第2章中央處理器

2.1CPU基本原理、分類、結(jié)構(gòu)和參數(shù)2.2CPU的發(fā)展2.3主流CPU產(chǎn)品型號2.4CPU散熱器第2章

中央CPU2.1CPU的基本原理、分類、結(jié)構(gòu)和主要參數(shù)2.1.1CPU的基本工作原理CPU由運(yùn)算器和控制器組成。內(nèi)部分為控制單元、邏輯單元和存儲單元,相互協(xié)調(diào)，進(jìn)行分析、判斷、運(yùn)算，并控制計(jì)算機(jī)各部分協(xié)調(diào)工作。運(yùn)算器主要完成各種算術(shù)運(yùn)算（如加、減、乘、除等）和邏輯運(yùn)算（如邏輯加、邏輯乘和邏輯非運(yùn)算等）；控制器讀取指令，對指令進(jìn)行分析，做出相應(yīng)的控制。寄存器存放可直接參與運(yùn)算的中間結(jié)果。2.1.2CPU的分類（1）按CPU的生產(chǎn)廠家分類（2）按CPU的位數(shù)分類（3）按CPU的接口分類（4）按CPU型號或標(biāo)稱頻率分類386/486/P（5）按CPU的核心數(shù)量分類:單核/雙核/4核/6/8（6）按CPU的制造工藝分類：95/45/32/22（7）按適用類型分類①桌面版②移動版③服務(wù)器版2.21.3CPU的外部結(jié)構(gòu)1．CPU的基板基板承載CPU核心用的電路板。2．CPU的核心CPU中間凸起部分是核心芯片或CPU核心（Die），是CPU硅晶片部分。圖2-36AthlonXP的外觀圖2-37Pentium4的外觀3．CPU的編碼注明CPU的名稱、時鐘頻率、二級緩存、前端總線、內(nèi)核電壓、封裝方式、產(chǎn)地、生產(chǎn)日期等信息。4．CPU的接口CPU的封裝形式主要分為兩大類：針腳式的Socket類型，插卡式的Slot類型。圖2-32Socket7CPU插座(1)Socket7插座(321)(2)Socket370插座

Intel的Socket370支持CeleronII、PentiumIII、CyrixIII和VIAC3圖2-33Socket370CPU插座(3)SocketA插座

AMDSocketA（Socket462）是為AthlonCPU設(shè)計(jì)的接口標(biāo)準(zhǔn)。Athlon、Duron和AthlonXP

CPU都采用。圖2-34SocketACPU插座(4)(4)Socket478IntelSocket478接口支持Pentium4CPU圖2-35Socket478CPU插座（5）Socket775LGA接口IntelLGA775封裝的CPU所對應(yīng)的CPU接口（6）SocketAM2/AM2+接口2006.5發(fā)布支持DDR2內(nèi)存的AMD64位桌面CPU的插槽標(biāo)準(zhǔn)，有940個針腳插孔2.1.4CPU的主要技術(shù)參數(shù)

Intel酷睿i74770K（盒）重要參數(shù)插槽類型：LGA1150CPU主頻：3.5GHz最大睿頻：3.9GHz:cpu自動超頻/降頻。i3不支持睿頻，i5，i7都支持。制作工藝：22納米二級緩存：4×256KB三級緩存：8MB核心數(shù)量：四核心八線程核心代號：Haswell熱設(shè)計(jì)功耗(TDP)：84W適用類型：臺式機(jī)倍頻：39倍外頻：100MHzIntel酷睿i74770K（盒）基本參數(shù)適用類型 臺式機(jī)CPU系列酷睿i74700CPU主頻 3.5GHz最大睿頻 3.9GHz外頻 100MHz倍頻 39倍插槽類型 LGA1150核心代號 Haswell核心數(shù)量 四核心線程數(shù) 八線程制作工藝 22納米熱設(shè)計(jì)功耗(TDP) 84W熱設(shè)計(jì)功耗（ThermalDesignPower，TDP）是指CPU負(fù)荷最大時釋放出的熱量，單位是瓦特（W）。一級緩存 2×64KB二級緩存 4×256KB三級緩存 8MB技術(shù)參數(shù) 內(nèi)存控制器 雙通道DDR3160064位處理器 是1．CPU型號目前常見的IntelCPU型號:

Core2四核極品系列：IntelCore2ExtremeQX9650（3.0GHz，45nm）、QX6850（3.0GHz，65nm）等型號。

Core2四核系列：IntelCore2QuadQ9300（2.5GHz，6MBL2）、Q9450（2.66GHz，12MBL2）、Q9550（2.83GHz，12MBL2）等型號，IntelCore2QuadQ6600（2.4GHz）、Q6700（2.66GHz）等型號。

Core2雙核極品系列：IntelCore2ExtremeX6800（2.93GHz）等型號。常見的AMDCPU型號:

Phenom羿龍X4四核系列：AMDPhenomX49900（2.3GHz）、PhenomX49700（2.2GHz）、PhenomX49600（2.3GHz）、PhenomX49100e（1.8GHz）等型號。

Phenom三核系列：AMDPhenom8600（2.3GHz）等型號。

Athlon64X2雙核系列：AMDAthlon64X25200+（2.7GHz）、5000+（2.6GHz）、4800+（2.5GHz）、4400+（2.3GHz）、4000+（2.1GHz）等型號。2．核心類型為了便于對CPU的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售進(jìn)行管理，CPU制造商會對各種CPU核心給出相應(yīng)的代號例如，IntelCore2Duo有Conroe、Wolfdale等核心類型，AMDAthlon64X2有Toledo、Windsor等核心類型。3．主頻主頻:CPU核心工作的時鐘頻率（CPUClockSpeed），單位為MHz或GHz。4．外頻又稱外部時鐘頻率，單位為MHz，是由主板提供的系統(tǒng)總線的工作頻率，是CPU與主板之間同步運(yùn)行的時鐘頻率。例如，IntelCore2Duo和AMDAthlonX2的外頻為200、333MHz。5．倍頻倍頻系數(shù):CPU的運(yùn)行頻率與系統(tǒng)外頻之間的倍數(shù)，也就是降低CPU主頻的倍數(shù)。三者的關(guān)系為：CPU的主頻（內(nèi)部運(yùn)行的頻率）=外頻倍頻系數(shù)。6．前端總線（FrontSideBus，F(xiàn)SB）前端總線也稱為CPU總線，是PC系統(tǒng)中最快的總線，也是芯片組與主板的核心。前端總線主要由CPU使用，用來與高速緩存、主存和北橋之間傳送信息。需要主板和CPU都支持某個前端總線，系統(tǒng)才能工作,266MHz、333MHz、400MHz、533MHz、800MHzIntel采用QDR（QuadDateRate）4倍并發(fā)技術(shù)，F(xiàn)SB的頻率為外頻的4倍.AMDK7采用EV6技術(shù)，F(xiàn)SB的頻率為外頻的2倍Athlon64采用HyperTransport總線,使FSB為外頻的4倍對于Athlon64、Athlon64X2、Phenom，內(nèi)存控制器在CPU內(nèi)部，不存在內(nèi)存控制器和CPU之間的FSB。集成在CPU內(nèi)部的內(nèi)存控制器與CPU速度相同。AMD取消FSB，采用HyperTransport（簡稱HT）來完成CPU與主板北橋芯片組之間的連接，速度將會因平臺而異，HT總線頻率有1GHz/s、1.61GHz/s、2GHz/s、3.6GHz/s等。配合有效的雙通道內(nèi)存控制設(shè)計(jì)，在內(nèi)存應(yīng)用效率和速度方面，Athlon64平臺將會在內(nèi)存帶寬效率上超出同等Pentium4、Core2Duo平臺不少。FSB也用數(shù)據(jù)傳輸最大帶寬表示，F(xiàn)SB與數(shù)據(jù)傳輸最大帶寬的關(guān)系為：CPU數(shù)據(jù)傳輸最大帶寬[CPU前端總線位寬（主流CPU、內(nèi)存均為64bit）CPU前端總線頻率]/8IntelCore2Duo的FSB與帶寬的關(guān)系見表2-1。7．高速緩存（Cache）用來存儲常用或即將用到的數(shù)據(jù)或指令，當(dāng)CPU需要這些數(shù)據(jù)或指令時，直接從高速緩存中讀取，而不用再到內(nèi)存甚至硬盤中去讀取，大幅度提升CPU的處理速度。緩存分為L1Cache（一級緩存）。L2Cache（二級緩存）。L3Cache（三級緩存）。CPU在讀取數(shù)據(jù)時，尋找順序依次是L1Cache→L2Cache→L3Cache→內(nèi)存→外存儲器。圖2-36內(nèi)存層次結(jié)構(gòu)圖8．指令集決定CPU能夠運(yùn)行什么樣的程序，指令越多，功能越強(qiáng)大。增加新指令，以增強(qiáng)CPU系統(tǒng)功能。x86指令集是Intel公司為其第一塊16位CPUi8086專門開發(fā)的指令集，為提高浮點(diǎn)數(shù)據(jù)處理能力而增加了x87芯片，以后就將x86指令集和x87指令集統(tǒng)稱為x86指令集。9．CPU擴(kuò)展指令集是CPU增加的多媒體或者3D處理指令,以提高CPU處理多媒體和3D圖形的能力有MMX（MultiMediaExtension，多媒體擴(kuò)展指令）SSE（StreamingSIMDExtensions，單一指令多數(shù)據(jù)流擴(kuò)展）SSE2（新增加了144條SSE指令，因而稱為SSE2）3DNow!、SSE3、SSE4指令集等。10．字長及64位技術(shù)CPU一次同時處理的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)叫做字長或位寬。Pentium4和AthlonXP都是32位的。64位（bit）技術(shù)是指CPU中通用寄存器的數(shù)據(jù)寬度為64位，采用64位指令集可以一次傳輸、運(yùn)算64位的數(shù)據(jù)。11．雙核心/多核心（Dual/MultiCore）CPU雙核心/多核心CPU，就是在一塊CPU基板上集成兩顆或兩顆以上CPU核心，并通過并行總線將各CPU核心連接起來。12．工作電壓指CPU核心正常工作所需的電壓。根據(jù)CPU的制造工藝而定的。制造工藝數(shù)值越小，核心工作電壓越低，一般在1.3～3V之間。13．制造工藝制造工藝(制程寬度或制程)是指芯片上晶體管和晶體管之間導(dǎo)線連線的寬度，簡稱線寬。一般用m（微米）或nm（納米）表示。早期的連線采用鋁連線，后來采用銅連線。制作工藝的提高，意味著CPU的體積將更小，集成度更高，耗電更少。IntelCore2Duo、AMDAthlon64X2采用65nm、45nm的制造工藝。14．封裝技術(shù)封裝是指將集成電路用絕緣的塑料或陶瓷材料打包的技術(shù)。芯片的封裝技術(shù)從DIP、PQFP、PGA、BGA到FC-PGA，指標(biāo)一代比一代先進(jìn)。目前封裝技術(shù)適用的芯片頻率越來越高，散熱性能越來越好，引腳數(shù)增多，引腳間距減小，重量減小，可靠性也越來越高。15．CPU的超線程技術(shù)超線程技術(shù)（Hyper-Threading，HT）是一種同步多線程執(zhí)行技術(shù)，采用此技術(shù)的CPU內(nèi)部集成了兩個邏輯CPU單元，相當(dāng)于兩個CPU同時在工作，可同時處理兩個獨(dú)立的線程。就是把一個CPU“虛擬”成兩個CPU，達(dá)到兩個CPU工作的效果，加快了運(yùn)算速度。1．4位CPU—Intel40041971，Intel把運(yùn)算器和控制器集成，發(fā)布第一款CPU芯片4004。2.2CPU的發(fā)展2．8位CPU——Intel8008/80801972，Intel推出8位8008。1974，改進(jìn)型8080。Motorola8位MC68003．16位CPU—Intel8086/8088/80286（1）Intel8086/8088

CPU1978，Intel推出首枚16位CPU80861979，Intel推出8088,

4.77MHZ1981，用CPU8088制作IBMPC51501983，用CPU8088制作IBMPC/XT（2）Intel80286CPU1982，推出80286。1985用于IBMPC/AT4．32位CPU——Intel80386/80486（1）Intel80386CPU1985，Intel發(fā)布80386,主頻:12.5~33MHZ80386SX，外部16位/內(nèi)部32位數(shù)據(jù)傳送80386DX，內(nèi)外皆為32位數(shù)據(jù)傳送AMD、Cyrix、IBM等生產(chǎn)與80386兼容芯片。Motorola的MC68030（2）Intel80486CPU1989，推出8048680486SX，外部16位，內(nèi)部32位數(shù)據(jù)傳送，80486DX，內(nèi)外為32位，主頻為33MHZ。80486DX2，內(nèi)外為32位，主頻為66MHZ。其他公司推出與80486兼容的CPU芯片。486DX2/486DX4出現(xiàn)倍頻，80486DX2-66，主頻66MHz/外頻33MHz（3）IntelPentiumCPU1993.3，推出Pentiumclassic經(jīng)典奔騰，代號P54C，主頻66～133MHZ。0.60和0.35um制造工藝。（4）IntelPentiumⅡCPU1997，Intel發(fā)布PentiumⅡ。同檔次的AMDK6-2和CyrixMⅡ1998.4，推出Celeron（賽揚(yáng)），采用Socket370架構(gòu)的Celeron333和366。（5）IntelPentiumⅢCPU1999，發(fā)布PentiumⅢ2000.3，AMD率先推出1GHz的Athlon，性能超過PentiumⅢSocket370架構(gòu)PentiumⅢ，667/733/800/933/1000MHz2000，推出CeleronII，采用Socket370架構(gòu)AMD推出Athlon（速龍,

462針的SocketA架構(gòu)，頻率700MHz～1.4GHz，內(nèi)建MMX和增強(qiáng)型3DNow!技術(shù))AMD推出Athlon（速龍）的簡化版本Duron（鉆龍），SocketA架構(gòu)，頻率600～950MHz。（6）IntelPentium4CPU2000.11,發(fā)布Pentium4CPU,1.40/1.5GHz。核心為Willamette，Socket423，SSE2Pentium4CPU均基于Socket478架構(gòu)，采用Northwood核心，0.13m工藝，集成5500萬個晶體管，主頻為1.8～2.4GHzPentium4的簡化版本Pentium4Celeron采用Socket478架構(gòu)，主頻1.4GHz以上。AMD推出AthlonXP（速龍XP），采用SocketA架構(gòu)，以對抗Pentium4。AthlonXP具有強(qiáng)大的浮點(diǎn)單元設(shè)計(jì)和優(yōu)秀的整數(shù)計(jì)算單元。經(jīng)廣泛測試顯示，Pentium4需要多付出300～400MHz的工作頻率才可以獲得與AthlonXP相當(dāng)?shù)男阅堋?004.6,推出SocketLGA775架構(gòu)的Pentium4、CeleronD及Pentium4EE(ExtremeEdition3.4GHz)5．64位CPU（1）AMDAthlon64系列2003.9，AMD發(fā)布面向臺式機(jī)和筆記本的64位處理器：Athlon64和Athlon64FX（也稱K8架構(gòu)）。（2）IntelPentium464位系列2005.2,發(fā)布桌面64位CPU，冠以6xx系列的名稱。P46xx和新Pentium45xx系列引入64位技術(shù)，命名Pentium45x1，以后綴為1來表示。LGA775封裝的CeleronD及最新雙核PentiumD，也支持64位技術(shù)。6．雙核心CPU（1）PentiumD和PentiumExtremeEdition2005.4,發(fā)布雙核心CPU（2）Athlon64X22005.5，AMD發(fā)表桌面型的雙核速龍Athlon64X2（包括4800+、4600+、4400+及4200+等），服務(wù)器/工作站雙核皓龍CPUOpteron,采用Socket939架構(gòu)。(視頻AMD新品速龍II雙核250處理器視頻介紹)7．Intel新一代Core微架構(gòu)Pentium、Pentium2、Pentium3、Pentium4、PentiumD使用NetBurst架構(gòu)。2006年7月，Intel發(fā)布新一代的全新的微架構(gòu)桌面CPU——Core2Duo（酷睿2），正式宣布Pentium時代結(jié)束。2006.11，Intel發(fā)布的四核桌面CPU，分為兩大系列：以Q開頭的Core2Quad（酷睿2四核）；以QX開頭的Core2QuadExtreme（酷睿2四核極品版）。Core2四核系列CPU的核心代號為Kentsfield，是將兩個Conroe核心整合到同一塊基板之上，稱為非原生四核，技術(shù)上與Core2Duo并沒有區(qū)別8．AMD新一代K10微架構(gòu)AMD的K7、K8架構(gòu)桌面產(chǎn)品都采用了Athlon品牌2007.11AMD發(fā)布基于全新K10架構(gòu)的Phenom“羿龍”系列，第一款四核CPU。K10架構(gòu)之后，Athlon被廢棄，取而代之的是新的Phenom“羿龍”CPU。Phenom采用HyperTransport3.0總線技術(shù)，可提供最高14.4GBps的系統(tǒng)帶寬，集成的內(nèi)存控制器最高支持DDR2-1066。熱設(shè)計(jì)功耗95W07年酷睿四核08年I7誕生720820,之后I7和酷睿陸續(xù)向下發(fā)展10年I3I5誕生10年9月全世界尚未發(fā)布的消息：amd六核已經(jīng)開始供應(yīng)11年I7980X即將退市I3I5二代上市I7二代上市2.3主流CPU產(chǎn)品的型號2.3.1Intel系列主流CPU產(chǎn)品介紹1．Core2雙核系列Core2雙核系列分為桌面版和移動版兩大家族，分為三類：

核心代號為Conroe的桌面CPU，命名為Core2Duo（酷睿2雙核心，Duo代表多核）；

核心代號為Woodcrest的高性能桌面CPU（命名為Core2Extreme，即Core2極品版）；

核心代號為Merom的移動CPU，同樣命名為Core2Duo。（1）Core2Duo（酷睿2雙核）桌面CPU桌面版Core2Duo的命名以“E”開頭，性能從高到低分為E8000、E6000、E4000三個系列。采用LGA775接口，通過主頻、前端總線頻率、二級緩存的不同，以及是否支持IntelVirtualizationTechnology（虛擬技術(shù)）等附加技術(shù)來定位。①E8000系列IntelCore2DuoE8500CPU的外觀。②E6000系列IntelCore2DuoE6550CPU的外觀及產(chǎn)品包裝盒。③E4000系列IntelCore2DuoE4300CPU的外觀。（2）Core2Extreme（酷睿2雙核極品版）桌面CPUCore2Extreme的命名以“X”開頭，目前只有X6800系列。有IntelCore2ExtremeX6800等型號。Core2ExtremeX6800CPU采用LGA775接口，前端總線頻率為1066MHz，時鐘頻率為2.93GHz，L2Cache為4MB，熱功耗75W，最高溫度60.4℃。（3）Core2Duo雙核移動CPU移動版的Core2Duo（Merom）分為T、L（低功耗）、U（超低功耗）三個系列。T系列又分為T5000與T7000兩大系列。早期的Core（可稱為酷睿1）有CoreDuo（雙核）和CoreSolo（單核）之分?？犷?的命名以T開頭，雙核與單核的區(qū)分是T后面的數(shù)字，雙核是2，單核是1。例如，T2700是雙核，T1400是單核?？犷?還有低功耗和超低功耗的Centrino（迅馳）系列，低功耗命名以L開頭，超低功耗命名以U開頭，如L2400，U1400。2．Core2四核系列Intel四核桌面CPU兩大系列：Core2QuadExtreme（酷睿2四核極品版），以QX開頭；Core2Quad（酷睿2四核），以Q開頭。（1）Core2QuadExtreme系列有QX9000和QX6000兩個系列。①Q(mào)X9000系列CPU。IntelCore2QuadExtremeQX9770CPU的外觀。②QX6000系列CPU。IntelCore2QuadExtremeQX6850CPU的外觀及產(chǎn)品包裝盒。（2）Core2Quad系列酷睿2四核有Q9000和Q6000兩個系列。①Q(mào)9000系列CPU。②Q6000系列CPU。3．PentiumE2000雙核系列E2000系列包括E2100系列和E2200系列，分別面向低端和中端市場。（1）PentiumDualCoreE2100系列IntelPentiumDualCoreE2160CPU，倍頻為9，外頻為200MHz，主頻為1.8GHz。（2）PentiumDualCoreE2200系列IntelPentiumDualCoreE2200CPU上的標(biāo)記和產(chǎn)品包裝盒。4．CeleronE1000雙核系列雙核心Celeron（賽揚(yáng)）E1000系列CPU按性能從高到低包括E1600（2.4GHz）、E1200（1.6GHz）等型號。5．Celeron400單核系列單核心賽揚(yáng)400系列CPU按性能從高到低包括430（1.8GHz）、420（1.6GHz）等型號。2.3.2AMD系列主流CPU產(chǎn)品介紹2007.6，AMD轉(zhuǎn)用“數(shù)字+字母”的全新方式。新命名體系遵循“數(shù)字越大，性能越好”的原則。此外，為了便于記憶和書寫，AMD將新款A(yù)thlon64X2簡單命名為AMDAthlon。以AthlonX2BE-2350為例解釋命名系統(tǒng)。①前兩個字母說明CPU類別，BE”類別是指低于65W的CPU。②橫線后面的第一位數(shù)字是CPU的系列號，說明CPU屬性的主要改進(jìn)。“2xxx”系列目前包含在AMDAthlonX2系列CPU中。AMD已從AthlonX2名稱中去掉了“64”。③橫線后面的最后三位數(shù)字說明CPU在其類別系列中的相對位置。在同一個類別系列中，這些數(shù)字越大，說明CPU性能越強(qiáng)。1．Athlon64X2系列2005.5，AMD發(fā)布雙核速龍CPUAthlon64X2，按性能從高到低包括4800+、4600+、4400+、4200+等型號。2006.5，AMD發(fā)布SocketAM2接口的Athlon64X2系列CPU，核心類型為Windsor，包括Athlon64X26000+（3.0GHz，2MBL2）、5600+（2.8GHz，2MBL2）、5200+（2.6GHz，2MBL2）、5000+（2.6GHz，1MBL2）、4600+（2.4GHz，1MBL2）、4200+（2.2GHz，1MBL2）、3800+（2.0GHz，1MBL2）等型號。2006.12，AMD發(fā)布65nm工藝的Athlon64X2系列CPU，按性能從高到低包括Athlon64X25200+（2.7GHz）、5000+（2.6GHz）、4800+（2.5GHz）、4400+（2.3GHz）、4000+（2.1GHz）等型號。2．AMDAthlonX2BE-2000系列AthlonX2BE-2000系列是AMD采用新命名方式后最先發(fā)布的入門系列產(chǎn)品，“BE”類別表示低于65W的CPU。按性能從高到低包括BE-2400（2.3GHz）、BE-2350（2.1GHz）、BE-2300（1.9GHz）等型號。3．AMDPhenom系列Phenom

CPU分為以下4個系列：

雙路四核心PhenomFX(AgenaFX)

四核心PhenomX4(Agena)

三核心PhenomX3

雙核心PhenomX2(Kuma)PhenomCPU基于K10直連架構(gòu)（DCA），采用65nm制造工藝，SocketAM2+接口封裝。（1）PhenomX4四核心系列PhenomX4四核心系列CPU按性能從高到低包括PhenomX49900（2.6GHz）、9700（2.2GHz）、9600（2.3GHz）、9500（2.2GHz）、9100e（1.8GHz）等型號。采用65nm制造工藝，基于Agena核心，采用原生四核心設(shè)計(jì)，SocketAM2+接口。（2）PhenomX3三核心系列首批三核CPU按性能從高到低包括PhenomX38600（2.3GHz）、8400（2.2GHz）等型號。4．AMDAthlonLE-1600單核心系列AthlonX2LE-1600系列是AMD采用新命名方式后發(fā)布的單核心低端入門系列產(chǎn)品，按性能從高到低包括包括AthlonLE-1640（2.6GHz）、LE-1620（2.4GHz）、1600（2.2GHz）等型號。5．AMDSempron64LE-1000單核心系列AMDSempron（閃龍）LE-1000系列是AMD單核心低端入門系列產(chǎn)品，按性能從高到低包括Semp