计算机组装、维修及 实训教程 第2章 中央处理器 2018年11月19日星期一

要求了解CPU的发展历史，掌握CPU的分类、结构和主要性能指标、常见CPU的型号，熟练掌握CPU的安装。 2018年11月19日星期一 本章内容包括CPU的发展历史、CPU的分类、结构和主要性能指标、常见CPU的型号（Intel系列CPU、AMD系列CPU）、CPU散热器，在实训中介绍了Socket A/Socket 370架构CPU的安装、Socket 478架构CPU的安装、CPU的检测。 要求了解CPU的发展历史，掌握CPU的分类、结构和主要性能指标、常见CPU的型号，熟练掌握CPU的安装。

2018年11月19日星期一 2.1 CPU的发展历史 1. 4位处理器——Intel 4004 1971年，Intel公司研制出微处理器芯片4004，如图2-1所示。2300只晶体管，4位字长，1MHZ主频 图2-1 Intel 4004处理器

1972年，Intel公司研制出8008处理器，如图2-2所示。 2018年11月19日星期一 2. 8位处理器——Intel 8008/8080/8085 1972年，Intel公司研制出8008处理器，如图2-2所示。 图2-2 Intel 8008处理器

3. 16位处理器——Intel 8086/8088/80286 (1) Intel 8086/8088处理器 2018年11月19日星期一 3. 16位处理器——Intel 8086/8088/80286 (1) Intel 8086/8088处理器 1978年，Intel公司推出了首枚16位微处理器8086(DB 16b,AB 20b,4.77MHZ，29000只晶体管)，如图2-3所示。 1979年，Intel公司开发出8088，如图2-4所示。1981年，IBM公司将8088处理器用于其研制的IBM PC中，从而开创了全新的微机时代。(内部DB16b,外部DB8b) 图2-3 Intel 8086处理器 图2-4 Intel 8088处理器

2018年11月19日星期一 (2) Intel 80286处理器 1982年，Intel推出了80286芯片(DB16b,AB24b,6-20MHZ，14.3万只晶体管)，图2-5所示是i80286的外观。 IBM公司将80286处理器用在IBM PC/AT机中。 图2-5 Intel 80286处理器

4. 32位处理器——Intel 80386/80486 (1) Intel 80386处理器 2018年11月19日星期一 4. 32位处理器——Intel 80386/80486 (1) Intel 80386处理器 1985年，Intel发布80386DX(内外DB32b,AB32b,12.5-40MHz，集成27.5万只晶体管)，如图2-6所示。SX外部DB为16b,既有386的优点，又有286的成本优势。 除Intel公司生产386芯片外，还有AMD、Cyrix、IBM、Ti等公司也生产与80386兼容的芯片，如图2-7所示。 摩托罗拉公司在此期间开发出了68030 CPU，用于Apple机。 图2-6 Intel 80386DX处理器 图2-7 386 CPU

1989年，Intel推出了80486芯片，首次使用RISC技术（精简指令集）如图2-8所示。也分为SX，DX 2018年11月19日星期一 (2) Intel 80486处理器 1989年，Intel推出了80486芯片，首次使用RISC技术（精简指令集）如图2-8所示。也分为SX，DX 其他公司也推出了与80486兼容的CPU，如图2-9所示。 图2-8 Intel 80486DX处理器 图2-9 其他486 CPU

2018年11月19日星期一 从80486开始首次出现了处理器倍频技术，该技术使处理器内部工作频率为处理器外部总线运行频率的2或4倍，486DX2、486DX4的名字便是由此而来，如图2-10所示。 图2-10 Intel 80486DX4

2018年11月19日星期一 (3) Intel Pentium处理器 1993年，Intel公司发布了Pentium（奔腾）处理器。第一代的Pentium代号为P54C，如图2-11所示。其后又发布了代号为P55C，内建MMX（多媒体指令集）的新版Pentium处理器，如图2-12所示。 　　 Pentium处理器内置310万只晶体管，60－66－200MHZ。 　　 Pentium　MMX 　　95年又推出 Pentium　Pro　处理器，是首个专为32位服务器设计的，集成550万只晶体管，整合了二级CACHE。

与Pentium MMX属于同一级别的CPU有AMD K6、Cyrix 6x86 MX等，如图2-13、图2-14所示。 2018年11月19日星期一 与Pentium MMX属于同一级别的CPU有AMD K6、Cyrix 6x86 MX等，如图2-13、图2-14所示。 图2-11 Pentium 图2-12 Pentium MMX 图2-13 AMD K6 图2-14 Cyrix 6x86MX

2018年11月19日星期一 (4) Intel Pentium II处理器 1997年，Intel公司发布了Pentium II处理器（750万只晶体管，MMX），如图2-15所示。 同期，AMD和Cyrix分别推出了同档次的K6-2和Cyrix MII，如图2-16、图2-17所示。 1998年4月，Intel推出了Celeron（赛扬）处理器，其中最为成功的是Socket 370接口Celeron 333和366，如图2-18所示。 图2-15 Pentium II 图2-16 AMD K6-2 图2-17 Cyrix MII 图2-18 Socket 370 Celeron

(5) Intel Pentium III处理器 2018年11月19日星期一 (5) Intel Pentium III处理器 1999年，Intel公司发布了Pentium III处理器（引入70条SSE指令集）。如图2-19所示。Celeron 2 2000年3月，AMD领先于Intel率先推出了1GHz的Athlon微处理器，其性能超过了Pentium III，如图2-20所示。 图2-19 Pentium III 图2-20 AMD Athlon（K7）

Socket 370架构的Pentium III，其外观如图2-21所示。 Celeron处理器的外观如图2-22所示。 2018年11月19日星期一 Socket 370架构的Pentium III，其外观如图2-21所示。 Celeron处理器的外观如图2-22所示。 同期，AMD公司推出了Athlon（速龙），如图2-23所示。它采用462针的Socket A架构，时钟频率为700MHz～1.4GHz，内建MMX和增强型3DNow!技术。 AMD公司还推出了Athlon（速龙）的简化版本Duron（钻龙），如图2-24所示，也采用Socket A架构，时钟频率为600～950MHz。 图2-21 Pentium III 图2-22 Celeron II 图2-23 Athlon 图2-24 Duron

2018年11月19日星期一 (6) Intel Pentium 4处理器 Intel公司在2000年11月发布了Pentium 4处理器，Pentium 4没有沿用Pentium III的架构，而是基于全新的Socket 423/478架构，0.18m制造工艺，集成了4200万个晶体管，主频为1.4～2.0GHz，如图2-25(a)所示。 后期的Pentium 4处理器均基于Socket 478架构，采用0.13m制造工艺，集成了5500万个晶体管，主频为1.8～2.4GHz，如图2-25(b)所示。 同样，Pentium 4的简化版本Pentium 4 Celeron也采用Socket 478架构，主频频率为1.4GHz以上，Pentium 4 Celeron CPU的外观如图2-26所示。 图2-25 Pentium 4 图2-26 Pentium 4 Celeron

Athlon XP（速龙XP），如图2-27所示，仍采用Socket A架构，以全面对抗Pentium 4。 2018年11月19日星期一 Athlon XP（速龙XP），如图2-27所示，仍采用Socket A架构，以全面对抗Pentium 4。 图2-27 Athlon XP 3200+

2018年11月19日星期一 5. 64位处理器——AMD Athlon 64 2003年9月，AMD发布了面向台式机的64位处理器：Athlon 64和Athlon 64 FX，如图2-28和图2-29所示。它们的初始实际频率为2.0GHz，晶体管数目为1.059亿个，采用0.13m工艺。 图2-28 AMD Athlon 64 图2-29 AMD Athlon 64 FX

2.2 CPU的分类、结构和主要性能指标 2.2.1 CPU的分类 CPU有多种分类方法。 1. 按CPU的生产厂家分 2018年11月19日星期一 2.2 CPU的分类、结构和主要性能指标 2.2.1 CPU的分类 CPU有多种分类方法。 1. 按CPU的生产厂家分 2. 按CPU的接口分 3. 按标称频率分 4. 按CPU的内核分

2018年11月19日星期一 2.2.2 CPU的外部结构 从CPU外部看到的结构看，CPU主要有两个部分组成：一个是内核，另一个是基板。下面分别以Athlon XP（如图2-30所示）和Pentium 4（如图2-31所示）为例，介绍其外部结构。 图2-30 Athlon XP的外观 图2-31 Pentium 4的外观

CPU的封装形式主要分为两大类：一类是针脚式的Socket类型(ZIF)，另一类是插卡式的Slot类型。 2018年11月19日星期一 1. CPU的内核 2. CPU的基板 3. CPU的编码 4. CPU的接口 CPU的封装形式主要分为两大类：一类是针脚式的Socket类型(ZIF)，另一类是插卡式的Slot类型。 (1) Socket 7插座:适合于Pentium,P MMX,K5,K6,K6-2 Socket 7 CPU插座如图2-32所示。 图2-32 Socket 7 CPU插座

2018年11月19日星期一 (2) Socket 370插座 Intel的Socket 370支持Celeron II、Pentium III、Cyrix III。Socket 370 CPU插座如图2-33所示。 图2-33 Socket 370 CPU插座

2018年11月19日星期一 (3) Socket A插座 AMD的Socket A（Socket 462）是为Socket A架构的Athlon处理器而设计的接口标准。AMD的Athlon、Duron和Athlon XP处理器都采用相同的Socket A接口。Socket A CPU接口，如图2-34所示。 图2-34 Socket A CPU插座(4) Socket 478插座

Intel的Socket 478 CPU接口支持Pentium 4 CPU，Socket 478 CPU插座如图2-35所示。 2018年11月19日星期一 Intel的Socket 478 CPU接口支持Pentium 4 CPU，Socket 478 CPU插座如图2-35所示。 图2-35 Socket 478 CPU插座

2018年11月19日星期一 2.2.3 CPU的主要技术参数 1. 主频 主频也叫时钟频率（CPU Clock Speed），单位是MHz、GHz，是CPU内数字脉冲信号振荡的速度，用来表示CPU的工作频率。与CPU运算速度有关。 2. 外频 外频又称外部时钟频率，单位是MHz，是由主板提供的系统总线的工作频率，是CPU与主板之间同步运行的时钟频率。 3. 倍频系数 倍频就是CPU的运行频率与系统外频的倍数，也就是降低CPU主频的倍数。三者的关系为：CPU的主频（内部运行的频率）= 外频×倍频系数。

4. 前端总线（Front Side Bus，FSB）频率 FSB频率是指CPU与内存数据总线直接交换数据的速度。 2018年11月19日星期一 4. 前端总线（Front Side Bus，FSB）频率 FSB频率是指CPU与内存数据总线直接交换数据的速度。 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，内存带宽必须要满足CPU的带宽需求： CPU需求带宽＝CPU前端总线位宽（主流CPU、内存均是64bit）×CPU前端总线频率／8 各种FSB的Pentium 4带宽需求见表2-1。 表2-1 计算带宽 前端总线（FSB） 带宽的计算 400MHz 64bit×400MHz / 8bit=3.2GB/s 533MHz 64bit×533MHz / 8bit=4.2GB/s 800MHz 64bit×800MHz / 8bit=6.4GB/s

Cache（高速缓冲存储器，简称高速缓存）是一种速度比主存更快的存储器，其功能是减少CPU因等待低速主存所导致的延迟，以改进系统的性能。 2018年11月19日星期一 5. 高速缓存（Cache） Cache（高速缓冲存储器，简称高速缓存）是一种速度比主存更快的存储器，其功能是减少CPU因等待低速主存所导致的延迟，以改进系统的性能。 不同等级缓存在存取延迟时间和大小方面的差别，如图2-36所示。 图2-36 内存层次结构图

CPU的工作电压分为内核电压和I/O电压两种。 7. 制造工艺 2018年11月19日星期一 6. 内核（Core）电压和I/O工作电压 CPU的工作电压分为内核电压和I/O电压两种。 7. 制造工艺 制造工艺是指在硅材料上生产CPU时内部各元器件的连接线宽度，一般用m（微米）表示。 8. 字长 CPU在单位时间内同时能一次处理的二进制数的位数叫字长或位宽。

2.3 常见CPU的型号 2.3.1 Intel系列CPU 2018年11月19日星期一 自从Intel公司于2000年11月发布Pentium 4处理器以来，Pentium 4处理器的性能不断改进和提升，已经经历了4代，各代技术参数见表2-2。下面介绍典型的Pentium 4。 第一代 (Socket 423 Willamette） 第二代 （Socket 478 Northwood) 第三代 (533MHz FSB and HT） 第四代 （800MHz FSB and HT) 发布时间 2000年11月 2002年4月 2002年11月 2003年4月 制造工艺 内核版本 晶体管数量 0.18m Willamette 4200万个晶体管 0.13m Northwood 5500万个晶体管 时钟频率 1.4～2.0GHz 1.8～2.4GHz 2.4～3.06GHz 2.4～3.0GHz 前端总线频率 400MHz (Quad Pumped 100MHz) 533MHz (Quad Pumped 133MHz) 800MHz (Quad Pumped 200MHz) 缓存 8KB L1，256KB L2 8KB L1，512KB L2 针脚类型 Socket 423 Socket 478 超线程 不支持 只有3.06GHz型号支持 所有型号都支持

1. Pentium 4 2.4GHz（FSB 400MHz） 2. Pentium 4 2.4GHz（FSB 533MHz） 2018年11月19日星期一 1. Pentium 4 2.4GHz（FSB 400MHz） Pentium 4 2.4GHz（FSB 400MHz）是Intel公司于2002年4月发布的产品，是Pentium 4的第二代产品。它采用Northwood内核，0.13m制作工艺，内核电压1.5V，设计功耗为59.8W，8KB L1 Cache，512KBL2 Cache，400MHz前端总线，Socket 478架构。 2. Pentium 4 2.4GHz（FSB 533MHz） Pentium 4 2.4GHz（FSB 533MHz）是Intel公司于2002年11月发布的产品，是Pentium 4的第三代产品。其外频提高到133MHz，前端总线频率提高到533MHz，外观如图2-37所示。 图2-37 Pentium 4 2.4GHz（FSB 533MHz）

Pentium 4 3.2GHz处理器，如图2-38所示。 2018年11月19日星期一 3. Pentium 4 3.2GHz（FSB 800MHz） Pentium 4 3.2GHz处理器，如图2-38所示。 4. Celeron 2.0GHz（FSB 400MHz） Celeron（赛扬）系列是Intel的低端产品，Celeron 2.0GHz采用Northwood内核，0.13m制造工艺，内核电压1.5V，8KB L1 Cache，128KBL2 Cache，400MHz的前端总线，Socket 478架构，如图2-39所示。 图2-38 Pentium 4 3.2CGHz（FSB 800MHz） 图2-39 Celeron 2.0GHz（FSB 400MHz）

表2-3 Athlon XP和Athlon 64各代技术参数 2018年11月19日星期一 2.3.2 AMD系列CPU Athlon XP和Athlon 64的技术参数见表2-3。 表2-3 Athlon XP和Athlon 64各代技术参数 参数名称 第一代Athlon XP （Palomino） 第二代Athlon XP （Thoroughbred A、B） 第三代Athlon XP （Barton） Athlon 64 （ClawHammer） 发布时间 2001年9月 2002年4月 2002年11月 2003年9月 制造工艺 内核版本 晶体管数量 0.18m Palomino 3750万个晶体管 0.13m Thoroughbred A、B Barton 5430万个晶体管 ClawHammer 1亿590万个晶体管 缓存 128KB L1，256KB L2 128KB L1，512KB L2 128KB L1，256/512/1024KB L2 实际频率 1333～1733MHz 1400～2250MHz 1833～2250MHz 1600～2400MHz 默认倍频 10～13 10.5～13.5 11～13/11 9.5～14.5 前端总线 频率 266MHz （Double Pumped 133MHz） 266/333MHz （Double Pumped 133/166MHz） 333/400MHz （Double Pumped 166/200MHz） 333MHz （Double Pumped 166MHz） 针脚类型 Socket A/462 Socket754

2018年11月19日星期一 1. Athlon XP 2700+ 2002年11月，AMD推出Athlon XP 2700+，属市场主流产品，如图2-40所示。它采用Thoroughbred-B内核，0.13m制作工艺，内核电压1.65V，实际主频2.16GHz，外频166MHz，13.5倍频，333MHz前端总线频率，128KB L1 Cache，256KB L2 Cache，Socket A架构。 2. Athlon XP 3200+ 2003年6月，AMD推出Athlon XP 3200+，属市场高端产品，如图2-41所示。 图2-40 Athlon XP 2700+ 图2-41 Athlon XP 3200+

2018年11月19日星期一 3. Duron（钻龙） 上一款Duron处理器是2002年1月推出的，2003年8月推出了新Duron处理器，有1.4GHz、1.6GHz、1.8GHz等版本，属市场低端产品，如图2-42所示。新Duron采用Applebred（基于Thoroughbred-A）内核，0.13m制作工艺，电压为1.50V，最大功耗为57W，133MHz外频，266MHz FSB，拥有128KB L1 Cache以及64KB L2 Cache，具备Athlon XP所有具备的SSE多媒体指令集、动态分支预取技术、嵌入感温二极管等技术。 图2-42 新Duron

2018年11月19日星期一 4. Athlon 64和Athlon 64 FX 2003年9月，AMD发布了64位处理器。AMD的64位处理器分为Athlon 64和Athlon 64 FX两个系列，区别在于前者采用了Socket 754接口，只支持单通道内存，后者采用的是Socket 940接口并支持双通道内存。相比之下，Athlon 64性能稍低，Athlon 64 FX拥有更为强大的性能。AMD Athlon 64 3200+的外观如图2-43所示，AMD Athlon 64 FX-51的外观如图2-44所示。 图2-43 AMD Athlon 64 3200+ 图2-44 AMD Athlon 64 FX-51

2018年11月19日星期一 2.4 CPU散热器 CPU散热器根据工作原理不同可以分为：风冷式、热管散热式、水冷式、半导体制冷和液态氮制冷等几种，但常用的散热器仍然是风冷式。几种常见的风冷式散热器外观如图2-45所示。 图2-45 常见风冷式散热器

风冷散热器主要由散热片、风扇和扣具构成。风冷式散热器的主要技术参数介绍如下。 1. 散热片 2018年11月19日星期一 风冷散热器主要由散热片、风扇和扣具构成。风冷式散热器的主要技术参数介绍如下。 1. 散热片 散热片由底座和鳍（qí）片或称鳃（sāi）片两个部分组成。 (1) 散热片的材料 散热片的材料主要分为铜、铝两种。图2-46所示就是采用铜铝结合散热器技术的散热器。 图2-46 采用铜铝结合材料的散热器

目前散热片多采用挤压技术、切割技术、折叶技术和锻造技术，各种铝质散热片外观如图2-47所示。 2018年11月19日星期一 (2) 散热片设计和工艺 目前散热片多采用挤压技术、切割技术、折叶技术和锻造技术，各种铝质散热片外观如图2-47所示。 图2-47 采用不同工艺生产的铝质散热片

2. 风扇 各种风扇外观如图2-48所示。 (1) 风扇口径 (2) 风扇转速 (3) 风扇排风量 (4) 风扇的噪声 (5) 风扇轴承 2018年11月19日星期一 2. 风扇 各种风扇外观如图2-48所示。 (1) 风扇口径 (2) 风扇转速 (3) 风扇排风量 (4) 风扇的噪声 (5) 风扇轴承 图2-48 风扇

采用油封轴承、单滚珠轴承、双滚珠轴承、磁悬浮液压轴承风扇的标签，如图2-49所示。 2018年11月19日星期一 采用油封轴承、单滚珠轴承、双滚珠轴承、磁悬浮液压轴承风扇的标签，如图2-49所示。 图2-49 采用油封轴承、单滚珠轴承、双滚珠轴承和磁悬浮液压轴承风扇的标签

2018年11月19日星期一 3. 扣具 扣具是固定散热器与CPU接口的工具。常见扣具的外观如图2-50所示。 图2-50 常见扣具

2018年11月19日星期一 4. 适用于范围 由于CPU的架构有：Intel Socket 370、Intel Socket 478、AMD Socket A等几种，所以散热器也有适应不同CPU架构的不同类型。 另外，有些散热器还附带有一支备用的含银导热硅胶，为用户安装CPU和风扇提供方便。图2-51所示是几种散热器产品的外观。 图2-51 散热器产品