信息电子工程系熊永胜

Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,*,计算机组装与维修,第,4,章,CPU,信息电子工程系 熊永胜,第4章 CPU,学习目标,1.,掌握,CPU,的基本概念,2.,理解,CPU,的工作原理,3.,了解,CPU,的外观与构造,4.,掌握,CPU,的性能指标,5.,掌握,CPU,的选购方法,6.,了解,CPU,散热系统,计算机组装与维修,一、CPU概述,CPU,（,Central Processing Unit,）又叫中央处理器，是计算机系统的核心部件，在整个电脑系统中起到运算和控制的作用。它是由数量众多的晶体管组成的超大规模集成电路，控制着整个计算机系统的运行。,计算机组装与维修,二、CPU的工作原理,1,、,CPU,的生产过程,用化学方法蚀刻或光刻方式在高纯度的晶体硅上产生若干的晶体管。,2,、,CPU,的内部结构,算术逻辑单元,控制单元,寄存器,总线,计算机组装与维修,二、CPU的工作原理,三、,CPU,的工作过程,读取数据 处理数据 写数据,指令,1,指令,2,计算机组装与维修,三、,CPU,的外观构造,内核,基板,填充物,封装,接口,计算机组装与维修,四、,CPU,的性能指标,字长,CPU,在单位时间内,(,同一时间,),能一次处理的二进制数的位数叫字长。,主频,CPU,的主频也称为内频，是指,CPU,内部的工作频率或时钟频率，单位为,MHz,（兆赫兹）或,GHZ,（吉赫兹）。表示在,CPU,内数字脉冲信号震荡的速度。主频的高低直接影响,CPU,的运算速度，一般来说，主频越高，一个时钟周期里完成的指令数也越多，当然,CPU,的速度也就越快了。,计算公式：,主频外频,倍频系数,计算机组装与维修,四、,CPU,的性能指标,3.,外频,CPU外部工作频率称为外频，是指CPU与外部设备（内存或主板芯片组）之间的数据交换速度,4.,倍频,倍频系数是指,CPU,主频与外频之间的相对比例关系。在相同的外频下，倍频越高,CPU,的频率也越高。,计算机组装与维修,四、,CPU,的性能指标,5.,前端总线（,FSB,）,前端总线,(FSB),频率,(,即总线频率,),是直接影响,CPU,与内存直接数据交换速度。有一条公式可以计算，即数据带宽,(,总线频率,数据带宽,)/8,，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。,外频与前端总线,(FSB),频率的区别：前端总线的速度指的是数据传输的速度，外频是,CPU,与主板之间同步运行的速度。也就是说，,100MHz,外频特指数字脉冲信号在每秒钟震荡一千万次；而,100MHz,前端总线指的是每秒钟,CPU,可接受的数据传输量是,100MHz64bit8Byte/bit=800MB/s,。,计算机组装与维修,四、,CPU,的性能指标,6.,缓存（,Cache),缓存大小也是,CPU,的重要指标之一，而且缓存的结构和大小对,CPU,速度的影响非常大，,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。,L1 Cache(,一级缓存,),是,CPU,第一层高速缓存，分为数据缓存和指令缓存。内置的,L1,高速缓存的容量和结构对,CPU,的性能影响较大，不过高速缓冲存储器均由静态,RAM,组成，结构较复杂，在,CPU,管芯面积不能太大的情况下，,L1,级高速缓存的容量不可能做得太大。一般服务器,CPU,的,L1,缓存的容量通常在,32256KB,。,L2 Cache(,二级缓存,),是,CPU,的第二层高速缓存，分内部和外部两种芯片。内部的芯片二级缓存运行速度与主频相同，而外部的二级缓存则只有主频的一半。,L2,高速缓存容量也会影响,CPU,的性能，原则是越大越好，现在家庭用,CPU,容量最大的是,512KB,，而服务器和工作站上用,CPU,的,L2,高速缓存更高达,256-1MB,，有的高达,2MB,或者,3MB,。,计算机组装与维修,四、,CPU,的性能指标,7.,扩展指令集,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，指令集是提高微处理器效率的最有效工具之一。,Intel,：,MMX,、,SSE,、,SSE2,、,SSE3,AMD,：,3DNow!,8.,工作电压,CPU,的工作电压分为内核电压和,I/O,电压两种，通常,CPU,的核心电压小于等于,I/O,电压。其中内核电压的大小是根据,CPU,的生产工艺而定，一般制作工艺越小，内核工作电压越低；,I/O,电压一般都在,1.6-5V,。低电压能解决耗电过大和发热过高的问题。,计算机组装与维修,四、,CPU,的性能指标,9.,制造工艺,制造工艺的微米或纳米是指,IC,内电路与电路之间的距离。制造工艺的趋势是向密集度愈高的方向发展。密度愈高的,IC,电路设计，意味着在同样大小面积的,IC,中，可以拥有密度更高、功能更复杂的电路设计。,现在主要的,180nm,、,130nm,、,90nm,、,65nm,。最近已有,45nm,的制造工艺了。,计算机组装与维修,五、,CPU,的选购,1,CPU,与主板的匹配,2,CPU,与内存的匹配,3,按需选购,CPU,计算机组装与维修,六、,CPU,散热系统,1,、风冷,顾名思义就是通过散热风扇将,CPU,发出的热量带走，它的散热介质是空气,。风冷散热器一般分成两个部分，和,CPU,直接接触的部分为散热片，它负责将,CPU,发出的热量引出；风扇用来给散热片强制降温。,计算机组装与维修,六、,CPU,散热系统,2,、水冷,水冷就是通过水将,CPU,发出的热量带走，它的散热介质是水一类的液体，其效率比风冷高，但是它有一个致命的弱点，就是制冷设备复杂，而且还有漏水的隐患，所以目前尚不能进入大面积实用阶段。,计算机组装与维修,六、,CPU,散热系统,3,、半导体制冷,半导体制冷就是利用一种特制的半导体制冷片在通电时产生温差来制冷，它的制冷温度低，冷面温度可以达到零下,10,以下，但是成本太高，而且可能会因温度过低导致,CPU,结露以致造成短路。,计算机组装与维修,六、,CPU,散热系统,4,、化学制剂,使用一些超低温化学物质，利用它们在融化的时候吸收大量的热量来降低温度，比如使用干冰可以将温度降低到零下,20,以下，还有一些玩家利用液氮将,CPU,温度降到零下,100,以下（理论上），实现极限超频。,计算机组装与维修,本节结束!,