Transcript 第四章CPU

《计算机组装与维修》
第4章 CPU
信息电子工程系 熊永胜
《计算机组装与维修》
第4章
 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
CPU
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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。
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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
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二、CPU的工作原理
三、CPU的工作过程
指令1
读取数据
处理数据
指令2
写数据
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三、CPU的外观构造
内核
基板
填充物
封装
接口
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四、CPU的性能指标
1. 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 。
2. 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
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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。
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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
100MHz×64bit÷8Byte/bit=800MB/s。
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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32—256KB。
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。
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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。
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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。
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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
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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。
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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。
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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。
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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。
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