第2章-中央處理器課件

第2章中央處理器CPU的發(fā)展史、分類(lèi)、結(jié)構(gòu)和主要性能指標(biāo);常見(jiàn)CPU的型號(hào)（Intel系列CPU、AMD系列CPU）；CPU散熱器、CPU的安裝、CPU的檢測(cè)。要求了解CPU的發(fā)展歷史和常見(jiàn)CPU的型號(hào)；重點(diǎn)掌握CPU的分類(lèi)、結(jié)構(gòu)和主要性能指標(biāo)；熟練掌握CPU的安裝。本章內(nèi)容和重點(diǎn)2.1CPU的發(fā)展歷史1.4位處理器——Intel4004

1971年，Intel公司研制出微處理器芯片4004，如圖2-1所示。圖2-1Intel4004處理器2.8位處理器——Intel8008/8080/8085

1972年，Intel公司研制出8008處理器，如圖2-2所示。圖2-2Intel8008處理器

(1)Intel8086/8088處理器

1978年，Intel公司推出了首枚16位微處理器8086，如圖2-3所示。

1979年，Intel公司開(kāi)發(fā)出8088，1981年，IBM公司將8088處理器用于其研制的IBMPC中，從而開(kāi)創(chuàng)了全新的微機(jī)時(shí)代。圖2-3Intel8086處理器3.16位處理器——Intel8086/8088/80286

1982年，Intel推出了80286芯片，圖2-5所示是i80286的外觀。IBM公司將80286處理器用在IBMPC/AT機(jī)中。圖2-5Intel80286處理器(2)Intel80286處理器4.32位處理器——Intel80386/80486(1)Intel80386處理器985年，Intel發(fā)布80386DX，如圖2-6所示。圖2-7386CPU除Intel公司生產(chǎn)386芯片外，還有AMD、Cyrix、IBM、Ti等公司也生產(chǎn)與80386兼容的芯片，如圖2-7所示摩托羅拉公司在此期間開(kāi)發(fā)出了68030CPU，用于Apple機(jī)。(2)Intel80486處理器1989年，Intel推出了80486芯片。

其他公司也推出了與80486兼容的CPU如下圖所示。圖2-9

從80486開(kāi)始首次出現(xiàn)了處理器倍頻技術(shù)，該技術(shù)使處理器內(nèi)部工作頻率為處理器外部總線運(yùn)行頻率的2或4倍，486DX2、486DX4的名字便是由此而來(lái)，如圖2-10所示。圖2-10

1993年，Intel公司發(fā)布了Pentium（奔騰）處理器也稱(chēng)586，以后都稱(chēng)為奔騰。第一代的Pentium代號(hào)有P54C，P55C，內(nèi)建MMX（多媒體指令集）的Pentium處理器。

與PentiumMMX屬于同一級(jí)別的CPU有AMDK6、Cyrix6x86MX等，如圖2-11所示。

(3)IntelPentium處理器圖2-11

1997年，Intel公司發(fā)布了PentiumII處理器。同期，AMD和Cyrix分別推出了同檔次的K6-2和CyrixMII，如圖12所示。

1998年4月，Intel推出了Celeron（賽揚(yáng)）處理器，其中最為成功的是Socket370接口Celeron333和366。(4)IntelPentiumII處理器圖2-12

1999年，Intel公司發(fā)布了PentiumIII處理器。也推出Socket370架構(gòu)的PentiumIII，改善SLOT1的缺陷。同時(shí)推出其簡(jiǎn)化版Celeron處理器以降低成本

2000年3月，AMD領(lǐng)先于Intel率先推出了1GHz的Athlon微處理器，其性能超過(guò)了PentiumIII。。

(5)IntelPentiumIII處理器圖2-13AMD公司推出的Athlon（速龍）采用462針的SocketA架構(gòu)，時(shí)鐘頻率為700MHz～1.4GHz，內(nèi)建MMX和增強(qiáng)型3DNow!技術(shù)。

AMD公司還推出了Athlon（速龍）的簡(jiǎn)化版本Duron（鉆龍），也采用SocketA架構(gòu)，時(shí)鐘頻率為600～950MHz。

Intel公司在2000年11月發(fā)布了Pentium4處理器，采用基于全新的Socket423架構(gòu)，0.18m制造工藝，集成了4200萬(wàn)個(gè)晶體管，主頻為1.4～2.0GHz。

基于Socket478架構(gòu)的32位P4處理器，采用Northwood核心，0.13m制造工藝，集成了5500萬(wàn)個(gè)晶體管，主頻為1.8～2.4GHz。

同樣，32位的Pentium4的簡(jiǎn)化版本Pentium4Celeron也采用Socket478架構(gòu)，主頻頻率為1.4GHz以上。

(6)IntelPentium4處理器圖2-14

同期AMD公司推出AthlonXP（速龍XP），如圖2-15所示，仍采用SocketA架構(gòu)，以全面對(duì)抗Pentium4。圖2-15AthlonXP3200+5.64位處理器——AMDAthlon64

2003年9月，AMD發(fā)布了面向臺(tái)式機(jī)的64位處理器：Athlon64和Athlon64FX，如圖2-16所示。它們的初始實(shí)際頻率為2.0GHz，晶體管數(shù)目為1.059億個(gè)，采用0.13m工藝。圖2-16AMDAthlon64FXIntel64位處理器

同期的Intel64位CPU用在服務(wù)器，一年后推出64位的P4臺(tái)式機(jī)CPU采用LGA775封裝2.8~3.6G主頻2.05億個(gè)晶體管。圖2-172.2.1Intel系列CPU1.Pentium42.4GHz（FSB400MHz）

Pentium42.4GHz（FSB400MHz）是Intel公司于2002年4月發(fā)布的產(chǎn)品，是Pentium4的第二代產(chǎn)品。它采用Northwood內(nèi)核，0.13m制作工藝，內(nèi)核電壓1.5V，設(shè)計(jì)功耗為59.8W，8KBL1Cache，512KB全速L2Cache，400MHz前端總線，Socket478架構(gòu)。2.Pentium42.4GHz（FSB533MHz）

Pentium42.4GHz（FSB533MHz）是Intel公司于2002年11月發(fā)布的產(chǎn)品，是Pentium4的第三代產(chǎn)品。其外頻提高到133MHz，前端總線頻率提高到533MHz。2.2常見(jiàn)CPU的型號(hào)3.Pentium43.2GHz（FSB800MHz）

Pentium43.2GHz處理器。4.Celeron2.0GHz（FSB400MHz）

Celeron（賽揚(yáng)）系列是Intel的低端產(chǎn)品，Celeron2.0GHz采用Northwood內(nèi)核，0.13m制造工藝，內(nèi)核電壓1.5V，8KBL1Cache，128KB全速L2Cache，400MHz的前端總線，Socket478架構(gòu)。5、Intel64位CPU

2004年8月，Intel發(fā)布了64位處理器。推出了桌面版64位Pentium4F處理器，采用了LGA775接口,命名方法上采用按系列編號(hào)。有Pentium4的5、6、8、9系列，64位的賽揚(yáng)D處理器和最新的Core2DUO系列處理器等。如：CeleronD331是第一款支持EM64T技術(shù)的賽揚(yáng)D處理器，該處理器采用LGA775接口，具有2.8GHz實(shí)際頻率。超頻性能強(qiáng)。

Pentium4的5系列有560、550、540、530和520等

550的主頻為3.4GHZ，前端總線頻率（FSB）為800MHZ，外頻是200MHZ，倍頻為17，L2二級(jí)高速緩存是1024K，使用0.09微米制作工藝，核心工作電壓為1.4V，支持MMX/SSE/SSE2等多媒體優(yōu)化指令集。

6系列處理器目前有630、640、650、660、670五種，其中Pentium4670的頻率高達(dá)3.8GHz，如：630擁有2MBL2緩存，工作在800MHz前端總線下，支持EM64T技術(shù)

特點(diǎn)：家庭用戶(hù)對(duì)媒體應(yīng)用的多樣性以及多任務(wù)化；在多任務(wù)的執(zhí)行速度以及性能方面，雙核處理器具備自己獨(dú)自的優(yōu)勢(shì)。在進(jìn)行圖形處理的同時(shí)播放MP3或者電影時(shí)區(qū)別就比較明顯了。雙核處理器比普通處理器消耗的功率更低；雙核處理器提高芯片性能并降低能耗的關(guān)鍵就在讓每個(gè)芯片都工作在適中的速度上。

PentiumD800系列

2005年5月，Intel發(fā)布雙核架構(gòu)的PentiumD,采用兩個(gè)Prescott內(nèi)核和1MB×2二級(jí)緩存,采用LGA775封裝結(jié)構(gòu)，并支持800MHz前端總線。例如840(3.2GHz)，830(3GHz)以及820(2.8GHz)。PentiumD雙核處理器PentiumD900系列65nm制造工藝，內(nèi)建3.76億個(gè)晶體管，前端總線頻率由800MHzFSB提升至1066MHzFSB，主頻為3.46GHz，L2達(dá)2MBx2。PentiumD900系列有PentiumD915、920、930、940、945、950和960幾個(gè)型號(hào)Core2Duo系列

采用了Core2微架構(gòu)，使處理器在整體功耗降低40％的同時(shí)，性能提高了40％，前端總線頻率FSB提升至1333MHz，L2達(dá)4MB。接口為L(zhǎng)GA775,全新的智能緩存技術(shù)提高了雙核心乃至多核心處理器的工作效率。目前Core2Duo系列主要有Core2DuoE6300、Core2DuoE6400、Core2DuoE6500、Core2DuoE6600、Core2DuoE6700、Core2DuoE6800,E6850（3.06GHz/FSB=1333MHz/4MB/65W）.1.AthlonXP2700+2002年11月，AMD推出AthlonXP2700+，它采用Thoroughbred-B內(nèi)核，0.13m制作工藝，內(nèi)核電壓1.65V，實(shí)際主頻2.16GHz，外頻166MHz，13.5倍頻，333MHz前端總線頻率，128KBL1Cache，256KBL2Cache，SocketA架構(gòu)。

2.AthlonXP3200+

2003年6月，AMD推出AthlonXP3200+，2.2.2AMD系列CPU3.Duron（鉆龍）

Duron處理器是AMD2002年1月推出的，2003年8月推出了新Duron處理器，有1.4GHz、1.6GHz、1.8GHz等版本，屬市場(chǎng)低端產(chǎn)品。新Duron采用Applebred（基于Thoroughbred-A）內(nèi)核，0.13m制作工藝，電壓為1.50V，最大功耗為57W，133MHz外頻，266MHzFSB，擁有128KBL1Cache以及64KBL2Cache，具備AthlonXP所有具備的SSE多媒體指令集、動(dòng)態(tài)分支預(yù)取技術(shù)、嵌入感溫二極管和采用Barton當(dāng)中的總線斷開(kāi)等技術(shù)。4.Athlon64和Athlon64FX2003年9月，AMD發(fā)布了64位處理器。AMD的64位處理器分為Athlon64和Athlon64FX兩個(gè)系列，區(qū)別在于前者采用了Socket754接口，只支持單通道內(nèi)存，后者采用的是Socket940接口并支持雙通道內(nèi)存。相比之下，Athlon64性能稍低，Athlon64FX擁有更為強(qiáng)大的性能。64位閃龍2500+：1.40GHz，一級(jí)緩存128KB，二級(jí)緩存則為256KB，采用Socket754接口，90納米工藝制程，支持SSE3和X86-64，同樣在處理器上集成PC3200內(nèi)存控制器。低頻處理器往往具有出色的超頻性能。Athlon643000+采用socket939架構(gòu)；具有1.8GHz實(shí)際頻率、512KB二級(jí)緩存，支持AMDX86-64技術(shù)和雙通道DDR內(nèi)存。5、雙核架構(gòu)的Athlon64X2處理器分別有4000+、4400+、4800+、5000+，處理器頻率分別為2.6GHz、2.5GHz、2.3GHz、2.1GHz，二級(jí)緩存512KB×2，采用AM2接口940針。型號(hào)位主頻MHz晶體管數(shù)（萬(wàn)）插座年代其他廠家4004410.2328718008/8080/808582~40.94072/746502z80MC68008088/8086164~82.9407880286166~2013.46882Mc68000386SX/DX3212~4027.585AMDCyIBMTIMC680304863225~66120Socket389

..Pentium3260~200310Socket793AMDK6Cy6X86PII32233~333750SLOT197K6-2Celeron32333~366Socket37098PIII32450~1000950Socket37099Amd

Athlon

CeleronII32AMDDuronP4321.4~3.4G5500Socket47800AthlonXPC432P4LGA775642.8~3.6G2.05億SocketT04.8Athlon64(03.9)P4-D64x205.5Athlon64X22.3CPU的分類(lèi)、結(jié)構(gòu)和主要性能指標(biāo)2.3.1CPU的分類(lèi)

CPU有多種分類(lèi)方法。

1.按CPU的生產(chǎn)廠家分：Intel、AMD。。。

2.按CPU的接口分:Socket、Slot、LGA 3.按CPU的位數(shù)分:4、8、16、32、644.按標(biāo)稱(chēng)頻率分:MHzGHz5.按CPU的內(nèi)核分:制造技術(shù)如NorthwoodThorton6.按內(nèi)核數(shù)量分：?jiǎn)?、雙、多

7.按應(yīng)用場(chǎng)合分:臺(tái)式機(jī)版、服務(wù)器版、移動(dòng)版。

2.3.2CPU的外部結(jié)構(gòu)從CPU外部的結(jié)構(gòu)看，CPU主要有兩個(gè)部分組成：一個(gè)是內(nèi)核，另一個(gè)是基板。下面以Pentium4（如圖2-18所示）為例，介紹其外部結(jié)構(gòu)。圖2-181.CPU的內(nèi)核：大規(guī)模集成電路2.CPU的基板：承載內(nèi)核，固定引腳3.CPU的編碼：標(biāo)注型號(hào)、主要參數(shù)等信息例:1.7GHz/256/400/1.75V

SL57V

MALAY

/L118A981-0023

分別表示CPU工作頻率/L2緩存大小/前端總線頻率/工作電壓，這是一顆1.7GHz、L2緩存有256KB、前端總線400MHz、工作電壓1.75V的CPU。SL57V表示處理器的S-Spec編號(hào)，后面的MALAY是生產(chǎn)產(chǎn)地。

L118A981-0023，表示產(chǎn)品的序列號(hào)。

CPU結(jié)構(gòu)4.CPU的接口：與主板的連接方式主要分為三大類(lèi)：一類(lèi)是針腳式的Socket類(lèi)型，另一類(lèi)是插卡式的Slot類(lèi)型，最新的LGA(柵格陣列封裝)。

Socket7插座:適用于PentiumCPUIntel的Socket370插座:支持CeleronII、PentiumIII、CyrixIII和VIAC3。圖2-19Socket370CPU插座(1)IntelCPU插座Intel的Socket478CPU接口支持Pentium4CPU。圖2-20Socket478CPU插座INTEL最新的LGA775封裝

LGA775封裝支持intel的64位P4CPU，由CPU上的接觸片和插座上的彈簧針實(shí)現(xiàn)連接。圖2-21

AMD的SocketA（Socket462）是為SocketA架構(gòu)的Athlon處理器而設(shè)計(jì)的接口標(biāo)準(zhǔn)。用于AMD的Athlon、Duron和AthlonXP。(2)AMD插座Socket754支持AMD的

64位CPU;

Socket939支持AMD的K8300064位CPU。

AMD的AM2接口采用Socket940針，支持4000+~5000+

等。Socket754Socket9392.3.3CPU的主要技術(shù)參數(shù)1.主頻：也叫時(shí)鐘頻率（CPUClockSpeed），單位是MHz、GHz，是CPU內(nèi)數(shù)字脈沖信號(hào)振蕩的速度，用來(lái)表示CPU的工作頻率。2.外頻：又稱(chēng)外部時(shí)鐘頻率，單位是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(shí)鐘頻率。3.倍頻系數(shù):是CPU的運(yùn)行頻率與系統(tǒng)外頻的倍數(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)。例：主頻1700MHz，外頻100MHz，問(wèn)倍頻系數(shù)倍頻系數(shù)=CPU主頻/外頻=1700MHz/100MHz=17

答：倍頻系數(shù)是17。

FSB頻率是指CPU與內(nèi)存數(shù)據(jù)總線直接交換數(shù)據(jù)的速度。

數(shù)據(jù)傳輸最大帶寬取決于所有同時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的寬度和傳輸頻率，內(nèi)存帶寬必須要滿(mǎn)足CPU的帶寬需求：

CPU需求帶寬＝CPU前端總線位寬（主流CPU、內(nèi)存均是64bit）×CPU前端總線頻率／8

各種FSB的Pentium4帶寬需求見(jiàn)表2-1。前端總線（FSB）帶寬的計(jì)算400MHz64bit×400MHz/8bit=3.2GB/s533MHz64bit×533MHz/8bit=4.2GB/s800MHz64bit×800MHz/8bit=6.4GB/s4.前端總線（FrontSideBus，F(xiàn)SB）頻率

Cache（高速緩沖存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱(chēng)高速緩存）是一種速度比主存儲(chǔ)器更快的存儲(chǔ)器，其容量比主存儲(chǔ)器小的多。32位的處理器中賽揚(yáng)4Cache128KB,P4Cache512KB~2MB(L2)。功能是減少CPU因等待低速主存所導(dǎo)致的延遲，改進(jìn)系統(tǒng)性能。圖2-22內(nèi)存層次結(jié)構(gòu)圖5.高速緩存（Cache）6.內(nèi)核（Core）電壓和I/O工作電壓

CPU的工作電壓分為內(nèi)核電壓和I/O電壓兩種。7.制造工藝制造工藝是指在硅材料上生產(chǎn)CPU時(shí)內(nèi)部各元器件的連接線寬度，一般用m（微米）表示。8.字長(zhǎng)

CPU在單位時(shí)間內(nèi)同時(shí)能一次處理的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)叫字長(zhǎng)或位寬。

x86指令集是Intel為其第一塊16位CPUi8086專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的指令集，其簡(jiǎn)化版i8088使用的也是x86指令，同時(shí)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(chēng)為x86指令集。10.流水線：將一條X86指令分成5~6步由不同功能的電路單元分別執(zhí)行達(dá)到一個(gè)CPU時(shí)鐘周期完成一條指令。超流水線：一個(gè)CPU時(shí)鐘周期完成一條以上的指令11.CPU擴(kuò)展指令集：對(duì)X86增加的指令集如3D、MMX。9.x86指令集2.4CPU散熱器

CPU散熱器根據(jù)工作原理不同可以分為：風(fēng)冷式、熱管散熱式、水冷式、半導(dǎo)體制冷和液態(tài)氮制冷等幾種，但常用的散熱器仍然是風(fēng)冷式。幾種常見(jiàn)的風(fēng)冷式散熱器外觀如圖2-23所示。圖2-23LGA775接口CPU風(fēng)扇風(fēng)冷散熱器主要由散熱片、風(fēng)扇和扣具構(gòu)成。風(fēng)冷式散熱器的主要技術(shù)參數(shù)介紹如下。1.散熱片散熱片由底座和鰭（qí）片或稱(chēng)鰓（sāi）片兩個(gè)部分組成。

(1)散熱片的材料散熱片的材料主要分為銅、鋁兩種。圖2-46所示就是采用銅鋁