电脑基础知识第3章CPU课件

1、计算机装配与维护第二章 中央处理器 CPU（Central Processing Unit）本章主要内容1、CPU的简介与发展史2、CPU的接口类型3、CPU的主要性能指标4、CPU的主流产品5、CPU散热器的选购6、CPU的安装与拆卸方法一、CPU的简介与发展史CPU (Central Processing Unit) ,即中央处理器，是整个电脑系统的核心，也是整个电脑系统最高的执行单位。它负责整个电脑系统指令的执行、数学与逻辑运算、数据存储、传送以及输入输出的控制。它由运算器和控制器组成，它的内部结构可以分为逻辑运算单元、控制单元和存储单元三个部分。CPU具有三个基本功能：读数据、处理数据

2、和写数据。CPU发展简介 1971年，Intel公司推出了世界上第一块4位微处理器4004，含有2300个晶体管，时钟频率为1MHz，用于计算器上。它功能不全、实用价值不大，但为微型计算机的发展开辟了一条崭新的途径。 1978年6月，Intel公司推出了16位微处理器Intel 8086。Intel 8086Intel 4004芯片 第一代8086、80888088芯片 1979年6月，Intel公司推出了Intel 8088，内含29000个晶体管，主频为4.77MHz，它的内部数据总线为16位，外部数据总线为8位，属于准16位微处理器，地址总线为20位，寻址范围为1MB内存。1981年，I

3、BM公司用Intel 8088芯片首先推出准16位IBM PC个人计算机，开创了全新的微机时代。第二代80286 1982年，Intel公司推出全16位微处理器芯片Intel 80286，内含13.4万个晶体管。80286芯片内部和外部数据总线都为16位，地址总线24位，可寻址16MB内存，时钟频率6M20M。1984年，IBM公司以Intel 80286芯片为CPU，推出IBM-PC/AT机。 80286芯片1985年10月，Intel公司推出全32位微处理器芯片Intel 80386，内含27.5万个晶体管。80386内部和外部数据总线都为32位，地址总线也是32位，可寻址4GB内存，时钟

4、频率12.5M33M。 Intel 80386第三代803861989年4月，Intel公司推出Intel 80486，内含120万个晶体管。32位微处理器，时钟频率25M50M，带有8K的L1Cache及浮点运算单元。 Intel 80486第四代80486 1993年，Intel公司推出Intel Pentium，采用0.8um制造工艺，早期Pentium工作在与系统总线相同的66M和60M频率下，没有倍频设置。一年后，使用0.6um半导体制造工艺，供电电压均为3.3 V，总线频率60/66M，时钟频率达到75200M，带有一个16KB的一级缓存，8KB用于数据，8KB用于指令。使用倍频技

5、术，外频倍频=CPU工作频率。1994年，Intel公司推出Intel Pentium Pro，含550万个晶体管，时钟频率133MHz。首次将二级缓存整合到CPU上，工作频率与CPU时钟频率相同，一级缓存为16KB，8KB用于数据，8KB用于指令，二级缓存256KB，系统总线为60/66M，0.35um制造工艺，它支持所有以前的Pentium指令。 第五代Pentium(即586)、 Pentium MMX、Pentium Pro1997年1月8日，Intel公司推出Intel Pentium MMX，含450万个晶体管，它支持MMX多媒体新指令集，在x86指令集中加入了57条新指令，用于高

6、效的处理图形、视频、音频数据，内部 Cache为32KB，0.35um制造工艺，采用双电压设计，内核电压为2.8V，系统I/O电压仍为3.3V，这就要求主机板增加一个电压调整器，时钟频率166M233M，总线频率66M。Intel Pentium MMXPentium Pro微处理器1997年4月2日，AMD抢在Intel发布PII CPU之前推出 AMD K6处理器，由于其性能与PII不相上下，而价格却比PII低了不少，因而获得了极大成功。1997年5月7日，Intel公司推出Intel Pentium，含750万个晶体管，带有MMX指令，核心电压为2.0V，0.25um制造工艺，采用Slo

7、t1架构，工作在66/100M外频，频率为233M450M。 Intel PentiumII第六代Pentium/Pentium III、Celeron1998年：Intel公司推出Celeron，0.25um制造工艺，Slot1架构，没有片内L2缓存，所以它的整数运算能力很差。66M外频，核心工作电压为2.0V。 Intel Celeron1999年2月22日，AMD发布K6-III 400MHz CPU，集成2300万个晶体管，采用Socket 7结构。 K6-III1999年2月26日，Intel公司推出了Pentium CPU芯片，它的集成度达到800万个晶体管，0.18um制造工艺，

8、Slot1架构，32KB一级缓存和256KB二级高速缓存，100M/133M外频，包括MMX指令和Intel自己的3D指令SSE（因特网数据流单指令扩展，有71条指令）内核工作电压为1.6V。 Pentium1999年6月23日，AMD推出AMD Athlon (K7) 处理器。其超标量浮点单元及200MHz系统总线使其性能达到了以前x86处理器从未达到的水平。 AMD Athlon第七代Pentium 42000年3月29日，Intel公司推出了Celeron，0.18um制造工艺，SSE指令，128KB L2，66M外频。2000年6月，Intel公司又推出了Pentium 4 CPU芯片

9、，Netburst 结构的Pentium 4 起始频率为1.4GHz。2001年8月20日，AMD公司推出Athlon 4 及Duron芯片系列的新产品。 Duron2001年8月28日，Intel正式发布了代号为Willamette的P4 CPU，最高频率为2GHz，采用0.18um制造工艺。2001年10月8日，AMD宣布推出AthlonXP处理器系列，它采用专业3D Now!指令集，在封装上采用OPGA（有机管脚阵列），在性能和性价比方面都超过同频率的Intel处理器。2002年1月7日，Intel正式发布了代号Northwood的P4 CPU，起始频率2GHz，采用0.13um铜制造工

10、艺，标志着CPU进入0.13um制造工艺时代。目前的主频为2.0GHz、2.20GHz、2.26GHz、2.40GHz、2.53GHz、3.06 GHz和3.2GHz等。P42002年3月，AMD公司正式展示其基于Thoroughbred核心的AthlonXP2800+处理器，采用0.13um制造工艺。不久又发布了Barton核心的AthlonXP处理器。2003年9月，AMD公司发布了Athlon 64位处理器。AMD Athlon 64 FX处理器既可以确保32位应用程序能够发挥卓越的性能，也可以支持未来一代的64位软件，是可以同时支持32位及64位计算的个人电脑处理器。 其他厂家的中国的

11、龙芯俄罗斯MCST R500 其他厂家的二、CPU的类型划分1、按厂家划分 Intel和 AMD2、按使用规格划分 台式机和笔记本电脑3、按CPU的接口划分 ocket（针脚式）和Slot（插卡式）二、CPU的分类2.1、针脚式Socket架构的CPU Intel(socket 775 socket 478) AMD (socket 939 socket754)2.2、插卡式的Slot架构的CPU Intel(Slot 1) AMD (Slot A)CPU的接口 Socket插座 :Socket 7插座 具有321个插孔，所支持的外频一般为60MHz、66MHz、75MHz、83MHz。Soc

12、ket 7适用范围很广，主要适用于Intel的Pentium、Pentium MMX，AMD的K5、K6、K6-2、K6-，Cyrix的M等。 随后出现的Super 7标准是在Socket 7基础上发展起来的，是由AMD、VIA、ALI、SIS等厂商倡导并创建的标准。Super7增加了对处理器100MHz外频、AGP的支持，可以支持AMD K6-2、K6-处理器。 Socket 7插座Socket 478插座 具有478个插孔，适用于目前主流Pentium 4处理器，具有较好的硬件搭配和升级能力。 Socket 478插座Socket T插座 Intel即将推出的Socket T插座具有775

13、个插孔，适用于即将推出的LGA封装的Prescott和Tejas处理器。 Socket T插座Slot插槽 :Slot 1插槽 是Intel在推出Pentium时提出的一种规范。Slot 1插槽是一个狭长的242引脚的插槽，占据的空间较大，CPU安装起来有点费劲。Slot 1可以支持采用SEC（单边接触）封装技术的Pentium、Pentium 和Celeron 处理器。Slot 1插槽Slot 1Slot 1 CPUSlot 1架构的插槽Slot 1架构的CPU插槽Slot 2插槽 采用该接口的CPU主要是用于高端工作站和服务器的Intel Xeon（至强）系列，在家用机和普通商用机中并不多

14、见。Slot A插槽 从外观上看，Slot A和Slot 1很相似，其安装就像是把Slot 1旋转180度，但两者的电器性能并不兼容。Slot A适用于AMD Athlon处理器。 三、CPU的性能指标1、主频2、外频3、一级缓存和二级缓存4、工作电压5、前端总线频率6、支持的指令集7、制造工艺8、超线程技术（Hyper-Therading）1、主频 主频指的是CPU内核运行时的时钟频率，单位为（MHz）兆赫兹。主频的高低直接影响到CPU的运算速度，频率越高，速度越快。 如：Pentium 4 3.4G(主频为3400MHz) Celeron 2.0G(主频为2000MHz)2、外频 外频是C

15、PU与主板之间同步运行的速度，单位也是MHz。 外频越高，CPU就可以同时接收更多的来自外部设备的数据，从而使整个电脑速度更快。 100MHz外频之下的Celeron 800MHz比66MHz外频之下的Celeron 800MHz运行速度快。目前主流CPU的外频100MHz、133MHz、200MHz三种。倍频 指CPU的主频和系统总线（外频）间相差的倍数，倍频越高，主频就越高。 在286时代，还没有倍频的概念，CPU的主频和系统总线的速度一样。随着计算机技术的发展，内存、主板和硬盘等硬件设备逐渐跟不上CPU速度的发展，而CPU的速度理论上可以通过倍频无限提升 CPU主频=外频倍频。 超频 在

16、倍频一定的情况下，要提高CPU的运行速度只能通过提高CPU外频来实现；在外频一定的情况下，提高倍频也可以实现目的。所谓的“超频”，就是通过提高外频或倍频实现的。目前的CPU倍频一般都已经在出厂前被锁定（除了部分工程样品），而外频则未上锁。部分CPU，如AMD的Duron和雷鸟能够通过特殊手段对其倍频进行解锁而实现超频，而Intel的CPU则不可。 3、前端总线（FSB）是CPU和北桥芯片之间的通道，负责CPU与北桥芯片之间的数据传输,也是数据传输率，即数据带宽（有时也称传输带宽）。 前端总线的速度主要是用前端总线的频率来衡量，前端总线的频率有两个概念，一是总线的物理工作频率（外频），二是有效工

17、作频率（是我们说的FSB频率）。数据带宽 =（总线频率数据位宽） 8如：100MHz前端总线数据带宽(100MHZ 64bit) 8Byte/bit=800MB/s目前的系统总线有266MHz、333MHz、400MHz、533MHz、800MHz几种。前端总线频率FSB在AMD的雷鸟系列CPU发布以前，CPU的外频和前端总线保持一致，因此人们通常把外频和前端总线都用外频表示。 公司名称CPU名称外频前端总线IntelCeleron（赛扬），Celeron II66MHz，100MHz66MHz，100MHzPII CPU100MHz100MHzPIII CPU100MHz，133MHz100

18、MHz，133MHzP4100MHz，133MHz，200MHz400MHz，533MHz，800 MHzAMDK6-2 350以上（包括部分K6-2 300）100MHz100MHzK7 (Athlon)，Duron，Thunderbird100MHz，133MHz200MHz，266MHzAthlon XP133MHz，200MHz266MHz，400MHzVIAMIII (CyrixIII)，C3133MHz133MHz4、 高速缓存 高速缓存是一种速度比内存更快的存储设备，其功能是减少CPU因等待低速设备所导致的延迟进而改善系统性能。它一般集成于CPU芯片内部，用于暂时存储CPU运算时

19、的部分指令和数据。 高速缓存分为L1 Cache（一级高速缓存）和L2 Cache（二级高速缓存）。L1和L2 Cache的容量和工作速率对提高计算机速度起关键作用。 一级缓存和二级缓存CPU读取数据的顺序 缓存是可以进行高速数据交换的存储器，它先于内存与CPU交换数据，速度及快，又称为高速缓存。一级缓存二级缓存内 存硬 盘CPU一级缓存（L1 Cache，内部缓存）二级缓存（L2 Catch，外部缓存）二级缓存是CPU性能表现的关键之一，在CPU核心不变化的情况下，增加二级缓存容量能使性能大幅度提高 5、 工作电压 CPU内核工作电压越低则表示CPU制造工艺越先进，也表示CPU运行时耗电功率

20、越小。在Intel的Pentium MMX之前，所有的CPU均采用单一的电压工作，自Pentium MMX开始，CPU运行时需要由主板分别提供I/O电压 (Vi/o) 和内核 (Vcore) 电压，直到目前为止所有Soket架构的CPU仍然采用这种方式供电。Slot 1架构的同样也有Vcore和Vcc二种工作电压，其中Vcc与Socket架构CPU的Vi/o相似。 6、支持的指令集Intel公司的MMX(多媒体扩展指令集）和SSE（单指令多数据流扩展）AMD公司的“3D Now!”和 “3D Now!+指令集” 指令集MMX技术 是Intel公司开发的多媒体扩充指令集，共有57条指令，该技术一

21、次能处理多个数据。通常用于动画再生、图像加工和声音合成等处理。SSE指令 SSE（Streaming SIMD Extensions）指令集指Intel 在Pentium 处理器中添加的70条新的指令,又称为“MMX 2指令集”。它可以增强三维和浮点运算能力，并让原来支持MMX的软件运行得更快。SSE指令可以兼容以前的所有的MMX指令，新指令还包括浮点数据类型的SIMD，CPU会并行处理指令，因而在软件重复做某项工作时可以发挥很大优势。 SSE2指令 SSE 2指令集集成在Intel的Pentium 4中，以加快3D、浮点以及多媒体程序代码的运算性能，该指令集内包括144条指令。 3DNOW！

22、技术 是AMD公司在K6-2，K6-和K7处理器中采用的技术，也是为了处理多媒体而开发的。3DNOW！技术实际上是指一组机器码级的扩展指令集（共21条指令）。这些指令仍然以SIMD（单指令多数据技术）的方式实现一些浮点运算、整数运算、数据预取等功能。而这些运算类型（尤其是浮点运算）是从成百上千种运算类型中精算出来的在3D处理中最常用的。7、制造工艺 制造工艺的关键是用来表示组成芯片的电子线路或元件的细致程度，采用的单位是m（微米）。 其值越小制造工艺越先进，集成的晶体管越多，CPU达到的频率也就越高。Pentium 4、Athlon XP采用0.13 mPentium 4（）采用.m8、超线程

23、技术 超线程技术（Hyper-Threading,简称）是Intel公司一项较新的技术，主要是指在中加入了两个逻辑处理单元，可以使芯片同时进行多线程处理，使芯片性能得到提升。使用这项技术，处理器的资源利用率平均可提升40%，大大增加了处理器的可用性能。CPU 识别Intel CPU生产地代表66外频128K二级缓存CPU的主频533A工作电压是1.5V四 主流CPU介绍 主流CPU Intel公司 Pentium III处理器Celeron处理器 Pentium 4处理器 Prescott和Tejas处理器 AMD（超微） Duron处理器 ThunderBird处理器 AthlonXP处理器

24、 Athlon(速龙)、Semprom(闪龙) Pentium D、Pentium XEPentium D和Pentium Extreme Edition（Pentium XE）均是双核处理器Pentium D处理器是两颗Pentium 4的整合 Pentium D处理器拥有2个家族：800家族和900家族 Pentium XE处理器是Pentium D与HT超线程技术的结合 核心封装接口FSB(MHz)L2(KB)工艺(nm )Pentium DSmithfield PLGA LGA775533/8002x1M90Presler PLGA LGA7758002x2M65Pentium XES

25、mithfield PLGA LGA7758002x1M90Presler PLGA LGA77510662x2M652 Pentium D、Pentium XE 你认识它们吗？PLGA封装的Pentium XE（背面）处理器 PLGA封装的Pentium D处理器 Core 2Core 2（酷睿2）是英特尔推出的采用全新Core微架构的处理器 目前分为Duo（双核）、Extreme（至尊版）以及Quad（四核）三种型号 不再单纯注重处理器频率的提升，在其他一些例如缓存内存效率、核心数量等方面作出优化 处理器功耗低核心封装接口FSB(MHz)L2(KB)工艺(nm )Core 2 DuoAll

26、endale PLGA LGA775800/10662M65Conroe PLGA LGA77510664M65Core 2 Quad Kentsfield PLGA LGA77510662x4M65Core 2 Extreme Conroe PLGA LGA77510664M65Kentsfield PLGA LGA77510662x4M652 Core 2 你认识它们吗？PLGA封装的Core 2 Duo处理器 AMD-K6系列第六代内部设计，第五代外部接口 业界标准的MMX指令支持 K6-2处理器中支持3DNow！，增加了21条图形和声音处理指令 K6-3处理器中256KB片上全核心速L

27、2高速缓存 K6-3处理器 K6-2处理器 K6处理器 Athlon系列AMD公司的K7微处理器被正式命名为Athlon 支持3DNow! 、Enchanced 3Dnow! 、3DNow! Professional多媒体扩展指令集 支持MMX、SSE、SSE2多媒体扩展指令集 采用EV6总线，数据时钟是真实时钟速度的两倍 最新版本采用铜芯片互连技术从Palomino 核心开始改名为Athlon XP并使用P速率来标记 Athlon系列核心封装接口FSB(MHz)L2(KB)工艺(m )AthlonK7 Card module Slot A2005120.25K75 Card module S

28、lot A2005120.18Thunderbird Card moduleCPGA Slot ASocket A200/2662560.18Athlon XPPalomino OPGASocket A2662560.18Thoroughbred OPGA Socket A266/333256/5120.13Thorton OPGA Socket A3332560.13Barton OPGA Socket A333/4005120.13Athlon系列OPGA封装的Athlon XP处理器 CPGA封装的Athlon处理器 Card module封装的Athlon处理器 你认识它们吗？Duro

29、nDuron带少量L2高速缓存，是Athlon的低价版本Duron采用实际频率来命名其他性能与同核心的Athlon处理器相同核心封装接口FSB(MHz)L2(KB)工艺(m )Spitfire CPGA Socket A200640.18Morgan CPGA Socket A200640.18Appelbred OPGASocket A266640.18 Duron你认识它们吗？CPGA封装的Duron处理器OPGA封装的Duron处理器Athlon 64系列全球第一款桌面系统64位处理器正式发布64位计算能力 超过4GB的内存寻址能力 处理器内部集成内存控制器 采用HyperTranspo

30、rt总线 Execution Protection防病毒技术 CoolnQuiet技术 MMX、3DNow！、SSE、SSE2全面支持，部分支持SSE3 Athlon 64 X2系列支持双核技术 Athlon 64 FX是Athlon 64处理器系列中面向高端桌面的产品，可以提供更高的频率和更强的性能 Athlon 64系列处理器主要有四种接口 Athlon 64系列核心封装接口HT(MHz)L2(KB)工艺(nm )Athlon 64 ClawHammer OPGASocket 754/939800512/1024130NewCastle OPGASocket 754/939800/1000

31、512130Winchester OPGASocket 939100051290Venice OPGASocket 939100051290San Diego OPGASocket 9391000100090Orleans OPGASocket AM2100051290Athlon 64 FXSledgehammer CPGA Socket 9408001024130ClawHammer OPGA Socket 9398001024130San Diego OPGA Socket 9391000102490Toledo OPGA Socket 93910002x102490Windsor OP

32、GA Socket AM210002x102490Athlon 64 X2Manchester OPGA Socket 93910002x51290Toledo OPGA Socket 93910002x102490Windsor OPGASocket AM210002x512/2x102490Athlon 64系列你认识它们吗？CPGA封装的Athlon 64 FX 51处理器OPGA封装的Athlon 64系列处理器2.14.12 Sempron Sempron用来取代Duron产品线 Sempron与Athlon XP以及Athlon 64系列处理器主要差异在于L2缓存的大小其他性能与同核心的Athlon XP、Athlon 64系列处理器相同核心封装接口FSB/HT(MHz)L2(KB)工艺(nm )Thoroughbred OPGASocket A333256130Barton OPGASocket A333512130Paris OPGASocket 754800256130Oakville OPGASocket 754800128/25690Palermo OPGASocket 754800128/25690Manila OPGASocket AM21