《計(jì)算機(jī)組裝與維修（第3版）》第二章CPU與CPU散熱器

第二章CPU與CPU散熱器知識(shí)要點(diǎn)◆CPU的主要性能指標(biāo)?！糁髁鰿PU與CPU散熱器的介紹?！鬋PU的發(fā)展歷程。內(nèi)容摘要

本章將重點(diǎn)討論計(jì)算機(jī)CPU的頻率、總線頻率、制造工藝、工作電壓、接口類型等性能指標(biāo)，以及當(dāng)前主流CPU的選購(gòu)原則；最后通過表格形式介紹微處理器的發(fā)展歷程。

注意：受篇幅影響本章內(nèi)容主要圍繞Intel公司的產(chǎn)品進(jìn)行講解。2.1什么是CPUCPU是中央處理器（CentralProcessingUnit）的英文縮寫，計(jì)算機(jī)的CPU又稱為微處理器。它由運(yùn)算器和控制器組成，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心，相當(dāng)于人的大腦，因此它在一定程度上決定著計(jì)算機(jī)的性能。CPU的組成：①CPU的基板，承載CPU內(nèi)核所用的電路板，負(fù)責(zé)內(nèi)核芯片和外界的一切通信，起固定CPU的作用。②CPU內(nèi)核，由單晶硅做成的薄芯片，其內(nèi)密布千萬甚至上億個(gè)晶體管，其相互配合完成各種復(fù)雜的運(yùn)算和操作。③CPU內(nèi)核與基板之間的填充物，用來緩解來自散熱器、固定芯片和電路基板的壓力。④CPU表面的金屬蓋，可以避免CPU的核心受到外力損害，增加核心的表面積，起到保護(hù)和散熱作用。2.2CPU的性能指標(biāo)2.2.1CPU核心數(shù)

核心（Die）又稱為內(nèi)核，是CPU最重要的組成部分。CPU所有的計(jì)算、接收存儲(chǔ)命令、處理數(shù)據(jù)都由核心執(zhí)行。各種CPU核心都具有固定的邏輯結(jié)構(gòu)，一級(jí)緩存、二級(jí)緩存、三級(jí)緩存、執(zhí)行單元、指令級(jí)單元和總線接口等邏輯單元都有科學(xué)的布局。目前PC的CPU核心數(shù)最多為8核心，如Intel酷睿i75960X和AMDFX-8350。2.2.2CPU的頻率

CPU的頻率是反映計(jì)算機(jī)性能的重要指標(biāo)之一，主要包括主頻、外頻、倍頻系數(shù)。2.2CPU的性能指標(biāo)2.2.2CPU的頻率（1）主頻

主頻是指CPU核心的工作頻率，單位是MHz或GHz。在核心架構(gòu)相同的前提下，主頻越高CPU的運(yùn)算速度就越快。（2）外頻

外頻是CPU乃至整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基準(zhǔn)頻率，單位是MHz。（3）倍頻系數(shù)

倍頻技術(shù)就是使外部設(shè)備可以工作在一個(gè)較低頻率上，而CPU主頻是外頻的倍數(shù)，也就是CPU的主頻＝外頻×倍頻系數(shù)。2.2CPU的性能指標(biāo)

2.2.3CPU的工作電壓CPU的工作電壓即CPU正常工作所需的電壓。從8086到現(xiàn)在的i7處理器，CPU的工作電壓有著明顯的下降趨勢(shì)，較低的工作電壓主要有3個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

①低功耗。系統(tǒng)的運(yùn)行成本相應(yīng)降低。

②發(fā)熱量低。較低的運(yùn)行溫度可使系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定。

③為提高主頻創(chuàng)造條件。低功耗、低發(fā)熱量是進(jìn)一步提高CPU主頻的重要前提之一。2.2CPU的性能指標(biāo)2.2.4制造工藝

目前主流的CPU制程已經(jīng)達(dá)到了32nm、22nm和14nm。制造工藝的提高能帶來以下好處：①

可降低CPU的工作電流、電壓，從而降低功率。②

可在單位面積晶圓上集成更多的晶體管，使處理器實(shí)現(xiàn)更多的功能和更高的性能。③

可降低發(fā)熱量，提高穩(wěn)定性。④使處理器的核心面積進(jìn)一步減小，降低CPU的產(chǎn)品成本，從而降低CPU的銷售價(jià)格。2.2CPU的性能指標(biāo)2.2.5緩存1.CPU緩存（CacheMemory）是位于CPU與內(nèi)存之間的臨時(shí)存儲(chǔ)器，它的容量很小但速度比內(nèi)存快（與CPU同步）。2.緩存的工作原理。

3.緩存命中與CPU讀取順序。4.緩存分類：一級(jí)緩存、二級(jí)緩存、三級(jí)緩存。2.2CPU的性能指標(biāo)2.2.6前端總線

總線是將數(shù)據(jù)和指令從一個(gè)或多個(gè)源部件傳送到一個(gè)或多個(gè)目的部件的一組傳輸線。

描述總線的參數(shù)有總線頻率和總線位寬（位數(shù)），總線的速度（也稱帶寬）與它們成正比。前端總線是將CPU連接到北橋芯片的總線。2.2CPU的性能指標(biāo)2.2.7QPI總線與DMI總線1．QPI總線QPI（QuickPathInterconnect，快速通道互連）的官方名字叫做CSI（CommonSystemInterface，公共系統(tǒng)界面），用來實(shí)現(xiàn)芯片之間直接互連，而不是再通過FSB連接到北橋芯片。QPI總線優(yōu)點(diǎn)：①

QPI使通信更加方便。②

高帶寬。③

多核間互傳數(shù)據(jù)不用經(jīng)過芯片組。2.2CPU的性能指標(biāo)2.2.7QPI總線與DMI總線2．DMI總線

北橋芯片完全集成到了CPU內(nèi)部并采用QPI總線實(shí)現(xiàn)相互訪問，剩下的南橋芯片和CPU之間的數(shù)據(jù)通道就被稱為DMI（DirectMediaInterface，直接媒體接口）總線。兩個(gè)總線的傳輸任務(wù)分工明確：QPI負(fù)責(zé)CPU內(nèi)部，DMI負(fù)責(zé)CPU與外部的數(shù)據(jù)交換。2.2CPU的性能指標(biāo)2.2.8CPU接口類型1．雙列直插式2．插卡式3．插座式4．觸點(diǎn)式2.2CPU的性能指標(biāo)2.2.9CPU的多媒體指令集CPU依靠指令來計(jì)算和控制系統(tǒng)，每款CPU在設(shè)計(jì)時(shí)就規(guī)定了一系列與其硬件電路相配合的指令系統(tǒng)。指令的強(qiáng)弱也是CPU的重要指標(biāo)，指令集是提高微處理器效率最有效的工具之一。2.2.10超線程技術(shù)

超線程技術(shù)，在一顆CPU同時(shí)執(zhí)行多個(gè)程序而共同分享一顆CPU內(nèi)的資源，理論上要像兩顆CPU一樣在同一時(shí)間執(zhí)行兩個(gè)線程。就是利用特殊的硬件指令，把兩個(gè)邏輯內(nèi)核模擬成兩個(gè)物理芯片，讓單個(gè)處理器都能使用線程級(jí)并行計(jì)算，進(jìn)而兼容多線程操作系統(tǒng)和軟件，減少了CPU的閑置時(shí)間，提高了CPU的運(yùn)行效率。2.2CPU的性能指標(biāo)2.2.11睿頻

睿頻是指當(dāng)處理器應(yīng)對(duì)復(fù)雜應(yīng)用時(shí)會(huì)自動(dòng)加速到更高的頻率，而原來的運(yùn)行速度會(huì)提升10%～20%以保證程序流暢運(yùn)行的一種技術(shù)。2.2.12集成顯卡

集成顯卡是指主板北橋芯片內(nèi)置了顯卡芯片，該顯示芯片通過共享主內(nèi)存的方式完成工作。由于集成顯卡的顯存部分是共享主內(nèi)存，集顯的總體表現(xiàn)不能滿足3D應(yīng)用和圖形圖像處理方面的需求，但成本降低，給中低端用戶節(jié)省了花銷。2.3主流CPU產(chǎn)品與散熱器2.3.1CPU的品牌

以486為主的年代里曾經(jīng)有Intel、AMD、Cyrix、IBM、IDT、VIA等，目前剩下的只有Intel和AMD。2.3.2主流CPU產(chǎn)品

1．Intel公司的CPU（1）酷睿i9（骨灰級(jí)玩家之選）。每核心1MB二級(jí)緩存、全系支持4通道DDR4，14nm工藝制造、LGA2066接口，需搭載X299主板。2.3主流CPU產(chǎn)品與散熱器（2）酷睿i7（高端用戶之選）全新6核12線程的8代i7處理器。2.3主流CPU產(chǎn)品與散熱器（3）全新8代酷睿i5（主流用戶的鐘愛）2.3主流CPU產(chǎn)品與散熱器（4）8代i3（面向入門級(jí)用戶）2.3主流CPU產(chǎn)品與散熱器（5）奔騰（Pentium）與賽揚(yáng)（Celeron）2.3主流CPU產(chǎn)品與散熱器2.3.2主流CPU產(chǎn)品

2．AMD的CPU（1）線程撕裂者（發(fā)燒友之選），銳龍ThreadRipper（線程撕裂者）處理器基于“Zen”架構(gòu)，具備多達(dá)16核心32線程，專為高端桌面市場(chǎng)而設(shè)計(jì)。2.3主流CPU產(chǎn)品與散熱器2018年6月，AMD推出了第二代RyzenThreadRipper處理器、內(nèi)核也進(jìn)化到12nm的Zen+架構(gòu)。新老兩代線程撕裂者參數(shù)見表2-6。2.3主流CPU產(chǎn)品與散熱器（2）AMDRyzen7（高端用戶的選擇），以8核16線程的強(qiáng)勁性能力壓Intel的6核12線程的i7處理器成為高性能用戶群體的新寵。2.3主流CPU產(chǎn)品與散熱器（3）AMDRyzen5（主流用戶的福音）

作為主流級(jí)的產(chǎn)品，為覆蓋更多的用戶群體，AMD的銳龍5系列推出了一系列產(chǎn)品，它們?cè)诩夹g(shù)參數(shù)方面的差異較大，可滿足各類不同用戶的實(shí)際需求。2.3主流CPU產(chǎn)品與散熱器（4）AMDRyzen3（入門級(jí)用戶之選）

Ryzen3也分有集顯和沒有集顯兩種規(guī)格。四核心、8MB緩存的規(guī)格可以輕松應(yīng)對(duì)所有常規(guī)應(yīng)用的同時(shí)，在入門級(jí)網(wǎng)游和3D游戲方面也是有著不俗的表現(xiàn)。2.3主流CPU產(chǎn)品與散熱器3．選購(gòu)CPU的原則①購(gòu)買時(shí)不能追求最新。②在同系列的產(chǎn)品中不要購(gòu)買高頻的產(chǎn)品。③考慮其他配件的規(guī)格檔次和相互的兼容性等因素。④根據(jù)個(gè)人使用計(jì)算機(jī)用途的不同來決定選擇Intel平臺(tái)還是AMD平臺(tái)的系統(tǒng)。2.3主流CPU產(chǎn)品與散熱器2.3.3CPU散熱器1．散熱器的選購(gòu)原則

①推薦選用銅鋁結(jié)合型的散熱器。

②

散熱器除儲(chǔ)熱層以外的魚鰭狀部分表面積越大越好。2.3主流CPU產(chǎn)品與散熱器2．風(fēng)扇的選購(gòu)原則①風(fēng)扇轉(zhuǎn)速越高風(fēng)壓越大，空氣流通性越好，但是噪聲也會(huì)越大。②風(fēng)扇直徑越大風(fēng)量越大，散熱效果也越好，但是風(fēng)扇太大安裝時(shí)可能會(huì)影響其他配件的安裝，所以要先看好尺寸是否合適。3．其他散熱方式

除了上面介紹的風(fēng)冷散熱方式，還有水冷和熱管散熱等方式。2.4硬件助手2.4.1CPU-ZCPU-Z是一款檢測(cè)CPU的一軟件，可以查看CPU名稱、廠商、內(nèi)核進(jìn)程、內(nèi)部和外部時(shí)鐘、局部時(shí)鐘監(jiān)測(cè)等參數(shù)，還能檢測(cè)主板和內(nèi)存的相關(guān)信息，其中就有內(nèi)存雙通道檢測(cè)功能。2.4硬件助手2.4.2SuperπSuperπ是由日本東京大學(xué)金田研究室開發(fā)的一款用來計(jì)算圓周率的軟