第2章-中央处理器课件.ppt

1、第2章 中央处理器CPU的发展史、分类、结构和主要性能指标;常见CPU的型号（Intel系列CPU、AMD系列CPU）；CPU散热器、CPU的安装、CPU的检测。要求了解CPU的发展历史和常见CPU的型号；重点掌握CPU的分类、结构和主要性能指标；熟练掌握CPU的安装。本章内容和重点2.1 CPU的发展历史1.4位处理器Intel 4004 1971年，Intel公司研制出微处理器芯片4004，如图2-1所示。图2-1 Intel 4004处理器 2.8位处理器Intel 8008/8080/8085 1972年，Intel公司研制出8008处理器，如图2-2所示。图2-2 Intel 800

2、8处理器 (1)Intel 8086/8088处理器 1978年，Intel公司推出了首枚16位微处理器8086，如图2-3所示。1979年，Intel公司开发出8088，1981年，IBM公司将8088处理器用于其研制的IBM PC中，从而开创了全新的微机时代。图2-3 Intel 8086处理器3.16位处理器Intel8086/8088/80286 1982年，Intel推出了80286芯片，图2-5所示是i80286的外观。IBM公司将80286处理器用在IBM PC/AT机中。图2-5 Intel 80286处理器(2)Intel 80286处理器4.32位处理器Intel 8038

3、6/80486(1)Intel 80386处理器985年，Intel发布80386DX，如图2-6所示。图2-7 386 CPU除Intel公司生产386芯片外，还有AMD、Cyrix、IBM、Ti等公司也生产与80386兼容的芯片，如图2-7所示摩托罗拉公司在此期间开发出了68030 CPU，用于Apple机。(2)Intel 80486处理器1989年，Intel推出了80486芯片。其他公司也推出了与80486兼容的CPU如下图所示。图2-9 从80486开始首次出现了处理器倍频技术，该技术使处理器内部工作频率为处理器外部总线运行频率的2或4倍，486DX2、486DX4的名字便是由此而

4、来，如图2-10所示。图2-10 1993年，Intel公司发布了Pentium（奔腾）处理器也称586，以后都称为奔腾。第一代的Pentium代号有P54C，P55C，内建MMX（多媒体指令集）的Pentium处理器。与Pentium MMX属于同一级别的CPU有AMD K6、Cyrix 6x86 MX等，如图2-11所示。(3)Intel Pentium处理器图2-11 1997年，Intel公司发布了Pentium II处理器。同期，AMD和Cyrix分别推出了同档次的K6-2和Cyrix MII，如图12所示。1998年4月，Intel推出了Celeron（赛扬）处理器，其中最为成功的

5、是Socket 370接口Celeron 333和366。(4)Intel Pentium II处理器图2-12 1999年，Intel公司发布了Pentium III处理器。也推出Socket 370架构的Pentium III，改善SLOT1的缺陷。同时推出其简化版Celeron处理器以降低成本 2000年3月，AMD领先于Intel率先推出了1GHz的Athlon微处理器，其性能超过了Pentium III。(5)Intel Pentium III处理器图2-13AMD公司推出的Athlon（速龙）采用462针的Socket A架构，时钟频率为700MHz1.4GHz，内建MMX和增强型

6、3DNow!技术。AMD公司还推出了Athlon（速龙）的简化版本Duron（钻龙），也采用Socket A架构，时钟频率为600950MHz。Intel公司在2000年11月发布了Pentium 4处理器，采用基于全新的Socket 423架构，0.18m制造工艺，集成了4200万个晶体管，主频为1.42.0GHz。基于Socket 478架构的32位P4处理器，采用Northwood核心，0.13m制造工艺，集成了5500万个晶体管，主频为1.82.4GHz。同样，32位的Pentium 4的简化版本Pentium 4 Celeron也采用Socket 478架构，主频频率为1.4GHz以

7、上。(6)Intel Pentium 4处理器图2-14 同期AMD公司推出Athlon XP（速龙XP），如图2-15所示，仍采用Socket A架构，以全面对抗Pentium 4。图2-15 Athlon XP 3200+5.64位处理器AMD Athlon 64 2003年9月，AMD发布了面向台式机的发布了面向台式机的64位位处理器：处理器：Athlon 64和Athlon 64 FX，如，如图2-16所示。它们的初始实际频率为2.0GHz，晶体管数目为1.059亿个，采用0.13m工艺。图2-16 AMD Athlon 64 FX Intel 64位处理器 同期的Intel 64位C

8、PU用在服务器，一年后推出64位的P4台式机CPU采用LGA775封装2.83.6G主频2.05亿个晶体管。图2-172.2.1 Intel系列CPU1.Pentium 4 2.4GHz（FSB 400MHz）Pentium 4 2.4GHz（FSB 400MHz）是Intel公司于2002年4月发布的产品，是Pentium 4的第二代产品。它采用Northwood内核，0.13m制作工艺，内核电压1.5V，设计功耗为59.8W，8KB L1 Cache，512KB全速L2 Cache，400MHz前端总线，Socket 478架构。2.Pentium 4 2.4GHz（FSB 533MHz）

9、Pentium 4 2.4GHz（FSB 533MHz）是Intel公司于2002年11月发布的产品，是Pentium 4的第三代产品。其外频提高到133MHz，前端总线频率提高到533MHz。2.2 常见CPU的型号3.Pentium 4 3.2GHz（FSB 800MHz）Pentium 4 3.2GHz处理器。4.Celeron 2.0GHz（FSB 400MHz）Celeron（赛扬）系列是Intel的低端产品，Celeron 2.0GHz采用Northwood内核，0.13m制造工艺，内核电压1.5V，8KB L1 Cache，128KB全速L2 Cache，400MHz的前端总线，

10、Socket 478架构。5、Intel 64位位CPU 2004年8月，Intel 发布了发布了64位处理器位处理器。推出了桌面版64位Pentium4 F处理器，采用了LGA775接口,命名方法上采用按系列编号。有Pentium4的 5、6、8、9系列，64位的赛扬D处理器和最新的Core 2 DUO系列处理器等。如：Celeron D 331是第一款支持EM64T技术的赛扬D处理器，该处理器采用LGA 775接口，具有2.8GHz实际频率。超频性能强。Pentium 4 的5系列系列有560、550、540、530 和 520等 550的主频为3.4GHZ，前端总线频率（FSB）为800

11、MHZ，外频是200MHZ，倍频为17，L2二级高速缓存是1024K，使用0.09微米制作工艺，核心工作电压为1.4V，支持MMX/SSE/SSE2等多媒体优化指令集。6系列系列处理器目前有630、640、650、660、670五种，其中Pentium 4 670的频率高达3.8GHz，如：630拥有2MB L2缓存，工作在800MHz前端总线下，支持EM64T技术 特点：家庭用户对媒体应用的多样性以及多任务化；在多任务的执行速度以及性能方面，双核处理器具备自己独自的优势。在进行图形处理的同时播放MP3或者电影时区别就比较明显了。双核处理器比普通处理器消耗的功率更低；双核处理器提高芯片性能并降

12、低能耗的关键就在让每个芯片都工作在适中的速度上。Pentium D 800系列 2005年5月，Intel发布双核架构的Pentium D,采用两个Prescott内核和1MB2二级缓存,采用LGA775封装结构，并支持800MHz前端总线。例如840(3.2GHz)，830(3GHz)以及820(2.8GHz)。6 Pentium D 双核处理器Pentium D 900系列 65nm制造工艺，内建3.76亿个晶体管，前端总线频率由800MHz FSB提升至1066MHz FSB，主频为3.46GHz，L2达 2MB x 2。Pentium D 900系列有Pentium D 915、920

13、、930、940、945、950和960几个型号 Core 2 Duo系列系列 采用了Core 2微架构，使处理器在整体功耗降低40的同时，性能提高了40，前端总线频率FSB提升至1333MHz，L2达 4MB。接口为LGA775,全新的智能缓存技术 提高了双核心乃至多核心处理器的工作效率。目前Core 2 Duo系列主要有Core 2 Duo E6300、Core 2 Duo E6400、Core 2 Duo E6500、Core 2 Duo E6600、Core 2 Duo E6700、Core 2 Duo E6800,E6850（3.06GHz/FSB=1333MHz/4MB/65W）.

14、1.Athlon XP 2700+2002年11月，AMD推出Athlon XP 2700+，它采 用Thoroughbred-B内核，0.13m制作工艺，内核电压1.65V，实际主频2.16GHz，外频166MHz，13.5倍频，333MHz前端总线频率，128KB L1 Cache，256KB L2 Cache，Socket A架构。2.Athlon XP 3200+2003年6月，AMD推出Athlon XP 3200+，2.2.2 AMD系列CPU3.Duron（钻龙）Duron处理器是AMD 2002年1月推出的，2003年8月推出了新Duron处理器，有1.4GHz、1.6GHz、

15、1.8GHz等版本，属市场低端产品。新Duron采用Applebred（基于Thoroughbred-A）内核，0.13m制作工艺，电压为1.50V，最大功耗为57W，133MHz外频，266MHz FSB，拥有128KB L1 Cache以及64KB L2 Cache，具备Athlon XP所有具备的SSE多媒体指令集、动态分支预取技术、嵌入感温二极管和采用Barton当中的总线断开等技术。4.Athlon 64和Athlon 64 FX 2003年9月，AMD发布了发布了64位处理器位处理器。AMD的64位处理器分为Athlon 64和Athlon 64 FX两个系列，区别在于前者采用了S

16、ocket 754接口，只支持单通道内存，后者采用的是Socket 940接口并支持双通道内存。相比之下，Athlon 64性能稍低，Athlon 64 FX拥有更为强大的性能。64位闪龙2500+：1.40GHz，一级缓存128KB，二级缓存则为256KB，采用Socket 754接口，90纳米工艺制程，支持SSE3和X86-64，同样在处理器上集成PC3200内存控制器。低频处理器往往具有出色的超频性能 。Athlon 64 3000+采用socket939架构；具有1.8GHz实际频率、512KB二级缓存，支持AMD X86-64技术和双通道DDR内存。5、双核架构的Athlon 64

17、X2处理器 分别有4000+、4400+、4800+、5000+，处理器频率分别为2.6GHz、2.5GHz、2.3GHz、2.1GHz，二级缓存512KB2，采用AM2接口940针。型号位主频MHz晶体管数（万）插座年代其他厂家4004410.2328718008/8080/80858240.94072/746502 z80 MC68008088/808616482.9 4078802861662013.4 6882Mc68000386SX/DX32124027.585AMDCyIBM TI MC68030486322566120Socket389 .Pentium3260200310Soc

18、ket793AMDK6 Cy6X86PII32233333750SLOT197K6-2Celeron32333366Socket37098PIII324501000950Socket37099Amd Athlon CeleronII32AMD DuronP4321.43.4G5500Socket47800Athlon XPC432P4LGA775642.83.6G2.05亿Socket T04.8Athlon64(03.9)P4-D 64x205.5Athlon 64 X22.3 CPU的分类、结构和主要性能指标2.3.1 CPU的分类 CPU有多种分类方法。1.按CPU的生产厂家分：Inte

19、l、AMD。2.按CPU的接口分:Socket、Slot、LGA 3.按CPU的位数分:4、8、16、32、64 4.按标称频率分:MHz GHz 5.按CPU的内核分:制造技术如Northwood Thorton 6.按内核数量分：单、双、多 7.按应用场合分:台式机版、服务器版、移动版。2.3.2 CPU的外部结构 从CPU外部的结构看，CPU主要有两个部分组成：一个是内核，另一个是基板。下面以Pentium 4（如图2-18所示）为例，介绍其外部结构。图2-181.CPU的内核：大规模集成电路2.CPU的基板：承载内核，固定引脚3.CPU的编码：标注型号、主要参数等信息例:1.7GHz/

20、256/400/1.75V SL57V MALAY/L118A981-0023 分别表示CPU工作频率/L2缓存大小/前端总线频率/工作电压，这是一颗1.7GHz、L2缓存有256KB、前端总线400MHz、工作电压1.75V的CPU。SL57V表示处理器的S-Spec编号，后面的MALAY是生产产地。L118A981-0023，表示产品的序列号。CPU结构4.CPU的接口：与主板的连接方式 主要分为三大类：一类是针脚式的Socket类型，另一类是插卡式的Slot类型，最新的LGA(栅格阵列封装)。Socket 7插座:适用于Pentium CPUIntel的Socket 370插座:支持Ce

21、leron II、Pentium III、Cyrix III和VIA C3。图2-19 Socket 370 CPU插座(1)Intel CPU 插座 Intel的Socket 478 CPU接口支持Pentium 4 CPU。图2-20 Socket 478 CPU插座 INTEL 最新的LGA775封装 LGA775封装封装支持支持intel的的64位位P4 CPU，由CPU上的接触片和插座上的弹簧针实现连接。图2-21 AMD的Socket A（Socket 462）是为Socket A架构的Athlon处理器而设计的接口标准。用于AMD的Athlon、Duron和Athlon XP。(

22、2)AMD 插座Socket754支持AMD的 64位CPU;Socket939支持AMD的K8 3000 64位CPU。AMDAMD的的AM2AM2接口采用接口采用Socket940Socket940针，针，支持4000+5000+等。Socket754Socket9392.3.3 CPU的主要技术参数1.主频：也叫时钟频率（主频：也叫时钟频率（CPU Clock Speed），单位是），单位是MHz、GHz，是，是CPU内数字脉冲信号振荡的速度，用内数字脉冲信号振荡的速度，用来表示来表示CPU的工作频率。的工作频率。2.外频：又称外部时钟频率，单位是外频：又称外部时钟频率，单位是MHz，是

23、由主板提，是由主板提供的系统总线的工作频率，是供的系统总线的工作频率，是CPU与主板之间同步运行与主板之间同步运行的时钟频率。的时钟频率。3.倍频系数倍频系数:是是CPU的运行频率与系统外频的倍数。的运行频率与系统外频的倍数。三者的关系为：三者的关系为：CPU的主频的主频(内部运行的频率内部运行的频率)=外频外频倍频系数。倍频系数。例：主频1700MHz，外频100MHz，问倍频系数 倍频系数=CPU主频/外频=1700MHz/100MHz=17 答：倍频系数是17。FSB频率是指CPU与内存数据总线直接交换数据的速度。数据传输最大带宽取决于所有同时传输的数据的宽度和传输频率，内存带宽必须要满

24、足CPU的带宽需求：CPU需求带宽CPU前端总线位宽（主流CPU、内存均是64bit）CPU前端总线频率8 各种FSB的Pentium 4带宽需求见表2-1。前端总线（FSB）带宽的计算400MHz64bit400MHz/8bit=3.2GB/s533MHz64bit533MHz/8bit=4.2GB/s800MHz64bit800MHz/8bit=6.4GB/s4.前端总线（Front Side Bus，FSB）频率 Cache（高速缓冲存储器，简称高速缓存）是一种速度比主（高速缓冲存储器，简称高速缓存）是一种速度比主存储器更快的存储器，其容量比主存储器小的多。存储器更快的存储器，其容量比主

25、存储器小的多。32位的处理器中赛扬4 Cache 128KB,P4 Cache 512KB 2MB(L2)。功能是减少CPU因等待低速主存所导致的延迟，改进系统性能。图2-22 内存层次结构图 5.高速缓存（Cache）6.内核（Core）电压和I/O工作电压 CPU的工作电压分为内核电压和I/O电压两种。7.制造工艺 制造工艺是指在硅材料上生产CPU时内部各元器件的连接线宽度，一般用m（微米）表示。8.字长 CPU在单位时间内同时能一次处理的二进制数的位数叫字长或位宽。x86指令集是Intel为其第一块16位CPU i8086专门开发的指令集，其简化版i8088使用的也是x86指令，同时为提

26、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。10.流水线：将一条X86指令分成56步由不同功能的电路单元分别执行达到一个CPU时钟周期完成一条指令。超流水线：一个CPU时钟周期完成一条以上的指令11.CPU扩展指令集：对X86增加的指令集如3D、MMX。9.x86指令集2.4 CPU散热器 CPU散热器根据工作原理不同可以分为：风冷式、热管散热式、水冷式、半导体制冷和液态氮制冷等几种，但常用的散热器仍然是风冷式。几种常见的风冷式散热器外观如图2-23所示。图2-23LGA775接口CPU风扇 风冷散热器主要由散热片、风扇和扣具构成。风冷式散热器的

27、主要技术参数介绍如下。1.散热片 散热片由底座和鳍（q）片或称鳃（si）片两个部分组成。(1)散热片的材料 散热片的材料主要分为铜、铝两种。图2-46所示就是采用铜铝结合散热器技术的散热器。目前散热片多采用挤压技术、切割技术、折叶技术和锻造技术，各种铝质散热片外观如图2-24所示。(2)散热片设计和工艺图2-242.风扇 各种风扇外观如图2-25所示。(1)风扇口径 (2)风扇转速 (3)风扇排风量 (4)风扇的噪声 (5)风扇轴承 图2-25 采用油封轴承SLEEVE BEARING、单滚珠轴承ONE BALL BEARING、双滚珠轴承TWO BALL BEARING、磁悬浮液压轴承风扇的

28、标签，如图2-26所示。图2-26 采用油封轴承、单滚珠轴承、双滚珠轴承和磁悬浮液压轴承风扇的标签 扣具是固定散热器与CPU接口的工具。常见扣具的外观如图2-27所示。图2-273.扣具 由于CPU的架构有：Intel Socket 370、Intel Socket 478、AMD Socket A等几种，所以散热器也有适应不同CPU架构的不同类型。另外，有些散热器还附带有一支备用的含银导热硅胶，为用户安装CPU和风扇提供方便。图2-28所示是几种散热器产品的外观。图2-28 散热器产品 4.适用于范围2.5 实验2.5.1 实习1Socket 478架构CPU的安装Socket 478架构CPU的安装方法如下。如图2-31所示，打开拉杆。如图2-31所示，轻轻插入CPU。如图2-31所示，关闭拉杆。图2-29 打开拉杆 图2-30 插入CPU 图2-31 关闭拉杆 在CPU的核心上均匀涂上足够的导热硅脂。将散热片妥善定位在支撑机构上。如图2-32所示，固定风扇。如图2-33所示，连接CPU风扇电源接头。图2-32 固定风扇 图2-33 连接CPU风扇电源接头 2.5.2 实习2CPU的检测WCPUID窗口如图2-34所示。图2-34 WCPUID主窗口