南京新华电脑专修学院硬件维修课件CPU性能指标与选购.ppt

第二章CPU CPU和主要性能指标CPU和类型 封装和安装插座规格常见的CPU型号和品牌CPU的选购 一 理解CPU的主要性能指标字长 CPU的字长通常是指其数据总线宽度 单位是二进制的位 bit 它是CPU数据处理能力的重要指标 反映了CPU能够处理的数据宽度 精度和速度等 因此常常以字长位数来称呼CPU 即 CPU在单位时钟频率内可以一次性处理二进制数的位数 主频CPU的工作时钟频率 单位MHz 已晋升为GHz 1GHz 1000MHz 表示在CPU内数字脉冲信号的频率 为了将高主频的CPU与较低时钟频率的主板相匹配 CPU主频采用了较低的输入时钟频率和在内部倍频到主时钟频率的方法 倍频系数由于CPU运行时必须配合从内存读取数据 因为在速度上必须与内存配合 才不会因为数据遗失而导致死机 在必须同时顾及CPU速度与内存速度的情况下 CPU的内外只好采用不同的频率 从而出现了 倍频 的概念 CPU实际的运行频率 主频 外频 倍频系数倍频系数就是CPU的主频与整个系统外频之间的比值 在相同的外频下 倍频系数越高 CPU的运行频率也越高 在相同外频的前提下 高倍频的CPU本身意义并不大 单纯地一味追求高倍频 而得到高主频的CPU就会出现显示的 瓶颈 效应 即CPU从系统中得到数据的极限速度不能够满足CPU的运算速度 外频指CPU与主板之间同步运行的速度 也可以理解为CPU的外频直接与内存相连接 实现两者间的同步运行状态 主板如何适应CPU的频率 内存总线速度全文 Memory BusSpeed 是CPU二级高速缓存和内存之间的通信速度 前端总线 FSB 频率前端总线速率指的是数据传输率 即数据带宽 有时也称传输带宽 数据传输带宽取决于同时传输的数据宽度和总线频率 即 数据带宽 总线频率 数据宽度 8100MHZ前端总线的是每秒钟CPU可接受的数据传输量 100MHZ 64b 8b B 800MB s制造工艺 关键用来表征组成芯片的电子线路或元件的细致程度 目前广泛采用0 13微米制造工艺 高端已采用0 065微米 超频超频是指把主板的CPU工作时钟调整为略高于CPU规定值 企图使之超高速工作 通常不提倡对CPU进行超频来提高系统性能 这会造成CPU过热 减少寿命 系统运行混乱甚至烧毁CPU 但也有一些CPU 比如赛扬366等 允许进行较大幅度 20 的超频使用 以满足电脑发烧族的愿望 晶体管的数目在CPU的发展过程中 晶体管数目一直是CPU的主攻方向 因为只有晶体管数目的增加 CPU的频率和性能才能得到真正的提高 数据总线宽度指CPU与二级高速缓存 内存以及输入 输出设备之间进行一次数据传输时 实际能传送的数据位数 工作电压 SupplyVoltage 指CPU正常工作时所需的电压 现在的电压一般在1 5 2 0V之间 协处理器也叫数学协处理器 自486以后 CPU一般都内置了协处理器 扩展总线速度全文 Expansion BusSpeed 指计算机系统的总线 扩展总线就是CPU用以联系这些设备的桥梁 内部Cache为了解决主机中低速内存与高速CPU的不匹配 加快CPU对内存的访问速度 采用了在CPU和内存间插入高速缓冲存储器 Cache 的方法 Cache存储器安装在主板上 称为外部Cache ExternalCache 从486CPU开始 处理器内部也包含了Cache 486是8KB Pentium是16KB 加上主板上的Cache 便构成二级Cache结构 CPU内的称为L1Cache CPU外主板上的称为L2Cache 从Pentium 开始 CPU除了包含核心芯片内的32KB的L1Cache 还包括CPU板上分立的512KB的L2Cache 再加上主板上512KB的L2Cache 便构成三级Cache结构 多媒体新指令集 1 MMX指令集 MultiMediaextensions 多媒体扩充技术 Intel公司所开发的多媒体扩展指令集 共有57条指令 专门负责处理多媒体电脑所需的音效 影像和动画等 2 SSE指令集 数据流扩展指令集 用于PIII处理器 包含70条指令 涵盖了MMX和3DNOW 指令集中的所有指令和功能 全面强化浮点运算 3D视频 音频处理能力 3 3DNOW 指令集AMD公司开发 包含21条指令 针对三维建模等三维应用场合 是最早推出的三维指令集 超线程技术超线程技术是Intel公司一项较新的技术 主要指在CPU中放入了两个逻辑处理单元 这样使用多线程的软件可在该CPU构成的平台上平行处理多项任务 从而提高CPU的利用率 HyperTransport超级总线HyperTransport超级总线是AMD公司最新开发的端到端总线技术 具有高速和高性能 可以解决处理器系统中输入 输出的瓶颈问题 目前该技术主要用于AMDAthlon64位处理器系列 二 CPU的类型 封装与架构 安装插座规格 CISC和RISCIntel和AMDCPU的封装方式CPU的架构 RISC和CISC CPU从指令集的特点上可以分为两类 CISC和RISC CISC是英文ComplexInstructionSetComputer的缩写 汉语意思为 复杂指令系统计算机 RISC是英文ReducedInstructionSetComputer的缩写 汉语意思为 精简指令系统计算机 按CPU所使用的指令集系统划分 Intel和AMD 以生产厂商划分 可将现在的主流CPU划分为Intel的CPU和AMD的CPU 两个公司的CPU都可以用于IBMPC兼容机 采用x86架构 同时都支持针对个人计算机开发的操作系统和应用软件 1 封装是采用特定的材料将CPU芯片或CPU模块固化在其中以防损坏的保护措施 起着安放 固定 密封 保护芯片和增强导热性能的作用 所谓IC芯片的封装是指安放半导体芯片所用的外壳 芯片内部电路用非常精细的导线连接到封装外壳的导电引脚上 通过引脚与印刷电路板上的其它元器件连接 因此 封装对CPU和其它集成电路都是非常重要的 新一代的CPU也往往采用新型的封装形式 CPU的封装方式 真正的CPU只是一小块的超集成电路硅板 为了保护CPU免受尘埃的侵害和CPU的散热等需要 对CPU进行了封装 目前Intel的CPU多采用FC PGA2的方式封装 而AMD的CPU则多采用OPGA方式封装 新型的Athlon64则采用了MPGA的方式封装 芯片的封装从DIP QFP PGA BGA CSP到MCM等经历了若干代的改进 使得封装面积与芯片面积越来越接近 适用频率越来越高 散热耐温性能越来越好 引脚数越来越多而间距越来越小 可靠性越来越高 安装越来越方便 等等 下面对各种不同的封装做一简要介绍 1 DIP封装DIP DualIn linePackage 即双列直插封装 是70年代流行的中小规模集成电路的封装形式 它们的引脚直立在矩型集成电路的两个长边上 通常为8到40脚 Intel公司的8088 80286处理器都采用DIP封装 如图就是DIP封装的Intel8088处理器 DIP封装的Intel8088 2 PQFP封装PQFP PlasticQuadFlatPackage 塑料四方扁平封装 是80年代的大规模集成电路的封装形式 引脚由方形集成电路的四个边上引出 通常为几十到上百脚 Intel公司的80286和80386处理器都有采用PQFP封装的 PQFP封装的286和386CPU 3 PPGA封装PPGA PlasticPinGridArrayPackage 塑料针栅阵列封装或CPGA陶瓷针栅阵列封装 是90年代超大规模集成电路的封装形式 如图3 5所示 针形引脚由集成电路的方形底面上直立引出 通常为二 三百脚 这个时期的多种CPU 外围芯片组等采用此种封装 如80486 Pentium等 PPGA封装的486CPU 几款主流CPU介绍 Intel公司的新款CPU1 Pentium Coppermine 铜矿 处理器2000年最惹人注目的莫过于Intel公司采用0 18 m工艺生产的Pentium Coppermine处理器了 如图所示 尽管Intel公司早在1999年便发布了这款代号为Coppermine的Pentium 处理器 但其真正的普及是在2000年 4 BGA封装BGA BallGridArrayPackage 球栅阵列封装 是90年代后期超大规模集成电路的另一种封装形式 如图所示 球形引脚由集成电路的方形底面上引出 通常为五 六百脚 目前大多数外围芯片和便携机专用CPU采用此种封装 便于将高密度的引脚焊接到主板上 BGA封装的440ZX芯片 5 LGA封装LGA775封装处理器接口也就是SocketT 将与以往的处理器接口完全不一样 并不像以往的采用针状插脚的封装方式 而是采用金属触点式的封装方式 支持底层和主板之间的直接连接 采用这种封装方式将对频率的提升很有益处 SocketT能够使CPU在不提高成本的情况下加大针脚的密度 适合高功耗和高主频的处理器 CPU的主板上的CPU插座是安装CPU的基座 它们的结构形状 插孔数 各个插孔的功能定义都不尽相同 因此不同CPU必须使用不同的插座 Intel推出的一种称为零插拔力ZIF ZeroInsertForce 的CPU插座 CPU可以轻松地取下或装上 避免了精密引脚的损伤 Socket插座属于零插拔力 ZIF 插座 只要将锁紧杆扳到竖直位置 插拔CPU就毫不费力 我们知道 CPU需要通过某个接口与主板连接的才能进行工作 CPU经过这么多年的发展 采用的接口方式有引脚式 卡式 触点式 针脚式等 而目前CPU的接口都是针脚式接口 对应到主板上就有相应的插槽类型 CPU接口类型不同 在插孔数 体积 形状都有变化 所以不能互相接插 Pentium 和Pentium 的插座型号是Slot1型 是黑色条形插槽 有242个触点 是单边接触 S E C 直插式 早期的Celeron300A 333等也采用此种插座 Slot插座如图所示 Slot插座 Socket775Socket775又称为SocketT 是目前应用于IntelLGA775封装的CPU所对应的接口 目前采用此种接口的有LGA775封装的Pentium4 Pentium4EE CeleronD等CPU 与以前的Socket478接口CPU不同 Socket775接口CPU的底部没有传统的针脚 而代之以775个触点 即并非针脚式而是触点式 通过与对应的Socket775插槽内的775根触针接触来传输信号 Socket775接口不仅能够有效提升处理器的信号强度 提升处理器频率 同时也可以提高处理器生产的良品率 降低生产成本 随着Socket478的逐渐淡出 Socket775将成为今后所有Intel桌面CPU的标准接口 Socket939Socket939是AMD公司2004年6月才推出的64位桌面平台接口标准 目前采用此接口的有高端的Athlon64以及Athlon64FX 具有939根CPU针脚 Socket939处理器和与过去的Socket940插槽是不能混插的 但是 Socket939仍然使用了相同的CPU风扇系统模式 因此以前用于Socket940和Socket754的风扇同样可以使用在Socket939处理器 Socket754Socket754是2003年9月AMD64位桌面平台最初发布时的CPU接口 目前采用此接口的有高端的Athlon64和低端的Sempron 闪龙 具有754根CPU针脚 随着Socket939的普及 Socket754最终也会逐渐淡出 Socket940Socket940是最早发布的AMD64位接口标准 具有940根CPU针脚 目前采用此接口的有服务器 工作站所使用的Opteron以及最初的Athlon64FX 随着新出的Athlon64FX改用Socket939接口 所以Socket940将会成为Opteron的专用接口 SocketASocketA接口 也叫Socket462 是目前AMD公司AthlonXP和Duron处理器的插座接口 SocketA接口具有462插空 可以支持133MHz外频 Socket423Socket423插槽是最初Pentium4处理器的标准接口 Socket423的外形和前几种Socket类的插槽类似 对应的CPU针脚数为423 Socket423插槽多是基于Intel850芯片组主板 支持1 3GHz 1 8GHz的Pentium4处理器 不过随着DDR内存的流行 英特尔又开发了支持SDRAM及DDR内存的i845芯片组 CPU插槽也改成了Socket478 Socket423接口也就销声匿迹了 Socket370Socket370架构是英特尔开发出来代替SLOT架构 外观上与Socket7非常像 也采用零插拔力插槽 对应的CPU是370针脚 英特尔公司著名的 铜矿 和 图拉丁 系列CPU就是采用此接口 SLOT1SLOT1是英特尔公司为取代Socket7而开发的CPU接口 并申请的专利 这样其它厂商就无法生产SLOT1接口的产品 SLOT1接口的CPU不再是大家熟悉的方方正正的样子 而是变成了扁平的长方体 而且接口也变成了金手指 不再是插针形式 已被淘汰 市场上已没有此类产品 SLOT2SLOT2用途比较专业 都采用于高端服务器及图形工作站的系统 所用的CPU也是很昂贵的Xeon 至强 系列 Slot2与Slot1相比 有许多不同 首先 Slot2插槽更长 CPU本身也都要大一些 其次 Slot2能够胜任更高要求的多用途计算处理 这是进入高端企业计算市场的关键所在 在当时标准服务器设计中 一般厂商只能同时在系统中采用两个Pentium 处理器 而有了Slot2设计后 可以在一台服务器中同时采用8个处理器 SLOTASLOTA接口类似于英特尔公司的SLOT1接口 供AMD公司的K7Athlon使用的 在技术和性能上 SLOTA主板可完全兼容原有的各种外设扩展卡设备 它使用的并不是Intel的P6GTL 总线协议 而是Digital公司的Alpha总线协议EV6 EV6架构是种较先进的架构 它采用多线程处理的点到点拓扑结构 支持200MHz的总线频率 CPU核心技术Tualatin这也就是大名鼎鼎的 图拉丁 核心 是Intel在Socket370架构上的最后一种CPU核心 封装方式采用FC PGA2和PPGA 核心电压降低到1 5V左右 主频范围从1 1GHz到1 3GHz 外频分别为100MHz 赛扬 和133MHz PentiumIII 二级缓存分别为512KB PentiumIII S 和256KB PentiumIII和赛扬 这是最强的Socket370核心 其性能甚至超过了早期低频的Pentium4系列CPU Willamette这是早期的Pentium4和P4赛扬采用的核心 最初采用Socket423接口 后来改用Socket478接口 赛扬只有1 7GHz和1 8GHz两种 都是Socket478接口 主频范围从1 3GHz到2 0GHz Socket423 和1 6GHz到2 0GHz Socket478 二级缓存分别为256KB Pentium4 和128KB 赛扬 注意 另外还有些型号的Socket423接口的Pentium4居然没有二级缓存 核心电压1 75V左右 封装方式采用Socket423的PPGAINT2 PPGAINT3 OOI423 pin PPGAFC PGA2和Socket478的PPGAFC PGA2以及赛扬采用的PPGA等等 Willamette核心制造工艺落后 发热量大 性能低下 已经被淘汰掉 而被Northwood核心所取代 Northwood这是目前主流的Pentium4和赛扬所采用的核心 与Willamette核心最大的改进是采用0 13um 并都采用Socket478接口 核心电压1 5V左右 二级缓存分别为128KB 赛扬 和512KB Pentium4 主频范围分别为2 0GHz到2 8GHz 赛扬 1 6GHz到2 6GHz 400MHzFSBPentium4 2 26GHz到3 06GHz 533MHzFSBPentium4 和2 4GHz到3 4GHz 800MHzFSBPentium4 并且3 06GHzPentium4和所有的800MHzPentium4都支持超线程技术 Hyper ThreadingTechnology 封装方式采用PPGAFC PGA2和PPGA 按照Intel的规划 Northwood核心会很快被Prescott核心所取代 Prescott这是Intel最新的CPU核心 目前还只有Pentium4而没有低端的赛扬采用 其与Northwood最大的区别是采用了0 09um制造工艺和更多的流水线结构 初期采用Socket478接口 以后会全部转到LGA775接口 核心电压1 25 1 525V 其与Northwood相比 其L1数据缓存从8KB增加到16KB 而L2缓存则从512KB增加到1MB 封装方式采用PPGA 按照Intel的规划 Prescott核心会很快取代Northwood核心并且很快就会推出Prescott核心533MHzFSB的赛扬 Celeron CPU Pentium4CPU AMDAthlon Duron 毒龙 K8的图片 CPU品牌和主要产品 IntelCPUPentium4 P4A B C D系列产品酷睿双核系列Celeron4AMDCPUAthlonK7 K8系列Duron新Duron CPU的选购 1 看外观 1 原装CPU包装塑料薄膜上边印有半透明的Intel标志 而假货上所印刷的Intel的标志的数量要比正品的标志多得多 2 原装CPU包装塑料薄膜上的Intel字迹清晰可辨 所有的水印字都工工整整的 而非横着 斜着 倒着的 无论正反两方面都是如此 而假货有可