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1、微型计算机系统是由硬件和软件两部分组成的，计算机硬件由主机、输入设备和输出设备构成。,组装一台微机所需要的主要部件。,第1章 CPU、内存储器和主板 1.1 CPU,CPU（Central Processing Unit）中文称为中央处理器或中央处理单元，是计算机的大脑和心脏，是一块进行算术运算和逻辑运算、对指令进行分析并产生各种操作和控制信号的芯片 。,不同厂家生产的 CPU芯片,1.1.1 CPU的性能指标,1.字长字长指CPU内部可以同时并行处理二进制位数的多少。 2.主频CPU的主频也称为内频，是指CPU标称的时钟频率，单位为MHz（兆赫兹）。 3.前端总线频率FSB前端总线（Fron
2、t Side Bus，FSB）是连接CPU和芯片组北桥芯片之间的线路。前端总线频率不是指CPU与北桥芯片之间的工作频率，而是指数据传输率。 高速缓存高速缓冲存储器（Cache Memory），简称缓存（Cache），就是指可以进行高速数据交换的存储器，它先于内存与CPU交换数据，因此速度极快，所以也被称为高速缓存。 工作电压286、386CPU的工作电压通常为5V；486CPU既有5V，也有3.45V和3.3V；P5（注意并不是指Pentium ）使用5V电压，以后的Pentium系列芯片的工作电压均在3.3V以下。 制造工艺 指令集,1.1.2 CPU的发展历程,1971年，Intel公司推
3、出了世界上第一只微处理器4004，这是第一个用于计算机的4位微处理器。,4004处理器核心架构图,CPU从问世发展至今已经有二十多年的历史了。按照其字长，CPU可以分为4位微处理器、8位微处理器、16位微处理器、32位微处理器以及64位微处理器等。,1.1.2 CPU的发展历程,1979年，Intel公司 生产出16位的微处理器，并命名为i8088。1981年，8088 芯片被IBM公司首次用于IBM PC中，个人计算机（Personal Computer ,简称PC)的第一代CPU便从它开始了。,Intel 8088处理器,1.1.2 CPU的发展历程,1982年，Intel推出了划时代的最
4、新产品80286芯片，该芯片在CPU的内部含有13.4万个晶体管，时钟频率由最初的6MHz逐步提高到20MHz。其内部和外部数据总线皆为16位，地址总线24位，可寻址16MB内存。,Intel 80286处理器,1.1.2 CPU的发展历程,1985年Intel推出了80386芯片，它是第一种32位微处理器，80386内部内含27.5万个晶体管，时钟频率为12.5MHz，后提高到20MHz，25MHz，33MHz。80386的内部和外部数据总线都是32位，地址总线也是32位，可寻址高达4GB内存。,Intel 80386处理器,1.1.2 CPU的发展历程,1989年， Intel推出了804
5、86芯片，它集成了120万个晶体管。80486的时钟频率从25MHz逐步提高到33MHz、50MHz。80486是将80386和数学协处理器80387以及一个8KB的高速缓存集成在一个芯片内，并且在80X86系列中首次采用了RISC（精简指令集）技术，可以在一个时钟周期内执行一条指令。,Intel 80486处理器,1.1.2 CPU的发展历程,1993年Intel推出了全新一代的高性能处理器奔腾。奔腾的厂家代号是P54C，奔腾的内部含有的晶体管数量高达310万个，时钟频率由最初推出的60MHz和66MHz，后来提高到200MHZ。,1.1.2 CPU的发展历程,1996年推出了第六代X86系
6、列CPUP6。P6只是它的研究代号，上市之后P6有了一个非常响亮的名字奔腾 Pro。Pentimu Pro的内部含有高达550万个晶体管，内部时钟频率为133MHz，处理速度几乎是100MHz的奔腾的2倍。Pentium Pro的一级(片内)缓存为8KB指令和8KB数据。,Intel奔腾 Pro处理器,1.1.2 CPU的发展历程,1996年底推出了奔腾系列的改进版本，厂家代号P55C，也就是奔腾 MMX（多能奔腾）。这款处理器并没有集成二级缓存，而是采用MMX技术去增强性能。MMX技术是Intel最新发明的一项多媒体增强指令集技术，它的英文全称可以翻译“多媒体扩展指令集”。,Intel奔腾M
7、MX处理器,1.1.2 CPU的发展历程,1997年5月，Intel又推出了和奔腾 Pro同一个级别的产品，也就是影响力最大的CPU奔腾 II。第一代奔腾II核心称为Klamath。作为奔腾II的第一代芯片，它运行在66MHz总线上，主频分233、266、300、333MHz四种，接着又推出100MHz总线的奔腾II，频率有300、350、400、450MHz。奔腾II首次采用了最新的Slot1接口标准 。,Intel奔腾处理器,1.1.2 CPU的发展历程,Intel还推出了用于服务器和高端工作站的Xeon系列处理器，采用了Slot 2插口技术，32KB 一级高速缓存，512KB及1MB的二
8、级高速缓存，双重独立总线结构，100MHz系统总线，支持多达8个CPU。,Intel奔腾 Xeon处理器,1.1.2 CPU的发展历程,1998年推出了面向低端市场的CPUCeleron，赛扬处理器。最初的Celeron采用0.35m工艺制造，外频为66MHz，主频有266MHz与300MHz两款。后来又出现了0.25 m制造工艺的Celeron333。从Celeron 300A开始，Celeron采用了Socket370插座方式，通过370个针脚与主板相连。从此，Socket370成为Celeron的标准插座结构，直到现在频率1.2GHz的Celeron CPU也仍然采用这种插座。,早期Sl
9、ot 1插座 Celeron处理器,1.1.2 CPU的发展历程,1999年初，Intel发布了第三代的奔腾处理器P ，第一批的奔腾 处理器采用了Katmai内核，主频有450MHz和500MHz两种，这个内核最大的特点是更新了名为SSE的多媒体指令集。Katmai内核的奔腾除了上述的SSE指令集以外，它仍然基本保留了奔腾II的架构，采用0.25 m工艺，100MHz的外频，Slot1的架构，512KB的二级缓存（以CPU的半速运行），因而性能提高的幅度并不大。,第一代Pentium III处理器 (Katmai),1.1.2 CPU的发展历程,第二代Pentium 处理器 (Coppermi
10、ne),1.1.2 CPU的发展历程,2000年中，推出了Coppermine128核心的Celeron处理器，俗称Celeron2，由于转用了0.18的工艺，Celeron的超频性能又得到了一次飞跃，超频幅度可以达到100%。,第二代Celeron(Coppermine128核心)处理器,1.1.2 CPU的发展历程,2000年11月，Intel发布了第四代Pentium处理器。Pentium 4采用了全新的设计，包括等效于400MHz的前端总线(100 x 4), SSE2指令集，256K-512KB的二级缓存，全新的超管线技术及NetBurst架构，起步频率为1.3GHz。第一个Pent
11、ium4核心为Willamette，全新的Socket 423插座，集成256KB的二级缓存，支持更为强大的SSE2指令集，多达20级的超标量流水线，搭配i850/i845系列芯片组，随后Intel陆续推出了1.4GHz 2.0GHz的Willamette P4处理器，而后期的P4处理器均转到了针脚更多的Socket 478插座。,第一代的Pentium 4（Socket423）处理器,1.1.2 CPU的发展历程,2001年以后，Intel发布了第二个Pentium 4核心，代号为Northwood，改用了更为精细的0.13 m制造工艺，集成了更大的512KB二级缓存，性能有了大幅的提高，,
12、第二代的Pentium4（Socket478）处理器,1.1.2 CPU的发展历程,Intel发布了第三代的Celeron核心，代号为Tualatin，这个核心也转用了0.13 m的工艺，与此同时二级缓存的容量提高到256KB，外频也提高到100MHz，目前Tualatin Celeron的主频有1.0、1.1、1.2、1.3GHz等型号。,第三代Tualatin核心的Celeron处理器,1.1.3 CPU的物理结构,从物理结构上说，目前应用在PC中的CPU主要由三部分组成，一个是内核，一个是基板，此外还有内核与基板之间的填充物。,CPU物理结构图解,1.1.3 CPU的物理结构,内核CPU
13、的中间部分就是称为核心芯片或CPU内核的地方，这个由单晶硅做成的芯片可以说是计算机的大脑。所有的运算、指令和数据处理都是在这个指甲盖大小的地方进行的。,CPU的基板CPU的基板是承载CPU内核用的电路板，它负责内核芯片和外部的一切通信，并决定芯片的时钟频率。在它上面有电阻和电容，还有决定CPU时钟频率的电路桥，在基板的背面或下沿，还有用于和主板连接的针脚或卡式接口。,填充物CPU内核和CPU基板之间为填充物，这种填充物是用来缓解来自散热器的压力以及固定芯片和电路基板的，由于它连接着温度差异较大的两个方面，所以必须保证十分稳定，它的质量优劣有时直接影响CPU的质量。,1.1.4 CPU的封装形式
14、和接口,CPU的封装方式设计制作好的CPU硅片将通过几次严格的测试，合格后才会送至封装厂切割、划分成用于单个CPU的硅模并置入到封装中。“封装”不仅是CPU的外衣，更是它的保护神，否则CPU的核心就不能与空气隔离和避免尘埃的侵害。此外，良好的封装设计还有助于CPU芯片的散热，并让CPU与主板很好地连接，因此封装技术本身就是高科技产品的组成部分。目前最常见的CPU封装是PGA（Pin Gird Array，针栅阵列）封装。这种封装是正方形或长方形的，在CPU的边缘周围均匀分布着3、4排甚至更多排的针脚，针脚能插入主板CPU插座上对应的插孔，从而实现与主板的连接。,CPU的接口CPU和主板连接的接
15、口主要有以下两类：卡式接口，称为Slot。卡式接口的CPU类似各种扩展卡，如显示卡、声卡、网卡等，竖立插在主板上，当然也必须有对应的Slot插槽。针式接口，也称为Socket。Socket接口的CPU有数百个针脚（因为针脚数目不同而称为Socket 478，Socket 462，Socket 370等），一一对应插在主板CPU插座的针孔上。,常见的CPU接口,Slot 1 Slot 1接口方式是由Intel提出的，它是一个狭长的242引脚的插槽，可以支持采用SEC（单边接触）封装技术的Pentium 、Pentium 和Celeron处理器。,常见的CPU接口,Slot 2Slot 2接口标准
16、与Slot 1类似，不过它是面向高端服务器市场的，与其搭配的主板芯片组为Intel 440GX，处理器为Xeon（至强）。,Pentium Xeon,常见的CPU接口,Slot ASlot A接口标准是由Intel的竞争对手AMD提出的，它支持AMD K7处理器，与其搭配的芯片组为AMD 751芯片组。VIA（威盛）作为非Intel芯片生产商，也有支持K7的芯片组Apollo KX133和KT133。,常见的CPU接口,Socket A Socket A接口标准也是由AMD公司开发的，它采用462针脚接口设计，如Athlon（雷鸟）和Duron（毒龙）CPU。,Athlon（雷鸟）处理器,Duron（毒龙）处理器,常见的CPU接口,Socket 423Intel最初推出的Pentium IV（0.18 m ，核心代号为Willamette）时，搭配的是Rambus内存以及Socket 423 架构的850芯片组。由于在与AMD的竞争中失利，又被迫推出了支持SDRAM内存和Socket 423架构的845芯片组。Socket 423接口是Pentium IV的过渡产品，现在已被淘汰。,
