第2章中央处理器

2.1CPU基本原理、分类、结构和参数2.2CPU的发展2.3主流CPU产品型号2.4CPU散热器第2章

中央CPU2.1CPU的基本原理、分类、结构和主要参数2.1.1CPU的基本工作原理CPU由运算器和控制器组成。内部分为控制单元、逻辑单元和存储单元,相互协调，进行分析、判断、运算，并控制计算机各部分协调工作。运算器主要完成各种算术运算（如加、减、乘、除等）和逻辑运算（如逻辑加、逻辑乘和逻辑非运算等）；控制器读取指令，对指令进行分析，做出相应的控制。寄存器存放可直接参与运算的中间结果。2.1.2CPU的分类（1）按CPU的生产厂家分类（2）按CPU的位数分类（3）按CPU的接口分类（4）按CPU型号或标称频率分类386/486/P（5）按CPU的核心数量分类:单核/双核/4核/6/8（6）按CPU的制造工艺分类：95/45/32/22（7）按适用类型分类①桌面版②移动版③服务器版2.21.3CPU的外部结构1．CPU的基板基板承载CPU核心用的电路板。2．CPU的核心CPU中间凸起部分是核心芯片或CPU核心（Die），是CPU硅晶片部分。图2-36AthlonXP的外观图2-37Pentium4的外观3．CPU的编码注明CPU的名称、时钟频率、二级缓存、前端总线、内核电压、封装方式、产地、生产日期等信息。4．CPU的接口CPU的封装形式主要分为两大类：针脚式的Socket类型，插卡式的Slot类型。图2-32Socket7CPU插座(1)Socket7插座(321)(2)Socket370插座

Intel的Socket370支持CeleronII、PentiumIII、CyrixIII和VIAC3图2-33Socket370CPU插座(3)SocketA插座

AMDSocketA（Socket462）是为AthlonCPU设计的接口标准。Athlon、Duron和AthlonXP

CPU都采用。图2-34SocketACPU插座(4)(4)Socket478IntelSocket478接口支持Pentium4CPU图2-35Socket478CPU插座（5）Socket775LGA接口IntelLGA775封装的CPU所对应的CPU接口（6）SocketAM2/AM2+接口2006.5发布支持DDR2内存的AMD64位桌面CPU的插槽标准，有940个针脚插孔2.1.4CPU的主要技术参数

Intel酷睿i74770K（盒）重要参数插槽类型：LGA1150CPU主频：3.5GHz最大睿频：3.9GHz:cpu自动超频/降频。i3不支持睿频，i5，i7都支持。制作工艺：22纳米二级缓存：4×256KB三级缓存：8MB核心数量：四核心八线程核心代号：Haswell热设计功耗(TDP)：84W适用类型：台式机倍频：39倍外频：100MHzIntel酷睿i74770K（盒）基本参数适用类型 台式机CPU系列酷睿i74700CPU主频 3.5GHz最大睿频 3.9GHz外频 100MHz倍频 39倍插槽类型 LGA1150核心代号 Haswell核心数量 四核心线程数 八线程制作工艺 22纳米热设计功耗(TDP) 84W热设计功耗（ThermalDesignPower，TDP）是指CPU负荷最大时释放出的热量，单位是瓦特（W）。一级缓存 2×64KB二级缓存 4×256KB三级缓存 8MB技术参数 内存控制器 双通道DDR3160064位处理器 是1．CPU型号目前常见的IntelCPU型号:

Core2四核极品系列：IntelCore2ExtremeQX9650（3.0GHz，45nm）、QX6850（3.0GHz，65nm）等型号。

Core2四核系列：IntelCore2QuadQ9300（2.5GHz，6MBL2）、Q9450（2.66GHz，12MBL2）、Q9550（2.83GHz，12MBL2）等型号，IntelCore2QuadQ6600（2.4GHz）、Q6700（2.66GHz）等型号。

Core2双核极品系列：IntelCore2ExtremeX6800（2.93GHz）等型号。常见的AMDCPU型号:

Phenom羿龙X4四核系列：AMDPhenomX49900（2.3GHz）、PhenomX49700（2.2GHz）、PhenomX49600（2.3GHz）、PhenomX49100e（1.8GHz）等型号。

Phenom三核系列：AMDPhenom8600（2.3GHz）等型号。

Athlon64X2双核系列：AMDAthlon64X25200+（2.7GHz）、5000+（2.6GHz）、4800+（2.5GHz）、4400+（2.3GHz）、4000+（2.1GHz）等型号。2．核心类型为了便于对CPU的设计、生产、销售进行管理，CPU制造商会对各种CPU核心给出相应的代号例如，IntelCore2Duo有Conroe、Wolfdale等核心类型，AMDAthlon64X2有Toledo、Windsor等核心类型。3．主频主频:CPU核心工作的时钟频率（CPUClockSpeed），单位为MHz或GHz。4．外频又称外部时钟频率，单位为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。例如，IntelCore2Duo和AMDAthlonX2的外频为200、333MHz。5．倍频倍频系数:CPU的运行频率与系统外频之间的倍数，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。6．前端总线（FrontSideBus，FSB）前端总线也称为CPU总线，是PC系统中最快的总线，也是芯片组与主板的核心。前端总线主要由CPU使用，用来与高速缓存、主存和北桥之间传送信息。需要主板和CPU都支持某个前端总线，系统才能工作,266MHz、333MHz、400MHz、533MHz、800MHzIntel采用QDR（QuadDateRate）4倍并发技术，FSB的频率为外频的4倍.AMDK7采用EV6技术，FSB的频率为外频的2倍Athlon64采用HyperTransport总线,使FSB为外频的4倍对于Athlon64、Athlon64X2、Phenom，内存控制器在CPU内部，不存在内存控制器和CPU之间的FSB。集成在CPU内部的内存控制器与CPU速度相同。AMD取消FSB，采用HyperTransport（简称HT）来完成CPU与主板北桥芯片组之间的连接，速度将会因平台而异，HT总线频率有1GHz/s、1.61GHz/s、2GHz/s、3.6GHz/s等。配合有效的双通道内存控制设计，在内存应用效率和速度方面，Athlon64平台将会在内存带宽效率上超出同等Pentium4、Core2Duo平台不少。FSB也用数据传输最大带宽表示，FSB与数据传输最大带宽的关系为：CPU数据传输最大带宽[CPU前端总线位宽（主流CPU、内存均为64bit）CPU前端总线频率]/8IntelCore2Duo的FSB与带宽的关系见表2-1。7．高速缓存（Cache）用来存储常用或即将用到的数据或指令，当CPU需要这些数据或指令时，直接从高速缓存中读取，而不用再到内存甚至硬盘中去读取，大幅度提升CPU的处理速度。缓存分为L1Cache（一级缓存）。L2Cache（二级缓存）。L3Cache（三级缓存）。CPU在读取数据时，寻找顺序依次是L1Cache→L2Cache→L3Cache→内存→外存储器。图2-36内存层次结构图8．指令集决定CPU能够运行什么样的程序，指令越多，功能越强大。增加新指令，以增强CPU系统功能。x86指令集是Intel公司为其第一块16位CPUi8086专门开发的指令集，为提高浮点数据处理能力而增加了x87芯片，以后就将x86指令集和x87指令集统称为x86指令集。9．CPU扩展指令集是CPU增加的多媒体或者3D处理指令,以提高CPU处理多媒体和3D图形的能力有MMX（MultiMediaExtension，多媒体扩展指令）SSE（StreamingSIMDExtensions，单一指令多数据流扩展）SSE2（新增加了144条SSE指令，因而称为SSE2）3DNow!、SSE3、SSE4指令集等。10．字长及64位技术CPU一次同时处理的二进制数的位数叫做字长或位宽。Pentium4和AthlonXP都是32位的。64位（bit）技术是指CPU中通用寄存器的数据宽度为64位，采用64位指令集可以一次传输、运算64位的数据。11．双核心/多核心（Dual/MultiCore）CPU双核心/多核心CPU，就是在一块CPU基板上集成两颗或两颗以上CPU核心，并通过并行总线将各CPU核心连接起来。12．工作电压指CPU核心正常工作所需的电压。根据CPU的制造工艺而定的。制造工艺数值越小，核心工作电压越低，一般在1.3～3V之间。13．制造工艺制造工艺(制程宽度或制程)是指芯片上晶体管和晶体管之间导线连线的宽度，简称线宽。一般用m（微米）或nm（纳米）表示。早期的连线采用铝连线，后来采用铜连线。制作工艺的提高，意味着CPU的体积将更小，集成度更高，耗电更少。IntelCore2Duo、AMDAthlon64X2采用65nm、45nm的制造工艺。14．封装技术封装是指将集成电路用绝缘的塑料或陶瓷材料打包的技术。芯片的封装技术从DIP、PQFP、PGA、BGA到FC-PGA，指标一代比一代先进。目前封装技术适用的芯片频率越来越高，散热性能越来越好，引脚数增多，引脚间距减小，重量减小，可靠性也越来越高。15．CPU的超线程技术超线程技术（Hyper-Threading，HT）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CPU单元，相当于两个CPU同时在工作，可同时处理两个独立的线程。就是把一个CPU“虚拟”成两个CPU，达到两个CPU工作的效果，加快了运算速度。1．4位CPU—Intel40041971，Intel把运算器和控制器集成，发布第一款CPU芯片4004。2.2CPU的发展2．8位CPU——Intel8008/80801972，Intel推出8位8008。1974，改进型8080。Motorola8位MC68003．16位CPU—Intel8086/8088/80286（1）Intel8086/8088

CPU1978，Intel推出首枚16位CPU80861979，Intel推出8088,

4.77MHZ1981，用CPU8088制作IBMPC51501983，用CPU8088制作IBMPC/XT（2）Intel80286CPU1982，推出80286。1985用于IBMPC/AT4．32位CPU——Intel80386/80486（1）Intel80386CPU1985，Intel发布80386,主频:12.5~33MHZ80386SX，外部16位/内部32位数据传送80386DX，内外皆为32位数据传送AMD、Cyrix、IBM等生产与80386兼容芯片。Motorola的MC68030（2）Intel80486CPU1989，推出8048680486SX，外部16位，内部32位数据传送，80486DX，内外为32位，主频为33MHZ。80486DX2，内外为32位，主频为66MHZ。其他公司推出与80486兼容的CPU芯片。486DX2/486DX4出现倍频，80486DX2-66，主频66MHz/外频33MHz（3）IntelPentiumCPU1993.3，推出Pentiumclassic经典奔腾，代号P54C，主频66～133MHZ。0.60和0.35um制造工艺。（4）IntelPentiumⅡCPU1997，Intel发布PentiumⅡ。同档次的AMDK6-2和CyrixMⅡ1998.4，推出Celeron（赛扬），采用Socket370架构的Celeron333和366。（5）IntelPentiumⅢCPU1999，发布PentiumⅢ2000.3，AMD率先推出1GHz的Athlon，性能超过PentiumⅢSocket370架构PentiumⅢ，667/733/800/933/1000MHz2000，推出CeleronII，采用Socket370架构AMD推出Athlon（速龙,

462针的SocketA架构，频率700MHz～1.4GHz，内建MMX和增强型3DNow!技术)AMD推出Athlon（速龙）的简化版本Duron（钻龙），SocketA架构，频率600～950MHz。（6）IntelPentium4CPU2000.11,发布Pentium4CPU,1.40/1.5GHz。核心为Willamette，Socket423，SSE2Pentium4CPU均基于Socket478架构，采用Northwood核心，0.13m工艺，集成5500万个晶体管，主频为1.8～2.4GHzPentium4的简化版本Pentium4Celeron采用Socket478架构，主频1.4GHz以上。AMD推出AthlonXP（速龙XP），采用SocketA架构，以对抗Pentium4。AthlonXP具有强大的浮点单元设计和优秀的整数计算单元。经广泛测试显示，Pentium4需要多付出300～400MHz的工作频率才可以获得与AthlonXP相当的性能。2004.6,推出SocketLGA775架构的Pentium4、CeleronD及Pentium4EE(ExtremeEdition3.4GHz)5．64位CPU（1）AMDAthlon64系列2003.9，AMD发布面向台式机和笔记本的64位处理器：Athlon64和Athlon64FX（也称K8架构）。（2）IntelPentium464位系列2005.2,发布桌面64位CPU，冠以6xx系列的名称。P46xx和新Pentium45xx系列引入64位技术，命名Pentium45x1，以后缀为1来表示。LGA775封装的CeleronD及最新双核PentiumD，也支持64位技术。6．双核心CPU（1）PentiumD和PentiumExtremeEdition2005.4,发布双核心CPU（2）Athlon64X22005.5，AMD发表桌面型的双核速龙Athlon64X2（包括4800+、4600+、4400+及4200+等），服务器/工作站双核皓龙CPUOpteron,采用Socket939架构。(视频AMD新品速龙II双核250处理器视频介绍)7．Intel新一代Core微架构Pentium、Pentium2、Pentium3、Pentium4、PentiumD使用NetBurst架构。2006年7月，Intel发布新一代的全新的微架构桌面CPU——Core2Duo（酷睿2），正式宣布Pentium时代结束。2006.11，Intel发布的四核桌面CPU，分为两大系列：以Q开头的Core2Quad（酷睿2四核）；以QX开头的Core2QuadExtreme（酷睿2四核极品版）。Core2四核系列CPU的核心代号为Kentsfield，是将两个Conroe核心整合到同一块基板之上，称为非原生四核，技术上与Core2Duo并没有区别8．AMD新一代K10微架构AMD的K7、K8架构桌面产品都采用了Athlon品牌2007.11AMD发布基于全新K10架构的Phenom“羿龙”系列，第一款四核CPU。K10架构之后，Athlon被废弃，取而代之的是新的Phenom“羿龙”CPU。Phenom采用HyperTransport3.0总线技术，可提供最高14.4GBps的系统带宽，集成的内存控制器最高支持DDR2-1066。热设计功耗95W07年酷睿四核08年I7诞生720820,之后I7和酷睿陆续向下发展10年I3I5诞生10年9月全世界尚未发布的消息：amd六核已经开始供应11年I7980X即将退市I3I5二代上市I7二代上市2.3主流CPU产品的型号2.3.1Intel系列主流CPU产品介绍1．Core2双核系列Core2双核系列分为桌面版和移动版两大家族，分为三类：

核心代号为Conroe的桌面CPU，命名为Core2Duo（酷睿2双核心，Duo代表多核）；

核心代号为Woodcrest的高性能桌面CPU（命名为Core2Extreme，即Core2极品版）；

核心代号为Merom的移动CPU，同样命名为Core2Duo。（1）Core2Duo（酷睿2双核）桌面CPU桌面版Core2Duo的命名以“E”开头，性能从高到低分为E8000、E6000、E4000三个系列。采用LGA775接口，通过主频、前端总线频率、二级缓存的不同，以及是否支持IntelVirtualizationTechnology（虚拟技术）等附加技术来定位。①E8000系列IntelCore2DuoE8500CPU的外观。②E6000系列IntelCore2DuoE6550CPU的外观及产品包装盒。③E4000系列IntelCore2DuoE4300CPU的外观。（2）Core2Extreme（酷睿2双核极品版）桌面CPUCore2Extreme的命名以“X”开头，目前只有X6800系列。有IntelCore2ExtremeX6800等型号。Core2ExtremeX6800CPU采用LGA775接口，前端总线频率为1066MHz，时钟频率为2.93GHz，L2Cache为4MB，热功耗75W，最高温度60.4℃。（3）Core2Duo双核移动CPU移动版的Core2Duo（Merom）分为T、L（低功耗）、U（超低功耗）三个系列。T系列又分为T5000与T7000两大系列。早期的Core（可称为酷睿1）有CoreDuo（双核）和CoreSolo（单核）之分。酷睿1的命名以T开头，双核与单核的区分是T后面的数字，双核是2，单核是1。例如，T2700是双核，T1400是单核。酷睿1还有低功耗和超低功耗的Centrino（迅驰）系列，低功耗命名以L开头，超低功耗命名以U开头，如L2400，U1400。2．Core2四核系列Intel四核桌面CPU两大系列：Core2QuadExtreme（酷睿2四核极品版），以QX开头；Core2Quad（酷睿2四核），以Q开头。（1）Core2QuadExtreme系列有QX9000和QX6000两个系列。①QX9000系列CPU。IntelCore2QuadExtremeQX9770CPU的外观。②QX6000系列CPU。IntelCore2QuadExtremeQX6850CPU的外观及产品包装盒。（2）Core2Quad系列酷睿2四核有Q9000和Q6000两个系列。①Q9000系列CPU。②Q6000系列CPU。3．PentiumE2000双核系列E2000系列包括E2100系列和E2200系列，分别面向低端和中端市场。（1）PentiumDualCoreE2100系列IntelPentiumDualCoreE2160CPU，倍频为9，外频为200MHz，主频为1.8GHz。（2）PentiumDualCoreE2200系列IntelPentiumDualCoreE2200CPU上的标记和产品包装盒。4．CeleronE1000双核系列双核心Celeron（赛扬）E1000系列CPU按性能从高到低包括E1600（2.4GHz）、E1200（1.6GHz）等型号。5．Celeron400单核系列单核心赛扬400系列CPU按性能从高到低包括430（1.8GHz）、420（1.6GHz）等型号。2.3.2AMD系列主流CPU产品介绍2007.6，AMD转用“数字+字母”的全新方式。新命名体系遵循“数字越大，性能越好”的原则。此外，为了便于记忆和书写，AMD将新款Athlon64X2简单命名为AMDAthlon。以AthlonX2BE-2350为例解释命名系统。①前两个字母说明CPU类别，BE”类别是指低于65W的CPU。②横线后面的第一位数字是CPU的系列号，说明CPU属性的主要改进。“2xxx”系列目前包含在AMDAthlonX2系列CPU中。AMD已从AthlonX2名称中去掉了“64”。③横线后面的最后三位数字说明CPU在其类别系列中的相对位置。在同一个类别系列中，这些数字越大，说明CPU性能越强。1．Athlon64X2系列2005.5，AMD发布双核速龙CPUAthlon64X2，按性能从高到低包括4800+、4600+、4400+、4200+等型号。2006.5，AMD发布SocketAM2接口的Athlon64X2系列CPU，核心类型为Windsor，包括Athlon64X26000+（3.0GHz，2MBL2）、5600+（2.8GHz，2MBL2）、5200+（2.6GHz，2MBL2）、5000+（2.6GHz，1MBL2）、4600+（2.4GHz，1MBL2）、4200+（2.2GHz，1MBL2）、3800+（2.0GHz，1MBL2）等型号。2006.12，AMD发布65nm工艺的Athlon64X2系列CPU，按性能从高到低包括Athlon64X25200+（2.7GHz）、5000+（2.6GHz）、4800+（2.5GHz）、4400+（2.3GHz）、4000+（2.1GHz）等型号。2．AMDAthlonX2BE-2000系列AthlonX2BE-2000系列是AMD采用新命名方式后最先发布的入门系列产品，“BE”类别表示低于65W的CPU。按性能从高到低包括BE-2400（2.3GHz）、BE-2350（2.1GHz）、BE-2300（1.9GHz）等型号。3．AMDPhenom系列Phenom

CPU分为以下4个系列：

双路四核心PhenomFX(AgenaFX)

四核心PhenomX4(Agena)

三核心PhenomX3

双核心PhenomX2(Kuma)PhenomCPU基于K10直连架构（DCA），采用65nm制造工艺，SocketAM2+接口封装。（1）PhenomX4四核心系列PhenomX4四核心系列CPU按性能从高到低包括PhenomX49900（2.6GHz）、9700（2.2GHz）、9600（2.3GHz）、9500（2.2GHz）、9100e（1.8GHz）等型号。采用65nm制造工艺，基于Agena核心，采用原生四核心设计，SocketAM2+接口。（2）PhenomX3三核心系列首批三核CPU按性能从高到低包括PhenomX38600（2.3GHz）、8400（2.2GHz）等型号。4．AMDAthlonLE-1600单核心系列AthlonX2LE-1600系列是AMD采用新命名方式后发布的单核心低端入门系列产品，按性能从高到低包括包括AthlonLE-1640（2.6GHz）、LE-1620（2.4GHz）、1600（2.2GHz）等型号。5．AMDSempron64LE-1000单核心系列AMDSempron（闪龙）LE-1000系列是AMD单核心低端入门系列产品，按性能从高到低包括Semp