《中央处理器 》PPT课件

1,第3章 中央处理器,第3章 中央处理器 本章详细介绍PC兼容机使用的Intel、AMD和Cyrix系列微处理器（CPU）的性能和特点。 3.1 CPU的技术指标和封装 3.2 过去的32位Intel处理器 3.3 目前的Intel处理器 3.4 AMD和Cyrix处理器 3.5 CPU 常见故障及排除 3.6 CPU 优化,2,3.1 CPU的技术指标和封装,3.1 CPU的技术指标和封装 3.1.1CPU的技术指标 一、 CPU的基本构成和性能 中央处理器CPU ( Central Processing Unit)是一块超大规模集成电路芯片，它的内部是由几十万个（Intel 80386）到几千万个（Intel Pentium 4）晶体管元件组成的十分复杂的电路，其中包括运算器、寄存器、控制器和总线（数据、控制、地址总线）等。它通过执行指令来进行运算和控制系统，它是整个微机系统的核心。,3,PC兼容机使用最多的CPU是Intel、AMD（Advanced Micro Devices , Inc.）和Cyrix公司的产品。从Intel 80386开始，都是高性能、高速度、32位数据处理的所谓“第四代”CPU，前三代分别为4位、8位和16位处理器。Pentium是“第五代”CPU，Pentium 、是“第六代”CPU，Pentium 4是“第七代”CPU。,3.1 CPU的技术指标和封装,4,Pentium 处理器:,3.1 CPU的技术指标和封装,电路 外壳 散热片风扇,5,二、 CPU的主要技术指标和特点 1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。 2CPU的外部总线 CPU的总线是指CPU芯片与外部连接的总线，由其引脚引出，包括数据线（Data Bus）、地址线（Address Bus）和控制线（Control Bus）三组。,3.1 CPU的技术指标和封装,6,3主频率 1）主频是指CPU内部的工作频率，它由外频和倍频决定，是CPU内核(整数和浮点运算器)电路的实际运行频率。单位是MHz，目前已晋升为GHz，它是CPU速度的重要指标，通常标注在CPU表面的型号中。 如：假如Pentium可以在一个时钟周期内执行两条运算指令，那么主频为100MHz的Pentium可以在1秒钟内执行多少条指令？主频为200MHz的Pentium每秒钟能执行多少条指令？,3.1 CPU的技术指标和封装,7,如：若Pentium可以在一个时钟周期内执行两条运算指令，那么主频为100MHz的Pentium可以在1秒钟内执行2亿条指令，主频为200MHz的Pentium每秒钟就能执行4亿条指令，因此CPU主频越高，电脑运行速度就越快。,3.1 CPU的技术指标和封装,8,说明： 大多数人认为CPU的主频指的是CPU运行的速度，实际上这个认识是片面的。CPU的主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度，与CPU实际的运算能力是没有直接关系。 CPU能够运行在更高的频率下说明CPU能够承受更高的运算速度，也就是说主频和实际的运算速度是有关的，但是目前还没有一个确定的公式能够实现两者之间的数值关系。 由于主频并不直接代表运算速度，所以在一定情况下，很可能会出现主频较高的CPU实际运算速度较低的现象。如：Intel日前推出的奔腾4，虽然它的主频可以高达3G以上，但其运算性能却远远比不上AMD 2G的速龙甚至酷睿。 结论：主频仅仅是CPU性能表现的一个方面，而不代表CPU的整体性能。,3.1 CPU的技术指标和封装,9,2）外频、倍频、前端总线频率（FSB） 在486DX/2出现以后，由于CPU工作频率不断提高，而PC机的一些其他设备（如插卡、硬盘等）却受到工艺的限制，不能承受更高的频率，因此限制了CPU频率的进一步提高。因此，出现了倍频技术，该技术能够使CPU内部工作频率变为外部频率的倍数，从而通过提升倍频而达到提升主频的目的。因此，在486DX2以后出现了两个新的概念-外频与倍频。 外频：系统总线频率，CPU与周边设备传送信息的频率，内存与主板之间的同步运行的速度 说明：目前的绝大部分电脑系统中外频也是内存与主板之间的同步运行的速度，在这种方式下，可以理解为CPU的外频直接与内存相连通，实现两者间的同步运行状态。,3.1 CPU的技术指标和封装,10,倍频： CPU的主频率与整个系统运行频率之间的倍数。 主频=外频倍频 说明：在相同的外频下，倍频越高CPU的频率也越高。但实际上，在相同外频的前提下，高倍频的CPU本身意义并不大。这是因为CPU与系统之间数据传输速度是有限的，单纯的一味追求高倍频而得到高主频的CPU就会出现明显的“瓶颈”效应CPU从系统中得到数据的极限速度不能够满足CPU运算的速度。 据计算：CPU的倍频在58倍的时候，其性能能够得到比较充分的发挥。偏低，CPU本身运算速度慢而已，高了以后就会出现显著的“瓶颈”效应，系统与CPU之间进行数据交换的速度跟不上CPU的运算速度，从而浪费CPU的计算能力。因此某些高于10倍频的CPU就已经达到了极限了，继续盲目的追求倍频，只能是一种浪费。,3.1 CPU的技术指标和封装,11,FSB：是将CPU连接到北桥芯片的总线，前端总线频率由CPU和北桥芯片共同决定，是CPU与内存发生联系的桥梁。 由AMD在推出K7 CPU时提出的概念，但是一直以来都被大家误认为这个名词不过是外频的另一个名称。 主频、倍频、外频、FSB如何区别？ 主频是CPU的内部工作频率 外频是系统总线频率，是CPU与周边设备传送信息的频率。 前端总线频率由CPU和北桥芯片共同决定。,3.1 CPU的技术指标和封装,12,486DX/2 出现以前，主频=外频 486DX/2 66: 主频外频，外频FSB 主频 66MHZ，DX/2代表2倍频，算出CPU的外频是33MZ，也就是内存的工作频率，这同时也是前端总线FSB的频率。这种FSB结构一直延续到486之后的奔腾、奔腾2、奔腾3。 例如：P 933MHZ的CPU，外频133，前端总线是133MHZ，内存工作频率也是133。 P年代，内存和CPU的工作模式发生了改变，外频 FSB P CPU采用了4倍并发技术，该技术使系统总线在一个时钟周期内传送4次数据，也就是传输效率是原来的4倍 ，相当于用了4条原来的前端总线来和内存发生联系。 外频133MHZ，前端总线的速度133X4=533MHZ 外频升到200MHZ，前端总线变成800MHZ,3.1 CPU的技术指标和封装,13,外频内存频率？ 内存发展到了DDR，跟原来相比，一个时钟周期内可以传送比原来多一倍的数据。 133MHZ的外频，DDR的传输速度是266，外频提高到200MHZ的时候，DDR的传输速度是400。如：DDR266、DDR400 外频、内存频率、CPU的前端总线？ P4，133外频，FSB 533MHZ，内存频率 266（DDR266）。 FSB是CPU与内存发生联系的桥梁，P4这时候的前端总线达到533之高，内存只有266的速度，内存拖了CPU的后腿双通道内存 。 两条内存使用两条通道一起工作，一起提供数据，等于速度又增加一倍，两条DDR266就有2662=533的速度，刚好是P4CPU的前端总线速度，没有拖后腿的问题。,3.1 CPU的技术指标和封装,14,外频200时，CPU前端总线为800，两条DDR400内存组成双通道，内存传输速度也是800了。所以要P4发挥好，一定要用双通道内存，865以上的主板都提供这个功能。 但845和848主板没有内存双通道功能。INTELP4如此，它的对手AMDCPU的FSB有所不同： 旧的462针脚的AMDCPU，采用ev6前端总线，相当于外频的两倍，也就是133外频时，FSB是266，使用DDR266内存和它搭配刚好，如果用两条DDR266做成双通道，虽然内存有533的传输速度，但对于266的FSB，作用不大，所以双通道内存对CPU的帮助不明显。 新的AMD754/93964位CPU，内部就集成了内存管理器（以前内存管理器在主板心片里），所以AMD64位CPU的前端总线FSB频率与CPU实际频率一致。,3.1 CPU的技术指标和封装,15,FSB的描述频率、带宽 100MHz前端总线指的是每秒钟CPU可接受的数据传输量是100MHz64bit8=800MB/s。 公式：数据带宽（总线频率数据位宽）8,3.1 CPU的技术指标和封装,16,媒体宣传：一些CPU的外频达到了200MHz（DURON）、266MHz（雷鸟）甚至400MHz（P4），实际上是把外频与前端总线频率混为一谈了。 它们的外频仍然是100MHz和133MHz。 前端总线通过DDR（双倍数据传输率）或QDR（四倍数据传输率）技术来提高通道的数据传输带宽，此时，前端总线能够在一个时钟周期内完成2次甚至4次传输，总线频率就分别等效于时钟频率的2倍和4倍。因此，P4的外频是100和133MHz，而总线频率却成了400和533MHz。,3.1 CPU的技术指标和封装,17,目前： P3系列CPU外频等于前端总线 Athlon系列前端总线等于外频乘以2 P4和C4以及CD系列前端总线等于外频乘以4 例：在计算机的主板上设定CPU的外频时钟频率为100MHz，倍频数调整为8.0，此时CPU的工作频率是多少？ CPU的工作频率外频倍频1008800MHz,3.1 CPU的技术指标和封装,18,分频技术由于外频不断提高，渐渐地提高到其他设备无法承受了，因此出现了分频技术（其实这是主板北桥芯片的功能）。 分频技术就是通过主板的北桥芯片将CPU外频降低，然后再提供给各插卡、硬盘等设备。 超频 CPU超频其实就是通过提高外频或者倍频的手段来提高CPU主频从而提升整个系统的性能。 锁频：锁定CPU的频率，禁止超频。,3.1 CPU的技术指标和封装,19,4运算速度 CPU的运算速度是指其每秒钟能够处理的指令数，单位为MIPS（百万指令每秒）。这个指标是CPU速度的本质指标，它不光取决于主频，更主要地取决于CPU处理指令的逻辑结构。即使在同样主频下，不同档次的CPU其运算速度也有成倍的差别。,3.1 CPU的技术指标和封装,20,5内部FPU 以前的286或386系统，在用于数学和图形处理时，为了加快复杂运算速度和减少CPU的负担，可以在主板上另行安装一个叫做80287或80387的数学浮点协处理器。在486以上的CPU，则把这个协处理器集成到CPU芯片内部，叫做内部浮点处理器（Floating Point Unit，FPU），因而大大提高了CPU的运算速度。,3.1 CPU的技术指标和封装,21,6内部Cache 以前的系统，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 Cache，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。,3.1 CPU的技术指标和封装,22,7指令系统 CPU是靠执行指令来计算和控制系统的。每种CPU在设计时就规定了一系列与其硬件电路相配合的指令系统，包括几十或几百条指令。指令系统功能的强弱是CPU的重要指标。Intel的MMX(Multi Media Extended)、AMD的3DNow!和Intel的SSE(Streaming-Single instruction multiple data-Extensions)等都是新增的特殊指令集，分别增强了CPU的多媒体、图形图像和Internet等处理能力。,3.1 CPU的技术指标和封装,23,8CPU电源的双电压 早期的CPU仅以5V或3.3V供电，称为单电压CPU。而现在的CPU一般都采用双电压供电。 核心电压（Vcore）：从2.9V到1.8V，甚至到0.8V I/O电压（Vio）：从3.3V到3.6V CPU核心用低电压，它的I/O电路则用较高的电压，既保证了电路的驱动能力和可靠性，又减少了功耗。,3.1 CPU的技术指标和封装,24,9超频 超频是指把主板的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。 如：将赛扬CPU的66MHz外频提升到100MHz，从而提升CPU的主频。,3.1 CPU的技术指标和封装,25,锁（CPU）频：锁频的历史，源于英特尔在多能奔腾MMX的时代，原意是防止remark的CPU，防止不法商人把低频CPU超成高频来卖。可是，锁频也限制了使用者超频，而且奸商们还是能以超外频的方法来蒙蔽消费者。现在Intel的CPU倍频都是锁死的，而AMDAthlonXP也仅有极少数的产品是没有锁倍频的，因此现在的超频大多数都是通过改外频实现。,3.1 CPU的技术指标和封装,26,10.带宽 衡量传输数据的能力。用来表示单位时间内传输数据容量的大小，表示吞吐数据的能力。计算公式：数据带宽时钟频率数据总线位数/8（byte/s） AGP总线带宽： AGP1x总线带宽66MHz32bit/8=264MB/s AGP8x总线带宽66MHz832bit/8=2.1GB/s PCI总线带宽：PCI带宽=33MHz32bit8=133MB/S,3.1 CPU的技术指标和封装,27,例：DDR266，实际运行频率为133MHz，传输接口为64bit，内存带宽为多少？ 数据带宽（总线频率数据位宽）8 内存带宽133264/82.128G/s 所以也称DDR266内存为PC2100。,3.1 CPU的技术指标和封装,28,3.1.2CPU的封装形式和插座 一、 集成电路的封装 CPU和外围芯片都是集成电路（Integrate Circuit，IC）器件。由于在有限面积的芯片里集成的晶体管数由几千个跃升到几千万个，集成度越来越高，半导体芯片由小规模集成电路（SSIC）、中规模集成电路（MSIC）、大规模集成电路（LSIC）、超大规模集成电路（VLSIC）到特大规模集成电路（ULSIC）。由于电路越来越复杂，集成电路与外部连接的引脚从几十条增加到几百条，这就使得芯片封装形式也不断变化。,3.1 CPU的技术指标和封装,29,微电子技术的几个发展阶段： 20世纪50年代末，小规模集成电路( Small Scale IC: SSI)， 109 （巨大规模集成电路，GSI，Gigantic） (MOS 型IC) 集成度：每块集成电路芯片中包含的元器件数目,3.1 CPU的技术指标和封装,30,3.1 CPU的技术指标和封装,芯片上晶体管数量与年代的关系,109,108,107,106,105,104,103,1970,1975,1980,1985,1990,1995,2000,2005,2010,4004,8080,8086,80286,80386,80486,Pentium,Pentium4,年份,芯片上晶体管数量,31,微电子发展的规律摩尔定律（Moore） 集成电路芯片的集成度每3年翻两番，而加工特征尺寸缩小 倍。 1965年，Intel公司的缔造者之一Gordon Moore 在总结存储器芯片的增长规律时指出：“微芯片上集成的晶体管数目每十二个月翻一番”。这一论断是在归纳微芯片的发展情况后作出的预测，并没有理论上的依据。而存储器芯片的容量通常以四倍的比率增长，并且，在随后的时间里，微芯片的容量通常每十八月至二十四月翻一番，因而上述论断又常被引用为“微芯片上集成的晶体管数目每三年翻两番”。这就是人们常称的“Moore定律”。,3.1 CPU的技术指标和封装,32,1DIP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，图为DIP封装的Intel 8088处理器。,3.1 CPU的技术指标和封装,33,2PQFP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。,3.1 CPU的技术指标和封装,34,3PPGA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。这个时期的多种CPU、外围芯片组等采用此种封装，如80486、Pentium等。,3.1 CPU的技术指标和封装,35,4BGA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，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。,3.1 CPU的技术指标和封装,36,二、 CPU的插座 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。,3.1 CPU的技术指标和封装,37,3.1 CPU的技术指标和封装,38,各种常用的CPU采用的插座如下： 1486CPU采用Socket2和Socket3等。最早的Pentium 60、66、75等单电压CPU采用Socket4和Socket5。 2Pentium （P54C）和Pentium MMX（P55C）单/双电压CPU的插座型号是Socket 7，是白色平板，近似于正方形，有297个插孔，中间的方形空槽是芯片反面核心硅片的散热空间，CPU管脚插孔排列在空槽的四周。 3Pentium Pro CPU的插座型号是Socket 8，是白色平板，长方形，有387个插孔，中间的方形空槽是芯片反面核心硅片的散热空间，CPU管脚插孔排列在空槽的四周。,3.1 CPU的技术指标和封装,39,4Pentium 和Pentium 的插座型号是Slot 1型，是黑色条形插槽，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。,3.1 CPU的技术指标和封装,40,5AMD K6-2、3的插座型号是Super 7，它是Socket 7的改进版。 6Celeron的插座型号是Socket 370，它也是Socket 7的改进版，插孔增加到370个。 7Intel Xeon（至强）CPU用于服务器，它的插座型号是Slot 2与Slot 1相似。 8AMD Athlon的插座型号是Slot A，外形与Slot 1相似，但结构规格不同。 9Pentium 4采用了新型的423个插孔的Socket 423插座，或478个插孔的Socket 478插座。 10.现在主流cpu均使用Socket 插座,3.1 CPU的技术指标和封装,41,3.2 过去的32位Intel处理器,3.2 过去的32位Intel处理器 Intel的32位CPU是从80386开始，还有80486、Pentium和Pentium 等，下面分别介绍它们的特点 3.2.1Intel 80486处理器 一、486CPU的特点 它主要有80486DX、80486SX、80486DX2、80486DX4和各种类型的超级驱动处理器ODP(Over Drive Processor)。与386相比，486 CPU具有如下特点：,42,1486的数据线和地址线仍为32位，可直接寻址物理内存4GB，虚拟内存64TB。 2芯片内部集成了浮点处理单元（FPU），大大提高了对复杂数学运算的处理速度。它内部还集成了8KB的高速缓存，大大提高了系统内存的访问速度，同时大大减少了对系统总线的占用，进一步提高了系统速度。 3它采用了精简指令RISC（Reduced Instruction Set Computer）技术，降低了执行指令的时钟数，达到每时钟执行1.2条指令。它采用猝发式总线（Burst Bus）技术，即取得一个地址，与该地址相关的一组数据都进入输入输出操作。,3.2 过去的32位Intel处理器,43,4它内部的CPU、FPU和Cache之间都采用高速总线传输数据。在相同的工作频率下，其处理速度比386提高了两倍以上。 5486芯片采用0.8微米CMOS，集成了大约120万个晶体管。486 CPU的种类非常多，各自的插座也互不兼容，更换时要特别小心，不能插上就用。,3.2 过去的32位Intel处理器,44,二、 486CPU的种类 1Intel 80486DX 486DX是非常优秀的32位处理器。它的数据线和地址线均为32位，可直接寻址物理内存4GB，虚拟内存64TB。486DX有25、33和50MHz三种型号。它的内部包含了浮点处理单元（FPU）和8KB的高速缓存 （Cache），大大提高了系统运行速度。CPU外频等于内部工作频率。多数486DX芯片采用168条引脚的PGA封装。,3.2 过去的32位Intel处理器,45,2Intel 80486SX 486SX内部不包括FPU，是Intel公司为促进386DX换代而推出的廉价版的486处理器，有16、20、25和33MHz四种型号。当需要加强486SX系统的复杂运算能力时，可以在其主板的专用插座上插入数值运算协处理器MCP（Math CoProcessor）80487SX。487SX与486SX相对应也分为16、20、25和33MHz四种。,3.2 过去的32位Intel处理器,46,3Intel 80486DX2 80486DX2与486DX不同，它的内部设有一个时钟倍频器（Clock Doubler），可将外部输入的时钟信号二倍频后作为CPU的实际工作频率。在相同的主板时钟下，486DX2 CPU就能以更高的速度工作。486DX2有50、66和80MHz三种型号，它们的外部时钟频率分别为25、33和40MHz。486DX2系统板上一般应具有128KB以上的Cache。,3.2 过去的32位Intel处理器,47,4Intel 80486DX4 80486DX4 CPU的芯片内部将外部时钟信号三倍频后作为CPU的实际工作时钟。486DX4有75和100MHz两种型号，它们要求外部输入时钟频率分别为25和33MHz，工作特点与486DX2类似。,3.2 过去的32位Intel处理器,48,3.2.2 Intel Pentium处理器 一、 Pentium CPU的特点 Pentium音译为“奔腾”，与486相比，Pentium处理器有如下特点： 1Pentium系列的处理器在设计上与486相比有很大的改进，但仍与386和486兼容，在相同的操作模式上可执行所有的386和486程序，可以以实模式引导，然后转到保护模式和虚拟8086模式。,3.2 过去的32位Intel处理器,49,2它的内部数据总线仍为32位，是32位处理器。但其外部数据线加倍为64位，提高了与内存间数据交换的速度。地址线仍为32位，可直接寻址物理内存4GB，虚拟内存64TB。 3它的内部采用了超标量结构，处理器由两条并行的流水线构成，每条流水线都有自己的算数逻辑单元（ALU）、高速缓存（Cache）接口和地址生成电路等，可以在单个时钟周期内并行执行几条指令。 4与486CPU相比，它内部的高速缓存增加为16KB，并且结构也改进为采用两个彼此独立的8KB的Cache，一个用于程序指令代码存储，一个用于数据存储，减少了Cache争用，从而使其内部Cache的效能比486大大提高了。,3.2 过去的32位Intel处理器,50,5Pentium内部的浮点运算单元（FPU）也进行了彻底改进，使之大大优于486，在相同的时钟下运行时，要快三、五倍，这种优越性在执行那些有复杂数学运算的应用程序时尤为突出。 6奔腾处理器芯片采用0.6或0.35微米BiCMOS工艺制做，集成度更高，内含大约330万个晶体管。它们的功耗都很大，Pentium 66在5V电压下功耗为15W，所以均需要自配专用的散热片和散热风扇。,3.2 过去的32位Intel处理器,51,二、 Pentium CPU的种类 1Pentium 第一代Pentium CPU也称为P54C系列，按CPU工作频率分为60、66、75、90、100、120、133、150、166和200MHz等多种型号。,图3-9 Pentium处理器,3.2 过去的32位Intel处理器,52,它的内部数据总线为32位，是32位处理器。但外部数据线为64位，提高了与内存间数据交换的速度。 地址线为32位，可直接寻址物理内存4GB，虚拟内存64TB。 它的内部高速缓存增加为16KB，并且是两个彼此独立的8KBCache，一个用于程序指令代码存储，一个用于数据存储。 它的内部采用了超标量结构，有两条并行的指令处理流水线，可以在单个时钟周期内并行执行几条指令。 Pentium内部的FPU效能也很高。各种奔腾处理器均采用296针的PGA封装和统一的Socket 7插座，便于CPU的升级。,3.2 过去的32位Intel处理器,53,2Pentium Pro Pentium Pro是P6级CPU，也称为高能奔腾，95年11月推出，有150、166、180和200MHz四种型号。 地址线增加到36线，可直接寻址64G的物理内存，虚拟内存64TB。 有三条超标量流水线和五个并行的执行部件。 芯片内含的L1 Cache增加到32KB（指令16KB，数据16KB），设置了内部L2 Cache，有256、512和1024KB三种。它的内部总线为64位，处理器到Cache也为64位。 芯片集成度更高，采用0.35微米CMOS，CPU内核包括550万个晶体管。256KB的L2 Cache采用0.6微米CMOS，集成了15百万个晶体管。512KB的L2 Cache采用0.35微米CMOS，集成了31百万个晶体管。 均采用387针的PGA封装和Socket 8插座。,3.2 过去的32位Intel处理器,54,3Pentium MMX Pentium MMX也称为P55C系列，或多能奔腾，97年1月推出，有166、200和233MHz三种型号。,3.2 过去的32位Intel处理器,55,基于P54C的架构，但采用了Intel的多媒体扩展指令（Multi Media eXtended，MMX）技术，增加了57条多媒体处理指令集。MMX针对音频、视频、图像和三维几何图形等多媒体计算，也针对调制解调器和综合业务数字网（ISDN）等通讯方面的应用，它使得CPU对游戏、影像播放及图像处理等与多媒体相关的综合处理能力大大提高。 采用0.35微米CMOS技术，芯片内集成了大约450万个晶体管。采用296针的PGA封装和Socket 7插座，可以直接对P54C系统进行升级。,3.2 过去的32位Intel处理器,56,4Pentium Pentium 是Pentium Pro架构上的MMX处理器，它也是P6级CPU，因此称为二代奔腾。它于97年5月推出233MHz到98年8月推出450MHz，共有233、266、300、333、350、400和450MHz七种型号。,3.2 过去的32位Intel处理器,57,对Pentium Pro又做了改进，并增加了MMX技术和57条MMX指令。 采用了二级Cache结构，即芯片内集成了32KB的L1 Cache和在CPU电路板上另外加装了分立的512KB的L2 Cache。 内部总线为64位，处理器到L2 Cache也为64位。地址线为36线，可直接寻址64GB的物理内存，虚拟内存64TB。 Intel专门为奔腾二设计了的高速图形接口AGP（Accelerated Graphics Port)，以发挥其优秀的2D/3D图形功能。 采用了66或100MHz的FSB系统总线，支持高速的PC-66和PC-100的SDRAM存储器。,3.2 过去的32位Intel处理器,58,Intel 440LX以上的芯片组配合奔腾二，支持AGP总线和SDRAM内存等。 Pentium 芯片被封装在一个黑色方形盒中，采用242脚的S.E.C.单边接触封装和Slot 1黑色长插槽。它的主板都采用新型ATX结构，比AT结构更趋于合理。,3.2 过去的32位Intel处理器,59,3.3 目前的Intel处理器,3.3 目前的Intel处理器 上面介绍的CPU在市面上已经没有供货，目前流行的32位Intel CPU有Intel Celeron、Pentium 和Pentium 4等。 3.3.1 Intel Celeron处理器 Celeron音译为“赛扬”，98年4月15日推出266MHz到2001年1月3日推出800MHz，已有三年多的使用期了。它有266、300、300A、333、366、400、433、466、500、533A、533、566、600、633、667、700、733、766、800、850和900MHz等多种型号。,60,Celeron处理器,3.3 目前的Intel处理器,61,早期的赛扬266到400MHz这几种处理器是基于奔腾二的架构，保留了芯片内32KB的L1 Cache，取消了CPU内部512KB的L2 Cache，所以它是简版的奔腾二，目的是填补当时昂贵的奔腾二留下的低价位PC市场。 后来为了提高其性能，在433MHz以上的赛扬芯片内又集成了128KB的全速L2 Cache。目前的赛扬已经采用奔腾三的核心架构，支持66MHz和64位的系统总线。它们是高性能价格比的CPU，占据着奔腾三以下的廉价PC机市场。目前市场上流行的奔三赛扬为700到950MHz等。,3.3 目前的Intel处理器,62,433MHz以上的Celeron处理器内核包括一个32K（16K+16K）的L1 Cache和称为高级传输缓存的128KB的全速L2 Cache。所谓高级传输缓存是集成在处理器内部的能全速运行于处理器内核主频的L2 Cache，它通过一个专用的64位高速缓存总线，使得内部二级缓存的速度同处理器内核频率相匹配。 支持66MHz系统总线（FSB）。集成MMX多媒体指令技术，单指令多数据技术SIMD（Single instruction multiple data），57个MMX新指令，8个64位MMX技术的寄存器，4种新的数据类型。高效的管道浮点运算单元（FPU），支持32位和64位格式。,3.3 目前的Intel处理器,63,433MHz以上的赛扬处理器都采用370针的PPGA封装和Socket 370插座。如果是Slot 1插座的主板，也可以通过一个Socket 370到Slot 1的转接板去安装。433MHz的赛扬也有242脚SEPP单边处理器封装的，它使用Slot 1插座。 Celeron 800以上的CPU支持100MHz的系统总线（FSB）。 Intel 810和440BX等芯片组均支持赛扬处理器系统。最新的Intel 810E2芯片组支持800MHz赛扬，与其组成支持100MHz的系统总线和ATA-100 Ultra DMA硬盘的系统。,3.3 目前的Intel处理器,64,3.3.2 Intel Pentium 处理器 Pentium 也称为奔腾三代处理器，99年2月26日推出450MHz，2000年3月8日推出1.0GHz。共有450、500、533A、533、550、600、650、667、700、733、750、800、850、866、933MHz、1GHz、1.1GHz和1.2GHz多种型号。它在商业媒体处理、通讯和Internet性能上比奔腾II都有出色的改进。质量、可靠性和兼容性也大大提高。,3.3 目前的Intel处理器,65,图3-13 Pentium 处理器,3.3 目前的Intel处理器,66,奔腾三集成了P6微结构处理器的最佳性能。 增加了70个针对高级图像、3D、音頻视頻流、数字影像和语音识别高速处理的新指令，Intel称其为互联网SSE，即流水线单指令多数据扩展SSE指令集（Streaming SIMD Extensions）。 为配合SSE指令集，新增加了8个128位单精度寄存器（每个都是32位4），能同时处理4个单精度浮点变量。从而达到每秒20亿次浮点运算的高速度，这使得视频播放更趋平稳。在Internet上，可以实现用语音在网上搜索、浏览，可以实现由三维动画、影像、音频和文字共同合成的精美网页。,3.3 目前的Intel处理器,67,450、500、550和600MHz的奔腾三支持100MHz的64位FSB系统总线，在CPU核心中集成了32KB的L1 Cache，在CPU内部也安装了分立的512K的L2 Cache（半速带ECC缓存）。采用0.25微米技术，集成了950万个晶体管。采用单边接触S.E.C.C.封装和Slot 1或Slot 2插座。 500MHz以上的奔腾三支持133MHz的FSB系统总线，在CPU核心中集成了32KB的L1 Cache和256KB的L2 Cache（全速带ECC高级传输缓存）。采用0.18微米技术，集成了2800万个晶体管。采用单边接触SECC、SECC2封装和Slot 1、Slot 2插座，或FC-PGA封装和Socket 370插座。,3.3 目前的Intel处理器,68,所谓高级传输缓存是集成在处理器内部的能全速运行于处理器内核主频的L2 Cache。这项技术是奔腾三处理器出色性能的关键。 440BX以上的外围芯片均支持奔腾III处理器。,3.3 目前的Intel处理器,69,3.3.3 Intel Pentium 4处理器 2000年11月，英特尔公司推出了Pentium 4（奔腾四代）这个最新一代的面向高性能台式计算机的微处理器。奔腾四有1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8和2.0GHz七个品种。奔腾四处理器的外形如图所示。,3.3 目前的Intel处理器,70,采用Intel NetBurst微型架构技术，为32位处理器提供了新的动力，是自95年推出Intel P6微架构的高能奔腾处理器以来，又一全新的台式处理器设计。 奔腾4的NetBurst微架构主要特点有超级通道技术（Hyper Pipelined Technology）、快速执行引擎（Rapid Execution Engine）、流水线SIMD扩展2技术即SSE2（Streaming SIMD Extensions 2）、400MHz系统总线、执行踪迹Cache（Execution Trace Cache）和高级动态执行引擎（Advanced Dynamic Execution Engine）等。,3.3 目前的Intel处理器,71,超级通道技术，可使Pentium 4在20级管线（Pipeline）里执行指令，而Pentium III只有10级通道，AMD Athlon有15级。 快速执行引擎能使算术逻辑部件ALU的工作频率为CPU核心时钟速率的两倍，使ALU执行整数运算指令的速度两倍于CPU内核速度，从而大大提高了执行时的吞吐量。 增加了144条被称为流水线SIMD扩展2的新指令即SSE2，其中包括128bit SIMD整数运算指令和128bit浮点运算指令等。这些指令可以大大提高数据流媒体处理、运行交互性游戏和演示MP3视频信息的性能，从而加速了处理视频、音频和3D的应用。,3.3 目前的Intel处理器,72,采用400MHz的系统FSB总线，具备了3.2GB/S的带宽，相当于奔腾三的三倍。支持目前市场上最快的双通道RDRAM内存。最大支持64GB内存。 奔腾4的芯片内集成了8KB的L1 Cache和256KB的L2 Cache，它们执行踪迹高速缓存技术，采取将已经解码的指令存贮到Cache的结构，可以存贮约12000条指令。 Intel Pentium 4处理器可以实现Internet的最高性能，包括音频和视频流、高性能的3D图形、数字摄影和数字电视、语音识别、多媒体、MP3音乐编码等。,3.3 目前的Intel处理器,73,芯片采用0.18微米制造工艺，集成了4200万个晶体管。它的耗电量为50多瓦。 Pentium 4采用了423针和新的478针的Flip-Chip PGA封装，采用了Socket 423和Socket 478插座。处理器核心的散热面积增大，以便CPU上的散热器带走更多的热量。 Intel还同时推出了与Pentium 4处理器配套使用的Intel 850外围芯片组。,3.3 目前的Intel处理器,74,CPU : 酷睿 “酷睿”是一款领先节能的新型微架构，设计的出发点是提供卓然出众的性能和能效，提高每瓦特性能，也就是所谓的能效比。早期的酷睿是基于笔记本处理器的。 酷睿2：英文Core 2 Duo，是英特尔推出的新一代基于Core微架构的产品体系统称。于2006年7月27日发布。酷睿2，是一个跨平台的构架体系，包括服务器版、桌面版、移动版三大领域。其中，服务器版的开发代号为Woodcrest，桌面版的开发代号为Conroe，移动版的开发代号为Merom。,75,特性： 全新的Core架构，彻底抛弃了Netburst架构 全部采用65nm制造工艺 全线产品均为双核心，L2缓存容量提升到4MB 晶体管数量达到2.91 亿个，核心尺寸为143平方毫米 性能提升40% 能耗降低40%，主流产品的平均能耗为65瓦特，顶级的X6800也仅为75瓦特 前端总线提升至1066Mhz(Conroe)，1333Mhz(Woodcrest)，667Mhz（Merom）,76,3.4 AMD和Cyrix处理器,3.4.1 AMD处理器 AMD的处理器是与PC兼容性能优良的CPU，市场占有率仅次于Intel，并被许多名牌PC机所采用。 1. AMD K6 相当于奔腾（P54C）。有166、200、233、300、350MHz等。内置高速缓存为64KB，高于奔腾一倍。CPU插座与Pentium相同，为Socket 7。,77,2AMD K6-2 相当于奔腾II。有266、300、333、350和400MHz等。CPU插座采用Socket 7的改进型高速Super Socket 7，即Super 7。 3AMD K6-2-3Dnow！ 有366、380、400、450、475、500MHz。它率先采用3D-Now！指令集技术，21个新的SIMD指令，大大提高了对图像和图形、丰富的声音和视频、增强的Internet等的处理能力。插座采用Super 7。,3.4 AMD和Cyrix处理器,78,4AMD-K6- 有400、450MHz等。支持高速的100MHz系统总线（FSB）和高速图形接口AGP。采用Super 7插座。 增强的超标量结构MMX指令。高性能的浮点单元FPU。 3D-Now技术的21个新的SIMD指令，大大改善了3D图形和多媒体性能。 创新的系统3级Cache设计，CPU内核有320KB的Cache，分为2级：L1 Cache为64KB，分为32KB指令Cache和32KB回写双接口数据Cache，L2 Cache为256KB。CPU外部还有主板上的L3 Cache，可选择其大小，通常为512KB或1MB。 高级的RISC86超标量微结构，每个时钟可执行6个RISC86指令，十个并行的专门执行单元。,3.4 AMD和Cyrix处理器,79,5AMD Athlon 也称为“速龙”。主频类型有500、550、600、650、700、750、800、850、900、950、1000MHz（1GHz）、1.1、1.13、1.2、1.3和1.4GHz。它是第七代（P7）处理器，它基于第六代微结构设计，进一步推动微软产品和技术的表现达到一个新的水平。,3.4 AMD和Cyrix处理器,80,Athlon处理器,3.4 AMD和Cyrix处理器,81,它是第一个高时钟频率的九版超流水线、超标量x86微结构。可同时发出9条指令的超标量微结构，包括3个并行超标量整数运算、3个浮点运算和3个地址计算的9条流水线。第一个全管道、超标量浮点单元。能同时发出3个超标量流水线浮点或多媒体指令。当今最快的x87 FPU。 高性能的3级高速缓存技术，处理器核心包含128KB的L1 Cache（是奔腾III的4倍）和256KB（最高达512KB）全速的L2 Cache，另外还有高速64位L2 Cache控制器，支持主板上从512KB到8MB缓存。,3.4 AMD和Cyrix处理器,82,增强的3D-Now！技术，21个最初的3Dnow指令能够实现超标量结构单指令多数据SIMD，大大提高3D性能。19个新的指令能够改善用于语音和视频编码的整数数学运算，改善Internet插件程序（Plug-ins）和别的流水般的应用软件的数据运动。5个新的数字信号处理（DSP）指令改进软调制解调器（Soft Modem）、软ADSL、杜比数字环绕声（Dolby Digital Surround Sound）和MP3应用软件。,3.4 AMD和Cyrix处理器,83,支持200或266MHz系统总线，对于数据运动软件提供极优的带宽。200MHz系统总线的Athlon 850、900、950MHz和1、1.1、1.2、1.3和1.4GHz处理器支持PC1600 DDR（Double Data Rate）存储器。266MHz系统总线的Athlon 1、1.13、1.2、1.33和1.4GHz处理器支持PC2100 DDR DRAM存储器。它们也支持PC100、PC133 SDRAM内存。 基于优化和高性能平台的新型Slot A插座，在物理机械规格和机械连接器上与奔腾II/III的Slot 1相仿，但是采用的总线协议和电气精度是不同的。另一种封装（PGA）的Athlon采用新型的462针Socket A插座。 它使用0.18微米工艺，集成了约22百万到37百万个晶体管。电压1.75V，耗电约38W。,3.4 AMD和Cyrix处理器,84,6AMD Duron 也称为“毒龙”，它是Athlon的廉价版，它以很高的性能价格比冲击Intel赛扬霸占的价值PC机市场，它与相同频率的赛扬处理器相比性能通常提高了25%。 Duron目前有600、650、700、750、800、850、900和950MHz等几种主频。有配合Slot A和新型462针Socket A的两种封装。 AMD Duron处理器的核心基于Athlon处理器，包括全速特性、内部L2 Cache、200MHz系统总线（FSB）和增强3D-Now!技术。它包含片内的128KB的L1 Cache和64KB的L2 Cache，另外还需主板上512KB的L2 Cache。 使用0.18微米工艺，集成了2500万个晶体管。电压1.50V，耗电约23W。,3.4 AMD和Cyrix处理器,85,6AMD K8 规格 支持x86-64位平台 向下兼容 x86-32 模式: 支持16位和32位操作系统 支持更高位模式: 允许64位操作系统，可运行16位和32位应用软件 64位长模式:支持64位寻址操作, 并支持Via x86-64 64位虚拟地址空间； x86-64 寄存器扩充: - 8个新的常规寄存器 - 扩充到64位的常规寄存器 - 8个新的128位单指令多数据流寄存器 64位指令指针：指令指针数据寻址模式 普通寻址模式: 用于单个编码、数据和堆栈信息的空间寻址 939，940，am2,86,3.4.2 Cyrix处理器 Cyrix的处理器也是与PC兼容性能优良的CPU，它的价格较低，多用于廉价的PC机系统。 1Cyrix M II 即Cyrix 6X86 MX，相当于奔腾II。品种有166、200、233、266、300、333、350、400和433等。它们的型号数字只表明它们的性能相当于该主频的奔腾II或AMD K6-2，但它们的实际频率都要低一档，如Cyrix M II 300的实际主频是233MHz。 处理器内部L1 Cache为64KB。支持MMX指令集、增强的内存管理单元、增强的P6超标量体系结构。80位的FPU。 灵活多样的核心与总线时钟转换率，时钟可2、2.5、3、3.5、4。CPU双电压，处理器核心电压为2.9V，I/O电压为3.3V。 CPU插座为Socket 7，与P54C、P55C兼容。,3.4 AMD和Cyrix处理器,87,2VIA Cyrix 相当于奔腾。品种有433、466、500、533、600和700MHz等。 处理器芯片集成64KB的L1 Cache和256KB的L2 Cache。Cyrix 700芯片内集成128KB的全速L1 Cache。支持66、100和133MHz系统FSB总线、3D-Now！技术、增强双管道MMX和高性能FPU。 CPU采用P6级的Socket 370插座。采用0.18微米工艺，功耗10瓦。,3.4 AMD和Cyrix处理器,88,Cyrix 处理器,3.4 AMD和Cyrix处理器,89,3.5 CPU常见故障及排除（作业） 1频繁死机 主要原因一般是由散热系统工作不良、CPU与插座接触不良、BIOS中有关CPU高温报警设置错误等造成的。采取的对策主要也是围绕CPU散热、插接件是否可靠和检查BIOS设置来进行。 例如：检查风扇是否正常运转（必要时甚至可以更换大排风量的风扇）、检查散热片与CPU接触是否良好、导热硅脂涂敷得是否均匀、取下CPU检查插脚与插座的接触是否可靠、进入BIOS设置调整温度保护点等。,3.5 CPU常见故障及排除,90,2开机自检显示的工作频率不正常 开机后CPU工作频率降低，屏显“Defaults CMOS Setup Loaded”的提示，在重新设置 CMOS 中的CPU参数之后，系统可恢复正常显示，但故障会再次出现。产生这种情况与CMOS电池或主板的相应电路有关。遇此故障可遵循先易后难的检修原则，首先测量主板电池的电压，如果电压值低于3伏特，应考虑更换CMOS电池。假如更换电池没多久，故障又出现，则是主板CMOS供电回路的元器件存在漏电，此时需将主板送修。,3.5 CPU常见故障及排除,91,3超频过度造成的无法开机 过度超频之后，电脑启动时可