《計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)》第二章CPU與CPU風(fēng)扇

12.1CPU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2CPU（CentralProcessingUnit）是中央處理器的英文縮寫，微型計(jì)算機(jī)的CPU又稱為微處理器。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32.2CPU的性能指標(biāo)1、核心數(shù)量2、CPU的頻率3、CPU的工作電壓4、制造工藝5、緩存（Cache）6、前端總線（FSB）2.2CPU的性能指標(biāo)7、QPI與DMI總線8、CPU接口類型9、多媒體指令集10、睿頻技術(shù)11、集成顯卡4核心數(shù)量5核心：又稱為內(nèi)核。CPU中心部位就是核心，是由單晶硅以一定的生產(chǎn)工藝制造出來(lái)的。所有的運(yùn)算都由核心執(zhí)行。CPU核心都具有固定邏輯結(jié)構(gòu)，一級(jí)緩存、二級(jí)緩存、三級(jí)緩存、執(zhí)行單元、指令級(jí)單元和總線接口等邏輯單元都會(huì)有科學(xué)的布局。目前PC機(jī)的CPU核心數(shù)最多為8核心6CPU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)7CPU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主頻的重要前提之一8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，單位為微米或納米。主流CPU制程為22納米，第六代酷睿已經(jīng)采用了14納米工藝。制造工藝的提高能為我們帶來(lái)以下幾方面的好處：1.降低CPU的工作電流、電壓從而降低功率。2.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.

降低發(fā)熱量，提高穩(wěn)定性。4.處理器的核心面積減小，降低了CPU的生產(chǎn)成本，從而降低CPU的銷售價(jià)格9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

10前端總線（FSB）總線是將數(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。通俗的說(shuō)，就是多個(gè)部件間的公共連線，用于在各個(gè)部件之間傳輸信息。描述總線的參數(shù)有總線頻率和總線位寬（位數(shù)），總線的速度（也叫做帶寬）與它們成正比。前端總線是將CPU連接到北橋芯片的總線，所以前端總線的帶寬如果低于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）11QPI與DMI總線

QPI是Intel的QuickPathInterconnect技術(shù)縮寫為，譯為快速通道互聯(lián)。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。12QPI總線的優(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——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。13DMI總線QPI總線的出現(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)通道就被稱之為DMI（DirectMediaInterface的縮寫，中文叫做直接媒體接口）總線。這樣兩個(gè)總線的傳輸任務(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）14CPU接口類型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采用的接口類型，這類接口將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。15CPU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

16睿頻技術(shù)

睿頻是指處理器應(yīng)對(duì)復(fù)雜應(yīng)用時(shí)，自動(dòng)加速到更高的頻率，使運(yùn)行速度提升10%~20%以保證程序流暢運(yùn)行的一種技術(shù)。

該技術(shù)普遍運(yùn)用在中高端CPU上，低端產(chǎn)品不支持睿頻技術(shù)。集成顯卡17集成顯卡：主板北橋芯片集成了顯示卡芯片的主板稱為整合主板，該北橋集成的顯示卡芯片為集成顯卡的核心，該核心和顯存組成了集成顯卡。

集成顯卡通常從主內(nèi)存劃分出一部分當(dāng)顯存使用。182.3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。19Intel公司的CPU酷睿i7-5960X是一款面向頂級(jí)用戶的高性能處理器，擁有8核心16線程，三級(jí)緩存高達(dá)20MB展現(xiàn)出超強(qiáng)的運(yùn)算性能，支持4通道DDR4內(nèi)存。采用LGA2011-V3接口Intel公司的CPU20酷睿i7-5820K、其主頻3.3GHz最大睿頻3.6GHz，有12條處理線程、二級(jí)緩存為256KB×6、15MB的三級(jí)緩存、支持4通道DDR4內(nèi)存。采用22nm制造工藝、功耗為140W、采用了LGA2011-v3接口21Intel公司的CPU

4核處理器有六代酷睿i7-6700K和Intel酷睿i5-3450，主頻分別為4G和3.1GHz，前者有8條處理線程后者為4條、都有256KB×4的二級(jí)緩存、分別有8MB和6MB的三級(jí)緩存、其中6700K采用14nm工藝、功耗95W、采用了LGA1151接口、支持雙通道DDR4內(nèi)存，而i5-3450則采用22nm制造工藝、工作功率為77W、采用了LGA1155接口22Intel公司的CPU

酷睿i3-4160主頻3.6GHz，雙核心4線程、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54W、采用了LGA1150接口23AMD公司的CPU

AMDFX-8350，主頻4GHz、二級(jí)和三級(jí)緩存都是8MB、采用32nm工藝、功耗125W、SOCKETAM3+接口（938針）

8350采用8核心四模塊設(shè)計(jì)，2個(gè)核心=1個(gè)模塊，1個(gè)模塊共享一個(gè)浮點(diǎn)單元，也就是這個(gè)處理器有8個(gè)核心，8個(gè)整數(shù)單元、4個(gè)浮點(diǎn)單元。24AMD公司的CPU

A10-7870K是AMD最新一代旗艦級(jí)APU、沿用FM2+接口，采用原生四核心設(shè)計(jì)、二級(jí)緩存為4MB。同時(shí)，7870K的GPU單元采用了鐳R7顯示核心，核心頻率提升至866MHz。25AMD公司的CPU

速龍ⅡX4641是一款4核處理器，主頻2.8GHz、二級(jí)緩存4MB、無(wú)三級(jí)緩存、32nm工藝、功耗為100W。26.CPU選購(gòu)原則購(gòu)買時(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)買高頻的產(chǎn)品。這也出于性價(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或小馬拉大車的畸形電腦。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)。27CPU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