《计算机组装与维护》第4章教案

1、第四章CPU的使用与修理教学目标CPUCPU了解主流的CPUCPUCPUCPU一、什么是 CPUCPU（Central Processing Unit）又叫中心处理器，是计算机系统的核心部件，在整个电脑系统中起到运算和把握的作用。它是由数量众多（几千万个）的晶体管组成的超大规模集成电路，把握着整个计算机系统的运行。二、CPU的工作原理1、CPU 的生产过程在了解CPU 工作原理之前，我们先简洁谈谈CPU 是如何生产出来的。CPU 是在特别纯洁的硅材料上制造的。一个CPU 芯片包含上百万个精巧的晶体管。人们在一块指甲盖大小的硅片上，用化学的方法蚀刻或光刻出晶体管。因此，从这个意义上说，CPU 正

2、是由晶体管组合而成的。简洁而言，晶体管就是微型电子开关，它们是构建CPU 的基石，你可以把一个晶体管当作一个电灯开关，它们有个操作位，分别代表两种状态：ON(开)和 OFF(关)。这一开一关就相当于晶体管的连通与断开，而这两种状态正好和“1”的特别次序和模式能代表不同的状况，将其定义为字母、数字、颜色和图形，如ASCII 码。2、CPU 的内部结构算术规律单元ALU(Arithmetic Logic Unit)ALU 是运算器的核心。它是以全加器为基础，辅之以移位寄存器及相应把握规律组合而成的电路，在把握信号的作用下可完成加、减、乘、除四则运算和各种规律运算。把握单元(Control Unit

3、)把握单元是整个 CPU 的指挥把握中心，由指令寄存器 IR(Instruction Register)、指令译码器 ID(InstructionDecoder)0C(Operation Controller)三个部件组成，对协调整个电脑有序工作极为重要。寄存器组 RS(Register Set 或Registers)RS 实质上是 CPU 中临时存放数据的地方，里面保存着那些等待处理的数据，或已经处理过的数据，CPU访问寄存器所用的时间要比访问内存的时间短。接受寄存器，可以削减CPU 访问内存的次数，从而提高了CPU 的工作速度。总线(Bus) DB(Data Bus)、地址总线AB(Add

4、ress Bus) 、把握总线CB(Control Bus)。3、CPU 工作流程（P10）CPU 3 项基本工作。这个过程不断快速地重复，快速地执行一条又一条指令，产生显示器上所看到的结果。三、CPU的外观与构造1、 内核2、 基板3、 填充物4、 封装性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁封装方式：DIP（Dual In-line Package，双列直插封装）QFP/PFP（Quad Flat Package/Plastic Flat Package，扁平小块式封装/塑料扁平组件式封装）PGA(Pin Grid Array，针脚栅格阵列封装)FC-PGA (Flip Cli

5、p Pin Grid Array，倒装芯片针脚栅格阵列) SECC（Single Edge Contact Connector，单边接触连接封装）BGA（Ball Grid Array，球状阵列封装）LGA（Land Grid Array，岸面栅格阵列封装。5、接口CPU CPU 所以不能相互接插。引脚式：4004、8008、8086、8088 卡式：slot1/2、slotA触点式：LGA775 P4针脚式：Intel：socket 7(super 7)/370/423/478AMD：Socket A(462)/754/939/940四、CPU的性能指标1、 字长：CPU 在单位时间内(同一

6、时间)能一次处理的二进制数的位数叫字长。2、 主频：主频也叫时钟频率，单位是MHz，用来表示CPU 的运算速度。CPU 的主频外频倍频系数。CPU 的主频与CPU 实际的运算力量是没有直接关系的CPU 内数字脉冲信号震荡的速度1 GHz Itanium 2.66 GHz Xeon/Opteron CPU 的运算速度还要看CPU 的流水线的各方面的性能指标。3、 外频：外频是CPU 的基准频率，单位也是MHz。CPU 的外频打算着整块主板的运行速度。4、 前端总线：前端总线(FSB)频率(即总线频率)CPU (总线频率数据位宽)/8，数据传输最大带宽取决于全部同时传输的数据的宽度和传输频率。5、

7、 倍频：倍频系数是指CPU 主频与外频之间的相对比例关系。在相同的外频下，倍频越高CPU 的频率也越高。6、 缓存：缓存大小也是 CPU CPU 速度的影响格外大，CPU内缓存的运行频率极高，一般是和处理器同频运作，工作效率远远大于系统内存和硬盘。由于CPU 芯片面积和成本的因素来考虑，缓存都很小。L1 Cache(一级缓存)CPU 第一层高速缓存，分为数据缓存和指令缓存。内置的L1 高速缓存的容量和结构对CPU 的性能影响较大，不过高速缓冲存储器均由静态RAM 组成，结构较简单，在CPU 管芯面积不能太大的状况下，L1 级高速缓存的容量不行能做得太大。一般服务器CPU L1 32256KB。

8、L2 Cache(二级缓存)是CPU 的其次层高速缓存，分内部和外部两种芯片。内部的芯片二级缓存运行速度与L2 高速缓存容量也会影响CPU 的性能，原则是越大越好，现在家庭用CPU 256KB-2MB，而服务器和工作站上用CPU L2 256KB-3MB，有的4MB也不为过。7、 扩展指令集CPU 依靠指令来计算和把握系统，每款CPU 在设计时就规定了一系列与其硬件电路相协作的指令系统。指令的强弱也是CPU 的重要指标，指令集是提高微处理器效率的最有效工具之一。从现阶段的主流体系结构讲，指令集可分为简单指令集和精简指令集两部分，而从具体运用看，如Intel 的MMX（Multi Media E

9、xtended、SSE、 SSE2（Streaming-Single instruction multiple data-Extensions 2 、SEE3 和AMD 3DNow!等都是CPU 的扩展指令集，分别增加了CPU 的多媒体、图形图象和Internet 等的处理力量。我们通常会把CPU 的扩展指令集称为”CPU SSE3 指令集也是目前规模最小的指令集，此前MMX 包57 条命令，SSE 50 条命令，SSE2 144 条命令，SSE3 13 SSE3 也是最先进的指令集，英特尔Prescott 处理器已经支持SSE3 指令集，AMD 会在将来双核心处理器当中加入对SSE3 指令集

10、的支持，全美达的处理器也将支持这一指令集。8I/O 586CPU 开头，CPU 的工作电压分为内核电压和I/O CPU 的核心电压小于等于 I/O CPU 的生产工艺而定，一般制作工艺越小，内核工作电压越低；I/O 1.65V。低电压能解决耗电过大和发热过高的问题。9、 制造工艺：制造工艺的微米是指IC 内电路与电路之间的距离。制造工艺的趋势是向密集度愈高的方向进展。密度愈高的IC 电路设计，意味着在同样大小面积的IC 中，可以拥有密度更高、功能更简单的电路设计。180nm、130nm、90nm、65nm。Intel 2007 1116 45nm 的制造工艺。五、CPU的选购CPU 与主板的协

11、作组装一台计算机，要充分发挥 CUP 的性能，必需有相应的主板支持，这又取决于主板上接受的芯片组，它打算 CPU 的接口（插座）类型和前端总线频率，否则影响CPU 的工作效率。确定一款CPU 时，同时也打算了它所使用的主板类型。CPU 与内存的协作不同的CPU 产品拥有不同的前端总线，要想充分发挥CPU 的性能，选择与之相配的内存格外重要。至于如何搭配才能获得最佳性能800MHz前端总线的 P4 处理器可心供应 6.4GB/s 的数据传输带宽,而双通道的 DDR400 所供应的数据传输带宽恰好是6.4GB/s,这二者刚好形成好的协作。六、CPU散热器（一）CPU 散热方式风冷 散热是最常见的，

12、而且格外简洁，就是使用风扇带走散热器所吸取的热量。具有价格相对较低，安装简洁等优点，但对环境依靠比较高，例如气温上升以及超频时其散热性能就会大受影响。用毛吸作用等流体原理，起到类似冰箱压缩机制冷的效果。具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传 热面积可任意转变、可远距离传热、可把握温度等一系列优点，并且由热管组成的换热器具有传热效率高、结构 紧凑、流体阻损小等优点。由于其特别的传热特性，因而可把握管壁温度，避开露点腐蚀。小等等优点。但热管和液冷的价格相对较高，而且安装也相对麻烦一些。（二）风冷散热器技术参数1、风扇功率2、风扇口径3、风扇转速4、风扇噪音5、风扇排风量6、散热片材质7、散热片材料的纯度8、散热器的精度9、散热片体积10、风扇轴承（三