《计算机组装与维护》课件第3章 CPU

1、选购CPU选购CPU模块一 CPU的作用CPU的作用 CPU是整个电脑系统的核心，它的性能往往能反映出电脑的性能，因此其性能指标十分重要。CPU主要的性能指标包括以下几个方面。1.CPU的主频、外频和倍频下面分贝介绍CPU的主频、外频和倍频。一.主频 所谓主频，也就是CPU正常工作时的时钟频率。我们常说某CPU的型号是“赛扬D 336J 2.8GHz”，其中“2.8GHz”即是其主频。从理论上讲CPU的主频越高，它的速度也就越快，因为频率越高，单位时钟周期内完成的指令就越多，从而速度也就越快了。但是由于各种CPU内部结构的差异（如缓存、指令集），并不是时钟频率相同速度就相同，比如P4和赛扬4，

2、在相同主频下性能都不同程度地存在着差异。二.外频 外频指的是主板总线与CPU之间同步运行的速度。外频越高，CPU就可以同时接收更多的来自外部设备的数据，从而使整个电脑系统的速度更快。外频的单位是MHz，目前主流CPU的外频有100MHz、133MHz和200MHz三种。 目前流行的CPU产品中，赛扬4、Pentium 4 A系列处理器的外频都是100 MHz，赛扬D、Pentium 4 B系列的处理器的外频都是133MHz，而Pentium 4 2.8E以上以及Athlon 64系列的处理器外频都是200MHz的。三.倍频 在486出现以后，由于CPU工作频率不断提高，而电脑的一些其他设备（如

3、显卡、硬盘等）却受到工艺的限制，不能承受更高的频率，从而限制了CPU频率的进一步提高。因此，出现了倍频技术，该技术能够使CPU内部工作频率变为外部频率的倍数，通过提升倍频而达到提升主频的目的。 因此，在486以后我们接触到两个新的概念外频与倍频。它们与主频之间的关系是：外频倍频=主频。 用户可以通过提高CPU的外频或者倍频来提高CPU主频，这种手段被称为超频。超频可能会致使其他设备都不能工作在正常的频率下，从而可能造成系统的不稳定，甚至出现硬盘数据丢失，严重的可能损坏。因此，在这里告诫大家，超频虽有好处，但是也十分危险，所以请大家慎重超频。四.CPU的前端总线频率 前端总线的英文名为“Fron

4、t Side Bus”，一般简写为FSB。前端总线是CPU跟外界沟通的惟一通道，处理器必须通过它才能获得数据，也只能通过它将运算结果传送到其他设备。前端总线的速度越快，CPU的数据传输就越迅速。 在选购CPU时，这个指标很重要，需要根据它来搭配主板和内存。FSB的单位是MHz，目前主流CPU的FSB有266 MHz、333 MHz、400 MHz、533 MHz和800 MHz几种，Pentium 4 C系列和高端的Athlon 64系列处理器的FSB都达到了800 MHz。 外频与前端总线频率很容易被混为一谈。前端总线的速度更实质性的表示了CPU和外界数据传输的速度。而外频的概念是建立在数字

5、脉冲信号震荡速度基础之上的，也就是说，100 MHz外频特指数字脉冲信号在每秒钟震荡一万万次，它更多的影响了PCI及其他总线的频率。之所以前端总线与外频这两个概念容易混淆，主要的原因是在以前的很长一段时间里（主要是在Pentium 4出现之前和刚出现Pentium 4时），前端总线频率与外频是相同的，因此往往直接称前端总线为外频，最终造成这样的误会。 随着计算机技术的发展，人们发现前端总线频率需要高于外频，因此采用了QDR（Quad Date Rate）技术，或者其他类似的技术实现这个目的。这种技术使得前端总线的频率成为外频的2倍、4倍甚至更高，从此之后前端总线和外频的区别才开始被人们重视起来

6、。 五.CPU的缓存 CPU的缓存是衡量CPU性能的一个重要指标。CPU执行指令时，会将执行结果放在一个叫“寄存器”的元件中，由于“寄存器”集成在CPU内部，因此寄存器中的指令可以很快被CPU所访问，但毕竟寄存器的容量太小，CPU所需的大量指令和数据还在内存当中，所以CPU为了完成指令操作，需要频繁地向内存发送接收指令和数据。由于内存的处理速度远远低于CPU，所以传统的系统瓶颈就出现了，CPU在处理指令时多数时间在等待内存做准备工作。 为了解决这个问题，人们在CPU内部集成了一个比内存快许多的“Cache”，这就是最早的“高速缓存”。L1高速缓存（一级缓存）是与CPU完全同步运行的存储器。如果

7、CPU需要的数据和指令已经在高速缓存中了，那么CPU不必等待，直接就可以从一级缓存（L1）中读取。一级缓存的基本容量在32256KB之间。随着CPU处理速度越来越快，单靠L1已经无法满足数据处理的需要，于是出现了二级缓存，也就是L2 Cache，简称L2，它的主要功能是作为L1后备数据和指令的存储。L2容量的大小对处理器的性能影响很大，尤其是商业性能方面。因为L2需要占用大量的晶体管，是CPU晶体管总数中占得最多的一个部分，对成本的影响很大，所以Intel和AMD都是以L2大小来作为高端和低端产品的分界标准。 六.CPU的制造工艺 我们经常听到的0.18微米、0.13微米制程，就是指的制造工艺

8、。制造工艺直接关系到CPU的电气性能，而0.18微米、0.13微米这个尺度就是指CPU核心线路的宽度。线宽越小，CPU的功耗和发热量就越低，并可以工作在更高的频率上了。因此，0.18微米制程的CPU能够达到的最高频率就比0.13微米制程CPU能够达到的最高频率低，同时发热量也大很多。如今先进的制造工艺水平已经提高到了0.09微米，而在未来，0.065微米的制造工艺能给CPU的频率带来怎样的突破，我们将拭目以待。七.CPU的封装技术 我们实际看到的体积和外观并不是真正的CPU内核的大小和面貌，而是CPU内核等元件经过封装后的产品。封装对于芯片来说是必须的，也是至关重要的。因为芯片必须与外界隔离，

9、以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降；另一方面，封装后的芯片也更便于安装和运输。封装不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强导热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器件建立连接，如我们通常所说的Socket 478，Socket 939就是指的CPU引脚的数目。 目前较为常见的封装形式有以下几种： OPGA封装：OPGA（Organic pin grid Array，有机管脚阵列）。这种封装的基底使用的是玻璃纤维，类似印刷电路板上的材料。此种封装方式可以降低阻抗和封装成本。OPGA封

10、装拉近了外部电容和处理器内核的距离，可以更好地改善内核供电和过滤电流杂波。AMD公司的Athlon XP系列CPU大多使用此类封装。mPGA封装：微型PGA封装，AMD公司的Athlon 64和英特尔公司的Xeon（至强）系列CPU等产品所采用，是种先进的封装形式。 CPGA封装：CPGA也就是常说的陶瓷封装，全称为Ceramic PGA。主要在Thunderbird（雷鸟）核心和“Palomino”核心的Athlon处理器上采用。 FC-PGA封装：FC-PGA封装是反转芯片针脚栅格阵列的缩写，这种封装中有针脚插入插座。这些芯片被反转，以至片模或构成计算机芯片的处理器部分被暴露在处理器的上部

11、。通过将片模暴露出来，使热量解决方案可直接用到片模上，这样就能实现更有效的芯片冷却。为了通过隔绝电源信号和接地信号来提高封装的性能，FC-PGA 处理器在处理器的底部的电容放置区域（处理器中心）安有离散电容和电阻。芯片底部的针脚是锯齿形排列的。此外，针脚的安排方式使得处理器只能以一种方式插入插座。FC-PGA 封装用于奔腾 III 和英特尔赛扬处理器，它们都使用 370 针。 FC-PGA2封装：FC-PGA2 封装与FC-PGA 封装类型很相似，除了这些处理器还具有集成式散热器（HIS）。集成式散热器是在生产时直接安装到处理器片上的。由于IHS与片模有很好的热接触并且提供了更大的表面积以更好

12、地发散热量，所以它显著地增加了热传导。FC-PGA2封装用于奔腾 III 和英特尔赛扬处理器（370 针）和奔腾 4 处理器（478 针）。 OOI封装：OOI是OLGA的简写，OLGA代表了基板栅格阵列。OLGA 芯片也使用反转芯片设计，其中处理器朝下附在基体上，实现更好的信号完整性、更有效的散热和更低的自感应。OOI 有一个集成式导热器（HIS），能帮助散热器将热量传给正确安装的风扇散热器。OOI 用于奔腾4处理器，这些处理器有423针。 PPGA封装：“PPGA”的英文全称为“Plastic Pin Grid Array”，是塑针栅格阵列的缩写，这些处理器具有插入插座的针脚。为了提高热传

13、导性，PPGA 在处理器的顶部使用了镀镍铜质散热器。芯片底部的针脚是锯齿形排列的。此外，针脚的安排方式使得处理器只能以一种方式插入插座。 1.CPU的核心类型 为了便于CPU设计、生产、销售的管理，CPU生产商会对各种CPU核心给出相应的代号，这也就是所谓的CPU核心类型。不同的CPU（不同系列或同一系列）都会有不同的核心类型（如P4的Northwood，Willamette），甚至同一种核心都会有不同版本的类型（例如Northwood 核心就分为B0和C1等版本）。 CPU核心版本的变更，是为了修正上一版存在的一些错误，并提升一定的性能。每一种核心类型都有其相应的制造工艺、核心面积、核心电压

14、、电流大小、晶体管数量、各级缓存的大小、主频范围、流水线架构和支持的指令集、功耗和发热量的大小、封装方式、前端总线频率，等等。 因此，我们可以认为，核心类型在某种程度上决定了CPU的工作性能。核心类型较多，但对我们来说，了解目前市场流行CPU产品的核心就够了，如下表所示。CPU系列主流产品核心代号Athlon XPBarton闪龙PalermoAthlon 64Newcastle, Wincheste赛扬4Northwood赛扬DPrescottP4 A/B/CNorthwoodP4 EPrescott CPU核心的发展方向，是更低的电压、更低的功耗、更先进的制造工艺、集成更多的晶体管、更小的

15、核心面积、更先进的流水线架构和更多的指令集、更高的前端总线频率、集成更多的功能以及双核心和多核心等。CPU核心的进步，对普通消费者而言，最有意义的就是能以更低的价格买到性能更强的CPU。2.超线程技术 线程技术的英文全称为Hyper-Threading，简称为HT，它是Intel针对P4核心流水线过长，指令效能比较低的问题而开发的。 超线程是一种同步多线程执行技术，采用此技术的CPU内部集成了两个逻辑处理器单元，相当于两个处理器实体，可以同时处理两个独立的线程，让多线程软件可在系统平台上平行处理多项任务，并提升处理器执行资源的使用率。 超线程技术就是能把一个CPU虚拟成两个，打开两条流水线，两个CPU同时运作，从而达到了加快运算速度的目的。使用这项技术，处理器的资源利用率平均可提升40%，大大增加处理的传输量。3.工作电压 工作电压的英文全称是“Supply Voltage”。任何电器在工作的时候都需要电，CPU当然也不例外，CPU的工作电压指的也就是