1、第二章第二章 计算机主机计算机主机2.1 CPU中央处理器中央处理器CPUl目前目前CPU运算速度以运算速度以GHz单位来衡量单位来衡量l字长经历了字长经历了4位微处理器、位微处理器、8位微处理器、位微处理器、16位微处理器、位微处理器、32位微处理器以及现在的位微处理器以及现在的64位位微处理器微处理器l生产生产CPU的厂家主要有的厂家主要有Intel（英特尔）、（英特尔）、AMD（仙童）、（仙童）、VIA（威盛（威盛 ）和）和Cyrix（威盛（威盛收购）等。服务器生产厂家还有收购）等。服务器生产厂家还有IBM、HP、和和SUN等。等。CPU概述概述lCPU主要有运算器和控制器组成，是计算机
2、的核心部分主要有运算器和控制器组成，是计算机的核心部分lCPU的内部结构分为算术逻辑单元的内部结构分为算术逻辑单元ALU、寄存器组、寄存器组RS和和控制单元三部分组成。控制单元三部分组成。CPU的的发展发展历程历程 起步阶段起步阶段 1971年，年，Intel公司研制出公司研制出4位的位的4004微处理器。含有微处理器。含有2300个晶体管。个晶体管。Intel 4004的运作频率为的运作频率为108KHz .4004微处理器微处理器CPU的的发展发展历程历程 发展阶段发展阶段 1978年，年，Intel公司生产的公司生产的8086微处理器微处理器 ，见图，见图1。 1979年，年，Intel
3、公司开发出了公司开发出了8088微处理器，见图微处理器，见图2。 图图 1 8086微处理器微处理器 图图 2 8088微处理器微处理器 CPU的的发展发展历程历程 1982年，年，Intel公司研制出了公司研制出了80286微处理器（见图微处理器（见图1）。）。16位结构，集成位结构，集成13.4万个晶体管，时钟频率最高万个晶体管，时钟频率最高20MHz。 图图 1 80286微处理器微处理器 CPU的的发展发展历程历程 1985年，年，Intel公司全力开发了新一代公司全力开发了新一代32位核心位核心CPU即即80386微处理器，并在微处理器，并在80386内设计了高速缓存。内设计了高速缓
4、存。 图图 1 80386微处理器微处理器 CPU的的发展发展历程历程 1989年，年，Intel公司首次突破了公司首次突破了100万个晶体管的万个晶体管的界限，集成了界限，集成了120万个晶体管，使用万个晶体管，使用1m的制造工艺，的制造工艺，推出推出80486微处理器。时钟频率提高到微处理器。时钟频率提高到50MHz。 80486微处理器CPU的的发展发展历程历程 Pentium阶段阶段 1993年，年，Intel公司推出公司推出Pentium（奔腾）微处理器。（奔腾）微处理器。时钟频率提高到时钟频率提高到200MHz。 Pentium微处理器微处理器CPU的的发展发展历程历程l1997年
5、年Pentium MMX(多功能奔腾多功能奔腾)和和Pentium II。 晶体管数量达到晶体管数量达到750万个。与此同时，万个。与此同时，AMD也发布也发布了性能与了性能与Pentium级处理器相当的级处理器相当的K5。CPU的的发展发展历程历程l1999年年Pentium III Intel首次导入首次导入0.25微米技术，微米技术，Intel Pentium III晶体管数目约为晶体管数目约为950万颗。万颗。 CPU的的发展发展历程历程l2000年年11月，首款月，首款Pentium IV发布发布,采用采用0.18微米的电路，微米的电路，内建了内建了4200万个晶体管万个晶体管 。P
6、entium 4初期推出版本的速度初期推出版本的速度就高达就高达1.5GHz ，翌年，翌年8月，达到月，达到2 GHz的里程碑。的里程碑。 随后，随后，为争夺低端市场为争夺低端市场Intel公司又发布了公司又发布了Celeron4（赛扬）处理（赛扬）处理器。器。 下图为下图为2001年年Pentium IV 478 l而而AMD公司此时也推出了公司此时也推出了Thunderbird（雷鸟）和（雷鸟）和Duron（毒龙）处理器，分别用于争夺高低端市场。（毒龙）处理器，分别用于争夺高低端市场。CPU的的发展发展历程历程l2005年年,首颗内含首颗内含2个处理核心的个处理核心的Intel Penti
7、um D 处理器登场，正式揭开处理器登场，正式揭开x86处理器处理器多核心时代。多核心时代。使用这种芯片的使用这种芯片的PC或者服务或者服务器可以在同一时间内执行两组指令。器可以在同一时间内执行两组指令。 AMD紧随其后发布了紧随其后发布了Athlon 64 X2系列双核处理系列双核处理器。器。 CPU的的发展发展历程历程l2006年，年，Intel发布了发布了 Core2 Extreme QX6700系系列四核处理器，制造工艺为列四核处理器，制造工艺为65nm，晶体管数量：，晶体管数量：5.82亿。亿。AMD也于次年发布代号为也于次年发布代号为“巴塞罗那巴塞罗那”的四核处理器。的四核处理器。
8、CPU的的发展发展历程历程l2007年年Intel PE（Pentium E2180 )-中低端中低端CPU的的发展发展历程历程l2007年年Core2 Duo （双核）（双核）/QUAD（四核）（四核） / Extreme至尊系列（四核）至尊系列（四核） / XEON至强（双核，四核）至强（双核，四核） 命名规则命名规则lCore 2 Duo系列采用的命名规则，由一个前缀系列采用的命名规则，由一个前缀字母加四位数字组成，形式是字母加四位数字组成，形式是Core 2 Duo 字母字母+xxxx，例如，例如Core 2 Duo E6600等等。等等。l为了简化命名方式，为了简化命名方式，2009
9、年英特尔决定年英特尔决定放弃酷睿放弃酷睿2双核和酷睿双核和酷睿2四核等命名方式，四核等命名方式，将这些处理器重新命名为将这些处理器重新命名为Intel Core i3、Core i5和和Core i7。其中，。其中， i3代表低端产代表低端产品，品，i5代表中端产品，代表中端产品，i7代表高端产品。代表高端产品。而经典的而经典的Celeron（赛扬）和（赛扬）和Pentium（奔（奔腾）也会继续存在腾）也会继续存在 CPU的的发展发展历程历程l2011年：年： Intel Sandy Bridge处理器处理器 SNB(Sandy Bridge）是英特尔在）是英特尔在2011年初发布的新一代年初
10、发布的新一代处理器微架构，这一构架的最大意义莫过于重新定义了处理器微架构，这一构架的最大意义莫过于重新定义了“整合平台整合平台”的概念，与处理器的概念，与处理器“无缝融合无缝融合”的的“核芯显核芯显卡卡”终结了终结了“集成显卡集成显卡”的时代的时代。 CPU的的发展发展历程历程Intel、AMD近年处理器核心规模对比近年处理器核心规模对比 CPU的的发展发展历程历程l2012年年 4月月24日，英特尔在北京召开第三代智能酷睿处理日，英特尔在北京召开第三代智能酷睿处理器器Ivy Bridge发布会。与上一代发布会。与上一代Sandy Bridge相比，相比，Ivy Bridge结合了结合了22纳
11、米与纳米与3D晶体管技术，晶体管技术，晶体管数量增加为晶体管数量增加为14亿个亿个,在大幅度提高晶体管密度的同时，核芯显卡等部在大幅度提高晶体管密度的同时，核芯显卡等部分性能甚至有了一倍以上的提升。分性能甚至有了一倍以上的提升。 AMD的的CPU AMD的的CPU AMD公司生产的公司生产的CPU有有AMD 386DS/40，AMD486，5x86，K5和和K6等级别。等级别。AMD的的586级级CPU代号为代号为K5，产品型号为，产品型号为5k86。图是。图是K6家族的家族的CPU。 K6 CPUAMD的的CPUlAMD：Athlon(速龙速龙) 64位单核位单核-Athlon（速龙）（速龙
12、）X2双核双核 同时有同时有 Sempron（闪龙）（闪龙）只有单核只有单核-Opteron（服务器（服务器 单核单核-双核双核-四核）四核）-Barcelona（四核）羿龙（四核）羿龙Phenom(三核三核)。CPU的发展速度的发展速度-摩尔定律摩尔定律l摩尔定律是由英特尔摩尔定律是由英特尔(Intel)名誉董事长戈名誉董事长戈登登摩尔（摩尔（Gordon Moore）经过长期观察）经过长期观察首先总结出的半导体工艺技术规律。首先总结出的半导体工艺技术规律。l摩尔定律的大概内容：摩尔定律的大概内容： 是指是指 集成电路芯集成电路芯片上可容纳的晶体管数目，约每隔片上可容纳的晶体管数目，约每隔
13、18到到24 个月便会增加一倍，集成电路芯片个月便会增加一倍，集成电路芯片 的的性能也将随之提升一倍。性能也将随之提升一倍。 CPU的性能指标主频、外频和倍频的性能指标主频、外频和倍频主频是也叫主频是也叫CPU时钟频率，表示时钟频率，表示CPU内数字脉冲信号震内数字脉冲信号震荡的速度。荡的速度。系统总线时钟就是常说的系统时钟，即系统总线时钟就是常说的系统时钟，即CPU外部时钟外部时钟（外频），它是电脑的基本时钟，电脑中各子系统中所有（外频），它是电脑的基本时钟，电脑中各子系统中所有不同频率的时钟都与系统时钟相关联。不同频率的时钟都与系统时钟相关联。外频是由主板为外频是由主板为CPU提供的基准时
14、钟频率。提供的基准时钟频率。主频主频=外频外频X倍频倍频【例例】Intel 酷睿酷睿2双核双核 E4500 的工作频率是：的工作频率是：2.2GHz。【例例】Intel 酷睿酷睿2双核双核 E4500 的系统总线频率是：的系统总线频率是：200MHz。【例例】Intel 酷睿酷睿2双核双核 E4500 的的 倍频主频倍频主频/外频外频 2.2GHz/ 200MHz11CPU的性能指标制造工艺的性能指标制造工艺lCPU的制造过程是用激光在晶圆上蚀刻电路。的制造过程是用激光在晶圆上蚀刻电路。所谓所谓蚀刻蚀刻就是采用一定波长的紫外线透过掩膜就是采用一定波长的紫外线透过掩膜后照射到硅晶圆上，将掩膜上的
15、电路图像完整后照射到硅晶圆上，将掩膜上的电路图像完整的复制到硅晶圆上。的复制到硅晶圆上。l紫外线的光波长越短，紫外线的光波长越短，“印出印出”的电路就越细。的电路就越细。其精度用微米（其精度用微米（m）或纳米（）或纳米（nm）计。）计。 1 mm = 1000m ，1 m = 1000nml4004采用采用10微米微米 ，Pentium 4 ：0.18 m到到0.065 m ，Core i7：45nm CPU的性能指标前端总线的性能指标前端总线 北桥芯片负责联系内存、显卡等数据吞吐量大的北桥芯片负责联系内存、显卡等数据吞吐量大的部件，并和南桥芯片连接。部件，并和南桥芯片连接。CPU是通过是通过
16、前端总线前端总线（FSB Front Side Bus）连接到北桥芯片，进而通）连接到北桥芯片，进而通过北桥芯片和内存、显卡交换数据。过北桥芯片和内存、显卡交换数据。【例例】Intel 酷睿酷睿2双核双核 E4500 的前端总线频率是：的前端总线频率是：800MHz。CPU的性能指标缓存的性能指标缓存 缓存是位于缓存是位于CPU与内存之间的临时存储器。其工与内存之间的临时存储器。其工作速度快，减少了处理器与内存之间速度瓶颈的问题。作速度快，减少了处理器与内存之间速度瓶颈的问题。1.缓存结构缓存结构 缓存分为一级缓存和二级缓存。一级缓存又分为数缓存分为一级缓存和二级缓存。一级缓存又分为数据缓存和
17、指令缓存。高端据缓存和指令缓存。高端CPU还有三级缓存。还有三级缓存。 一级缓存容量在一级缓存容量在4KB64KB之间。二级缓存容量分为之间。二级缓存容量分为128KB、256KB、512KB、1MB、2MB等。等。2.双核芯双核芯CPU的二级缓存的二级缓存【例例】Intel 酷睿酷睿2双核双核 E4500 的一级缓存，数据缓存的一级缓存，数据缓存是是64KB，指令缓存是，指令缓存是64KB。二级缓存是。二级缓存是2MB。CPU的性能指标工作电压的性能指标工作电压工作电压指工作电压指CPU正常工作所需的电压。正常工作所需的电压。早期早期CPU工作电压为工作电压为5V，目前台式机，目前台式机CP
18、U的电压通常在的电压通常在2V以内，最常见的是以内，最常见的是1.31.5V。CPU的性能指标指令集的性能指标指令集lMMX指令集指令集lSSE指令集指令集l3DNow!指令集指令集CPU的性能指标封装技术的性能指标封装技术CPU封装的技术主要有：封装的技术主要有：DIP双列直插式封装；双列直插式封装；QFP四四列扁平塑料封装列扁平塑料封装 ；PGA插针网格阵列封装；插针网格阵列封装；LGA栅格栅格阵列封装。阵列封装。 CPU的性能指标接口类型（针脚）的性能指标接口类型（针脚）CPU的针脚类型的针脚类型以前以前分为两类，一类是分为两类，一类是Socket类，一类类，一类是是Slot类。类。LG
19、A全称是全称是Land Grid Array，直译过来就是栅格阵列封，直译过来就是栅格阵列封装，与英特尔处理器之前的封装技术装，与英特尔处理器之前的封装技术Socket 478相对应，相对应，它也被称为它也被称为Socket T。说它是。说它是“跨越性的技术革命跨越性的技术革命”，主，主要在于它用要在于它用金属触点金属触点式封装取代了以往的针状插脚。而式封装取代了以往的针状插脚。而LGA775，顾名思义，就是有，顾名思义，就是有775个触点。个触点。 【例例】Intel 酷睿酷睿2双核双核 E4500 的接口类型是：的接口类型是：Socket775【例例】 Core i7处理器采用的是：处理器
20、采用的是：LGA 1366针脚设计针脚设计CPU的选择的选择、安装、检测和维护、安装、检测和维护选择选择CPU主要考虑的方面主要考虑的方面1、品牌、品牌2、主频、主频3、L2缓存缓存4、插槽类型、插槽类型5、FSB频率频率6、CPU系列系列7、价格、价格选择选择CPU的附件的附件CPU的安装的安装安装安装CPU过程过程1 2 3 CPU的安装的安装安装后的结果安装后的结果安装安装后的后的CPU CPU散热器散热器的安装的安装涂胶涂胶 涂胶前 涂胶后 （1）涂胶。）涂胶。 CPU散热器散热器的安装的安装 （2）接着将散热片妥善定位在支撑机构上。接着将散热片妥善定位在支撑机构上。 （3）将散热风扇安装在散热片的顶部）将散热风扇安装在散热片的顶部向下压风向下压风扇直到它的扇直到它的4个卡子锲入支撑机构对应的孔中。个卡子锲入支撑机构对应的孔中。 CPU散热器散热器的安装的安装 （4）固定风扇。）固定风扇。（5）连接电线 CPU散热器散热器的安装的安装Pentium D的散热器 Pentium D的散热器 CPU的的识别识别（CPU-Z）
