第二章cpu及cpu散热器

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1、第2章 CPU与CPU散热器,计算机组装与维护,本章学习任务,CPU的主要性能指标 频率、总线频率、制造工艺、工作电压、接口类型等 主流CPU与散热器介绍 （1）Intel和AMD公司的CPU （2）当前主流CPU的选购原则 CPU的发展历程,课程学习目标：,计算机组装与维护,教学内容简介,2.1 什么是CPU 2.2 CPU的性能指标 2.2.1 CPU的频率 2.2.2 CPU的工作电压 2.2.3 制造工艺 2.2.4 缓存（cache） 2.2.5 前端总线（FSB） 2.2.6 QPI与DMI总线 2.2.7 CPU接口类型 2.2.8 CPU的多媒体指令集 2.3 主流CPU产品及

2、散热器 2.3.1 CPU的品牌 2.3.2 主流CPU产品 2.3.3 CPU散热器 2.4 CPU的发展历程,计算机组装与维护,2.1 什么是CPU,CPU是 的英文缩写（ Central Processing Unit ），微型计算机的CPU又称为 。 CPU由 和 组成，是计算机系统的核心，相当于人类的大脑，因此它在一定程度上决定着计算机的性能。 CPU是一个被封套在塑胶或陶瓷材料中的集成电路，CPU是由基板、内核、内核与基板之间的填充物及金属盖组成的。,中央处理器,微处理器,运算器,控制器,计算机组装与维护,2.1 什么是CPU,计算机组装与维护,2.1 什么是CPU,CPU的基板（

3、固定、通信） 是承载CPU内核所用的电路板，负责内核芯片和外界的一切通信，并起着固定CPU的作用，在基板上面有电容、电阻和决定CPU时钟频率的电路桥，在背面或者下沿，有用于和主板连接的针脚或者卡式接口。基板一般由陶瓷或者有机材料组成。,计算机组装与维护,2.1 什么是CPU,CPU的内核是CPU中间凸起的一片指甲大小、由单晶硅做成的薄芯片，其内密布着数以千万甚至上亿的晶体管，相互配合完成各种复杂的运算和操作。 CPU表面的金属盖一方面可以避免CPU的核心受到外力损害，另一方面增加了核心表面积起到了保护和散热的作用。,计算机组装与维护,2.1 什么是CPU,CPU是由基板 （ ）、内核、内核与基

4、板之间的填充物及金属盖（ ）组成的。,固定、通信,保护、散热,计算机组装与维护,2.2 CPU的性能指标,CPU的性能高低影响整台计算机系统处理数据的速度，下面将介绍一些和CPU相关的性能指标。 2.2.1 CPU的频率 2.2.2 CPU的工作电压 2.2.3 制造工艺 2.2.4 缓存（cache） 2.2.5 前端总线（FSB） 2.2.6 QPI与DMI总线 2.2.7 CPU接口类型 2.2.8 CPU的多媒体指令集,计算机组装与维护,2.2.1 CPU的频率,CPU的频率是反映计算机性能的重要指标之一，和人们跑步的步频一样，频率越高，性能就越好，CPU的频率主要包括主频、外频、倍频

5、系数。,（1）主频：主频是指CPU核心的工作频率，单位是MHz（兆赫兹）或GHz。在核心架构相同的情况下，主频越高CPU的运算速度就越快。 CPU的主频也叫做CPU的时钟频率，CPU的频率表示CPU内部数字脉冲信号振荡的速度，代表了CPU的实际运算速度，单位是Hz。 CPU的频率越高，CPU在一个时钟周期内所能完成的指令数也就越多，CPU的运算速度也就越快。CPU实际运行的频率与CPU的外频和倍频有关，其计算公式为： CPU的实际频率（主频）外频倍频。,计算机组装与维护,2.2.1 CPU的频率,CPU的频率主要包括主频、外频、倍频系数。,（2）外频：是CPU乃至整个计算机系统的基准频率，是C

6、PU与主板之间同步运行的速度。外频速度高，CPU就可以同时接收更多的来自外围设备的数据，从而使整个系统的速度进一步提高。 （3）倍频：是CPU运行频率与系统外频之间差距的参数，也称为倍频系数，通常简称为倍频。在相同的外频下，倍频越高，CPU的频率就越高。,计算机组装与维护,2.2.2 CPU的工作电压,CPU的工作电压即CPU正常工作所需的电压（1.01.7V）。从CPU的发展来看，CPU的工作电压有着明显的下降趋势，较低的工作电压主要有三个优点：,低功耗：功耗降低，使系统的运行成本相应降低，特别对于便携和移动系统来说，可使其电池工作更长时间，延长电池使用寿命。 发热量降低：较低的运行温度可使

7、系统运行更加稳定。 为提高主频创造条件：低发热量是进一步提高CPU主频的重要前提之一。,计算机组装与维护,2.2.3 CPU的制造工艺,CPU制造工艺,制造工艺是指制造CPU的晶圆上相邻两个晶体管之间的距离，单位为微米或纳米（um或nm）。目前主流的CPU制程已经达到了32纳米，更高的甚至已经有了22纳米。 CPU的制造工艺直接关系到CPU的电气性能。线路宽度越小，CPU的功耗和发热量就越低，并可以工作在更高的频率下。,计算机组装与维护,2.2.3 CPU的制造工艺,CPU制造工艺的提高可以为我们带来以下四个优点：,低功率：更好的制作工艺可以降低CPU的工作电流、电压，从而降低功率。 提高性能

8、/功能：在单位面积晶圆上集成更多的晶体管。 降低发热：低发热量是进一步提高CPU运行的稳定性。 降低成本：更好的工艺使处理器的核心面积进一步减小，相同面积的晶圆上制造出更多的CPU产品。降低成本，降低CPU销售价格。,计算机组装与维护,2.2.4 缓存,CPU缓存（Cache Memory）是位于CPU与内存之间的临时存储器，它的容量很小但速度比内存快（与CPU同步）。缓存中的数据是内存数据的映射（也就是复制品）。,计算机组装与维护,2.2.4 缓存,缓存的工作原理,缓存（Cache）的作用是为CPU和内存在数据交换时提供一个高速的数据缓冲区。当CPU要读取数据时，首先会在缓存中寻找，如果找到

9、了则直接从缓存中读取，如果在缓存中未能找到，CPU才会从主内存中读取数据。同时将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在缓存中进行。 CPU缓存一般分为L1高速缓存和L2高速缓存，当然现在很多CPU都有L3高速缓存了。,计算机组装与维护,2.2.4 缓存,计算机组装与维护,2.2.4 缓存,缓存的工作原理,缓存命中：CPU从缓存中读到数据被称为缓存命中 缓存命中率：缓存命中的概率叫做缓存命中率，越高越好。 CPU读取数据的顺序：先缓存后内存,计算机组装与维护,2.2.4 缓存,缓存的产生和发展,缓存产生：最早应用于80486CPU上，大小8KB 缓存的发展：集成在CPU

10、内核上（一级缓存：分为数据缓存和指令缓存）集成在CPU同一块电路板或主板上（二级缓存）二级缓存也集成到CPU内核中三级缓存 二级缓存是CPU性能表现的关键之一：同一核心的CPU的高低端之分在于缓存的差异,计算机组装与维护,2.2.4 缓存,缓存的产生和发展,计算机组装与维护,2.2.5 前端总线（FSB）,前端总线（Front Side Bus） 前端总线（FSB）频率（即总线频率）直接影响CPU与内存交换数据的速度。数据传输的最大带宽取决于所有同时传输的总线位宽和总线频率。这里有一个计算公式： 数据带宽（总线频率数据位宽）/8 假设总线频率为100MHz，CPU的位宽为32位，则CPU与主板

11、的数据交换速度为：,计算机组装与维护,2.2.5 前端总线（FSB）,前端总线（Front Side Bus） 前端总线（FSB）是将CPU连接到北桥芯片的总线，如果总线的带宽低于CPU的数据带宽则会影响CPU的性能发挥。,北桥芯片,CPU,FSB,计算机组装与维护,2.2.6 QPI与DMI总线,前端总线（Front Side Bus）和多核CPU 四个核心共享一条FSB总线，出现核心之间相互等待的情况，大幅降低CPU的工作效率。,计算机组装与维护,2.2.6 QPI与DMI总线,QPI（Quick Path Interconnect,快速通道互连） 官方名称：CSI（Common Syst

12、em Interface,公共系统界面） 用途：实现芯片之间直接互连 方法：将内存控制器集成到CPU内部,计算机组装与维护,2.2.6 QPI与DMI总线,QPI有以下几个优点 使通信更加方便 高带宽 QPI总线的带宽=QPI*每次传输的有效数据（16bit/8）*2 多核间互传数据不用经过芯片组,计算机组装与维护,2.2.6 QPI与DMI总线,DMI（Direct Media Interface,直接媒体接口） 北桥的功能被集成到了CPU中 用途：南桥芯片和CPU之间的数据传输 方法：将内存控制器集成到CPU内部,QPI负责CPU内部、DMI负责CPU与外部的数据交换,计算机组装与维护,2

13、.2.7 CPU的接口类型,CPU只有安装到主板上才能进行工作，我们把CPU与主板的连接形式叫做接口。 接口类型：引脚式、卡式、针脚式、触点式 （1）双列直插式 这种形式曾用在4004、8080、8086等产品上,Intel 4040处理器,计算机组装与维护,2.2.7 CPU的接口类型,接口类型：引脚式、卡式、针脚式、触点式 （2）插卡式 Intel奔腾2代和早期的奔腾3代叫做Slot1，同时期AMD的K7采用的是Slot A,Intel Pentium II 处理器,AMD K7 处理器,计算机组装与维护,2.2.7 CPU的接口类型,接口类型：引脚式、卡式、针脚式、触点式 （3）插座式（

14、Socket） 插座式是应用最广泛的接口类型，比较典型的有Socket 7、 Socket 370、 Socket 478、 Socket 462、 Socket 754、 Socket 939等。,Socket 478,Socket 754 接口,计算机组装与维护,2.2.7 CPU的接口类型,接口类型：引脚式、卡式、针脚式、触点式 （4）触点式（LGA） 触点式是当前Intel采用的接口类型，这类接口将CPU上的针脚缩短并转移到主板的CPU插座上。采用这种方式对频率的提高很有益处，也能使CPU在不提高成本的情况下加大针脚的密度，适合高功耗和高主频的处理器。目前市场上常见的有LGA775、

15、LGA 1366、 LGA 1155等。,触点式,LGA1155 cpu插座,计算机组装与维护,接口类型：引脚式、卡式、针脚式、触点式 （4）触点式,触点式,LGA1155 cpu插座,2.2.7 CPU的接口类型,计算机组装与维护,2.2.8 CPU的多媒体指令集,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最有效的工具之一。它可以增强CPU的多媒体、图形图像和Internet等方面的处理能力。我们通常会把CPU的扩展指令集称为“CPU的指令集”。 目前的CPU所支持的指令集有MMX、S

16、SE、SSE2、SSE3、SSE4.1、SSE4.2、AVX等。,计算机组装与维护,2.2.9 睿频,当启动一个运行程序后，处理器会自动加速到合适的频率，而原来的运行速度会提升 10%20% 以保证程序流畅运行；应对复杂应用时，处理器可自动提高运行主频以提速，轻松进行对性能要求更高的多任务处理；当进行工作任务切换时，如果只有内存和硬盘在进行主要的工作，处理器会立刻处于节电状态。这样既保证了能源的有效利用，又使程序速度大幅提升。通过智能化地加快处理器速度，从而根据应用需求最大限度地提升性能，为高负载任务提升运行主频高达20%以获得最佳性能。 Intel英特尔的睿频技术叫做TB（turbo boost），AMD的睿频技术叫做TC（turbo core）,计算机组装与维护,2.2.10 集成显卡,集成显卡，由主板北桥芯片集成了显示卡芯片的主板称为整