU會并行處理指令，因而在軟件重復做某項工作時可以發(fā)揮很大優(yōu)勢。 SSE2指令 SSE 2指令集集成在Intel的Pentium 4中，以加快3D、浮點以及多媒體程序代碼的運算性能，該指令集內包括144條指令。 3DNOW！

22、技術 是AMD公司在K6-2，K6-和K7處理器中采用的技術，也是為了處理多媒體而開發(fā)的。3DNOW！技術實際上是指一組機器碼級的擴展指令集（共21條指令）。這些指令仍然以SIMD（單指令多數(shù)據(jù)技術）的方式實現(xiàn)一些浮點運算、整數(shù)運算、數(shù)據(jù)預取等功能。而這些運算類型（尤其是浮點運算）是從成百上千種運算類型中精算出來的在3D處理中最常用的。7、制造工藝 制造工藝的關鍵是用來表示組成芯片的電子線路或元件的細致程度，采用的單位是m（微米）。 其值越小制造工藝越先進，集成的晶體管越多，CPU達到的頻率也就越高。Pentium 4、Athlon XP采用0.13 mPentium 4（）采用.m8、超線程

23、技術 超線程技術（Hyper-Threading,簡稱）是Intel公司一項較新的技術，主要是指在中加入了兩個邏輯處理單元，可以使芯片同時進行多線程處理，使芯片性能得到提升。使用這項技術，處理器的資源利用率平均可提升40%，大大增加了處理器的可用性能。CPU 識別Intel CPU生產(chǎn)地代表66外頻128K二級緩存CPU的主頻533A工作電壓是1.5V四 主流CPU介紹 主流CPU Intel公司 Pentium III處理器Celeron處理器 Pentium 4處理器 Prescott和Tejas處理器 AMD（超微） Duron處理器 ThunderBird處理器 AthlonXP處理器

24、 Athlon(速龍)、Semprom(閃龍) Pentium D、Pentium XEPentium D和Pentium Extreme Edition（Pentium XE）均是雙核處理器Pentium D處理器是兩顆Pentium 4的整合 Pentium D處理器擁有2個家族：800家族和900家族 Pentium XE處理器是Pentium D與HT超線程技術的結合 核心封裝接口FSB(MHz)L2(KB)工藝(nm )Pentium DSmithfield PLGA LGA775533/8002x1M90Presler PLGA LGA7758002x2M65Pentium XES

25、mithfield PLGA LGA7758002x1M90Presler PLGA LGA77510662x2M652 Pentium D、Pentium XE 你認識它們嗎？PLGA封裝的Pentium XE（背面）處理器 PLGA封裝的Pentium D處理器 Core 2Core 2（酷睿2）是英特爾推出的采用全新Core微架構的處理器 目前分為Duo（雙核）、Extreme（至尊版）以及Quad（四核）三種型號 不再單純注重處理器頻率的提升，在其他一些例如緩存內存效率、核心數(shù)量等方面作出優(yōu)化 處理器功耗低核心封裝接口FSB(MHz)L2(KB)工藝(nm )Core 2 DuoAll

26、endale PLGA LGA775800/10662M65Conroe PLGA LGA77510664M65Core 2 Quad Kentsfield PLGA LGA77510662x4M65Core 2 Extreme Conroe PLGA LGA77510664M65Kentsfield PLGA LGA77510662x4M652 Core 2 你認識它們嗎？PLGA封裝的Core 2 Duo處理器 AMD-K6系列第六代內部設計，第五代外部接口 業(yè)界標準的MMX指令支持 K6-2處理器中支持3DNow！，增加了21條圖形和聲音處理指令 K6-3處理器中256KB片上全核心速L

27、2高速緩存 K6-3處理器 K6-2處理器 K6處理器 Athlon系列AMD公司的K7微處理器被正式命名為Athlon 支持3DNow! 、Enchanced 3Dnow! 、3DNow! Professional多媒體擴展指令集 支持MMX、SSE、SSE2多媒體擴展指令集 采用EV6總線，數(shù)據(jù)時鐘是真實時鐘速度的兩倍 最新版本采用銅芯片互連技術從Palomino 核心開始改名為Athlon XP并使用P速率來標記 Athlon系列核心封裝接口FSB(MHz)L2(KB)工藝(m )AthlonK7 Card module Slot A2005120.25K75 Card module S

28、lot A2005120.18Thunderbird Card moduleCPGA Slot ASocket A200/2662560.18Athlon XPPalomino OPGASocket A2662560.18Thoroughbred OPGA Socket A266/333256/5120.13Thorton OPGA Socket A3332560.13Barton OPGA Socket A333/4005120.13Athlon系列OPGA封裝的Athlon XP處理器 CPGA封裝的Athlon處理器 Card module封裝的Athlon處理器 你認識它們嗎？Duro

29、nDuron帶少量L2高速緩存，是Athlon的低價版本Duron采用實際頻率來命名其他性能與同核心的Athlon處理器相同核心封裝接口FSB(MHz)L2(KB)工藝(m )Spitfire CPGA Socket A200640.18Morgan CPGA Socket A200640.18Appelbred OPGASocket A266640.18 Duron你認識它們嗎？CPGA封裝的Duron處理器OPGA封裝的Duron處理器Athlon 64系列全球第一款桌面系統(tǒng)64位處理器正式發(fā)布64位計算能力 超過4GB的內存尋址能力 處理器內部集成內存控制器 采用HyperTranspo

30、rt總線 Execution Protection防病毒技術 CoolnQuiet技術 MMX、3DNow！、SSE、SSE2全面支持，部分支持SSE3 Athlon 64 X2系列支持雙核技術 Athlon 64 FX是Athlon 64處理器系列中面向高端桌面的產(chǎn)品，可以提供更高的頻率和更強的性能 Athlon 64系列處理器主要有四種接口 Athlon 64系列核心封裝接口HT(MHz)L2(KB)工藝(nm )Athlon 64 ClawHammer OPGASocket 754/939800512/1024130NewCastle OPGASocket 754/939800/1000

31、512130Winchester OPGASocket 939100051290Venice OPGASocket 939100051290San Diego OPGASocket 9391000100090Orleans OPGASocket AM2100051290Athlon 64 FXSledgehammer CPGA Socket 9408001024130ClawHammer OPGA Socket 9398001024130San Diego OPGA Socket 9391000102490Toledo OPGA Socket 93910002x102490Windsor OP

32、GA Socket AM210002x102490Athlon 64 X2Manchester OPGA Socket 93910002x51290Toledo OPGA Socket 93910002x102490Windsor OPGASocket AM210002x512/2x102490Athlon 64系列你認識它們嗎？CPGA封裝的Athlon 64 FX 51處理器OPGA封裝的Athlon 64系列處理器2.14.12 Sempron Sempron用來取代Duron產(chǎn)品線 Sempron與Athlon XP以及Athlon 64系列處理器主要差異在于L2緩存的大小其他性能與同核心的Athlon XP、Athlon 64系列處理器相同核心封裝接口FSB/HT(MHz)L2(KB)工藝(nm )Thoroughbred OPGASocket A333256130Barton OPGASocket A333512130Paris OPGASocket 754800256130Oakville OPGASocket 754800128/25690Palermo OPGASocket 754800128/25690Manila OPGASocket AM21