计算机组装与维护第2章

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第2章 主机,2.1 主 板,2.2 中央处理器CPU,2.3 内 存,2.4 机 箱 电 源,2.1 主 板,主板，又叫主机板(Main Board)、系统板(System Board)或者母板(Motherboard)，它安装在机箱内，是计算机最根本的也是最重要的部件之一。,2.1.1 主板的作用,主板为矩形电路板，上面安装了组成计算机的主要电路系统，一般有BIOS芯片、I/O控制芯片、键盘和面板控制开关接口、指示灯插接口、扩展插槽、主板及板卡的直流电源供电接插件等元器件。,主板采用开放式结构，大都有68个扩展插槽，供计算机外围设备的控制卡(或者适配器)插接。通过更换这些插卡，可以对计算机的相应子系统进行局部升级，使厂家和用户在配置机型方面有更大的灵活性。,主板的类型和档次决定了计算机系统的类型和档次，影响了整个计算机系统的性能。,下一页,返回,2.1 主 板,2.1.2 主板的组成,1.主板的架构,主板的架构就是根据主板上各元器件的布局排列方式、尺寸大小、形状、所使用的电源规格等制定出的通用标准，所有主板厂商都必须遵循。主板架构主要有AT、Baby-AT、ATX、Micro ATX以及BTX等。,AT和Baby-AT,AT架构是IBM公司在1984年公布的，主板的尺寸比较大，能放置较多的元器件和扩充插槽，集成有控制芯片和8个I/O扩充插槽。Baby AT主板比AT主板布局更紧凑但是功能却不减。,上一页,下一页,返回,2.1 主 板,ATX和Micro ATX,Intel在1995年1月公布了扩展AT架构，即ATX(AT extended)架构，并得到主要主板厂商支持，成为最广泛的主板架构标准。ATX主板针对AT和Baby AT主板的缺点做了以下改进：,主板外形在Baby AT的根底上旋转了90，其几何尺寸改为30.5cm24.4cm；CPU与I/O插槽、内存插槽的位置更加合理；优化了软硬盘驱动器接口位置；提高了主板的兼容性与可扩充性；采用了增强的电源管理，真正实现计算机的软件开/关机和绿色节能功能。,Micro ATX保持了ATX架构背板上的外设接口位置，与ATX兼容。它把扩展插槽减少为34个，DIMM插槽为23个，从横向减小了主板宽度，比ATX标准主板结构更为紧凑。按照Micro ATX标准，板上还应该集成图形和音频处理功能，目前很多品牌机主板使用了Micro ATX标准。,上一页,下一页,返回,2.1 主 板,BTX架构,BTX(Balanced Technology Extended)是Intel公司在2004年发布的一种新的计算机架构。BTX有3种规格，分别是BTX、Micro BTX及Pico BTX。3种BTX的宽度都是266.7mm，不同之处在于长度，也就是主板的扩展性有所不同。,BTX支持Low-profile，即窄板设计，系统结构将更加紧凑；针对散热和气流的运动，对主板的线路布局进行了优化设计；主板的安装将更加简便，机械性能也将经过最优化设计。,2.主板的各局部详解,主板结构如图2-1所示。,上一页,下一页,返回,2.1 主 板,CPU插座,CPU插座就是主板上安装处理器的地方。根据主板支持的CPU不同，CPU的插座也不同，其主要表现在CPU针脚数不同与接口形式的不同。如Intel的Pentium D 820的CPU采用LGA 775架构，AMD AM2 Athlon64 3000+采用Socket AM2架构。,北桥芯片,北桥芯片(North Bridge)是主板芯片组中起主导作用的最重要的组成局部，它决定了主板所支持的CPU的类型、主板的系统总线频率、内存类型、容量和性能、显卡插槽规格等参数。从图2-1中可以看到，北桥芯片离CPU很近，这主要是考虑到北桥芯片与处理器之间的通信最密切，为了提高通信性能缩短传输距离而设计的。,上一页,下一页,返回,2.1 主 板,南桥芯片,南桥芯片(South Bridge)一般位于主板上离CPU插槽较远的下方，PCI插槽的附近，这种布局是考虑到它所连接的I/O总线较多，离处理器远一点有利于布线。相对于北桥芯片来说，其数据处理量并不算大，它主要负责I/O总线之间的通信，如PCI总线、USB、LAN、ATA、SATA、音频控制器、键盘控制器、实时时钟控制器、高级电源管理等，所以南桥芯片一般都没有覆盖散热片。,目前南桥芯片的开展方向主要是集成更多的功能，例如网卡、RAID、IEEE 1394、甚至WI-FI无线网络等等。,内存插槽,内存插槽是指主板上所采用的内存插槽类型和数量。主板所支持的内存种类和容量都由内存插槽来决定的。,上一页,下一页,返回,2.1 主 板,IDE接口,IDE(Integrated Drive Electronics)即“电子集成驱动器。把盘体与控制器集成在一起减少了硬盘接口的电缆数目与长度，使数据传输的可靠性得到了增强，硬盘制造变得更容易；对用户而言，硬盘安装起来也更为方便。,IDE的另一个名称叫做ATA(Advanced Technology Attachment)，IDE的规格后来有所进步，开展成EIDE(Enhanced IDE)，而这个规格同时又被称为Fast ATA。所不同的是Fast ATA是专指硬盘接口，而EIDE还制定了连接光盘等非硬盘产品的标准。,软驱接口,用来连接软盘驱动器。由于USB接口的移动存储设备的普及，局部主板已经取消了软驱接口。,上一页,下一页,返回,2.1 主 板,SATA 接口,SATA(Serial ATA，即串行ATA)传输速率为1.5Gb/s(150MB/sec)。SATA总线使用嵌入式时钟信号，具备了更强的纠错能力。串行接口还具有结构简单、支持热插拔的优点。,PCI-E插槽,PCI-Express是目前比较流行的总线和接口标准。其主要优势就是数据传输速率高，目前最高可到达10Gb/s以上。PCI Express有多种规格，从PCI Express 1X到PCI Express 16X，能满足低速设备和高速设备的需求。,图2-1中比较长的两个插槽是PCI-E 16X，目前主要用于连接显卡。比较短的3个插槽是PCI-E 1X，仅有少数PCI-E 1X的网卡和电视卡可以适用。,注意：图2-1的主板上并没有另一个目前尚在使用的AGP显卡插槽，在此进行简单的介绍。,上一页,下一页,返回,2.1 主 板,AGP(Accelerated Graphics Port，图形加速端口)是显示卡的专用扩展插槽。AGP标准是Intel公司为解决计算机处理(主要是显示)3D图形能力差的问题而出台的，它是一种与PCI总线迥然不同的图形接口，完全独立于PCI总线之外，直接把显卡与主板控制芯片联在一起，使得3D图形数据省略了越过PCI总线的过程，从而解决了低带宽PCI接口造成的系统瓶颈问题。,PCI插槽,外围设备(Peripheral Component Interconnect，PCI)是基于PCI局部总线的扩展插槽，其颜色一般为乳白色，位于主板上AGP插槽或是PCI-E插槽的下方。位宽为32位或64位，工作频率为33MHz，最大数据传输率为133MB/s(32位)和266MB/s(64位)。可插接声卡、网卡、电视卡等种类繁多的扩展卡。,上一页,下一页,返回,2.1 主 板,BIOS芯片,根本输入输出系统(Basic Input/Output System，BIOS)实际是一组被固化到计算机中，为计算机提供最低级最直接的硬件控制的程序，并且是连通软件程序和硬件设备之间的枢纽。通俗地说，BIOS是硬件与软件程序之间的一个转换器或是接口，负责解决硬件的即时要求，并按软件对硬件的操作要求具体执行。,CMOS电池,BIOS是一组设置程序，本身并不能存储设置好的参数及各项数据，这些参数及数据保存在CMOS芯片中。但CMOS芯片为随机存储器，断电后不能保存信息，所以要采用后备电源来供电，以便保存信息，CMOS电池正是该后备电源。,上一页,下一页,返回,2.1 主 板,电源接口,计算机电源通过电源接口为主板输入各种直流电压，如12V、5V和3.3V，最常见的是20pin+4pin的组合。,外部设备接口,主板上的外部设备接口有PS/2口、串口、并口、USB接口、MIDI口等，集成度比较高的主板还有网线接口、音频接口、集成显卡接口。如图2-2所示。,2.1.3 主板芯片组,芯片组(Chipset)是主板的核心组成局部，芯片组几乎决定了整块主板的功能，进而影响到整个计算机系统性能的发挥。芯片组性能的优劣决定了主板性能的好坏与级别的上下。目前生产主板芯片组的厂家主要有Intel、NVIDIA以及VIA。,上一页,下一页,返回,2.1 主 板,1.Intel芯片组,875、865系列芯片组,自从Intel FSB(前端总线)800MHz的新一代Pentium 4处理器发布以后，能够完全支持FSB 800MHz Pentium 4处理器的只有Intel i875P芯片组。它具备了400MHz的双通道 DDR技术，并且参加Intel PAT技术(Intel Performance Acceleration Technology，不过似乎Intel并不认可PAT)，支持ECC内存校验。为了扩大产品线，Intel推出了取代845PE/GE的865P/PE/G。,925、915系列芯片组,在CPU支持方面，由于Intel同时推出了LGA775接口的全新Prescott处理器，使得这两款芯片组均支持800MHz前端总线的LGA775接口的Intel处理器。但925X只支持LGA775的Pentium4处理器，并不支持Socket478接口的Pentium4与Celeron处理器；915系列芯片组那么支持Socket478处理器。这两款产品还支持Intel的Hyper-Threading处理器超线程技术。,上一页,下一页,返回,2.1 主 板,在内存支持方面，两款芯片组都支持双通道DDR2-533内存，可以提供高达8.5GB/S的带宽。925X系列芯片组仅支持DDR2内存，i915系列芯片组那么同时支持DDR2/DDR内存。,在显卡支持方面，两款芯片组都支持一个PCI Express 16显卡插槽接口，另外还支持4个PCI Express 1插槽接口。而PCI Express的运用，使得数据带宽传输率得到了明显改善。其中PCI Express 16使用16对线路，单向传输速度高达4GB/s，双向传输那么是到达了8GB/s。,i945、955X芯片组,为了支持双核心处理器，Intel针对Pentium D处理器推出Intel 945系列，955X芯片组。,支持双核心与1066MHz前端总线频率,上一页,下一页,返回,2.1 主 板,955X 支持FSB800/1066的Pentium 4/Pentium D/Pentium X处理器，I945除了支持1066/800 MHz FSB外，945X还支持533 MHz的FSB。,Pentium D的两个内核需要通过外部FSB进行通信，因此945/955X北桥内整合了一个协作仲裁装置来协调Pentium D两个内核的工作，Pentium D每一个内核将其请求发送到945/955X北桥的协作仲裁装置中，当获得资源之后请求将会被送往相应的执行核心，所有的过程都在945/955X北桥内实现。,DDR2-667内存与MPT技术,945、955芯片组支持的DDR2 667内存规格，配合双通道内存频宽可高达10.7GB/s。945、955芯片组与915、925芯片组一样支持Intel Flex Memory技术，用来提高内存控制器的兼容性。915、925芯片组所采用的Flex Memory技术需要配备相同容量、相同规格的内存条才可以实现双通道模式，而这个缺点在945、955芯片组中得到改进，即便用户安装不同内存容量但相同规格同样也可以实现支持双通道传输模式。,上一页,下一页,返回,2.1 主 板,2.NVIDIA芯片组,NVIDIA nForce 4系列(单芯片设计),Nforce 4芯片组有4个版本：标准版、Ultra版、SLI版以及Pro版。nForce4SLi是nForce4最高端民用版本，支持SLi。nForce4Ultra是nForce4SLi屏蔽掉SLi功能之后的版本，其他方面与nForce4SLi无区别。nForce4是标准板，同上面提到的两个版本的主要区别是没有硬件防火墙，不支持SATA2.0，只支持SATA1.0。nForce44X是简化版，降低了HT频率(只支持800mHz)，其他方面与nForce4标准版根本一致。nForce4Pro是高端产品，是效劳器版本，最大的特性就是支持多CPU。目前NF4多是S939接口，一般的S754接口，多采用的是nForce44X芯片。,上一页,下一页,返回,2.1 主 板,NVIDIA nForce 500系列,nForce500芯片组开发代号为MCP55，包含由低端至高端不同市场。nForce 550 (MCP55S)面向低端市场；nForce 570 (MCP55-Ultra)面向主流市场；支持SLI技术的nForce 570 SLI (MCP55P )双X8图形接口；支持双X16图形接口的高端SLi平台nForce 590 SLI。,NVIDIA nForce 500系列如,图2-3,所示。,上一页,下一页,返回,2.1 主 板,NVIDIA C51系列,NVIDIAGeForce6100,有如下特点：支持CPU类型AMDSempron、Athlon64、Athlon64FX、Athlon64X2；标准CPU插槽Socket754/939；不支持超线程；800/1000MHz前端总线频率；内存最高传输标准DDR400；显卡插槽PCIExpressx16；集成显卡GeForce6100(最大可共享256MB的显存)；标准南桥nForce410或nForce430；SATA接口标准SATAII；RAID支持：SATARAID0，1(nForce410)或SATARAID0，1，0 1，5(nForce430),NVIDIAGeForce6150,集成显卡为GeForce6150，南桥只搭配nForce430。两款南桥的区别：nForce430支持ActiveArmor网络防火墙功能，以及MediaShield功能，而nForce410那么不具备这些功能。,上一页,下一页,返回,2.1 主 板,NVIDIA C61系列,C61分成P、S、V3个型号，分别是Premium(加强型)、Standard(标准型)和Value(经济型)的简写，同时可针对不同用户的使用需求。,2.1.4 主板的选购,主板作为计算机中一个非常重要的部件，其质量的优劣直接影响到整个计算机的工作性能的好坏，那么如何挑选一块质量优良、性能稳定的主板呢？,1.CPU供电电路,采用相同芯片组时断定主板的好坏，最好的方法就是看供电电路设计方案，CPU、内存、显卡、芯片组的供电缺一不可，其中最主要的是CPU的供电电路，优质与劣质主板之间最大的差异也可以在这里表达出来。,上一页,下一页,返回,2.1 主 板,选择最正确的供电设计方案,一般主板单相供电，能稳定提供的电流30A左右；采用两相供电的设计会使供电局部处于高负载状态，大大增加发热量，稳定性较差，使用寿命较短；选择三相供电可以稳定使用，但没有更大的扩展空间；选择四相不仅能稳定使用，并且使整个系统有更大的扩展空间，便于以后的升级以及超频使用。,选择高品质的元器件,使用好的设计方案还必须要配置高品质的元器件，包括电容、Mosfet、电感、PWM开关电源控制芯片。,电容。其作用是保证电源对主板及相关配件的供电稳定性，同时过滤掉电流中的杂波，将纯洁的电流传输给CPU和内存等配件。,上一页,下一页,返回,2.1 主 板,电容的好坏直接决定主板性能、稳定性和使用寿命。主板电容主要分为台系和日系两种，日系品牌有NICHICON、RUBICON、RUBYCON(红宝石)等；台系品牌有TAICON、G-LUXCON、TEAPO等。日本在电容内部重要材料电解液和其他电解质方面的技术领先于其他国家，这些材料影响电容的充放电次数，内部温度以及耐热值。,Mosfet。Mosfet(Metal Oxide Semicoduc-tor Field Effect Transistor)即金属氧化物半导体场效应管。由金属、氧化物及半导体三种材料制成的器件。衡量Mosfet的关键值就是RDS值，这是MOSFET在导通状态下的内阻值，这个值越低越好。,考察主板MOS管好坏的方法就是看它的发热量，在通电情况下，MOS管烫得无法接触，说明MOS管不好；如果手指能在其上停留10秒左右，说明MOS管的发热量处于正常水平；如果只感觉到微热，那么该款主板的Mosfet就十分优秀。,上一页,下一页,返回,2.1 主 板,电感线圈。主要有滤高频，缓冲以及储能的作用。衡量电感线圈优秀最主要的标准就是磁通量，磁通量越高，电流通过产生的损耗也就越低。,电感线圈的导通电流能力I=S，表示导体的电流密度，S表示导体的横截面积，一般导线S=1.4mm2或者S=3mm2，这样，I=101.4=14A或者I=10330A。杂牌主板用的电感线圈都比较细，电流供给就远远达不到CPU的需求。所以电感线圈的直径越大，性能就越好。,PWM开关电源控制芯片。是CPU供电电路的核心局部，位于CPU附近，为每个元器件提供独立的脉宽调制信号。三相供电、四相供电等都需要一个PWM来协调实现，很多偷工减料的主板却没有在供电局部设计真的PWM，造成了MOSFET和电容局部是两相供电或者三相供电的假相，离开了PWM的协调，只能算是单相供电而已。性能优秀的PWM芯片主要有Winbond、Richtek和Intersil的产品。,上一页,下一页,返回,2.1 主 板,2.PCB板,PCB的主要功能是提供各种元器件的电气连接，PCB的选择应注意以下几点：,PCB的尺寸大小。大尺寸的PCB板具有有利于线路的布置，使线径线距的结构更为合理，有效的防止高频记号相互干扰，防止高散热元器件过于集中，提供更好的散热性能等优良性质。,PCB的光亮度和颜色，所有的PCB外部都会有油墨覆盖，起绝缘作用。也可根据自己的喜好把PCB做成各种颜色，但是这些油墨的选择以及PCB上油的工艺会对PCB的阻抗等电器性能造成一定的影响。从外表看要选择PCB比较光亮的主板，而且尽量防止使用金属色和深色的PCB(如银色、金色、黑色)，因为金属色含有一定的金属成分，黑色油墨中含有碳元素较多，这些元素的绝缘性能较差，在潮湿的环境中容易氧化，导致主板出现各种问题。,上一页,下一页,返回,2.1 主 板,PCB的基板。PCB的基板是PCB最重要的材料，它关系到PCB的厚度及强度，国内的小型基板工厂的工艺较差，品质很不稳定。,PCB的镀铜工艺。PCB的镀铜工艺是PCB品质重要的保证，优秀的PCB采用二次镀铜的工艺，使数据以及高频信号的传输更加稳定。,3.芯片组、内存、显卡等的供电设计方案,要到达最优稳定性能，主板上芯片组、内存、显卡供电局部电路的设计同样不容轻视。目前主流的显卡功耗已经突破50W，接近一个低端的Sempron处理器的功耗，芯片组、高频率动作的内存同样不容无视。因此采用独立的供电方案就显得十分必要。,在一块优秀的主板上，显卡、芯片组以及内在的供电局部都会有加强的电路元器件配合。BIOS也会有相应的电路电压调整。,上一页,下一页,返回,2.1 主 板,4.保护电路,有些品牌为了降低本钱，在主板上省去各类保护电路，这样做会带来较大的隐患及损失，导致主板、芯片一些外设的烧毁。优秀的主板都会在以下位置着重加上保护电路，主要有I/O接口保险电路、网络防高压保护、CPU保护电路、芯片组供电保护电路。,5.主板BIOS,BIOS(Basic input Output System)即根本输入输出系统，是计算机中最低层的一种程序。一般都将BIOS程序保存在CMOS芯片中，BIOS为计算机提供最直接的硬件控制，协调整个硬件系统的工作，而主板除了本身的性能外还要有一个优秀的BIOS。一个优秀的BIOS应包括：,上一页,下一页,返回,2.1 主 板,开机界面显示主板的LOGO。说明该品牌具有自主独立的BIOS开发更新能力，可以为后续系统升级提供有力的技术支持。,BIOS功能完美，如支持USB启动、支持防病毒侵害的写保护、支持详细的赴功能选择等。,BIOS界面内各选项设计合理和人性化，符合用户使用习惯。,具备可升级更新性，方便用户通过更新BIOS实现新的功能或者解决兼容性问题。,采用主流成熟稳定的Award和Ami bios方案。,BIOS芯片采用质量可靠的Winbond、sst、pmc等名牌Flash，运行质量可靠。,上一页,下一页,返回,2.1 主 板,2.1.5 主板的选购实例解析,从CPU的价格来看，双核CPU性价比都比较高。例如Intel平台的PD915，售价不是很高，采用最先进的65nm制程，有效的控制了CPU功耗和发热量。二级缓存高达2MB2，性能比PD 820提升很多；AM2接口的Athlon64 X2 3600+采用最新的65nm制程将倍频调整为9.5，所以主频为1.9GHz，二级缓存提升为1MB(512K2)。下面简要列出目前比较流行的四款主板的性能参数比照，见表2-1。,上一页,下一页,返回,2.1 主 板,磐正超磐手AF570 Ultra主板,AMD处理器平台性价比高于Intel平台，采用Socket AM2双核处理器的AMD平台在性能上更为出色，是目前的首选产品。在AMD AM2平台中，NF500系列属于中端产品，搭配全新AM2双核，整体性价比较高。磐正超磐手AF570 Ultra主板采用nForce 570 Ultra单芯片也是一种不错的选择。,华硕 M2A-VM主板,M2A-VM是华硕A690G主板产品线中针对主流市场的产品，适用于对主板品质有一定要求的主流用户。与华硕M2A-VM HDMI相比，M2A-VM属于功能简化版本，价格更为贴近主流市场，更适合主流消费用户选择。与其他A690G主板相比，M2A-VM做工较为出色，价格较为廉价(和二线品牌产品根本保持一致)，三年的免费售后效劳使这款产品在主流AMD集成主板中有着较强的竞争力。,上一页,下一页,返回,2.1 主 板,技嘉 GA-965G-DS3,这款主板全部采用固态电容，价格相比照较昂贵。,微星 P965 Neo-F,微星P965 Neo-F主板无论是从性能还是从功能上都有很强的市场潜力。随着Windows VISTA操作系统的来临，微星P965 Neo-F主板很有可能占据中端主流市场。,2.1.6 主板的日常维护,1.清洁主板外表的积尘,拔下所有插卡、内存及电源插头，撤除固定主板的螺丝，取下主板，用羊毛刷轻轻除去各局部的积尘。一定注意不要用力过大或动作过猛，以免碰掉主板外表的贴片元器件或造成元器件的松动以致虚焊。,上一页,下一页,返回,2.1 主 板,2.翻新,取下主板，拔下所有插卡、CPU、内存、CMOS电池后，把主板浸入纯洁水中，用毛刷轻轻刷洗。待干净后，放在阴凉处至外表没有水份后，再用报纸包好放在阳光下爆晒至全干。确保完全枯燥，否那么会在以后的使用中造成主板积尘腐蚀损坏。,特别是一些主板上的电容出现漏液，在更换新的电容后，一定要把主板认真清洗一遍，防止酸性介质腐蚀主板，造成更大的故障。,上一页,返回,2.2 中央处理器CPU,中央处理器(CPU，Central Processing Unit)也叫做微处理器，指具有运算器和控制器功能的大规模集成电路。微处理器在微型计算机中起着最重要的作用，是微型计算机的心脏，构成了系统的控制中心，对各部件进行统一协调控制，90%以上的数据信息都是由它来处理。它的工作速度快慢直接影响到整台计算机的运行速度。,2.2.1 CPU的组成,CPU内部结构大概可以分为控制单元、运算单元、存储单元及时钟等几个主要局部。,运算器是计算机对数据进行加工处理的中心，主要由算术逻辑部件(ALU，Arithmetic and Logic Unit)、通过存放器组和状态存放器组成。ALU主要完成对二进制信息的定点算术运算、逻辑运算和各种移位操作。通用存放器组是用来保存参加运算的操作数和运算的中间结果。状态存放器在不同的机器中有不同的规定，在程序中，状态位通常作为转移指令的判断条件。,下一页,返回,2.2 中央处理器CPU,控制器是计算机的控制中心，决定了计算机运行过程的自动化，不仅要保证程序的正确执行，而且要能够处理异常事件。控制器一般包括指令控制逻辑、时序控制逻辑、总线控制逻辑、中断控制逻辑等几个局部。,指令控制逻辑要完成取指令、分析指令和执行指令的操作。,时序控制逻辑要为每条指令按时间顺序提供给有的控制信号。一般时钟脉冲作为最根本的时序信号，是整个机器的时间基准，称为机器的主频。执行一条指令所需要的时间叫做一个指令周期，不同指令的周期有可能不同。为便于控制，根据指令的操作性质及控制性质的不同，会把指令周期划分为几个不同的阶段，每个阶段就是一个CPU周期。早期CPU的内存速度上的差异不大，所以CPU周期通常和存储器存取周期相同，随着CPU的开展目前速度上已经比存储器快得多，通常将CPU周期定义为存储器存取周期的几分之一。,上一页,下一页,返回,2.2 中央处理器CPU,总线逻辑是为多个功能部件效劳的信息通路的控制电路。就CPU而言总线一般分为内部总线和CPU对外联系的外部总线。外部总线有时候又叫做系统总线、前端总线(FSB)等。,中断是指计算机由于异常事件或者一些随机发生需要马上处理的事件而引起CPU暂时停止现在程序的执行，转向另一效劳程序去处理这一事件并且完毕再返回原程序的过程。由机器内部产生的中断，叫做陷阱(内部中断)，由外部设备引起的中断叫外部中断。,2.2.2 CPU的开展,CPU从最初开展至今已经有三十多年的历史了，按照其处理信息的字长可以分为：4位微处理器、8位微处理器、16位微处理器、32位微处理器以及64位微处理器等，这里主要介绍当前比较流行的32位和64位微处理器。,上一页,下一页,返回,2.2 中央处理器CPU,1.32位微处理器时代,Pentium,1993年3月22日，全面超越486的新一代586 CPU问世，为了摆脱486时代微处理器名称混乱的困扰，Intel公司把自己的新一代产品命名为Pentium(奔腾)以区别AMD和Cyrix的产品。AMD和Cyrix也分别推出了K5和6x86微处理器来，但是由于Pentium微处理器的性能最正确，所以逐渐占据了大局部市场。,Pentium MMX与AMD-K6-MMX,1997年1月8日，Intel推出了Pentium MMX 。Pentium MMX在原Pentium的根底上有了重大的改进，增加了片内16KB数据缓存和16KB指令缓存，4路写缓存以及从Pentium Pro、Cyrix而来的分支预测单元和返回堆栈技术，特别是新增加了57条MMX多媒体指令。,与此同时，作为Intel的主要竞争对手，AMD也发布了AMD-K6-MMX 处理器，包含相近的指令集。,上一页,下一页,返回,2.2 中央处理器CPU,Pentium II与AMD K6 II,1997年4月7日，Intel发布了Pentium II处理器。内部集成了750万个晶体管，并整合了MMX指令集技术。Intel Pentium II架构已经从Socket 7转成Slot 1，并首次引入了封装(Single Edge Contact)技术，将高速缓存与处理器整合在一块PCB板上，并且同时具有两种版本的核心：Klamath与Deschutes。,同时代与之竞争的是AMD的K6II，口碑也相当不错。,Pentium III与AMD Athlon,1999年1月，Intel推出Pentium III处理器，它采用0.25m制造工艺，拥有32KB一级缓存和512KB二级缓存(运行在芯片核心速度的一半下)，包含MMX指令和Intel的3D指令SSE，最初发行的Pentium III有450MHz和500MHz两种规格，其系统总线频率为100MHz。,Intel的主要对手之一AMD于1999年8月发布Athlon处理器。,上一页,下一页,返回,2.2 中央处理器CPU,Pentium 4,2000年11月21日，Intel 在全球同步发布了其最新一代的微处理器Pentium4(奔腾4)。Pentium4处理器原始代号为 Willamette，采用0.18m铝导线工艺。Pentium 4处理器最主要的特点就是抛弃了Intel沿用了多年的P6结构，采用了新的NetBurst CPU结构。Net Burst结构具有不少明显的优点：20段的超级流水线、高效的乱序执行功能、2倍速的ALU、新型的片上缓存、SSE2指令扩展集和400MHz的前端总线等。Pentium4处理器除了Willamette核心外，还有Northwood与Prescott两种核心。,上一页,下一页,返回,2.2 中央处理器CPU,2.64位微处理器时代,AMD公司在2003年发布了第一款应用于个人计算机的64位处理器Athlon64。Athlon64在支持64位数据的根底上提供了对32位及16位数据的良好兼容性，有超过4GB的内存寻址能力，而传统的32位处理器最高仅支持4GB内存寻址能力。Athlon64内置了内存控制器，极大程度降低数据的收发延迟，缩短读写请求的反响时间，处理器的性能也因此获得提升。,2005年Intel公司推出了面向中端的6系列的64位CPU，此后又陆续推出了面向高端市场的8系列(Pentium D 8xx)和面向低端市场的3系列(Celeron D 3xx)的64位CPU，以及最新的Core 2 duo系列。所有的Intel 64位CPU都采用LGA775接口、Prescott核心、0.09m的制造工艺并且拥有31级的流水线。,上一页,下一页,返回,2.2 中央处理器CPU,2.2.3 CPU的性能指标,CPU的性能影响整台计算机系统的性能，下面介绍CPU的一些重要的性能指标：,1.主频,指的是CPU内核工作的时钟频率(CPUClockSpeed)。通常所说的某款CPU是“某某兆赫兹的，这个“某某兆赫兹就是CPU的主频。主频虽与CPU运算速度有关系，但不是绝对的正比关系。CPU的运算速度还与CPU指令流水线和各方面性能指标(如缓存、指令集、CPU位数等)有关，因此主频并不完全代表CPU的整体性能，但提高主频对于提高CPU运算速度却是至关重要的。主频的计算公式为：主频外频倍频。,上一页,下一页,返回,2.2 中央处理器CPU,2.外频,外频是CPU及整个计算机系统的基准频率，单位是MHz(兆赫兹)。在早期的计算机中，内存与主板之间的同步运行的速度等于外频(如最早的Pentium处理器)，在这种方式下，可以理解为CPU直接与内存相连，实现两者间的同步运行状态。但是对于目前的计算机系统来说，两者完全可以不相同。计算机系统中大多数的频率都是外频乘以一定的倍数来实现，这个倍数可以是大于1的，也可以是小于1的。,3.倍频,CPU的倍频，全称是倍频系数。CPU的核心工作频率与外频之间存在着一个比值关系，这个比值就是倍频。理论上倍频是从1.5一直到无限，但需要注意的是，倍频是以0.5为一个间隔单位。,上一页,下一页,返回,2.2 中央处理器CPU,没有产生倍频概念时，CPU的主频和系统总线的速度是一样的，但CPU的速度越来越快，系统总线的频率没有跟上，倍频技术也就应运而生。它可使系统总线工作在相对较低的频率上，而CPU速度可以通过倍频来无限提升。,4.前端总线,前端总线(FrontSideBus)通常用FSB表示，是处理器与主板北桥芯片或内存控制集线器之间的数据通道，其频率上下直接影响CPU访问内存的速度，从而直接影响到计算机整机的速度。,上一页,下一页,返回,2.2 中央处理器CPU,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，即数据带宽(总线频率数据位宽)8(在此公式中数据位宽取决于CPU同时处理数据的位数，32位或64位)。以前很长一段时间里，前端总线频率与外频是相同的，但采用QDR(QuadDateRate)技术后，使得前端总线的频率成为外频的2倍、4倍甚至更高。目前PC机上所能到达的前端总线频率有266MHz、333MHz、400MHz、533MHz、800MHz、1066MHz等几种。,5.流水线,在制造CPU的过程中，除了硬件设计之外，还有逻辑设计，而流水线设计就属于逻辑设计范畴。虽然长流水线可以使CPU轻易到达很高的频率，但是长流水线与高频率本身具备一些负面的影响，流水线不是越长越好。,上一页,下一页,返回,2.2 中央处理器CPU,由于工作小组在交接工作时是会产生信号延迟，即便每个延迟很短，但20甚至30级的流水线所累计出来的延迟那么是不可无视的，并且级数越多，所累计出来的延迟越长。这样就出现一个缺陷，流水线技术为处理器提升了频率，但又因此产生了很大的效率空白，将优势抵消掉。同时高频率还会导致高功耗和高发热量。,综上所述，可以从Intel Pentium 4处理器上得到证明：第一代Pentium 4采用的是Willamette核心，该核心只有13级的流水线，普遍频率小于2GHz，速度一般；第二代的Pentium 4采用North Wood核心，有20级流水线，由于流水线级数比较适宜，大幅提升了Pentium 4的速度，但又未影响执行效率；第三代的Pentium 4采用Prescott核心，这个长达31级流水线的新核心将Pentium 4带入了主频近3GHz的速度，由于它发热和功耗太高，因而获得了“高频低能之称。,上一页,下一页,返回,2.2 中央处理器CPU,6.缓存(Cache Memory),缓存概述,缓存(CacheMemory)是位于CPU与内存之间的临时存储器，其存储容量比内存小但交换速度快。在缓存中的数据是内存中的一小局部，但这一小局部是短时间内CPU即将访问的，当CPU调用大量数据时，就可避开内存直接从缓存中调用，从而加快读取速度。,缓存的工作原理,当CPU要读取一个数据时，首先在缓存中查找，如果找到此数据就立即读取并送给CPU处理；如果没有找到，就从内存中读取并送给CPU处理，同时把这个数据所在的数据块调入缓存中，可以使得以后对整块数据的读取都从缓存中进行，不必再调用内存。正是这样的读取机制使CPU读取缓存的命中率非常高(大多数CPU可达90%左右)，这就大大地节省了CPU直接读取内存的时间。总的来说，CPU读取数据的顺序是先缓存后内存。,上一页,下一页,返回,2.2 中央处理器CPU,缓存的开展,Intel公司从Pentium时代开始把缓存进行了分类，出现了集成在与CPU同一块电路板上或主板上的缓存，此时就把CPU内核集成的缓存称为一级缓存，外部的称为二级缓存。一级缓存中还分数据缓存(DataCache，D-Cache)和指令缓存(InstructionCache，I-Cache)。二者分别用来存放数据和执行这些数据的指令，而且二者可以同时被CPU访问，减少了争用Cache所造成的冲突，提高了处理器效率。,二级缓存是CPU性能表现的关键之一，在CPU核心不变化的情况下，增加二级缓存容量能使性能大幅度提高。同一核心的CPU上下端之分往往也是在二级缓存上有差异，由此可见二级缓存对于CPU来说有很大的重要性。,上一页,下一页,返回,2.2 中央处理器CPU,在目前所使用的CPU中，一级缓存的容量根本在4KB64KB之间，二级缓存的容量那么分为128KB、256KB、512KB、1MB、2MB等。一级缓存容量各产品之间相差不大，而二级缓存容量那么是提高CPU性能的关键。二级缓存容量的提升是由CPU制造工艺所决定的，容量增大必然导致CPU内部晶体管数的增加，要在有限的CPU面积上集成更大的缓存，对制造工艺的要求也就越高。,7.CPU核心,核心又称为内核，是CPU最重要的组成局部。CPU中心那块隆起的芯片就是核心，是由单晶硅以一定的生产工艺制造出来的，CPU所有的计算指令、接受指令/存储命令、处理数据都由核心执行。CPU核心具有固定的逻辑结构，一级缓存、二级缓存、执行单元、指令级单元和总线接口等逻辑单元都有科学的布局。,上一页,下一页,返回,2.2 中央处理器CPU,8.接口类型,CPU的接口是指CPU与主板之间的连接方式， CPU经过这么多年的开展，采用的接口方式有引脚式、卡式、触点式、针脚式等。主板上有相应的插槽类型。CPU接口类型不同，在插孔数、体积、形状等方面都有不同，所以不能互相接插。Socket 478、Socket 462、Socket 939、Socket AM2、LGA 775等都是指CPU的接口类型。,9.制造工艺,CPU的制作工艺指的是在生产CPU的过程中，要进行的加工各种电路和电子元器件，制造导线并且连接各个元器件的工艺。通常其生产的精度以m(长度单位，1m10-3mm)来表示，未来有向nm(1nm10-3m)开展的趋势。,通常说的“0.09m制造工艺中的0.09m指CPU内线路的宽度。芯片制造工艺在1995年以后，从0.5m、0.35m、0.25m、0.18m、0.15m、0.13m、90nm一直开展到目前最新的65nm，而45nm和30nm的制造工艺将是下一代CPU的开展目标。,上一页,下一页,返回,2.2 中央处理器CPU,10.CPU的指令集,CPU依靠指令来计算和控制系统，每款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。指令的强弱也是CPU的重要指标之一，指令集是提高微处理器效率的最有效工具之一。如Intel的MMX(MultiMediaExtended)、SSE、SSE2、SEE3以及AMD的3DNow！等都是CPU的扩展指令集，分别增强了CPU的多媒体、图形图像和Internet等方面的处理能力。其中MMX包含有57条命令，SSE包含有50条命令，SSE2包含有144条命令，SSE3包含有13条命令。,上一页,下一页,返回,2.2 中央处理器CPU,11.超线程与多核心,超线程,超线程技术(Hyper-Threading Technology，HT)就是通过采用特殊的硬件指令，可以把两个逻辑内核模拟成两个物理芯片，在单处理器中实现线程级的并行计算，同时在相应的软硬件的支持下大幅度的提高运行效能，从而实现在单处理器上模拟双处理器的效能的技术。从实质上说，超线程是一种可以将CPU内部暂时闲置处理资源充分调动起来的技术。,超线程的实现条件包括CPU的支持、主板芯片组和主板BIOS的支持、操作系统和应用软件的支持。,上一页,下一页,返回,2.2 中央处理器CPU,多核心,多核处理器是基于单个半导体的一个处理器上拥有多个同样功能的处理器核心，即将多个物理处理器核心整合入一个内核中。多核心处理器在多线程应用和多任务处理方面相对单核心处理器来说，具有巨大的优势。,目前已普及的是双核处理器，双核最大的意义表达在处理并发的多任务程序上，也就是能够在同一时间内处理两个或多个复杂的任务，使工作效率得到成倍的提高。双核处理器在同时运行多个CPU使用率高的应用程序时，相对单核处理器而言可以表达出巨大的优势。,上一页,下一页,返回,2.2 中央处理器CPU,2.2.4 主流CPU简介,生产CPU芯片的厂商主要是Intel、AMD以及台湾的VIA(威盛)公司。这里主要介绍Intel和AMD系列。,1.Intel系列,最廉价的双核Pentium D 805,Intel Pentium D 805 双核处理器，主频为2.66GHz；外频为133MHz，倍频为20x；二级缓存为每核1MB(共2 MB)，533MHz前端总线，支持MMX、SSE、SSE2、SSE3多媒体指令集和EM64T运算指令集。,上一页,下一页,返回,2.2 中央处理器CPU,最受关注的入门级双核Pentium D 820,Intel Pentium D 820 双核处理器，主频为2.8GHz；核心代号Smithfield；外频为200MHz，倍频为20x；二级缓存为每核1 MB(共2 MB)，800MHz前端总线，支持MMX、SSE、SSE2、SSE3多媒体指令集和EM64T运算指令集。与Pentium D 805相比，它在外频上得到提升，故而性能更好，两者价格相差100元左右。,最受欢送的Intel低端CPUCeleron D 331,Celeron D331处理器，2.66GHz的时钟频率，倍频为20X，CPU外频为133MHz，Prescott核心，采用了90nm的CPU生产工艺，支持EMT64技术的x86-64指令集，是目前价格非常低廉的Intel处理器。,虽然Prescott核心的Celeron D331处理器(如图2-4所示)在性能上并不突出，但对于普通的办公、上网等还是可以的，300元左右的价格搭配一块集成主板可以组建非常廉价的PC，推荐给对价格非常敏感的用户使用。,上一页,下一页,返回,2.2 中央处理器CPU,最值得升级的CPUIntel Pentium 4 2.8C,Pentium 4 2.8C采用0.13m工艺制程、Northwood核心、Socket478接口，具备512KB二级缓存、外频为200MHz、倍频为14x、主频为2.8GHz。与同频的Prescott核心P4(2.8E)相比，低流水线设计的Pentium 4 2.8C的性能略强，但不支持SSE3指令集让Pentium 4 2.8C的潜力稍有欠缺，同时它也不具备64位运算指令集EM64T。,最不具性价比的Pentium D 9xx系列,Pentium D 9xx 双核处理器核心代号Presler，与8xx系列相比，它的二级缓存为每核2MB(共4 MB)，虽然性能相比8xx有所提升，但仍然采用Net burst架构，高频高热，而且价格方面不尽人意，故不推荐购置。,上一页,下一页,返回,2.2 中央处理器CPU,性能最强的Conroe处理器,Conroe处理器，是Intel新一代的的双核心处理器，虽然保存了FSB(前端总线)的概念，但核心架构上已经做了相当大的改进。Conroe处理器采用的是共享二级缓存设计，有效的防止了SmithField、Presler双核处理器需通过前端总线才能相互访问的瓶颈，直接L1对L1的资料交换，加强了处理器的Pre-fetch和Memory Disambiguation能力，同时添加了增强型的浮点运算能力、SSE4多媒体指令集。如图2-5所示。,台式机的Core架构处理器见表2-2。,上一页,下一页,返回,2.2 中央处理器CPU,2.AMD系列,最正确性价比双核CPUAM2 Athlon 64 X2 3600+,AM2 Athlon 64 X2 3600+，主频为2.0GHz、外频为200MHz、倍频为10x、二级缓存为每核256KB(共512KB)，支持MMX、3DNow!、SSE、SSE2、SSE3多媒体指令集和EM64T运算指令集。它与Athlon 64 X2 3800+的区别在于二级缓存由每核512KB(共1MB)降为每核256KB(共512KB)。,在办公上网、多媒体应用及理论测试上，AM2 Athlon 64 X2 3600+与AM2 Athlon 64 X2 3800+的性能差距非常微小，平均差距在3%以内；但在游戏性能方面，AM2 Athlon 64 X2 3600+与AM2 Athlon 64 X2 3800+的差距比较明显，平均差距在8%的幅度附近。由此可看出二级缓存的重要性。如图2-6所示。,上一页,下一页,返回,2.2 中央处理器CPU,最受欢送的AMD低端CPUAMD AM2 Sempron 2800+,AM2 闪龙2800+，核心代号为Manila，AM2接口，采用90nm制造工艺，支持SSE3和x86-64指令集，CPU核心采用了最新的F2步进，CPU内部集成双通道控制器，支持DDR2-400/533/667内存模组；CPU外频为200MHz，倍频为8x，二级缓存容量为128KB。,350元左右的盒装价格，已成为目前市场上最廉价的AM2接口处理器。,最受欢送的AMD中低端CPUAMD AM2 Athlon64 3000+,AM2 Athlon64 3000+，核心代号为Manila，AM2接口，采用90nm制造工艺，支持SSE3和x86-64指令集，CPU内部集成双通道控制器，外频为200MHz，倍频为10x，二级缓存容量为512KB。不俗的性能和比较低廉的价格让它成为最受欢送的中低端产品。,上一页,下一页,返回,2.2 中央处理器CPU,2.2.5 CPU的选购,1.选择AMD还是Intel,从浮点运算能力来看，Intel的处理器一般只有两个浮点执行单元，而AMD的处理器一般设计了三个并行的浮点执行单元，所以在同档次的处理器当中，AMD处理器的浮点运算能力比Intel的处理器的要强一些。浮点运算能力强，在游戏应用、三维处理应用方面比较有优势。,在多媒体指令方面，Intel开发了SSE指令集，到现在已经开展到SSE3，AMD也开发了与SSE兼容的增强3D Now！指令集。相比之下，Intel的处理器比AMD的处理器在多媒体指令方面稍胜一筹，而且有不少软件都针对SSE进行了优化，因此在多媒体软件及平面处理软件中，相比同档次AMD处理器，Intel的处理器显得更有优势。,上一页,下一页,返回,2.2 中央处理器CPU,2.Intel CPU与AMD CPU的稳定性,单从CPU来说，在默认频率下工作，根本不存在稳定性的问题。造成计算机不稳定的主要是配件的搭配问题，如散热器、电源、内存、主板。AMD的Duron系列CPU的发热量比较大，如果配的散热器不好，温度一高，很容易造成死机。只要散热器比较好，根本不再存在这个问题。由于制造工艺的开展，AMD的Athlon 64系列CPU的发热量控制的比较好，相比于高频高热的Pentium 4系列来说，总体还要好一些。但Intel的酷睿2Core 2 Duo系列CPU采用最新的Core架构后，解决了Pentium 4的高散热的问题。,3.选散装还是盒装,散装和盒装CPU并没有本质的区别，在质量上是一样的。主要差异在于质保时间的长短以及是否带散热器。一般盒装CPU的保修