《計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)》課件第3章 CPU

1、選購(gòu)CPU選購(gòu)CPU模塊一 CPU的作用CPU的作用 CPU是整個(gè)電腦系統(tǒng)的核心，它的性能往往能反映出電腦的性能，因此其性能指標(biāo)十分重要。CPU主要的性能指標(biāo)包括以下幾個(gè)方面。1.CPU的主頻、外頻和倍頻下面分貝介紹CPU的主頻、外頻和倍頻。一.主頻 所謂主頻，也就是CPU正常工作時(shí)的時(shí)鐘頻率。我們常說(shuō)某CPU的型號(hào)是“賽揚(yáng)D 336J 2.8GHz”，其中“2.8GHz”即是其主頻。從理論上講CPU的主頻越高，它的速度也就越快，因?yàn)轭l率越高，單位時(shí)鐘周期內(nèi)完成的指令就越多，從而速度也就越快了。但是由于各種CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)的差異（如緩存、指令集），并不是時(shí)鐘頻率相同速度就相同，比如P4和賽揚(yáng)4，

2、在相同主頻下性能都不同程度地存在著差異。二.外頻 外頻指的是主板總線(xiàn)與CPU之間同步運(yùn)行的速度。外頻越高，CPU就可以同時(shí)接收更多的來(lái)自外部設(shè)備的數(shù)據(jù)，從而使整個(gè)電腦系統(tǒng)的速度更快。外頻的單位是MHz，目前主流CPU的外頻有100MHz、133MHz和200MHz三種。 目前流行的CPU產(chǎn)品中，賽揚(yáng)4、Pentium 4 A系列處理器的外頻都是100 MHz，賽揚(yáng)D、Pentium 4 B系列的處理器的外頻都是133MHz，而Pentium 4 2.8E以上以及Athlon 64系列的處理器外頻都是200MHz的。三.倍頻 在486出現(xiàn)以后，由于CPU工作頻率不斷提高，而電腦的一些其他設(shè)備（如

3、顯卡、硬盤(pán)等）卻受到工藝的限制，不能承受更高的頻率，從而限制了CPU頻率的進(jìn)一步提高。因此，出現(xiàn)了倍頻技術(shù)，該技術(shù)能夠使CPU內(nèi)部工作頻率變?yōu)橥獠款l率的倍數(shù)，通過(guò)提升倍頻而達(dá)到提升主頻的目的。 因此，在486以后我們接觸到兩個(gè)新的概念外頻與倍頻。它們與主頻之間的關(guān)系是：外頻倍頻=主頻。 用戶(hù)可以通過(guò)提高CPU的外頻或者倍頻來(lái)提高CPU主頻，這種手段被稱(chēng)為超頻。超頻可能會(huì)致使其他設(shè)備都不能工作在正常的頻率下，從而可能造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)硬盤(pán)數(shù)據(jù)丟失，嚴(yán)重的可能損壞。因此，在這里告誡大家，超頻雖有好處，但是也十分危險(xiǎn)，所以請(qǐng)大家慎重超頻。四.CPU的前端總線(xiàn)頻率 前端總線(xiàn)的英文名為“Fron

4、t Side Bus”，一般簡(jiǎn)寫(xiě)為FSB。前端總線(xiàn)是CPU跟外界溝通的惟一通道，處理器必須通過(guò)它才能獲得數(shù)據(jù)，也只能通過(guò)它將運(yùn)算結(jié)果傳送到其他設(shè)備。前端總線(xiàn)的速度越快，CPU的數(shù)據(jù)傳輸就越迅速。 在選購(gòu)CPU時(shí)，這個(gè)指標(biāo)很重要，需要根據(jù)它來(lái)搭配主板和內(nèi)存。FSB的單位是MHz，目前主流CPU的FSB有266 MHz、333 MHz、400 MHz、533 MHz和800 MHz幾種，Pentium 4 C系列和高端的Athlon 64系列處理器的FSB都達(dá)到了800 MHz。 外頻與前端總線(xiàn)頻率很容易被混為一談。前端總線(xiàn)的速度更實(shí)質(zhì)性的表示了CPU和外界數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?。而外頻的概念是建立在數(shù)字

5、脈沖信號(hào)震蕩速度基礎(chǔ)之上的，也就是說(shuō)，100 MHz外頻特指數(shù)字脈沖信號(hào)在每秒鐘震蕩一萬(wàn)萬(wàn)次，它更多的影響了PCI及其他總線(xiàn)的頻率。之所以前端總線(xiàn)與外頻這兩個(gè)概念容易混淆，主要的原因是在以前的很長(zhǎng)一段時(shí)間里（主要是在Pentium 4出現(xiàn)之前和剛出現(xiàn)Pentium 4時(shí)），前端總線(xiàn)頻率與外頻是相同的，因此往往直接稱(chēng)前端總線(xiàn)為外頻，最終造成這樣的誤會(huì)。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)前端總線(xiàn)頻率需要高于外頻，因此采用了QDR（Quad Date Rate）技術(shù)，或者其他類(lèi)似的技術(shù)實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的。這種技術(shù)使得前端總線(xiàn)的頻率成為外頻的2倍、4倍甚至更高，從此之后前端總線(xiàn)和外頻的區(qū)別才開(kāi)始被人們重視起來(lái)

6、。 五.CPU的緩存 CPU的緩存是衡量CPU性能的一個(gè)重要指標(biāo)。CPU執(zhí)行指令時(shí)，會(huì)將執(zhí)行結(jié)果放在一個(gè)叫“寄存器”的元件中，由于“寄存器”集成在CPU內(nèi)部，因此寄存器中的指令可以很快被CPU所訪(fǎng)問(wèn)，但畢竟寄存器的容量太小，CPU所需的大量指令和數(shù)據(jù)還在內(nèi)存當(dāng)中，所以CPU為了完成指令操作，需要頻繁地向內(nèi)存發(fā)送接收指令和數(shù)據(jù)。由于內(nèi)存的處理速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于CPU，所以傳統(tǒng)的系統(tǒng)瓶頸就出現(xiàn)了，CPU在處理指令時(shí)多數(shù)時(shí)間在等待內(nèi)存做準(zhǔn)備工作。 為了解決這個(gè)問(wèn)題，人們?cè)贑PU內(nèi)部集成了一個(gè)比內(nèi)存快許多的“Cache”，這就是最早的“高速緩存”。L1高速緩存（一級(jí)緩存）是與CPU完全同步運(yùn)行的存儲(chǔ)器。如果

7、CPU需要的數(shù)據(jù)和指令已經(jīng)在高速緩存中了，那么CPU不必等待，直接就可以從一級(jí)緩存（L1）中讀取。一級(jí)緩存的基本容量在32256KB之間。隨著CPU處理速度越來(lái)越快，單靠L1已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足數(shù)據(jù)處理的需要，于是出現(xiàn)了二級(jí)緩存，也就是L2 Cache，簡(jiǎn)稱(chēng)L2，它的主要功能是作為L(zhǎng)1后備數(shù)據(jù)和指令的存儲(chǔ)。L2容量的大小對(duì)處理器的性能影響很大，尤其是商業(yè)性能方面。因?yàn)長(zhǎng)2需要占用大量的晶體管，是CPU晶體管總數(shù)中占得最多的一個(gè)部分，對(duì)成本的影響很大，所以Intel和AMD都是以L(fǎng)2大小來(lái)作為高端和低端產(chǎn)品的分界標(biāo)準(zhǔn)。 六.CPU的制造工藝 我們經(jīng)常聽(tīng)到的0.18微米、0.13微米制程，就是指的制造工藝

8、。制造工藝直接關(guān)系到CPU的電氣性能，而0.18微米、0.13微米這個(gè)尺度就是指CPU核心線(xiàn)路的寬度。線(xiàn)寬越小，CPU的功耗和發(fā)熱量就越低，并可以工作在更高的頻率上了。因此，0.18微米制程的CPU能夠達(dá)到的最高頻率就比0.13微米制程CPU能夠達(dá)到的最高頻率低，同時(shí)發(fā)熱量也大很多。如今先進(jìn)的制造工藝水平已經(jīng)提高到了0.09微米，而在未來(lái)，0.065微米的制造工藝能給CPU的頻率帶來(lái)怎樣的突破，我們將拭目以待。七.CPU的封裝技術(shù) 我們實(shí)際看到的體積和外觀(guān)并不是真正的CPU內(nèi)核的大小和面貌，而是CPU內(nèi)核等元件經(jīng)過(guò)封裝后的產(chǎn)品。封裝對(duì)于芯片來(lái)說(shuō)是必須的，也是至關(guān)重要的。因?yàn)樾酒仨毰c外界隔離，

9、以防止空氣中的雜質(zhì)對(duì)芯片電路的腐蝕而造成電氣性能下降；另一方面，封裝后的芯片也更便于安裝和運(yùn)輸。封裝不僅起著安放、固定、密封、保護(hù)芯片和增強(qiáng)導(dǎo)熱性能的作用，而且還是溝通芯片內(nèi)部世界與外部電路的橋梁芯片上的接點(diǎn)用導(dǎo)線(xiàn)連接到封裝外殼的引腳上，這些引腳又通過(guò)印刷電路板上的導(dǎo)線(xiàn)與其他器件建立連接，如我們通常所說(shuō)的Socket 478，Socket 939就是指的CPU引腳的數(shù)目。 目前較為常見(jiàn)的封裝形式有以下幾種： OPGA封裝：OPGA（Organic pin grid Array，有機(jī)管腳陣列）。這種封裝的基底使用的是玻璃纖維，類(lèi)似印刷電路板上的材料。此種封裝方式可以降低阻抗和封裝成本。OPGA封

10、裝拉近了外部電容和處理器內(nèi)核的距離，可以更好地改善內(nèi)核供電和過(guò)濾電流雜波。AMD公司的Athlon XP系列CPU大多使用此類(lèi)封裝。mPGA封裝：微型PGA封裝，AMD公司的Athlon 64和英特爾公司的Xeon（至強(qiáng)）系列CPU等產(chǎn)品所采用，是種先進(jìn)的封裝形式。 CPGA封裝：CPGA也就是常說(shuō)的陶瓷封裝，全稱(chēng)為Ceramic PGA。主要在Thunderbird（雷鳥(niǎo)）核心和“Palomino”核心的Athlon處理器上采用。 FC-PGA封裝：FC-PGA封裝是反轉(zhuǎn)芯片針腳柵格陣列的縮寫(xiě)，這種封裝中有針腳插入插座。這些芯片被反轉(zhuǎn)，以至片?；驑?gòu)成計(jì)算機(jī)芯片的處理器部分被暴露在處理器的上部

11、。通過(guò)將片模暴露出來(lái)，使熱量解決方案可直接用到片模上，這樣就能實(shí)現(xiàn)更有效的芯片冷卻。為了通過(guò)隔絕電源信號(hào)和接地信號(hào)來(lái)提高封裝的性能，F(xiàn)C-PGA 處理器在處理器的底部的電容放置區(qū)域（處理器中心）安有離散電容和電阻。芯片底部的針腳是鋸齒形排列的。此外，針腳的安排方式使得處理器只能以一種方式插入插座。FC-PGA 封裝用于奔騰 III 和英特爾賽揚(yáng)處理器，它們都使用 370 針。 FC-PGA2封裝：FC-PGA2 封裝與FC-PGA 封裝類(lèi)型很相似，除了這些處理器還具有集成式散熱器（HIS）。集成式散熱器是在生產(chǎn)時(shí)直接安裝到處理器片上的。由于IHS與片模有很好的熱接觸并且提供了更大的表面積以更好

12、地發(fā)散熱量，所以它顯著地增加了熱傳導(dǎo)。FC-PGA2封裝用于奔騰 III 和英特爾賽揚(yáng)處理器（370 針）和奔騰 4 處理器（478 針）。 OOI封裝：OOI是OLGA的簡(jiǎn)寫(xiě)，OLGA代表了基板柵格陣列。OLGA 芯片也使用反轉(zhuǎn)芯片設(shè)計(jì)，其中處理器朝下附在基體上，實(shí)現(xiàn)更好的信號(hào)完整性、更有效的散熱和更低的自感應(yīng)。OOI 有一個(gè)集成式導(dǎo)熱器（HIS），能幫助散熱器將熱量傳給正確安裝的風(fēng)扇散熱器。OOI 用于奔騰4處理器，這些處理器有423針。 PPGA封裝：“PPGA”的英文全稱(chēng)為“Plastic Pin Grid Array”，是塑針柵格陣列的縮寫(xiě)，這些處理器具有插入插座的針腳。為了提高熱傳

13、導(dǎo)性，PPGA 在處理器的頂部使用了鍍鎳銅質(zhì)散熱器。芯片底部的針腳是鋸齒形排列的。此外，針腳的安排方式使得處理器只能以一種方式插入插座。 1.CPU的核心類(lèi)型 為了便于CPU設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售的管理，CPU生產(chǎn)商會(huì)對(duì)各種CPU核心給出相應(yīng)的代號(hào)，這也就是所謂的CPU核心類(lèi)型。不同的CPU（不同系列或同一系列）都會(huì)有不同的核心類(lèi)型（如P4的Northwood，Willamette），甚至同一種核心都會(huì)有不同版本的類(lèi)型（例如Northwood 核心就分為B0和C1等版本）。 CPU核心版本的變更，是為了修正上一版存在的一些錯(cuò)誤，并提升一定的性能。每一種核心類(lèi)型都有其相應(yīng)的制造工藝、核心面積、核心電壓

14、、電流大小、晶體管數(shù)量、各級(jí)緩存的大小、主頻范圍、流水線(xiàn)架構(gòu)和支持的指令集、功耗和發(fā)熱量的大小、封裝方式、前端總線(xiàn)頻率，等等。 因此，我們可以認(rèn)為，核心類(lèi)型在某種程度上決定了CPU的工作性能。核心類(lèi)型較多，但對(duì)我們來(lái)說(shuō)，了解目前市場(chǎng)流行CPU產(chǎn)品的核心就夠了，如下表所示。CPU系列主流產(chǎn)品核心代號(hào)Athlon XPBarton閃龍PalermoAthlon 64Newcastle, Wincheste賽揚(yáng)4Northwood賽揚(yáng)DPrescottP4 A/B/CNorthwoodP4 EPrescott CPU核心的發(fā)展方向，是更低的電壓、更低的功耗、更先進(jìn)的制造工藝、集成更多的晶體管、更小的

15、核心面積、更先進(jìn)的流水線(xiàn)架構(gòu)和更多的指令集、更高的前端總線(xiàn)頻率、集成更多的功能以及雙核心和多核心等。CPU核心的進(jìn)步，對(duì)普通消費(fèi)者而言，最有意義的就是能以更低的價(jià)格買(mǎi)到性能更強(qiáng)的CPU。2.超線(xiàn)程技術(shù) 線(xiàn)程技術(shù)的英文全稱(chēng)為Hyper-Threading，簡(jiǎn)稱(chēng)為HT，它是Intel針對(duì)P4核心流水線(xiàn)過(guò)長(zhǎng)，指令效能比較低的問(wèn)題而開(kāi)發(fā)的。 超線(xiàn)程是一種同步多線(xiàn)程執(zhí)行技術(shù)，采用此技術(shù)的CPU內(nèi)部集成了兩個(gè)邏輯處理器單元，相當(dāng)于兩個(gè)處理器實(shí)體，可以同時(shí)處理兩個(gè)獨(dú)立的線(xiàn)程，讓多線(xiàn)程軟件可在系統(tǒng)平臺(tái)上平行處理多項(xiàng)任務(wù)，并提升處理器執(zhí)行資源的使用率。 超線(xiàn)程技術(shù)就是能把一個(gè)CPU虛擬成兩個(gè)，打開(kāi)兩條流水線(xiàn)，兩個(gè)CPU同時(shí)運(yùn)作，從而達(dá)到了加快運(yùn)算速度的目的。使用這項(xiàng)技術(shù)，處理器的資源利用率平均可提升40%，大大增加處理的傳輸量。3.工作電壓 工作電壓的英文全稱(chēng)是“Supply Voltage”。任何電器在工作的時(shí)候都需要電，CPU當(dāng)然也不例外，CPU的工作電壓指的也就是