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1、计算机组装与维修04,CPU与存储器,微机主流CPU生产厂家,英特尔 AMD Cyrix,北京信息职业技术学院,2,北京信息职业技术学院,3,Intel CPU的发展历程,CPU不断升级换代，其主要目的是提高处理速度。 提高处理器处理速度的常用方法有： 加大字长 提高时钟频率 使用浮点处理器 改进CPU结构 多核心并行处理,北京信息职业技术学院,4,提高处理器处理速度的方法,字长：ALU一次能够处理二进制位数。 字长越长，一次能够处理数据的位数越多，对于位数多的、精度高的大数数据可以用较少次数或直接完成计算，提高了数据处理速度。 并且字长越长，内存寻址能力越强，可以直接访问的内存空间越大。32
2、位CPU理论寻址能力是4GB(实际2GB) ，64位CPU理论寻址能力是264= 17179869184GB,北京信息职业技术学院,5,加大字长,8位：6502(苹果II,红白游戏机) 16位：8086(IBM-PC/XT) 32位：80386- Pentium 4 64位：AMD Athlon64系列、Intel Xeon系列、 Pentium 4 EE系列 由于目前操作系统和外部设备还不能完全适应64位处理器的需要，所以目前主流CPU并非完全意义上的64位CPU，而是在32位CPU基础上加入64位处理核心，如Intel的EM64T（Extended Memory 64 Technology
3、）技术。,北京信息职业技术学院,6,各种字长CPU典型代表,简单的增加字长并不能提高处理器的性能，还需要相应的操作系统和应用软件的支持。目前64位操作系统有：Windows XP Professional x64 Edition、Vista 64位版等。,北京信息职业技术学院,7,64位操作系统,提高时钟频率是提高CPU处理速度的最直接手段。目前CPU时钟速度已超过3GHz。 但CPU外围器件（如内存）的速度往往因工艺限制无法赶上CPU的工作速度。 解决方法：采用倍频技术。 倍频技术：CPU外部使用频率较低的系统时钟，CPU内部增加“倍频器”，将系统时钟提高n倍后供CPU内部处理数据使用。 通
4、常将CPU内部时钟频率称为“主频”。时钟提高倍数n被称为“倍频”数。,北京信息职业技术学院,8,提高时钟频率,出于系统稳定性的考虑，CPU的标称工作频率往往低于最高允许工作频率，如果使用技术手段使CPU以超过标称频率工作称为“超频”。 超频的方法： 超倍频：提高倍频器的倍数。不改变系统时钟，仅提高CPU主频，稳定性较高。但很多CPU采用“锁频”技术禁止改变倍频。 超外频：提高系统时钟频率。系统时钟和CPU主频同时提高，可绕过CPU锁频的限制。但外围器件（如内存）也需有足够的频率余量。,北京信息职业技术学院,9,超频,Intel 主频与型号命名法,在奔腾4以前的CPU，通常都有型号主频方式命名。
5、 例：Intel Pentium 4 2.4G 但新一代的CPU提高性能已不再简单靠提高主频了，主频已不是衡量CPU的唯一指标了，因此，英特尔对新的CPU型号不再标明主频了。,北京信息职业技术学院,10,AMD CPU PR频率,AMD采用一些新的技术后，可以在较低的主频下得到相当于英特尔较高主频的效果，因此AMD CPU命名往往采用相当于英特尔主频而不是直接标明CPU主频。 例：AMD Athlon XP 2500+ 的实际主频仅为1.83GHz，但整数计算性能已超过英特尔2.5GHzCPU，故命名为2500+ 例：AMD X2 4200的主频仅为2.2GHz。,北京信息职业技术学院,11,
6、前端总线时钟与前端总线速度FSB,前端总线时钟：CPU与内存间的同步时钟，目前此时钟频率可做到133、166、200MHz。 前端总线速度：时钟频率每次传输字节数。 奔腾4采用了4倍并发传输技术，每时钟可传4个字节数据，因此奔腾4的前端总线速度外频4 数据传输率每秒传输的二进制信息位数。 例：某P4外频为200MHz，求前端总线速度FSB和数据传输率。 FSB=4200=800MHz 数据传输率8800M6400M,北京信息职业技术学院,12,CPU插座用于在主板上安装和固定CPU。 486以后的CPU多采用0插力(ZIF)插座，即在插座上装有放松扳把，扳把抬起时引脚插孔全部放松，可轻松的插入
7、和取下CPU。,CPU插座,北京信息职业技术学院,13,常见CPU插座的类型,栅格阵列(PGA)Socket,单边接插盒(SEC)Slot,LGA全称栅格阵列封装，它也被称为Socket T。 它用金属触点式封装取代了以往的针状插脚。 LGA775有775个触点。 采用LGA775接口的处理器在安装方式上需要一个安装扣架固定，使CPU可以正确地压在Socket露出来的具有弹性的触须上。,LGA封装技术(Land Grid Array),北京信息职业技术学院,15,Socket 1：486，169 个脚 Socket 2：486，238 个脚 Socket 3：486和5X86，237 个脚 S
8、ocket 4：60-66MHz Pentium，273 个脚 Socket 5：75-133MHz Pentium，320 个脚 Socket 6：3.3V486，235个脚 Socket 7：75MHz开始的所有Pentium 321个脚 Socket 8：Pentium Pro 专用的插座，387 个脚,CPU与插座,北京信息职业技术学院,16,Socket 370：赛扬A Socket 423：早期的奔腾4 Socket 478：奔腾4 3.2G Socket 775：Intel 915/925、Intel Core 2,CPU与插座,北京信息职业技术学院,17,775插座,北京信息职
9、业技术学院,18,Windows采用图形化界面，工作时需要计算大量的图像数据，需要很大内存空间存储图像信息，往往造成内存空间的不够，为了使程序能够继续进行，只能在外存硬盘中开辟一块空间模拟内存。(即虚拟内存，默认为C:pagefile.sys，称为页面文件，容量默认为内存的1.5倍)。 虚拟内存的速度大大低于真实内存。故一旦使用虚拟内存数据的处理速度大大降低。 若要避免使用虚拟内存，就必须加大物理内存使其能够满足信息处理的需要。 满足需要后再加大内存不会再提高处理速度。,内存容量和整机速度的关系,北京信息职业技术学院,19,存取周期：对存储器连续启动两次读或写操作所需间隔的最小时间，单位为纳秒
10、ns。 DRAM的存取周期一般为40ns-120ns。由于有电容充放电时间的限制，DRAM速度很难再提高。 SRAM的存取周期一般为5ns-7ns，由于没有电容充放电限制，速度还有很大的提升潜力。 内存速度：从存储器读取一个字节所需时间的最小平均值时间，单位为纳秒ns。当前CPU通常一次可读写64位数据(8字节)，所以内存速度=存取周期/8，如：6ns,写作-6,内存的速度指标：存取周期,北京信息职业技术学院,20,内存频率是内存速度的倒数。例：内存速度6ns,内存频率1/6*10-9=167MHz 目前DRAM的极限存取周期40ns内存速度40/8=5ns内存频率= 1/5*10-9=200
11、MHz CPU主频目前已超过3GHz，而存储器的工作频率远低于CPU主频，CPU高速处理速度受到内存低速存取的制约，内存速度成为提高计算机系统性能的瓶颈。,内存的速度指标：内存频率,北京信息职业技术学院,21,SDRAM：Synchronous DRAM(同步动态随机存储器)，可实现一个时钟脉冲完成一次数据的存取。 DDR：时钟的上升沿和下降沿都可读写数据，故可认为速度提高一倍，频率标称400MHz。 DDR2：改良了I/O Buffer部份，DDR2一个时钟传送4Bit的数据给I/O Buffer，比DDR传送2Bit多一倍，故DDR 2的内存会比DDR速度快一倍。 DDR3的标准：已经基本
12、成型，8 bit 预取设计，较 DDR2 4bit 的预取设计提升一倍，其运算频率介于 800MHz -1600MHz之间 。,常见内存组织方式,北京信息职业技术学院,22,SDRAM的基本原理,北京信息职业技术学院,23,SDRAM的发展过程,北京信息职业技术学院,24,采取各种技术手段将内存速度提高到800MHz后，仍然无法与CPU高达数Ghz时钟相匹配，只能插入“等待”。解决方法：加入高速缓存。 CPU读取内存是以数据块为基本单位。 可以把读来的数据块存入与CPU频率相匹配的SRAM缓存中。 读下一个数据时直接从缓存中读取即可。,高速缓存CACHE,北京信息职业技术学院,25,CACHE
13、的容量越大，可存储的数据就越多，CPU从中读到可用数据的可能性就越大，速度提高越明显（如果CACHE容量过小，可能反而会降低系统速度） CPU从CACHE中读到可用数据的概率称为“命中率”，CACHE容量越大，命中率越高，速度提高的越明显。 目前CPU命中率可达90%以上。 CPU每次读取的数据越多，需要缓存的容量越大。,CACHE容量与速度的关系,北京信息职业技术学院,26,CACHE的有效解决了高低速设备之间的速度匹配问题，广泛应用于高低速设备之间。 CPU内核与CPU接口之间 高速CPU和低速内存之间 内存与硬盘、光盘、U盘之间,CACHE的应用,北京信息职业技术学院,27,内存发展简史
14、 早期微机所使用的内存是一块块的IC，必须焊接到主机板上才能使用，升级和维修都很困难。 后来，电脑设计人员发明了模块化的条装内存，每一条上集成了多块内存IC，相应地，在主板上设计了内存插槽，这样，内存条就可随意拆卸了，从此，内存的维修和扩充都变得非常方便。,内存条,北京信息职业技术学院,28,内存条的种类,北京信息职业技术学院,29,内存延迟时间,从CPU发出读写指令到数据稳定的写入或读出需要一定的时间延迟。 静态SRAM的延迟时间为数纳秒。通常可以和CPU的前端总线相匹配。 动态DRAM的延迟时间为数十纳秒。通常无法和CPU的前端总线相匹配，需要插入等待时间。 内存的延迟时间也被称为存储速度
15、。存储速度60nS（纳秒）的内存往往用 -6 表示。,北京信息职业技术学院,30,内存延迟的设置,为了保证数据能够可靠地写入或读出，系统延迟时间应大于内存延迟时间，这可以在CMOS中进行设置，设置值应大于实际值。 内存延迟时间通常用4个连着的阿拉伯数字来表示，表示对内存不同操作时插入的等待时间。例如“3-4-4-8”，这4个数字越小，表示延迟时间越少。 第一个数字最为重要，表示注册读取命令到第一个输出数据之间的延迟CL（CAS Latency），是纵向地址脉冲的反应时间。,北京信息职业技术学院,31,内存的速度,计算机实际应用中，往往用带宽表示内存速度。 内存带宽：每秒中传输的字节数。即：前端总线频率内存位数/8内存频率8。 例：DDR 266内存带宽266*64/82128M（约为2.1GB/S） PC值：总线频率或带宽，小于800是频率，大于800是带宽。例：PC133（频率），PC3200（带宽） 双通道的带宽是单通道带宽的2倍。 例：双通道DDR266带宽=266*8*2= 4256MHz,北京信息职业技术学院,32,内存条通过内存插槽安装到主板上，可使用内存条的类型由主板上芯片组决定。 如果芯片组使用双通道结构，内存条需要成对(偶数条)使用。,内存插槽,北京信息职业技术学院,33,
