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1、第二章 CPU,CPU和主要性能指标 CPU和类型、封装和安装插座规格 常见的CPU型号和品牌 CPU的选购,一、理解CPU的主要性能指标 字长：CPU的字长通常是指其数据总线宽度，单位是二进制的位（bit）。它是CPU数据处理能力的重要指标，反映了CPU能够处理的数据宽度、精度和速度等，因此常常以字长位数来称呼CPU。（即:CPU在单位时钟频率内可以一次性处理二进制数的位数）主频 CPU的工作时钟频率，单位MHz，已晋升为GHz（1GHz=1000MHz），表示在CPU内数字脉冲信号的频率。为了将高主频的CPU与较低时钟频率的主板相匹配，CPU主频采用了较低的输入时钟频率和在内部倍频到主时钟
2、频率的方法。,倍频系数 由于CPU运行时必须配合从内存读取数据，因为在速度上必须与内存配合，才不会因为数据遗失而导致死机。在必须同时顾及CPU速度与内存速度的情况下，CPU的内外只好采用不同的频率，从而出现了“倍频”的概念。CPU实际的运行频率（主频）=外频倍频系数 倍频系数就是CPU的主频与整个系统外频之间的比值。在相同的外频下，倍频系数越高，CPU的运行频率也越高。在相同外频的前提下，高倍频的CPU本身意义并不大。单纯地一味追求高倍频，而得到高主频的CPU就会出现显示的“瓶颈”效应，即CPU从系统中得到数据的极限速度不能够满足CPU的运算速度。,外频 指CPU与主板之间同步运行的速度，也可
3、以理解为CPU的外频直接与内存相连接，实现两者间的同步运行状态。（主板如何适应CPU的频率）内存总线速度 全文（Memory-Bus Speed）是CPU二级高速缓存和内存之间的通信速度。,前端总线（FSB）频率 前端总线速率指的是数据传输率,即数据带宽（有时也称传输带宽）。数据传输带宽取决于同时传输的数据宽度和总线频率，即：数据带宽=（总线频率数据宽度）8100MHZ前端总线的是每秒钟CPU可接受的数据传输量：100MHZ 64b 8b/B=800MB/s制造工艺：关键用来表征组成芯片的电子线路或元件的细致程度。目前广泛采用0.13微米制造工艺，高端已采用0.065微米。,超频 超频是指把主
4、板的CPU工作时钟调整为略高于CPU规定值，企图使之超高速工作。通常不提倡对CPU进行超频来提高系统性能，这会造成CPU过热、减少寿命、系统运行混乱甚至烧毁CPU。但也有一些CPU，比如赛扬366等，允许进行较大幅度（20%）的超频使用，以满足电脑发烧族的愿望。晶体管的数目 在CPU的发展过程中，晶体管数目一直是CPU的主攻方向，因为只有晶体管数目的增加，CPU的频率和性能才能得到真正的提高。,数据总线宽度 指CPU与二级高速缓存、内存以及输入/输出设备之间进行一次数据传输时，实际能传送的数据位数。工作电压（Supply Voltage）指CPU正常工作时所需的电压。现在的电压一般在1.52.
5、0V之间。协处理器 也叫数学协处理器，自486以后，CPU一般都内置了协处理器。扩展总线速度 全文（Expansion-Bus Speed）指计算机系统的总线。扩展总线就是CPU用以联系这些设备的桥梁。,内部Cache 为了解决主机中低速内存与高速CPU的不匹配，加快CPU对内存的访问速度，采用了在CPU和内存间插入高速缓冲存储器（Cache）的方法，Cache存储器安装在主板上，称为外部Cache（External Cache）。从486CPU开始，处理器内部也包含了Cache，486是8KB，Pentium是16KB。加上主板上的Cache，便构成二级Cache结构，CPU内的称为L1 C
6、ache，CPU外主板上的称为L2 Cache。从Pentium 开始，CPU除了包含核心芯片内的32KB的L1 Cache，还包括CPU板上分立的512KB的L2 Cache。再加上主板上512KB的L2 Cache，便构成三级Cache结构。,多媒体新指令集（1）MMX指令集（Multi Media extensions）多媒体扩充技术。Intel公司所开发的多媒体扩展指令集，共有57条指令，专门负责处理多媒体电脑所需的音效、影像和动画等。（2）SSE指令集（数据流扩展指令集）用于PIII处理器，包含70条指令，涵盖了MMX和3D NOW！指令集中的所有指令和功能。全面强化浮点运算、3D视
7、频、音频处理能力。（3）3D NOW！指令集 AMD公司开发，包含21条指令。针对三维建模等三维应用场合，是最早推出的三维指令集。,超线程技术 超线程技术是Intel公司一项较新的技术，主要指在CPU中放入了两个逻辑处理单元，这样使用多线程的软件可在该CPU构成的平台上平行处理多项任务，从而提高CPU的利用率。Hyper Transport超级总线 Hyper Transport超级总线是AMD公司最新开发的端到端总线技术，具有高速和高性能，可以解决处理器系统中输入/输出的瓶颈问题，目前该技术主要用于AMD Athlon64位处理器系列。,二、CPU的类型、封装与架构（安装插座规格）,CISC
8、和RISC Intel和AMDCPU的封装方式 CPU的架构,RISC和CISC,CPU从指令集的特点上可以分为两类：CISC和RISC。CISC是英文Complex Instruction Set Computer的缩写，汉语意思为“复杂指令系统计算机”。RISC是英文Reduced Instruction Set Computer的缩写，汉语意思为“精简指令系统计算机”。（按CPU所使用的指令集系统划分）,Intel和AMD,以生产厂商划分，可将现在的主流CPU划分为Intel的CPU和AMD的CPU，两个公司的CPU都可以用于IBM PC兼容机，采用x86架构，同时都支持针对个人计算机开
9、发的操作系统和应用软件。,1、封装 是采用特定的材料将CPU芯片或CPU模块固化在其中以防损坏的保护措施，起着安放、固定、密封、保护芯片和增强导热性能的作用。所谓IC芯片的封装是指安放半导体芯片所用的外壳，芯片内部电路用非常精细的导线连接到封装外壳的导电引脚上，通过引脚与印刷电路板上的其它元器件连接。因此，封装对CPU和其它集成电路都是非常重要的。新一代的CPU也往往采用新型的封装形式。,CPU的封装方式,真正的CPU只是一小块的超集成电路硅板，为了保护CPU免受尘埃的侵害和CPU的散热等需要，对CPU进行了封装。目前Intel的CPU多采用FC-PGA2的方式封装，而AMD的CPU则多采用O
10、PGA方式封装，新型的Athlon64则采用了MPGA的方式封装。,芯片的封装从DIP、QFP、PGA、BGA、CSP到MCM等经历了若干代的改进，使得封装面积与芯片面积越来越接近，适用频率越来越高，散热耐温性能越来越好，引脚数越来越多而间距越来越小，可靠性越来越高，安装越来越方便，等等。下面对各种不同的封装做一简要介绍。,1DIP封装 DIP（Dual In-line Package）即双列直插封装，是70年代流行的中小规模集成电路的封装形式，它们的引脚直立在矩型集成电路的两个长边上，通常为8到40脚。Intel公司的8088、80286处理器都采用DIP封装，如图就是DIP封装的Intel
11、 8088处理器。,DIP封装的Intel 8088,2PQFP封装 PQFP（Plastic Quad Flat Package）塑料四方扁平封装，是80年代的大规模集成电路的封装形式。引脚由方形集成电路的四个边上引出，通常为几十到上百脚。Intel公司的80286和80386处理器都有采用PQFP封装的。,PQFP封装的286和386CPU,3PPGA封装 PPGA（Plastic Pin Grid Array Package）塑料针栅阵列封装或CPGA陶瓷针栅阵列封装，是90年代超大规模集成电路的封装形式。如图3-5所示，针形引脚由集成电路的方形底面上直立引出，通常为二、三百脚。这个时期
12、的多种CPU、外围芯片组等采用此种封装，如80486、Pentium等。,PPGA封装的486CPU,几款主流CPU介绍,Intel公司的新款CPU 1Pentium Copper mine（铜矿）处理器 2000年最惹人注目的莫过于Intel公司采用0.18m工艺生产的Pentium Copper mine处理器了，如图所示。尽管Intel公司早在1999年便发布了这款代号为Copper mine的Pentium 处理器，但其真正的普及是在2000年。,4BGA封装 BGA（Ball Grid Array Package）球栅阵列封装，是90年代后期超大规模集成电路的另一种封装形式。如图所示
13、，球形引脚由集成电路的方形底面上引出，通常为五、六百脚。目前大多数外围芯片和便携机专用CPU采用此种封装，便于将高密度的引脚焊接到主板上。,BGA封装的440ZX芯片,5LGA封装 LGA775封装处理器接口也就是Socket T，将与以往的处理器接口完全不一样，并不像以往的采用针状插脚的封装方式，而是采用金属触点式的封装方式，支持底层和主板之间的直接连接，采用这种封装方式将对频率的提升很有益处。Socket T能够使CPU在不提高成本的情况下加大针脚的密度，适合高功耗和高主频的处理器。,CPU的 主板上的CPU插座是安装CPU的基座，它们的结构形状、插孔数、各个插孔的功能定义都不尽相同，因此
14、不同CPU必须使用不同的插座。Intel推出的一种称为零插拔力ZIF（Zero Insert Force）的CPU插座，CPU可以轻松地取下或装上，避免了精密引脚的损伤。Socket插座属于零插拔力（ZIF）插座，只要将锁紧杆扳到竖直位置，插拔CPU就毫不费力。,我们知道，CPU需要通过某个接口与主板连接的才能进行工作。CPU经过这么多年的发展，采用的接口方式有引脚式、卡式、触点式、针脚式等。而目前CPU的接口都是针脚式接口，对应到主板上就有相应的插槽类型。CPU接口类型不同，在插孔数、体积、形状都有变化，所以不能互相接插。,Pentium 和Pentium 的插座型号是Slot 1型，是黑色
15、条形插槽，有242个触点，是单边接触（S.E.C.）直插式。早期的Celeron 300A、333等也采用此种插座。Slot插座如图所示。,Slot 插座,Socket 775Socket 775又称为Socket T，是目前应用于Intel LGA775封装的CPU所对应的接口，目前采用此种接口的有LGA775封装的Pentium 4、Pentium 4 EE、Celeron D等CPU。与以前的Socket 478接口CPU不同，Socket 775接口CPU的底部没有传统的针脚，而代之以775个触点，即并非针脚式而是触点式，通过与对应的Socket 775插槽内的775根触针接触来传输信
16、号。Socket 775接口不仅能够有效提升处理器的信号强度、提升处理器频率，同时也可以提高处理器生产的良品率、降低生产成本。随着Socket 478的逐渐淡出，Socket 775将成为今后所有Intel桌面CPU的标准接口。,Socket 939Socket 939是AMD公司2004年6月才推出的64位桌面平台接口标准，目前采用此接口的有高端的Athlon 64以及Athlon 64 FX，具有939根CPU针脚。Socket 939处理器和与过去的Socket 940插槽是不能混插的，但是，Socket 939仍然使用了相同的CPU风扇系统模式，因此以前用于Socket 940和Soc
17、ket 754的风扇同样可以使用在Socket 939处理器。,Socket 754Socket 754是2003年9月AMD64位桌面平台最初发布时的CPU接口，目前采用此接口的有高端的Athlon 64和低端的Sempron（闪龙），具有754根CPU针脚。随着Socket 939的普及，Socket 754最终也会逐渐淡出。,Socket 940Socket 940是最早发布的AMD64位接口标准，具有940根CPU针脚，目前采用此接口的有服务器/工作站所使用的Opteron以及最初的Athlon 64 FX。随着新出的Athlon 64 FX改用Socket 939接口，所以Socke
18、t 940将会成为Opteron的专用接口。,Socket A Socket A接口，也叫Socket 462，是目前AMD公司Athlon XP和Duron处理器的插座接口。Socket A接口具有462插空，可以支持133MHz外频。Socket 423Socket 423插槽是最初Pentium 4处理器的标准接口，Socket 423的外形和前几种Socket类的插槽类似，对应的CPU针脚数为423。Socket 423插槽多是基于Intel 850芯片组主板，支持1.3GHz1.8GHz的Pentium 4处理器。不过随着DDR内存的流行，英特尔又开发了支持SDRAM及DDR内存的i
19、845芯片组，CPU插槽也改成了Socket 478，Socket 423接口也就销声匿迹了。,Socket 370 Socket 370架构是英特尔开发出来代替SLOT架构，外观上与Socket 7非常像，也采用零插拔力插槽，对应的CPU是370针脚。英特尔公司著名的“铜矿”和”图拉丁”系列CPU就是采用此接口。SLOT 1 SLOT 1是英特尔公司为取代Socket 7而开发的CPU接口，并申请的专利。这样其它厂商就无法生产SLOT 1接口的产品。SLOT1接口的CPU不再是大家熟悉的方方正正的样子，而是变成了扁平的长方体，而且接口也变成了金手指，不再是插针形式。已被淘汰，市场上已没有此类
20、产品。,SLOT 2 SLOT 2用途比较专业，都采用于高端服务器及图形工作站的系统。所用的CPU也是很昂贵的Xeon（至强）系列。Slot 2与Slot 1相比，有许多不同。首先，Slot 2插槽更长，CPU本身也都要大一些。其次，Slot 2能够胜任更高要求的多用途计算处理，这是进入高端企业计算市场的关键所在。在当时标准服务器设计中，一般厂商只能同时在系统中采用两个 Pentium 处理器，而有了Slot 2设计后，可以在一台服务器中同时采用 8个处理器。,SLOT A SLOT A接口类似于英特尔公司的SLOT 1接口，供AMD公司的K7 Athlon使用的。在技术和性能上，SLOT A
21、主板可完全兼容原有的各种外设扩展卡设备。它使用的并不是Intel的P6 GTL+总线协议，而是Digital公司的Alpha总线协议EV6。EV6架构是种较先进的架构，它采用多线程处理的点到点拓扑结构，支持200MHz的总线频率。,CPU核心技术Tualatin 这也就是大名鼎鼎的“图拉丁”核心，是Intel在Socket 370架构上的最后一种CPU核心，封装方式采用FC-PGA2和PPGA，核心电压降低到1.5V左右，主频范围从1.1GHz到1.3GHz，外频分别为100MHz（赛扬）和133MHz（Pentium III），二级缓存分别为512KB（Pentium III-S）和256K
22、B（Pentium III和赛扬），这是最强的Socket 370核心，其性能甚至超过了早期低频的Pentium 4系列CPU。,Willamette 这是早期的Pentium 4和P4赛扬采用的核心，最初采用Socket 423接口，后来改用Socket 478接口（赛扬只有1.7GHz和1.8GHz两种，都是Socket 478接口），主频范围从1.3GHz到2.0GHz（Socket 423）和1.6GHz到2.0GHz（Socket 478），二级缓存分别为256KB（Pentium 4）和128KB（赛扬），注意，另外还有些型号的Socket 423接口的Pentium 4居然没有二
23、级缓存！核心电压1.75V左右，封装方式采用Socket 423的PPGA INT2，PPGA INT3，OOI 423-pin，PPGA FC-PGA2和Socket 478的PPGA FC-PGA2以及赛扬采用的PPGA等等。Willamette核心制造工艺落后，发热量大，性能低下，已经被淘汰掉，而被Northwood核心所取代。,Northwood 这是目前主流的Pentium 4和赛扬所采用的核心，与Willamette核心最大的改进是采用0.13um，并都采用Socket 478接口，核心电压1.5V左右，二级缓存分别为128KB（赛扬）和512KB（Pentium 4），主频范围分
24、别为2.0GHz到2.8GHz（赛扬），1.6GHz到2.6GHz（400MHz FSB Pentium 4），2.26GHz到3.06GHz（533MHz FSB Pentium 4）和2.4GHz到3.4GHz（800MHz FSB Pentium 4），并且3.06GHz Pentium 4和所有的800MHz Pentium 4都支持超线程技术（Hyper-Threading Technology），封装方式采用PPGA FC-PGA2和PPGA。按照Intel的规划，Northwood核心会很快被Prescott核心所取代。,Prescott 这是Intel最新的CPU核心，目前还只
25、有Pentium 4而没有低端的赛扬采用，其与Northwood最大的区别是采用了0.09um制造工艺和更多的流水线结构，初期采用Socket 478接口，以后会全部转到LGA 775接口，核心电压，其与Northwood相比，其L1 数据缓存从8KB增加到16KB，而L2缓存则从512KB增加到1MB，封装方式采用PPGA。按照Intel的规划，Prescott核心会很快取代Northwood核心并且很快就会推出Prescott核心533MHz FSB的赛扬。,Celeron CPU,Pentium 4 CPU,AMD Athlon,Duron（毒龙）,K8 的图片,CPU品牌和主要产品,I
26、ntel CPU Pentium 4、P4 A、B、C、D系列产品 酷睿双核系列 Celeron 4 AMD CPU Athlon K7、K8系列 Duron 新Duron,CPU 的 选 购,1看外观(1)原装CPU包装塑料薄膜上边印有半透明的Intel标志，而假货上所印刷的Intel的标志的数量要比正品的标志多得多。(2)原装CPU包装塑料薄膜上的Intel字迹清晰可辨，所有的水印字都工工整整的，而非横着、斜着、倒着的，无论正反两方面都是如此。而假货有可能正面是工整的，而反面的字就不一定工整了。,(3)原装CPU包装塑料薄膜封装不可能封在盒右侧条形码处，如果封在此的一般可断为假货。(4)原
27、装CPU规格字迹清晰可辨，没有划痕。Remark(打磨)过的CPU有打磨过的痕迹。,2如果是盒装CPU，还要检查包装盒(1)是否有不正常破损或者被二次塑封；原装盒印刷清晰，假货的产品序列号处字体明显比正常的粗，且颜色为不正常的灰色。(2)真品外包装的塑封膜质地比较软而有弹性，上面的Intel水印采用了特殊工艺，很难磨掉；假货的塑封膜比较脆，上面的水印也比较容易被擦掉。,(3)在原装盒背面，在印有产品介绍的多国文字的上下分界处，有一条黑色的分界线，仔细观察就可以发现此黑线其实是字体虽小但却十分清晰的“Intel”字母组成的，而假货的包装上就只是一条不折不扣的黑线而已。(4)在原装盒正面，左侧的蓝
28、色是采用四重色技术在国外印制的，色彩端正。,3摸表面(1)用拇指肚以适当的力量搓揉CPU包装塑料薄膜，真品不易出褶，而假货纸软，一搓就出褶。(2)摸包装盒。真品的Intel水印采用了特殊工艺，无论你用手如何刮擦，即便把封装的纸扣破也不会把字擦掉，而假货只要用指甲轻刮，慢慢地可刮掉一层粉末，字也就随粉末而掉了。,4价格 我们可以经常去一些著名的硬件情报网站，例如“走进中关村”，其上刊登的价格均为正品货的市场价，而且更新及时。如果经销商所报的价格比这些价格低得多，一般可断为假货。,5测实质(1)专门的CPU测试软件，例如fidCHSO5.exe可以测出Pentium、Pentium 处理器的频率和总线频率，包括出厂频率和目前使用的频率，这样就基本杜绝了Remark(打磨)的发生了。(2)运行大型3D游戏，即我们常说的“拷机”。这是超频爱好者为了测试超频的稳定性而采用的行之有效的方法，用来测试假货也立竿见影。,课后总结：掌握各项CPU性能指标；熟悉CPU超频技 术；了解CPU的选购。,作业：简述CPU的主频、倍频和外频？简述CPU超频的利和弊？,
