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1、第2章 CPU,-计算机进行运算的核心,本课要点,CPU概述CPU系列CPU的分类CPU的性能指标CPU散热 CPU的选购CPU故障及维护Mobile CPU,2.1 CPU概述,中央处理器（Central Processing Unit，CPU）在整个计算机系统中居于核心地位，是整个计算机系统的指令中枢。在计算机的发展过程中，CPU核心技术的发展一直是计算机技术发展的重点。,它负责计算机系统指令的执行、逻辑运算以及数据存储、传送和输入/输出操作指令的控制。CPU由运算器和控制器组成，其中运算器主要完成各种算术运算和逻辑运算；而控制器读取各种指令，分析指令，并作出相应的控制。,CPU内部结构可
2、分为控制单元、逻辑单元和存储单元三大部分。各个部分分工不同，合作紧密，使CPU具有强大的运算、处理和协调能力。,计算机的所有资料、信息都需要CPU来处理，因此它决定了操作系统和应用软件的速度，也就决定了整台计算机的速度。,2.1 CPU概述,2.2 CPU系列,Intel系列 AMD系列 中国龙芯系列 VIA（威胜）系列,1.Intel系列,Intel，这个字是由“集成/电子(Integrated Electronics)”两个英文单词组合成的，象征新公司将在集成电路市场上飞黄腾达，结果就真的如此。自1971年Intel推出了世界上第一款微处理器4004后，又先后推出了8088、8086、80
3、286、80386和80486处理器，其性能不断提高，制作工艺也越来越精细，处理器4004和80286；到1993年Intel公司推出了划时代的586，并将其命名为Pentium（奔腾）处理器（见图2-3），随后相继推出了Pentium Pro、Pentium MMX、Pentium II和Pentium III处理器，期间为占领低端市场，还推出了低成本的Celeron（赛扬）系列CPU。,Intel早期CPU,Intel现代CPU,最初的酷睿2采用Yonah核心，65nm制造工艺，LGA775接口，L2缓存容量提升到4MB，并通过SmartCache技术两个核心共享二级缓存方案，使性能大大提
4、升。前端总线提升至1066Mhz(Conroe)，1333Mhz(Woodcrest)，800Mhz（Merom）。,Intel始终保持了“赛扬”一种型号，其典型的做法是减少二级缓存和前端总线频率。例如：Celeron 420 主频1.6G，二级缓存512kB，前端总线800Mhz。,2.AMD 系列,AMD(Advanced Micro Devices，中文有时也将其翻译为“超微半导体”)是美国一家业务遍及全球，专为电子计算机、通信及电子消费类市场供应各种芯片产品的公司，成立于1969年。,AMD系列CPU的特点是以较低的核心时脉频率产生相对较高的运算效率，其主频通常会比同效能的Intel
5、CPU低1GHz左右。AMD早期的产品策略主要是以较低廉的产品价格为诉求，虽然最高性能不若同期的Intel产品，但却拥有较佳的价格性能比。,2003年，由于率先于Intel之前优先投入64位元CPU的市场，使得AMD在64位元CPU的领域有比较早发展的优势，此阶段的AMD产品仍采取了一贯的低主频高性能策略。,AMD CPU,3.中国龙芯系列,2002年9月龙芯1号处理器面世 2005年4月推出龙芯2号2008年底4核版龙芯3号，2009年将推出8核版,龙芯笔记本亮相两会,4.VIA（威胜）系列,VIA推出的CPU比较常见的是VIA C3。VIA的CPU市场占有率很小。但是VIA的CPU以低功耗
6、、少发热量和低价格而著称，即使CPU不加风扇冷却，也可以工作得很稳定。因此VIA的CPU在笔记本计算机中可以见到不少。,2.3 CPU的分类,按CPU字长分按CPU封装的内核数按生产商不同其它,CPU从最初发展至今已经有三十多年的历史了，这期间，按照其处理信息的字长，CPU可以分为：四位微处理器、八位微处理器、十六位微处理器、三十二位微处理器以及六十四位微处理器等等。,按CPU封装的内核数,分为：单核CPU 双核CPU 多核CPU,双核处理器(Dual Core Processor)，是指在一个处理器上集成两个运算核心，也就是将两个物理处理器核心整合入一个处理器上，然后采用并行总线将各处理器核
7、心连接起来。,多核技术就是把多个芯片集成在一个封装内的技术，是对称多处理技术的延伸。性能上，多核心在不同核心间交换数据更快，减小电路延迟，性能会比多CPU更高（幅度不会很大），价格上，芯片制造成本和主板成本、功耗成本更低。现在多核CPU主要应用在服务器上。,CPU分类方法很多，除了以上介绍的分类方法外，还有其他一些分类方式。比如：按CPU接口可分为Socket 775、Socket 754、Socket 939、Socket 940、Socket AM2等数十种接口类型的CPU；按CPU采用的内核亦可分Yonah内核CPU、Conroe内核CPU、Windsor内核CPU、Brisbane内核
8、CPU等数十种内核类型的CPU。,2.3 CPU的分类,2.4 CPU结构,CPU经过多年的发展，其物理结构也经过许多变化，现在的CPU物理结构可分为内核、基板、填充物、封装以及接口五部分。,2.4.1 CPU 核心,内核是CPU最重要的组成部分，CPU所有的计算、接受/存储命令、处理数据都由核心执行。CPU中心那块隆起的长方形或正方形芯片就是核心，是由单晶硅以一定的生产工艺制造出来的，CPU核心的另一面，也就是被盖在陶瓷电路基板下面的那面，一般通过针脚或触点与主板电路连接。,2.4.2 CPU接口,CPU通过接口与主板连接，经过多年的发展，采用的接口方式有引脚式、卡式、触点式、针脚式等。CP
9、U的安装通常采用Socket（Socket在英文里就是插槽、插座的意思）插座安装。而目前主流CPU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。,2.5 CPU性能指标,主频、外频和倍频前端总线（FSB）高速缓存（Cache）,2.5 CPU性能指标,1.主频、外频和倍频主频是CPU的时钟频率，也就是CPU的工作频率。一般说来，一个时钟周期完成的指令数是固定的，所以主频越高，CPU的速度也就越快了。主频包括两部分：外频与倍频。外频是由主板上系统总线的工作频率决定的，是CPU与主板之间同步运行的速度；而倍频则是指CPU外频
10、与主频相差的倍数。三者的关系用公式表示就是：主频=外频倍频。计算机实际运行速度不但由CPU的速度决定，而且还受到主板和内存速度的限制，所以并不能完全用主频来概括CPU的性能。,2.5 CPU性能指标,2.前端总线（FSB）前端总线是将CPU连接到主内存、通向磁盘驱动器、调制解调器以及网卡这类系统部件的外设总线。前端总线的速度指的是数据传输的速度，即CPU与内存等设备之间交换数据的工作频率。FSB频率越快，处理器在单位时间里得到更多的数据，处理器利用率越高。注意：对于AMD的K8以后系列CPU来说，由于其CPU内部集成了内存控制器，也就没有了前端总线这个概念，取而代之的是H-T（Hyper Tr
11、ansport）总线频率。,2.5 CPU性能指标,3.高速缓存（Cache）高速缓存的作用是为CPU和内存在数据交换时提供一个高速的数据缓冲区，从而解决CPU高速运算与内存低速相应之间的矛盾。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，由此高速缓存在CPU和主存之间起缓冲作用，减少CPU等待数据传输的时间，提高系统性能。,2.5 CPU性能指标,CPU缓存一般分为L1高速缓存和L2高速缓存。L1高速缓存（也称为一级高速缓存，L1 Cache）用于暂存部分指令和数据，以使CPU能迅速地得到所需要的数据。L1高速缓存与CPU同步运行，其对CPU的性能影响较
12、大，容量越大，性能也会越高。L2高速缓存（也称为二级高速缓存，L2 Cache）的容量和频率对CPU的性能影响也较大，它的作用就是为了协调CPU的运行速度与内存存取速度之间的差异。L2高速缓存是CPU晶体管总数中占得最多的一个部分。注意：由于L2高速缓存的成本很高，因此L2高速缓存的容量大小一般用来作为高端和低端CPU产品的分界标准。,2.6 CPU散热,CPU的散热设备根据工作原理不同可以分为风冷式、水冷式、半导体冷却和液氮制冷四种。但是对于一般消费者来说，最常用的是风冷散热设备散热风扇，其具有制造成本低，安装简单和安全性高等优点。,实际应用过程中，在CPU的外部温度上升到50度时，系统就有
13、可能出现不稳定现象，其表现在Windows系统有时会不断的报错，有的甚者会死机。此时CPU内部的温度一般已经达到了80度的高温。这个温度可以说是个警戒温度，温度再升高是很危险的，此时加强散热是很必要的。同时，过高的温度有损CPU寿命，由此CPU散热是至关重要的。,2.6 CPU散热,2.7 CPU选购,目前，市场上台式机的CPU主要是Intel和AMD两家公司的产品。AMD的CPU在三维制作、游戏应用等方面略有优势，Intel的CPU则在办公应用、多媒体应用（比如看电影、听音乐）方面更强一些。总体而言，Intel的CPU在总体性能上要强于AMD的CPU，而AMD的CPU性价比更高。,2.7.1
14、 CPU选购原则,不盲目追求主频 根据用途选择适合自己的处理器 考虑与其他设备的配合,注意：随着CPU核心技术的不断提高，普通CPU的性能已经足够满足个人大多数应用的需要，所以人们在买PC的时候，CPU已经不再是唯一的标准。,2.8 CPU故障及维护,2.7.1 引起CPU故障的主要原因散热类故障：CPU散热不良造成的，原因一般为CPU风扇停转、CPU风扇与CPU接触不良以及CPU超频造成发热量过大。超频类故障：由于对CPU进行超频，造成CPU工作不正常甚至不能启动计算机。接触不良类故障：CPU与CPU插槽接触不良造成计算机无法启动的故障。,2.9 Mobile CPU概述,笔记本计算机专用的
15、CPU称为移动CPU（Mobile CPU），它除了追求性能，也追求低热量和低耗电。最早的笔记本计算机直接使用台式机的CPU，但是随CPU主频的提高,笔记本计算机狭窄的空间不能迅速散发CPU产生的热量，还有笔记本计算机的电池也无法负担台式CPU庞大的耗电量，所以开始出现专门为笔记本设计的移动CPU，它在设计上还必须考虑以下几个要素：,低耗电：降低工作电压，减少电源消耗，以提高更长的工作时间 高密度脚数封裝：缩小体积，提供更多功能 低耗热：减低热耗提高功效，降低热产生，以求高速运算下系统的稳定性,2.9 Mobile CPU概述,Mobile CPU的制造工艺比同时代的台式机CPU更加先进，因为
16、移动CPU中会集成台式机CPU中不具备的电源管理技术，而且会先采用更高的微米精度。电源管理技术能适时的降低CPU工作电压，减少电源消耗，以提高工作时间。,Mobile CPU的特点,采用SpeedStep技术的CPU有两种不同的工作模式：使用交流电源时的最高性能模式（Maximum Performace Mode）和使用电池时的电池优化模式（Battery Optimized Mode），笔记本计算机根据电源情况自动切换工作模式，也就是说，就是当使用交流电源或电池驱动时，自动对CPU的工作电压和工作频率进行切换：使用交流电源时，CPU开足马力全速运行；而在电池模式下，CPU将核心电压和工作主频
17、调低到另一档上，达到降低系统功耗的目的，在小幅度影响性能的条件下维持更长运行时间。,AMD公司采用的PowerNow!技术，全美达的LongRun技术，也都是类似于Intel SpeedStep的电源管理技术。,Mobile CPU的特点,笔记本CPU生产商还采用提高CPU正常工作的极限温度的方法来保障在笔记本计算机中更好的应用。以Intel公司为例，其台式机CPU封装只需承受70摄氏度的温度考验就可以通过质量检验，而笔记本专用CPU封装因自身原因必须做到100摄氏度才可以出厂。此方面AMD公司在这方面则更为突出。,更高精度的微米制造工艺在移动CPU上的应用，使其自身的体积和封装更小，工作电压也更低，CPU耗电量大大减少，而性能则更加突出。,Mobile CPU系列,目前移动CPU的品牌有Intel（英特尔）、AMD、VIA(威盛)和Crusoe（全美达）等几家，其中Intel Mobile CPU占了绝大部分的市场份额。,
