課件任東曉電子科技大學(xué)成都學(xué)院2009年2月

1、計算機管理與維護2009年2月1第3章 微型處理器（CPU）1.了解CPU的基本分類和性能指標(biāo)。2.理解CPU結(jié)構(gòu)和工作原理。3.掌握CPU選購方法和故障維修。2本章結(jié)構(gòu)3.1 CPU概述 3.1.1 CPU構(gòu)成 3.1.2 CPU系列3.2 CPU分類（接口分類）3.3 CPU性能參數(shù)（9）3.4 CPU散熱3.5 CPU的選購 3.6 CPU故障和維護33.1 CPU概述3.1.1 CPU構(gòu)成 CPU是一個電子電路的集成體，被封裝在塑膠或陶瓷材料中，是計算機的核心。 （1）基板 （2）內(nèi)核 （3）內(nèi)核與基板之間的填充物 （4）金屬蓋 4（1）基板 A.是承載CPU內(nèi)核所用的電路板; B.負

2、責(zé)內(nèi)核芯片和外界的一切通訊; C.起著固定CPU的作用 。 在基板上面有電容、電阻和決定CPU時鐘頻率的電路橋，在其背面或者下沿，有用于和主板連接的針腳或者卡式接口。5（2）內(nèi)核 CPU內(nèi)核是CPU中間凸起的一片指甲大小、由單晶硅做成的薄薄芯片，密布著數(shù)以千萬計的晶體管，相互配合完成各種復(fù)雜的運算和操作。 CPU內(nèi)核翻轉(zhuǎn)后封裝在陶瓷電路基板上，這樣可使CPU內(nèi)核能夠直接與散熱裝置接觸。而CPU內(nèi)核的另一面和外界電路相連。 為什么CPU散熱至關(guān)重要？ 目前CPU內(nèi)數(shù)以千萬計的晶體管，都要連到外面的電路上，所有的計算都要在很小的芯片上進行，這樣CPU內(nèi)核會散發(fā)出大量的熱，因此CPU散熱至關(guān)重要。6

3、（3）內(nèi)核與基板之間的填充物 A.用來緩解散熱器的壓力; B.固定芯片和電路基板。 為什么填充物必須保證穩(wěn)定？ 由于連接著溫度有較大差異的兩個器件，所以必須保證十分穩(wěn)定，它質(zhì)量的優(yōu)劣有時就直接影響著整個CPU的質(zhì)量。7（4）金屬蓋 A.避免CPU脆弱的核心受到意外傷害B.增加了核心的散熱面積 。 CPU外形結(jié)構(gòu)如下圖：83.1.2 CPU系列1Intel系列2AMD系列3中國龍芯系列4Cyrix系列 91. Intel系列1971,世界上第一塊4位微處理器400416位微處理器:8086,8088,8028632位微處理器:80386,804861994，為了和AMD等公司的CPU從名字上區(qū)分

4、開，為自己新類型的CPU命名為Pentium，P2,P3,P4為了占領(lǐng)低端CPU市場，Intel還推出了低成本的Celeron(賽揚)系列CPU. 10Intel CPU擁有從低端到高端的全部市場產(chǎn)品。如下圖為Intel 80386CPU和 Intel Pentium CPU。11從目前市場上的產(chǎn)品，基本有以下幾種：（1）Pentium 4系列（2） Celeron（賽揚）（3）雙核心處理器12(1）Pentium 4系列 第一款P4處理器在2000年11月21日發(fā)布的P4 1.5GHz處理器，早期的P4處理器采用Willamette核心和Socket 423封裝，具有256KB二級緩存以及4

5、00MHz前端總線。之后由于核心類型和接口類型的改變，又出現(xiàn)illamette核心和Socket478封裝的P4產(chǎn)品。13 而目前我們所說的“P4”一般是指采用Northwood核心、具有400MHz前端總線以及512KB二級緩存、基于Socket 478封裝的P4處理器。如下圖所示：14Pentium 4A 在基于Willamette核心的P4處理器推出后不久，Intel為了提升處理器性能，發(fā)布了采用Northwood核心、具有400MHz前端總線以及512KB二級緩存的新一代P4，為了便于消費者辨識，Intel在出現(xiàn)重疊的、基于Northwood核心的P4處理器后面增加一個大寫字母“A”以

6、示區(qū)別。Pentium 4B Intel決定再次對P4A處理器進行改進，推出了其它性能相同，但前端總線為533MHz的處理器。為了與主頻相同的P4 A處理器區(qū)分開來，Intel又在處理器名稱后面增加了字母“B”。15Pentium 4C 2003年Intel對Northwood核心的P4處理器進行了一次大規(guī)模的升級，不僅處理器的前端總線從原來的533MHz提升到800MHz，而且改進后的P4處理器還能夠支持超線程技術(shù)。此次升級徹底奠定了P4處理器在市場上的領(lǐng)先優(yōu)勢，產(chǎn)品型號也相應(yīng)地改為P4C。Pentium 4E 進入2004年，Intel發(fā)布了全新的Prescott核心，并以此推廣下一代基于

7、LGA 775封裝的P4處理器。不過考慮到對現(xiàn)有平臺的兼容，Intel推出了采用Socket478接口、基于Prescott核心的P4處理器。這些處理器具有16KB的一級數(shù)據(jù)緩存以及高達1MB的二級緩存，支持增強型超線程技術(shù)。由于Prescott P4在頻率上同樣與原有的P4 B、P4 C發(fā)生了重疊，所以Intel將Prescott P4命名為P4 E以示區(qū)別。16Pentium 4 5XX（P4 5系列） 針對新發(fā)布的若干款處理器，Intel制訂了新的處理器命名規(guī)范，引入了“處理器號”的概念。該規(guī)范中規(guī)定，基于Prescott核心、具有800MHz前端總線、1MB二級緩存、支持超線程技術(shù)并采

8、用LGA 775封裝的P4處理器對應(yīng)的處理器號為5系列（即P4 5XX）。P4 EE 即就是Pentium 4 Extreme Edition（P4 XE，P4至尊版），是Intel面向玩家推出的一款高端的桌面處理器產(chǎn)品。早期P4 XE采用了Northwood內(nèi)核，具有800MHz前端總線以及512KB二級緩存支持超優(yōu)程技術(shù)。為了提高處理器的性能，Intel為P4 XE增加了容量高達2MB的三級緩存，這在Intel的桌面級處理器中史無前例。從以上規(guī)格我們不難發(fā)現(xiàn)，早期P4 XE實際上就是追加了三級緩存的P4 C處理器。17P4 F P4 F是Intel首次面向桌面市場發(fā)布的64位處理器產(chǎn)品。它

9、基于Prescott核心，采用90nm制造工藝，具有800MHz前端總線以及容量高達1MB的二級緩存。與P4 5XX系列不同，P4 F處理器內(nèi)建了Intel EMT64計算技術(shù)，同時兼容64位和32位計算。目前市場上推出的幾款P4 F處理器均采用了LGA775封裝。18(2）Celeron（賽揚） 自賽揚處理器問世以來，盡管處理器的內(nèi)核、封裝形式以及規(guī)格發(fā)生了多次改變，但是Intel始終保持了“賽揚”一種型號。Celeron D 3XX系列 賽揚D 3XX是由P4 E衍生出來的新一代賽揚處理器，它采用了Prescott核心，但取消了對超線程技術(shù)的支持，前端總線頻率及二級緩存容量也分別被降低至5

10、33MHz和256KB。由于該系列處理器推出的時候Intel已經(jīng)開始執(zhí)行新的處理器命名規(guī)則，因此就在原有名稱“Celeron”后添加字母“D”以示區(qū)別，并歸入“3XX”系列（例如賽揚D 325）。賽揚D 3XX 的出現(xiàn)較好地銜接了低端P4與傳統(tǒng)賽揚之間的市場空白，出色的性能也獲得了市場的認(rèn)可。 19(3）雙核心處理器 “雙核”主要是指基于X86開放架構(gòu)的雙核技術(shù)。在這方面，起領(lǐng)導(dǎo)地位的廠商主要有Intel和AMD兩家。雙核處理器就是基于單個半導(dǎo)體的一個處理器上擁有兩個一樣功能的處理器核心，即是將兩個物理處理器核心整合在一個內(nèi)核中，從而提高計算能力。Pentium D和Pentium EE 分別

11、面向主流市場以及高端市場，采用 90nm 生產(chǎn)工藝，使用LGA 775 接口。其每個核心采用獨立式緩存設(shè)計，處理器內(nèi)部兩個核心之間互相隔絕，通過處理器外部(主板北橋芯片)的仲裁器負責(zé)兩個核心之間的任務(wù)分配以及緩存數(shù)據(jù)同步等協(xié)調(diào)工作，所以其數(shù)據(jù)延遲問題比較嚴(yán)重。Pentium D和Pentium EE的最大區(qū)別是Pentium D 不能支持超線程技術(shù)，而 Pentium EE則沒有這方面的限制。20Core（酷睿）2 Duo和Core 2 Extreme 與前者所采用的獨立緩存松散型雙核心處理器不同，2006年發(fā)布的Core 2 Duo采用的是基于共享緩存的緊密型雙核心處理器，與IBM的多核心處

12、理器類似，兩個核心共享二級緩存方案。Core 2 Duo采用統(tǒng)一的Core微架構(gòu)，LGA775封裝，使用Yonah核心，支持VT虛擬化技術(shù)和EIST省電技術(shù)。兩個核心共享2MB的二級緩存，采用“Smart Cache”共享緩存技術(shù)在兩個核心之間作協(xié)調(diào)。在Core Duo處理器內(nèi)部，兩個核心通過共享資源協(xié)調(diào)器(Share Bus Router，SBR) 共享二級緩存資源；另外，SBR還具有帶寬適應(yīng)功能，可以對兩個核心共享前端總線資源進行統(tǒng)一管理和協(xié)調(diào)，改善了兩個核心共享前端總線的效率，減少了不必要的延遲，而且有效避免了兩個核心之間的沖突。212. AMD系列（1） Duron（毒龍）處理器（2）

13、 Athlon(速龍、雷鳥)處理器（3）Athlon XP CPU（4） AMD 雙核心處理器 22(1) Duron（毒龍）處理器 Duron是AMD推出的低端處理器，最初的Duron采用Spitfire核心，是ThunderBird核心Athlon的簡化版，它們的差異僅在于二級高速緩存和核心電壓，時鐘頻率為600950MHz。Duron采用Socket A結(jié)構(gòu)，0.18微米的制造工藝，工作電壓1.5V，支持MMX和增強型3Dnow！指令集，使用200MHz外部總線,具有更大的一級緩存128KB,較小的全速二級緩存64KB,獨立的二級緩存并沒有使它的性能降低,同時容量較大的一級緩存能夠很好的

14、補償容量較小的二級緩存的不足。 Duron可以采用PC100和PC133內(nèi)存條,并且支持DDR內(nèi)存規(guī)范.即便使用一般的PC100內(nèi)存條,Duron的內(nèi)存帶寬也比Celeron高50%,如果采用PC133的將會增加100%的內(nèi)存帶寬,而且具有較快的總線速率和較高的3D性能,比同頻的賽揚要快25%。23(2) Athlon(速龍、雷鳥)處理器AMD的Athlon處理器性能是目前Athlon XP系列的前一代產(chǎn)品，如圖3.5所示。0.13um制程的AMD雷鳥(Thunderbird)處理器，有超級的性能和低廉的售價。但是處理器發(fā)熱量巨大的問題卻一直令人“恐慌”。24(3) Athlon xp cpu

15、 為了爭奪高端處理器市場，AMD推出了新一代處理器Athlon xp cpu，以全面對抗Intel的Pentium 4處理器。Athlon Xp處理器具有強大的浮點單元設(shè)計和優(yōu)秀的整數(shù)計算單元，相比之下Pentium 4無論是價格上還是性能上都沒有優(yōu)勢可言，測試表明，Pentium 4需要多付出300400MHZ的工作頻率才可以獲得與Athlon XP相當(dāng)?shù)男阅?。不能簡單地用處理器的頻率來衡量微機性能的高低，因此說“高頻率不等于高性能”。所以Athlon xp cpu引入了全新的命名方式，就是以處理器的效能表現(xiàn)值來命名，“XP”表示“extreme Performance”（額外的高性能）。處

16、理器的型號分別命名為1500、1600、1800、2100等。25(4) AMD 雙核心處理器 AMD 推出的雙核心處理器，分別是雙核心的 Opteron 系列和全新的 Athlon 64 X2 系列處理器。其中，Athlon 64 X2 是用以抗衡 Pentium D 和 Pentium Extreme Edition 的桌面雙核心處理器。 Athlon 64 X2雙核心處理器由AMD德國Feb 30芯片廠生產(chǎn)，是由Athlon 64演變而來的。具有兩個Athlon 64核心，采用了獨立緩存的設(shè)計，兩顆核心同時擁有各自獨立的緩存資源，而且通過系統(tǒng)請求接口（System Request Int

17、erface，SRI）使Athlon 64 X2兩個核心的協(xié)作更加緊密。這樣設(shè)計不但可以使CPU的資源開銷變小，而且有效利用內(nèi)存總線資源。 AMD 并沒有采用降低主頻的辦法，而是在其使用 90nm 工藝生產(chǎn)的 Athlon 64 X2 處理器中，采用了所謂的 Dual Stress Liner 應(yīng)變硅技術(shù)，與 SOI 技術(shù)配合使用，從而生產(chǎn)出性能更高、耗電更低的晶體管。26 雙核心 Athlon 64 X2 的大部分規(guī)格、功能與我們熟悉的 Athlon 64 架構(gòu)沒有任何區(qū)別，也就是說，新推出的 Athlon 64 X2 雙核心處理器仍然支持 1GHz 規(guī)格的 HyperTransport 總

18、線，并且內(nèi)建支持雙通道設(shè)置的 DDR 內(nèi)存控制器。AMD 在雙核心 Athlon 64 X2處理器的內(nèi)部提供了一個稱為SRQ (系統(tǒng)請求隊列)的技術(shù)，在工作的時候，每一個核心都將其請求放在 SRQ 中，當(dāng)獲得資源之后，請求將會被送往相應(yīng)的執(zhí)行核心。所有的處理過程都在 CPU 核心范圍之內(nèi)完成，并不需要借助外部設(shè)備。 AMD從一開始設(shè)計時就考慮到了對多核心的支持。所有組件都直接連接到CPU，消除系統(tǒng)架構(gòu)方面的挑戰(zhàn)和瓶頸。兩個處理器核心直接連接到同一個內(nèi)核上，核心之間以芯片速度通信，進一步降低了處理器之間的延遲。27 從用戶端的角度來看，AMD的方案能夠使雙核CPU的管腳、功耗等指標(biāo)跟單核CPU保

19、持一致，從單核升級到雙核，不需要更換電源、芯片組、散熱系統(tǒng)和主板，只需要刷新BIOS軟件即可，這對于主板廠商、計算機廠商和最終用戶的投資保護是非常有利的?？蛻艨梢岳闷洮F(xiàn)有的90納米基礎(chǔ)設(shè)施，通過BIOS更改移植到基于雙核心的系統(tǒng)。283中國龍芯系列（1）龍芯1號處理器（2）龍芯2號處理器（3）龍芯3號處理器29(1)龍芯1號處理器 2002年9月龍芯1號處理器面世，它是一款既兼顧通用又有嵌入式CPU特點的新一代32位處理器，擁有32位MIPS指令系統(tǒng)，并采用一套簡單高效的動態(tài)流水線，支持亂序執(zhí)行和精確中斷處理。采用0.18微米 CMOS工藝制造，具有良好的低功耗特性，平均功耗0.4W，最大功

20、耗不超過1W，主頻最高可達266MHz，已用于國產(chǎn)龍騰服務(wù)器當(dāng)中。它還可以運行大量的現(xiàn)有應(yīng)用軟件與開發(fā)工具，支持Linux、VxWork，Windows CE等操作系統(tǒng)。基于龍芯一號CPU的服務(wù)器，可以運行Apache Web、NFS、X-Window等服務(wù)器軟件，雖然不能說是全方位的兼容，至少包括和兼容種類也有相當(dāng)一部分。作為第一款通用型CPU產(chǎn)品，龍芯1號雖然有一些問題和缺陷，但整體來看無論是在技術(shù)和應(yīng)用性上來說該處理器還是具有了相當(dāng)?shù)乃?，為中國自主研發(fā)的處理器產(chǎn)品開了一個良好的頭。30(2）龍芯2號處理器 龍芯2號在2005年4月推出，是國產(chǎn)首款64位高性能通用CPU芯片。它擁用64位

21、MIPS指令架構(gòu)系統(tǒng)和先進的四發(fā)射超標(biāo)量超流水結(jié)構(gòu)，片內(nèi)一級高速緩存達64KB，目前龍芯2號暫時未直接集成二級緩存，但支持片外二級高速緩存最多可達8MB。龍芯2號仍采用0.18微米CMOS標(biāo)準(zhǔn)單元工藝制造，但最高頻率可達到500MHz，功耗3W-5W，遠遠低于國外同類芯片。龍芯2號它支持64位Linux操作系統(tǒng)和X-window視窗系統(tǒng)，運行全功能的Mozilla瀏覽器、多媒體播放器和一些辦公套件。據(jù)了解龍芯2號的主要應(yīng)用目標(biāo)是Linux桌面網(wǎng)絡(luò)終端、低端服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)防火墻、路由器交換機、多媒體網(wǎng)絡(luò)終端機、無盤工作站等。31(3）龍芯3號處理器 龍芯3號研發(fā)將在十一五期間完成。龍芯3號是一款多

22、核處理器，至少也是一款四核的產(chǎn)品，并增加專門服務(wù)于Java程序的協(xié)處理器，以提高Linux環(huán)境下Java程序的執(zhí)行效率和指令緩存追蹤技術(shù)等，最終將實現(xiàn)對內(nèi)峰值每秒500-1000億次的計算速度。龍芯總設(shè)計師胡偉武博士還表示，龍芯不但會投入到嵌入式的芯片研發(fā)，也將涉足非嵌入式的3G通信芯片的研究，以全方面的產(chǎn)品系列推出市場。4Cyrix系列 Cyrix是一家比較著名的CPU制造商，但是由于其產(chǎn)品性能原因，無法與Intel、AMD競爭，最終在1999年被我國臺灣地區(qū)的威盛（VIA）公司收購?，F(xiàn)在市場上Cyrix系列的主流CPU是Cyrix III系列。323.2.1 CPU接口分類 Socket是

23、插座和接口的意思。CPU通過接口與主板連接， 經(jīng)過多年的發(fā)展，采用的接口方式有引腳式、卡式、觸點式、針腳式等。而目前主流CPU接口都是針腳式接口，對應(yīng)到主板上就有相應(yīng)的插槽類型。CPU在插孔數(shù)、體積、形狀上都有變化，不同的接口類型不能互相混用接插。3.2 CPU分類331Socket 940 Socket 940 是最早發(fā)布的 AMD 64 位接口標(biāo)準(zhǔn)，具有 940 根 CPU 針腳，目前采用此接口的有服務(wù)器/工作站所使用的 Opteron 以及最初的 Athlon 64 FX。隨著新出的 Athlon 64 FX 改用 Socket 939 接口，所以 Socket 940 將會成為 Opt

24、eron 的專用接口。2Socket 754 Socket 754是2003年AMD 64位桌面平臺最初發(fā)布的CPU接口，具有754根CPU針腳，只支持單通道DDR內(nèi)存。目前采用此接口的有面向桌面平臺的Athlon 64的低端型號和Sempron的高端型號，以及面向移動平臺的Athlon 64。隨著AMD從2006年開始全面轉(zhuǎn)向支持DDR2內(nèi)存，桌面平臺的Socket 754將逐漸被34 Socket AM2所取代，從而使AMD的桌面處理器接口走向統(tǒng)一，而與此同時移動平臺的Socket 754也將逐漸被具有638根CPU針腳、支持雙通道DDR2內(nèi)存的Socket S1所取代。3Socket 9

25、39 Socket 939是AMD公司2004年6月推出的64位桌面平臺接口標(biāo)準(zhǔn)，目前采用此接口的，有高端的Athlon 64 以及Athlon 64 FX，具有939根CPU針腳，支持雙通道DDR內(nèi)存。Socket 939 處理器和與過去的 Socket 940 插槽不能混插，但是Socket 939 仍然使用了相同的 CPU 風(fēng)扇系統(tǒng)模式。因此以前用于 Socket 940 和 Socket 754 的風(fēng)扇，同樣可以使用在 Socket 939 處理器。隨著AMD開始全面轉(zhuǎn)向DDRI內(nèi)存，Socket 939將被Socket AM2所淘汰。354Socket AM2 Socket AM2是

26、2006年發(fā)布的64位桌面CPU的接口標(biāo)準(zhǔn)，具有940根CPU針腳，支持雙通道DDR2內(nèi)存。但Socket AM2與原有的Socket 940在針腳定義以及針腳排列方面都不相同，并不能互相兼容。按照AMD的規(guī)劃，Socket AM2接口將逐漸取代原有的Socket 754接口和Socket 939接口，從而實現(xiàn)桌面平臺CPU接口的統(tǒng)一。5Socket S1 Socket S1是2006年發(fā)布的64位移動CPU的接口標(biāo)準(zhǔn)，具有638根CPU針腳，支持雙通道DDR2內(nèi)存，這是與只支持單通道DDR內(nèi)存的移動平臺原有的Socket 754接口的最大區(qū)別。366Socket F Socket F是AMD

27、于2006年發(fā)布的支持DDR2內(nèi)存的AMD服務(wù)器/工作站CPU的接口標(biāo)準(zhǔn)，與Intel的Socket 775和Socket 771基本類似。Socket F接口CPU的底部沒有傳統(tǒng)的針腳，而代之以1207個觸點，通過與對應(yīng)的Socket F插槽內(nèi)的1207根觸針接觸來傳輸信號。觸點式不僅能夠有效提升處理器的信號強度、提升處理器頻率，同時也可以提高處理器生產(chǎn)的良品率、降低生產(chǎn)成本。Socket F接口的Opteron也是AMD首次采用LGA封裝，支持ECC DDR2內(nèi)存。7Socket 603 Socket 603 的用途比較專業(yè)，應(yīng)用于 Intel 方面高端的服務(wù)器/工作站平臺，具有 603

28、根 CPU 針腳。Socket 603 接口的 CPU，可以兼容于 Socket 604 插槽。378Socket 604 與 Socket 603 相仿，Socket 604 仍然是應(yīng)用于 Intel 方面高端的服務(wù)器/工作站平臺，采用此接口的 CPU 是 533MHz 和 800MHz FSB 的 Xeon。Socket 604 接口的 CPU 不能兼容于 Socket 603 插槽。9Socket 771 是Intel 2005年底發(fā)布的雙路服務(wù)器/工作站CPU的接口標(biāo)準(zhǔn)。與以前的Socket 603和Socket 604明顯不同，Socket 771與桌面平臺的Socket 775基本

29、類似，Socket 771接口CPU的底部沒有傳統(tǒng)的針腳，而代之以771個觸點，即并非針腳式而是觸點式，通過與對應(yīng)的Socket 771插槽內(nèi)的771根觸針接觸來傳輸信號，和Socket F一樣，觸點式也有其優(yōu)點。Socket 771接口的CPU全部都采用LGA封裝。3810Socket 479 Socket 479的用途比較專業(yè)，是2003年3月發(fā)布的Intel移動平臺處理器的專用接口，具有479根CPU針腳，采用此接口的有Celeron M系列(不包括Yonah核心)和Pentium M系列。11Socket 423 Socket 423 插槽是最初 Pentium 4 處理器的標(biāo)準(zhǔn)接口，

30、對應(yīng) CPU 針腳數(shù)為 423。Socket 423 插槽多是基于 Intel 850 芯片組主板，支持 1.3GHz1.8GHz 的 Pentium 4 處理器。Socket 423 接口已經(jīng)銷聲匿跡。3912Socket 478 最初的Socket 478接口是早期Pentium 4系列處理器所采用的接口類型，針腳數(shù)為478針。Socket 478的Pentium 4處理器面積很小，其針腳排列極為緊密。Intel公司的Pentium 4系列和賽揚系列都采用此接口，目前這種CPU已經(jīng)逐步退出市場。 但是，Intel于2006年初推出了一種全新的Socket 478接口，這種接口是目前Inte

31、l公司采用Core架構(gòu)的處理器Core Duo和Core Solo的專用接口，與早期桌面版Pentium 4系列的Socket 478接口相比，雖然針腳數(shù)同為478根，但是其針腳定義以及電壓等重要參數(shù)完全不相同，所以二者之間并不能互相兼容。4013Socket 775 Socket 775 又稱為 Socket T，是目前應(yīng)用于 Intel LGA775 封裝的 CPU 所對應(yīng)的接口，采用此種接口的有 LGA775 封裝的 Pentium 4、Pentium 4 EE、Celeron D等CPU。與以前的Socket 478接口CPU不同，Socket 775接口CPU 的底部沒有傳統(tǒng)的針腳，

32、而代之以 775 個觸點，即并非針腳式而是觸點式。通過與對應(yīng)的 Socket 775 插槽內(nèi)的 775 根觸針接觸來傳輸信號。隨著 Socket 478 的逐漸淡出，Socket 775 是目前 Intel 桌面 CPU 的標(biāo)準(zhǔn)接口。如圖3.9所示 。41Socket 775 如圖3.9所示 。423.3 CPU性能參數(shù)1主頻、外頻和倍頻（1）主頻：CPU工作時的時鐘頻率，也稱內(nèi)頻。一般來說，一個時鐘周期完成的指令數(shù)是固定的，因此主頻越高，CPU的速度就越快。由于各種CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不完全相同，所以不能完全用主頻來概括CPU的性能。CPU的主頻一般標(biāo)記在CPU芯片上。（2）外頻：又稱外部時鐘頻

33、率，是主板上系統(tǒng)總線的工作頻率，是CPU與主板之間同步運行的速度。計算機實際運行速度不但由CPU的速度決定，而且還受到主板和內(nèi)存速度的限制。由于內(nèi)存速度和主板速度大大低于CPU的主頻，因此為了能夠與內(nèi)存、主板的速度保持一致，提出倍頻的概念。43（3）倍頻就是CPU的運行頻率與系統(tǒng)外頻之間的倍數(shù)。 三者的關(guān)系為：CPU的內(nèi)頻（實際運行頻率）外頻倍頻系數(shù)。依據(jù)上面的公式，在倍頻系數(shù)一定的情況下，要提高CPU的運行速度只能通過提高CPU的外頻來實現(xiàn)。如果在外頻一定的情況下，提高倍頻系數(shù)也可以，但是對于鎖頻的CPU，卻不能提高倍頻系數(shù)。所謂“超頻”就是通過提高外頻或倍頻系數(shù)來提高CPU實際運行頻率。4

34、42前端總線速度（FSB） 前端總線速度是指數(shù)據(jù)傳輸速度。由于目前的各種主板上前端總線頻率與內(nèi)存總線頻率相同，所以也是CPU與內(nèi)存之間交換數(shù)據(jù)的工作頻率。3高速緩存（Cache） 高速緩存是一種速度比主存更快的存儲器，其功能是減少CPU因等待低速主存所導(dǎo)致的延遲而達到改進系統(tǒng)的性能。Cache在CPU和主存之間起緩沖作用，高速的Cache可以減少CPU等待數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間。CPU需要訪問內(nèi)存數(shù)據(jù)時，首先訪問速度很快的Cache，當(dāng)Cache中有CPU所需的數(shù)據(jù)時，CPU將不用等待直接從Cache中讀取。因此，Cache技術(shù)直接關(guān)系到CPU的整體性能。當(dāng)然Cache并不是越大越好，當(dāng)CPUCach

35、e的大小到達一定水平后，如果不及時更新Cache算法，CPU性能將沒有本質(zhì)上的提高。45 高速緩存一般分為一級高速緩存L1 Cache和二級高速緩存 L2 Cache。L1Cache內(nèi)置于CPU且與CPU同步工作，CPU在工作時首先調(diào)用其中的數(shù)據(jù)。L2 Cache指CPU外部的高速緩存。L1Cache緩存的級別高于L2 Cache，CPU在讀取數(shù)據(jù)時，如果要調(diào)用的數(shù)據(jù)不在L1Cache內(nèi)，則到L2 Cache中調(diào)用。4流水線技術(shù)和超標(biāo)量 流水線(pipeline)是 Intel首次在486芯片中開始使用的。流水線的工作方式如同工業(yè)生產(chǎn)上的裝配流水線。在CPU中由56個不同功能的電路單元組成一條

36、指令處理流水線，然后將一條X86指令分成56步后再由這些電路單元分別執(zhí)行，這樣就能實現(xiàn)在一個CPU時鐘周期完成一條指令，因此提高了CPU的運算速度。超流水線是指某些CPU內(nèi)部的流水線超過通常的56步以上。將流水線設(shè)計的步(級)數(shù)越多，完成一條指令的速度越快，才能適應(yīng)工作主頻更高的CPU。超標(biāo)量是指在一個時鐘周期內(nèi)CPU可以執(zhí)行一條以上的指令。465亂序執(zhí)行和分枝預(yù)測 亂序執(zhí)行是指CPU采用了允許將多條指令不按程序規(guī)定的順序分開發(fā)送給各相應(yīng)電路單元處理的技術(shù)。 分支是指程序運行時需要改變的節(jié)點。分枝有無條件分支和有條件分支，其中無條件分支只需要CPU按指令順序執(zhí)行，而條件分支則必須根據(jù)處理結(jié)果再

37、決定程序運行方向是否改變，因此需要“分支預(yù)測”技術(shù)處理的是條件分支。 6工作電壓 工作電壓指的是CPU正常工作所需的電壓，與制作工藝及集成的晶體管數(shù)相關(guān)。正常工作的電壓越低，功耗越低，發(fā)熱越少。CPU的發(fā)展方向，也是在保證性能的基礎(chǔ)上，不斷降低正常工作所需要的電壓。例如：Intel最新出品的Coppermine采用1.6V的工作電壓，Athlon XP 需要1.4V。 477內(nèi)協(xié)處理器 含有內(nèi)置協(xié)處理器的CPU，可以加快特定類型的數(shù)值計算，某些需要進行復(fù)雜計算的軟件系統(tǒng)，如高版本的AUTO CAD就需要協(xié)處理器支持。8制造工藝 制造工藝雖然不會直接影響CPU的性能，但它影響到CPU的集成度和工

38、作頻率。制造工藝越精細，CPU可以達到的頻率越高，集成的晶體管就可以更多。第一代奔騰 CPU的制造工藝是0.35微米，而目前Intel和AMD CPU的制造工藝達到65納米。489封裝方式 作為計算機的重要組成部分，CPU的性能直接影響計算機的整體性能。而CPU制造工藝最關(guān)鍵一步就是CPU的封裝技術(shù)，采用不同封裝技術(shù)的CPU，在性能上存在較大差距。只有高品質(zhì)的封裝技術(shù)才能生產(chǎn)出完美的CPU產(chǎn)品。CPU封裝是CPU生產(chǎn)過程中的最后一道工序，封裝是采用特定的材料將CPU芯片或CPU模塊固化在其中以以防止空氣中的雜質(zhì)對芯片電路的腐蝕而造成電氣性能下降保護措施。由于封裝技術(shù)的好壞還直接影響到芯片自身性

39、能的發(fā)揮和與之連接的PCB（印制電路板）的設(shè)計和制造，因此它是至關(guān)重要的。 目前CPU封裝多是用絕緣的塑料或陶瓷材料，起著密封和提高芯片電熱性能的作用。由于現(xiàn)在處理器芯片的內(nèi)頻越來越高，功能越來越強，引腳數(shù)越來越多，封裝的外形也不斷在改變。49一般CPU的封裝方式取決于CPU安裝形式和器件集成設(shè)計。封裝時主要考慮：（1）芯片面積與封裝面積之比為提高封裝效率，盡量接近1：1；（2）引腳要盡量短以減少延遲；（3）引腳間的距離盡量遠，以保證互不干擾，提高性能；（4）基于散熱的要求，封裝越薄越好。50CPU芯片的主要封裝技術(shù)有：（1）DIP（雙列直插式）封裝（2）QFP（方形扁平式）封裝 （3）PFP

40、（塑料扁平組件式）封裝 （4） PGA（插針網(wǎng)格陣列）封裝（5） BGA（球珊陣列）封裝（6）LGA（觸點陣列）封裝51(1) DIP（Dual In-line Package）封裝 DIP封裝即雙列直插式封裝技術(shù)，是指采用雙列直插形式封裝的集成電路芯片，絕大多數(shù)中小規(guī)模集成電路均采用這種封裝形式，其引腳數(shù)一般不超過100。DIP封裝的CPU芯片有兩排引腳，需要插入到具有DIP結(jié)構(gòu)芯片的插座上，也可以直接插在有相同焊孔數(shù)和幾何排列的電路板上進行焊接。DIP封裝的芯片在從芯片插座上插拔時應(yīng)特別小心，以免損壞管腳。DIP封裝具有以下特點： A.適合在PCB(印刷電路板)上穿孔焊接，操作方便。 B.

41、芯片面積與封裝面積之間的比值較大，故體積也較大。最早的4004、8008、8086、8088等CPU都采用了DIP封裝，通過其上的兩排引腳可插到主板上的插槽或焊接在主板上。52(2) QFP（Plastic Quad Flat Pockage）封裝 即方型扁平式封裝技術(shù)，如圖3.10所示。采用QFP技術(shù)的CPU芯片引腳之間距離小，管腳細，一般用于大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路的封裝，其引腳數(shù)一般都在100以上。該技術(shù)操作方便，可靠性高；而且其封裝外形尺寸較小。53(3) PFP（Plastic Flat Package）封裝 即塑料扁平組件式封裝。用FTP封裝的芯片必須與主板焊接起來。只有用專用工具

42、才能拆卸下來。該技術(shù)與上面的QFP技術(shù)基本相似，只是外觀的封裝形狀不同而已。(4) PGA（Ceramic Pin Grid Arrau Package）封裝 即插針網(wǎng)格陣列封裝技術(shù)。由PGA技術(shù)封裝的芯片內(nèi)外有多個方陣形的插針，每個方陣形插針沿芯片的四周間隔一定距離排列，根據(jù)管腳數(shù)目的多少，可以圍成25圈。安裝時，將芯片插入專門的PGA插座。早先的80486和Pentium、Pentium Pro等CPU均均采用PGA封裝形式。5455(5) BGA（Ball Grid Array Package）封裝 BGA即球柵陣列封裝技術(shù)。BGA的出現(xiàn)便成為CPU、主板南、北橋芯片等高密度、高性能、多

43、引腳封裝的最佳選擇。缺點是占用基板的面積比較大。BGA封裝具有以下特點：I/O引腳數(shù)雖然增多，但引腳之間的距離遠大于QFP封裝方式，提高了成品率； 雖然BGA的功耗增加，但由于采用的是可控塌陷芯片法焊接，從而可以改善電熱性能；信號傳輸延遲小，適應(yīng)頻率大大提高；組裝可用共面焊接，可靠性大大提高。56(6) LGA（Land Grid Array）封裝 即觸點陳列封裝。在底面制作有陣列狀態(tài)金屬電極觸點，用觸點式封裝取代了以往的針狀插腳。LGA 與QFP 相比，能夠以比較小的封裝容納更多的輸入輸出引腳。另外由于引線的阻抗小，適用于高速邏輯電路。但插座制作復(fù)雜，成本高。573.4 CPU散熱（1）水冷

44、式：比較危險，一旦設(shè)備漏水，后果不堪設(shè)想；（2）半導(dǎo)體制冷：功率大，如果使用不當(dāng)，會適得其反，而且冷、熱溫差形成的凝露，會造成設(shè)備短路；（3）液態(tài)氮制冷適發(fā)燒友的專利，成本最高，效果最好，我國市場無成品。（4）風(fēng)冷式：制造成本低，安裝簡單和安全性高，風(fēng)冷散熱設(shè)備依然是現(xiàn)今和以后的主流。58 CPU工作產(chǎn)生熱量，熱量由CPU源源不斷的散發(fā)出來，由于散熱片接觸到CPU表面，熱量由CPU傳到散熱片上，再由散熱風(fēng)扇轉(zhuǎn)動所產(chǎn)生的氣流將熱帶走，如此循環(huán)，形成整個散熱的過程。為保證良好的散熱效果，還要用扣具將它們組裝起來。3.4.1 CPU風(fēng)扇的組成（1）散熱片：散熱片的熱是經(jīng)由流動的冷空氣帶走，跟空氣接觸的面積越多，散熱的速率就越快。 59（2）散熱風(fēng)扇：送風(fēng)的部分；其扇葉的數(shù)量、形狀和傾斜程度都影響著散熱效果 。（3）扣具：扣具設(shè)計是隨CPU而定，不同的CPU要選用對應(yīng)的扣具。603.4.2 CPU風(fēng)扇的性能參數(shù)1. 風(fēng)扇的功率2. 風(fēng)扇轉(zhuǎn)速3. 風(fēng)扇口徑4. 熱片材質(zhì)5. 散熱片形狀611. 風(fēng)扇的功率 風(fēng)扇的功率是影響風(fēng)扇散熱效果的一個很重要的指標(biāo)。一般情下功率越大，風(fēng)扇的風(fēng)力越強勁，散熱效果也越好。2. 風(fēng)扇轉(zhuǎn)速 風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速與功率密不可分，轉(zhuǎn)速的大小直接影響到風(fēng)扇功率的大小。通常在一定范圍內(nèi)，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速越高，它向CPU輸送的風(fēng)量就越大，CPU獲得的