● 计算机组成与维护 第3章 中央处理器 本章要点 CPU的组成 CPU的性能指标
第3章 中央处理器 3.1 CPU的发展历程 3.2 CPU的组成和功能 3.3 CPU的性能指标 3.4 CPU的选购 ● 计算机组成与维护 第3章 中央处理器 3.1 CPU的发展历程 3.2 CPU的组成和功能 3.3 CPU的性能指标 3.4 CPU的选购 3.5 CPU的安装和使用
3.1 CPU的发展历程 3.1.1 Intel CPU的发展历程 计算机组成与维护 4位处理器:Intel 4004 ● 计算机组成与维护 3.1 CPU的发展历程 3.1.1 Intel CPU的发展历程 4位处理器:Intel 4004 8位处理器:Intel 8008/8080/8085 16位处理器:Intel 8086/8088/80286 32位处理器:Intel 80386/80486 32位微处理器:Pentium(奔腾)系列处理器 64位微处理器:Intel Pentium 4 64位系列 双核心处理器 四核处理器
3.1.1 Intel CPU的发展历程 1.4位处理器-Intel 4004 Intel 4004集中了2300个晶体管,最高频率为740kHz,能执行4位运算,支持8位指令集及12位地址集。
3.1.1 Intel CPU的发展历程 2.8位处理器-Intel 8008/8080/8085 1974年推出8080处理器,时钟2MHz控制64KB内存。 1976年Intel公司又生产了增强型8085处理器。 它们均采用NMOS工艺,集成度约9000只晶体管,平均指令执行时间为1μS~2μS,采用汇编语言、BASIC、Fortran编程,使用单用户操作系统。
3.1.1 Intel CPU的发展历程 3.16位处理器-Intel 8086/80186/80286 1982年Intel公司推出是基于X86体系结构的80286处理器。 1984年16位PC市场迅速扩张,IBM以Intel 80286处理器为CPU架构,推出了PC AT。 它是第三代微处理器的起点。8086处理器具有16位数据通道,内存寻址能力为1MB。
3.1.1 Intel CPU的发展历程 4.32位处理器-Intel 80386/80486 1985年推出了80386DX处理器,它具有32位的数据和地址总线,采用2微米,最大控制内存为4096K。主频16M-40MHz。 1989年Intel推出了Socket 1架构的486处理器,集成120万,采用1微米制作工艺,是32位的地址和数据总线,分为80486SX和80486DX。486SX的工作频率为16/20/25/33,无NPU,486DX的工作频率为25/33/50。
3.1.1 Intel CPU的发展历程 5.Pentium(奔腾)系列处理器 1993年,推出Pentium CPU。 1995年,推出了Pentium Pro CPU。 1997年,推出Pentium 2 CPU。 1999年,发布了Celeron。 1999年,发布了Pentium Ⅲ。 2000年,发布了Pentium 4 CPU。 2001年,发布了Itanium。 2002年,发布了Itanium 2处理器。 2003年,发布了Itanium M处理器。 2004年,将正式推出Prescott、Pentium 4、Celeron D及Pentium 4 EE处理器。
3.1.1 Intel CPU的发展历程 6.64位处理器-Intel Pentium 4 64位系列 Intel公司于2005年2月推出了64位处理器,并冠以6XX系列的名称。不仅Pentium 4 6XX系列全部具备64位技术,而且在新的Pentium 4 5XX系列中也引入64位技术,它们的命名方式是Pentium 4 5X1,以后缀为1来表示。 Intel与AMD的64位技术有惊人的相似之处。但是AMD公司的K8在一开始就是为64位而设计的。而Intel的Prescott核心的64位功能是后来补充的,现称为Intel 64结构(或X64结构)。
3.1.1 Intel CPU的发展历程 7.双核心处理器 2005年, 英特尔推出Intel Pentium D处理器。首颗内含2个处理器的Intel Pentium D处理器登场,正式揭开x86处理器多核心时代。 2006年,英特尔推出Intel Core 2 Duo处理器。
3.1.1 Intel CPU的发展历程 8.四核CPU 四核处理器即是基于单个半导体的一个处理器上拥有四个一样功能的处理器核心。实际上是将两个Conroe 双核处理器封装在一起。 2008年,Intel公司推出了新一代四核处理器Core i7。
3.1.2 AMD CPU的发展历程 1.AMD公司早期的处理器 AMD公司曾有一段和Intel公司合作的经历,产品特性如出一辙,同时代的产品基本上大同小异。
3.1.2 AMD CPU的发展历程 2.K5 K5是AMD公司第一个独立生产的x86级CPU,发布时间在1996年。它是AMD的第一款处理器,支持Socket5架构,AMD的PR速率为75-166MHz,系统总线频率为55-66MHz,具有24KB的一级缓存,二级缓存是主板上的。 。 K5有着16KB数据Cache,8KB指令Cache,64位数据总线,296针 SPGA封装。K5低廉的价格显然比其性能更能吸引消费者,低价是这款CPU最大的卖点。
3.1.2 AMD CPU的发展历程 3.K6 1997年4月,AMD推出K6,采用0.35微米工艺,工作频率在166-233MHz之间不等,基于对686处理器的研究开发,新增了MMX指令集,一级缓存为64KB。 1998年4月AMD推出K6-2。 1999年2月, AMD推出K6-3。 2000年AMD 推出移动版本CPU K6-2+。 AMD在K6-3后推出K6-3+。
3.1.2 AMD CPU的发展历程 4.K7(Athlon) 1999年,AMD公司推出了K7微处理器,并将其正式命名为Athlon(速龙)。 K7(Athlon)是AMD借鉴了DEC公司的Alpha处理器结构,新系统总线称为Alpha EV6总线,允许主板支持2个CPU,初始频率为200MHz,现在已达400MHz。采用Slot A架构,处理器命名为“Athlon”,时钟频率为500MHz-1.2GHz之间。。 2000年3月,AMD公司领先于Intel公司推出了1GHz的Athlon(K7)微处理器,其性能超过了Pentium Ⅲ。
3.1.2 AMD CPU的发展历程 5.Thunderbird(雷鸟) Thunderbird(雷鸟)是AMD 2000年中发布的CPU产品,采用0.18微米工艺,采用Socket A架构,二级缓存为256KB(与CPU同步),主频为1GHz。 Thunderbird是AMD面向高端的Athlon系列延续产品,采用0.18微米的制造工艺,共有Slot A和Socket A两种不同的架构,但它们在设计上大致相同:均内置128KB的一级缓存和256KB的二级缓存,其二级缓存与CPU主频速度同步运行;工作电压为1.70V~1.75V,相应的功耗也比老的Athlon要小;集成3700万个晶体管,核心面积达到120平方毫米。
3.1.2 AMD CPU的发展历程 6.Athlon XP 2001年10月, AMD推出桌面系统的Athlon XP处理器,采用Palomino核心,共有3750万只晶体管,0.18微米铜导线工艺,稳定的Socket A架构,支持DDR内存。 最新的AMD Athlon XP处理器已采用了Barton核心,共有4530万个晶体管,0.13微米铜导线工艺,带215KB的二级缓存。 AMD Athlon XP中的XP是指Extreme Performance(卓越性能)。它支持更大的高速缓存、专业3Dnow!技术和Quanti-Speed架构。
3.1.2 AMD CPU的发展历程 7.Duron(毒龙) ,Duron CPU是AMD公司生产的面向低端用户的桌面式处理器,采用0.13µm制造工艺,Socket A构架,具有128KB L1 Cache,64KB L2 Cache,前端总线频率为266MHz。 由于Duron CPU的频率较低,缓存较小,在和Intel低端CPU的竞争中,Duron CPU处于劣势。
3.1.2 AMD CPU的发展历程 8.64位处理器-Athlon 64 2003年,AMD成功发布Athlon 64(也称K8架构)以及Athlon 64 FX(2003年4月22日,AMD发布了针对企业级用户的64位处理器—Opteron)。这3种处理器分别是用在普通台式计算机、高性能计算机以及高端的服务器上。 2004年7月,AMD推出了Sempron处理器。 2005年,AMD推出了支持64位运算、采用Socket 754和Socket 939接口的Sempron处理器。
3.1.2 AMD CPU的发展历程 9.AMD的双核心Opteron处理器 2005年5月,AMD发布了面向服务器和工作站的企业级x86双核计算平台——AMD双核皓龙处理器Opteron和面向桌面型的双核速龙处理器Athlon 64 X2(包括4800+、4600+、4400+及4200+等),采用Socket 939架构。双核心产品比原有单核心产品的速度大有提升。 2006年4月,AMD推出了三款支持8路的双核心Opteron处理器,最快的一款是Opteron875,运行主频为2.2GHz;其次是Opteron870,工作主频为2.0GHz,第三款就是Opteron865,工作主频为1.8GHz。 2008年中,AMD推出Phenom X3处理器,采用三核设计,是其独家产品。
3.1.3 Intel CPU与 AMD CPU的比较 现在,Intel公司和AMD公司的CPU几乎占据了全部CPU市场,Intel公司的市场占有率远高于AMD公司,但是AMD CPU的性价比一般优于Intel CPU。AMD CPU在三维制作、游戏应用、视频处理等方面相比同档次的Intel的CPU有优势。Intel CPU则在商业应用、多媒体应用、平面设计方面有优势。 在选择CPU时,要综合考虑性价比。根据实际用途、资金预算,选择最合适的CPU。如果只用于办公室,建议使用Intel公司的产品,其稳定性要优于AMD公司的产品。若是对游戏情有独钟,AMD是不错的选择,高性能的3D处理能力可以带来更美妙的效果。
3.2 CPU的组成和工作原理 内 核 基 板 填充物 封 装 接 口
3.2.1 CPU的组成 1.内核 CPU的中间的长方形或者正方形部分就是CPU内核的地方,由单晶硅做成的芯片。所有的计算、接受/存储命令、处理数据都是在这里进行的。 CPU核心的另一面,也就是被盖在陶瓷电路基板下面的那面要和外界的电路相连接。现在的CPU都有以千万计算的晶体管,它们都要连到外面的电路上,而连接的方法则是将每若干个晶体管焊上一根导线连到外电路上。
3.2.1 CPU的组成 2.基板 CPU基板就是承载CPU内核用的电路板,它负责内核芯片和外界的一切通讯,并决定这一颗芯片的时钟频率,在它上面,有我们经常在电脑主板上见到的电容、电阻,还有决定了CPU时钟频率的电路桥(俗称金手指),在基板的背面或者下沿,还有用于和主板连接的针脚或者卡式接口。 比较早期的CPU基板都是采用陶瓷制成的,AMD的Duron仍然采用这种材料,而最新的CPU,都转用了有机物制造,它能提供更好的电气和散热性能。
3.2.1 CPU的组成 3.填充物 CPU内核和CPU基板之间往往还有填充物,填充物的作用是用来缓解来自散热器的压力以及固定芯片和电路基板,由于它连接着温度有较大差异的两个方面,所以必须保证十分的稳定,它的质量的优劣有时就直接影响着整个CPU的质量。
3.2.1 CPU的组成 4.封装 设计制作好的CPU硅片将通过几次严格的测试,若合格就会送至封装厂切割、划分成用于单个CPU的规模并置入到封装中。 “封装”不仅是给CPU穿上外衣,更是它的保护神,否则CPU的核心就不能与空气隔离和避免尘埃的侵害。 此外,良好的封装设计还能有助于CPU芯片散热,并很好的让CPU与主板连接,因此封装技术本身就是高科技产品的组成部分。
3.2.1 CPU的组成 5.接口 计算机的各个配件都是通过某个接口与主板连接的。 CPU也不例外,CPU的接口有针脚式、引脚式、卡式、触点式等。
3.2.2 CPU的工作原理 CPU由运算器和控制器组成。
3.3 CPU的性能指标 1.主 频 2.外 频 3.倍 频 4.缓 存 5.前端总线频率 6.扩展总线速度 7.内存总线速度 8.制造工艺 1.主 频 2.外 频 3.倍 频 4.缓 存 5.前端总线频率 6.扩展总线速度 7.内存总线速度 8.制造工艺 9 . CPU的内核 10 .字长 11 . 指令集 12 .双核心
3.3 CPU的性能指标 ● 主频 CPU的主频也称为内频,是指CPU内部的工作频率或时钟频率。表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度。单位为MHz 。一般来说,主频越高,CPU的运算速度就越快。 ● 外频 外频是CPU的基准频率,单位也是MHz。外频是CPU与主板之间同步运行的速度,而且也是内存与主板之间的同步运行的速度。 ● 倍频 倍频是CPU的运行频率与整个系统外频之间的倍数,在相同的外频下,倍频越高,CPU的频率也越高。主频、外频和倍频之间的关系式:主频=外频×倍频。
3.3 CPU的性能指标 缓存(Cache)又称为高速缓存,是可以进行高速数据传输的存储器。 CPU的缓存分为三种,即L1 Cache(一级缓存)、L2 Cache(二级缓存)和L3 Cache(三级缓存)。 在CPU内置的L1高速缓存用于暂存部分数据和指令,是与CPU完全同步运行的存储器。 L2为了协调CPU运算速度与内存存取速度之间的差异的存储器。 最新的L3缓存延续了L2缓存的角色,四颗核心的L2缓存将溢出的数据暂时寄存在L3缓存中。 ●缓存
3.3 CPU的性能指标 前端总线频率是(FSB)将CPU连接到北桥芯片的总线。 前端总线频率是由CPU和北桥芯片共同决定的。 ●前端总线频率 前端总线频率是(FSB)将CPU连接到北桥芯片的总线。 前端总线频率是由CPU和北桥芯片共同决定的。 前端总线的速度指的是数据传输的速度,由于数据传输最大带宽取决于所有同时传输的数据的宽度和传输频率,即数据带宽=(总线频率×数据位宽)÷8。
3.3 CPU的性能指标 ●扩展总线速度 扩展总线速度(Expansion-Bus Speed)是指安装在计算机系统上的局部总线如ISA、PCI或AGP总线接口卡的工作速度。 ●内存总线速度 内存总线速度(Memory-Bus Speed)就是系统总线速度,一般等同于CPU的外频。 制造工艺指在硅材料上生产CPU时内部各元器件的连接线宽度,一般用微米表示。微米值越小制作工艺越先进,CPU可以达到的频率越高,集成的晶体管就可以更多。 ●制造工艺
3.3 CPU的性能指标 CPU的内核是指CPU的核心。不同核心的CPU,其性能也不同。 ●字长 CPU依靠指令来计算和控制系统,不同CPU在设计时就规定了一系列与其硬件电路相配合的指令系统。我们通常会把CPU的扩展指令集称为“CPU的指令集”。 ●指令集 现在的CPU,不仅有了双核,还有4核心技术,就是将4个物理处理器核心整合入一个CPU内核中。 ●双核心
3.4 CPU的选购 2.4.1 选购CPU的方法 选购 方法 ● 根据需要选择 ● 主频、外频与倍频 ● 高速缓存 ●制造工艺 ●选择盒装和散装 ●注重性价比 ●识别真假CPU
3.4 CPU的选购 1.根据需要选择 从目前的情况来看,大多数的家庭用户购买计算机主要用来播放多媒体、玩游戏等,这样不防选择市场主流CPU就行。 如果用户对CPU性能有着较高要求,可以选择高端CPU。CPU的时钟频率越高,性能越好,价格也越贵。 一般来说,新上市的产品价格较高,随着产量的扩大,价格会逐渐下降。不同处理器的针脚不同,主板为了适应也就变得不同。所以一定要做到一一对应。
3.4 CPU的选购 2.主频 在主频上值得关注的有两点: 第一点:在同系列微处理器中,主频越高就代表计算机的速度也越快,但对于不同类型的处理器,它就只能作为一个参数来做为参考。 第二点:同系列CPU的超频性能也存在着较大的差距,所以也就有超频高的CPU比其超频性能低的CPU在价位上存在着差距,但是对于不同系列的CPU,就不能这样说了,只能从总体性能来一一对应比较。所以一定要参照总体的性能与你所选主板搭配的情况下尽量地发挥其功能。
3.4 CPU的选购 3.高速缓存 CPU的缓存分为两级:一级缓存、二级缓存和三级缓存。 大家应注意的是在CPU的主频完全相同的情况下,缓存越大,CPU的速度就越快。在选购的时候尽量的选缓存较大的CPU。
3.4 CPU的选购 4.制造工艺 制造工艺决定的是芯片上的每一层线路的宽窄及每个晶体管的大小。也就是说制造的精密度。 所以购买的时候就应选择制造工艺和精密度较高的CPU,它对CPU的性能与超频有好处。
3.4 CPU的选购 5.选择盒装和散装 盒装的CPU包装美观漂亮,内部装有详细的说明书和质量保证书等相关证明,但是要比散装的价格高。购买盒装的CPU,可以保证售后服务,一般不会有假货。我们在购买盒装的CPU时,要注意商家提供的包装是否完整。购买时要当场打开包装,取出产品清单或说明书,认真核对其中说明的配件,并且要让商家在质量保证书上盖章,以防产品出了问题时商家赖账。 散装的CPU一般是成批进货,不需要精美的包装或厂家说明。为了节省开支,选购散装CPU也未尝不可。不过一定要慎重,小心上当受骗。
3.4 CPU的选购 6.注重性价比 不要选择新一代的最初产品。要根据用户要求及现有的经济情况参照以上参数选择最适用自己的CPU,同时还考虑内存、主板等的情况。 在选购CPU时,性价比应该是比较重要的一个因素。虽然Intel的CPU兼容性好,但是价格普遍比AMD的CPU贵。
3.4 CPU的选购 7.识别真假CPU (1)刮磨法 (2)看包装 (3)看CPU编号 (4)进行测试
3.4 CPU的选购 7.识别真假CPU (1)刮磨法 真品CPU的水印采用了特殊工艺,无论用手如何刮擦,即便把封装的纸刮破也不会把字擦掉。 假货只要用指甲轻刮,可刮掉一层粉末,字也就随粉末而掉。
3.4 CPU的选购 7.识别真假CPU (2)看包装 正品的Intel和AMD的CPU均为盒装,里面提供了原装散热风扇,而且提供一年或长达三年的质保。 而散装的CPU一般不能得到生产厂家的质保。虽然说盒装的CPU比散装的要贵一些,但为了安全起见,推荐选购盒装CPU。
3.4 CPU的选购 7.识别真假CPU (3)看CPU编号识芯片 在CPU上面,生产厂家会将该CPU的参数刻在上面。 如有一快CPU,在其上面显示出为Intel公司生产的Pentium 4,频率为1.3GHz,L2缓存为256KB,外频为400MHz,核心电压为1.7V,MALAY表示产地为马来西亚。L101A782-0430表示CPU的序列号,该CPU生产日期为2001年第1周。
3.4 CPU的选购 7.识别真假CPU (4)勿贪小便宜 一般来说,如果看到比市面上的CPU价格低很多的报价,建议还是不要去购买。 因为这有两种可能,一是假货,二是水货。假货那是不用提了,即使是水货,也得不到正规的质量保障。
3.4 CPU的选购 7.识别真假CPU (5)进行测试 在选购CPU时,最好能通过测试软件对其进行测试,以得到真实的结果。 Intel公司推出了Intel(R) Processor Frequency ID Utility软件,可测试所有Intel CPU的真实频率。 对于AMD处理器,AMD公司也推出了CPU INFORMATION软件来进行测试,该软件不但能测试AMD CPU,而且还能测试Intel CPU。
1.Intel CPU- Intel 酷睿2四核 Q9400 基本参数 CPU系列 CORE 2 QUAD CPU内核 核心数量 四核心 制作工艺 45 纳米 CPU频率 主频(MHz) 2660MHz 总线频率(MHz) 1333MHz CPU插槽 插槽类型 LGA 775 针脚数 775pin CPU缓存 L2缓存(KB) 6MB
2.AMD CPU-AMD 羿龙IIX4 920 基本参数 CPU系列 羿龙II CPU内核 Deneb 核心数量 四核心 工作功率(W)125W 制作工艺 45 纳米 CPU频率 主频(MHz) 2800MHz CPU插槽 插槽类型 Socket AM2+ 针脚数 940pin CPU缓存 L2缓存(KB) 2MB L3缓存(KB) 6144KB
3.5 CPU的安装和使用 3.5.1 CPU的安装
3.5 CPU的安装和使用 3.5.1 CPU的安装
3.5 CPU的安装和使用 3.5.2 CPU的使用 在拿放CPU时,都需要注意轻拿轻放,因为稍不注意就有可能弄坏或弄弯CPU的针脚。而且,特别要注意防止静电,拿CPU前一定要去掉身体上的静电。 1.注意轻拿轻放 现在CPU的功耗越来越大,如果不注意散热,将导致CPU被烧毁。特别是使用AMD CPU的用户更应注意,因为Athlon XP的发热量相当大,在没有安装散热风扇的情况下,CPU会在半分钟之内烧毁。 2.注意散热
3.5 CPU的安装和使用 3.5.2 CPU的使用 在购买盒装的CPU时,一般都有与之配套的风扇。一般的散装CPU不带散热风扇,在购买散装CPU后,不要忘了买一个合适的与CPU配套的风扇。 CPU风扇是由散热片和散热风扇两部分组成的,有时为了加强散热的效果,还在散热片上涂一层散热膏。 3.CPU风扇 目前CPU的频率越来越高,但是也有不少发烧友喜欢将CPU超频使用,以获得更好的性能,可是超频也会带来一些负面影响,如提升电压后CPU内部的电子迁移现象会更严重,有可能会缩短CPU的使用寿命,甚至在超频过程中烧毁CPU。 因此,对CPU超频应慎重。 4.慎重超频
3.5 CPU的安装和使用 3.5.3 CPU的超频 1.超频的基本知识 2.超频注意事项 3.超频的条件 4.超频的利弊 5.超频的方法
3.6.2 CPU的超频 1.超频的基本知识 所谓超频就是指计算机用户通过调整主板上的CPU的外频、倍频以及电压,把CPU本身所设定的频率提高,直至把CPU本身潜在的能运行的最高速度发挥到极限,并稳定地运行各种应用程序,以使计算机能以最小的代价,达到最高的计算机效能。 CPU超频的主要目的是为了提高CPU的工作频率,也就是CPU的主频。而CPU的主频又是外频和倍频的乘积。提升CPU的主频可以通过改变CPU的倍频或者外频来实现。而外频的速度通常与前端总线、内存的速度紧密关联。因此,当你提升了CPU外频之后,CPU、系统和内存的性能也同时提升了。
3.6.2 CPU的超频 2.超频注意事项 (1)超频后,计算机应能顺利开机,并直接进入操作系统,在这期间并没有任何不稳定的情况。 (2)当顺利进入操作系统后,必须能顺利运行应用程序,而且这些程序必须能够稳定且持续地使用一段比较长的时间,使用期间并没有不稳定的情况或者死机的情况发生。
3.6.2 CPU的超频 3.超频的条件 (1)CPU超频和CPU本身的“体质”有关 (2)倍频低的CPU好超 (3)制作工艺越先进越好超 (4)温度对超频有决定性影响 (5)主板是超频的利器
3.6.2 CPU的超频 4.超频的利弊 超频最大的好处就是提高了计算机的性能,让用户在节约资金的同时享受到了更快的速度和更高的性能。 超频的副作用: (1)超频会缩短CPU以及其他器件的寿命 (2)过分超频使系统工作的稳定性变差 (3)超频可能会对硬件系统造成永久的损坏
3.6.2 CPU的超频 5.超频的方法 (1)跳线设置超频 (2)BIOS设置超频 (3)用软件实现超频
3.6.2 CPU的超频 5.超频的方法 (1)跳线设置超频 早期的主板多数采用了跳线或DIP开关设定的方式来进行超频。 在这些跳线和DIP开关的附近,主板上往往印有一些表格,记载的就是跳线和DIP开关组合定义的功能。在关机状态下,你就可以按照表格中的频率进行设定。重新开机后,如果电脑正常启动并可稳定运行就说明我们的超频成功了。
3.6.2 CPU的超频 5.超频的方法 (2)BIOS设置超频 现在主流主板基本上都放弃了跳线设定和DIP开关的设定方式更改CPU倍频或外频,而是使用更方便的BIOS设置。
3.6.2 CPU的超频 5.超频的方法 (3)用软件实现超频 最常见的超频软件包括SoftFSB和各主板厂商自己开发的软件。它们原理都大同小异,都是通过控制时钟发生器的频率来达到超频的目的。 SoftFSB是一款比较通用的软件,它可以支持几十种时钟发生器。只要按主板上采用的时钟发生器型号进行选择后,点击GET FSB获得时钟发生器的控制权,之后就可以通过频率拉杆来进行超频的设定了,选定之后按下保存就可以让CPU按新设定的频率开始工作了。 不过软件超频的缺点就是当你设定的频率让CPU无法承受的时候,在你点击保存的那一刹那导致死机或系统崩溃。