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1、计算机组装与维修04CPU与存储器微机主流CPU生产厂家n英特尔nAMDnCyrix北京信息职业技术学院2北京信息职业技术学院3Intel CPU的发展历程代号内总线宽外总线宽内部时钟速度(M)外部时钟速度(M)特殊技术808616164.774.77第一代16位微机808816812128086的简化型8028616162020真正的16位微机80386DX32324040第一代32位微机80386SX32164040386DX的简化型80486323212050内置浮点处理器，倍频技术奔腾326420066外部总线64位，MMX指令集奔腾II3264800100Socket1接口，内置大C
2、ACHE赛扬3264800100奔腾的简化型奔腾III32641300133SSE奔腾432643400200SSE2、多核nCPU不断升级换代，其主要目的是提高处理速度。n提高处理器处理速度的常用方法有：n加大字长n提高时钟频率n使用浮点处理器n改进CPU结构n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n字长：ALU一次能够处理二进制位数。n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。n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位CPU理论寻址能力是4GB(实际2GB) ，64位
3、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n8位：6502(苹果II,红白游戏机)n16位：8086(IBM-PC/XT)n32位：80386- Pentium 4n64位：AMD Athlon64系列、Intel Xeon系列、 Pentium 4 EE系列n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）技术。北京信息职业技术学院6各种字长CPU典型代表n简单
4、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764位操作系统n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。n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。n解决方法：采用倍频技术。n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。n通常将CPU内部时钟频率称为内部时钟频率称为“主频主频”。时钟提高倍数n
5、被称为“倍频倍频”数。北京信息职业技术学院8提高时钟频率n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”。n超频的方法：n超倍频超倍频：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。n超外频超外频：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n在奔腾4以前的CPU，通常都有型号主频方式命名。n例：Intel Pentium 4 2.4Gn
6、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10AMD CPU PR频率nAMD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。n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+n例：AMD X2 4200的主频仅为2.2GHz。北京信息职业技术学院11前端总线时钟与前端总线速度FSBn前端总线时钟前端总线时钟：
7、CPU与内存间的同步时钟，目前此时钟频率可做到133、166、200MHz。n前端总线速度前端总线速度：时钟频率每次传输字节数。n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4n数据传输率数据传输率每秒传输的二进制信息位数。n例：某P4外频为200MHz，求前端总线速度FSB和数据传输率。nFSB=4200=800MHzn数据传输率8800M6400M北京信息职业技术学院12nCPU插座用于在主板上安装和固定CPU。n486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，可轻松的插入和取下CPU。CPU插座北京信
8、息职业技术学院13常见CPU插座的类型n栅格阵列(PGA)Socketn单边接插盒(SEC)SlotnLGA全称栅格阵列封装，它也被称为Socket T。n它用金属触点式封装取代了以往的针状插脚。nLGA775有775个触点。 n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15nSocket 1：486，169 个脚nSocket 2：486，238 个脚nSocket 3：486和5X86，237 个脚nSocket 4：60-66MHz Pen
9、tium，273 个脚nSocket 5：75-133MHz Pentium，320 个脚nSocket 6：3.3V486，235个脚nSocket 7：75MHz开始的所有Pentium 321个脚nSocket 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16nSocket 370：赛扬AnSocket 423：早期的奔腾4nSocket 478：奔腾4 3.2GnSocket 775：Intel 915/925、Intel Core 2CPU与插座北京信息职业技术学院17775插座北京信息职业技术学院18nWindows采用图形化界面，工作时需要
10、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)。n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。n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。n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19n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ns。nDRAM的存取周期一般为40ns-120ns。由于有电容
11、充放电时间的限制，DRAM速度很难再提高。nSRAM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。n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20n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=167MHzn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=200MHznCPU主频目前已超过3GHz，而存储器的工作频率远低于CPU主
12、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21nSDRAM：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。nDDR：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。nDDR2：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。nDDR3的标准：已经基本成型，8 bit 预取设计，较 DDR2 4bit 的预取设计提升一倍，其运
13、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22SDRAM的基本原理北京信息职业技术学院23SDRAM的发展过程北京信息职业技术学院24n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。nCPU读取内存是以数据块为基本单位。n可以把读来的数据块存入与CPU频率相匹配的SRAM缓存中。n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25nCACHE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
14、容量过小，可能反而会降低系统速度）nCPU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。n目前CPU命中率可达90%以上。nCPU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26nCACHE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。nCPU内核与CPU接口之间n高速CPU和低速内存之间n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27n内存发展简史n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。n后来，电脑设计人员发明了
15、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种类种类名称名称频率频率电压电压引线数引线数特征特征台式笔记本SDRAM同步内存66/100/1333.3V1681442个缺口DDR双倍数据速率同步内存时钟22.5V1842001个缺口RDRAMRambus1842个缺口DDR II第二代同步双倍速率时钟41.8V2401个缺口内存条的种类北京信息职业技术学院29内存延迟时间n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。n静态SRAM的延迟时间为数纳秒
16、。通常可以和CPU的前端总线相匹配。n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。n内存的延迟时间也被称为存储速度。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n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。n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。n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），
17、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n计算机实际应用中，往往用带宽表示内存速度。n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。n例：DDR 266内存带宽266*64/82128M（约为2.1GB/S）nPC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）n双通道的带宽是单通道带宽的2倍。n例：双通道DDR266带宽=266*8*2= 4256MHz北京信息职业技术学院32n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。n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
