第2章中央處理器講解材料

第2章中央處理器

本章要點(diǎn)

CPU的分類、結(jié)構(gòu)、工作原理和主要參數(shù)

常見CPU的型號(hào)及選購

CPU散熱器

CPU（CentralProcessingUnit，中央處理器）是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心，由運(yùn)算器和控制器組成。因?yàn)镃PU是決定一臺(tái)微機(jī)性能的核心部件，人們常以它來判定微機(jī)的檔次，例如，裝有AthlonXPCPU的微機(jī)，裝有Pentium4CPU的微機(jī)。2.1CPU的分類、結(jié)構(gòu)和主要參數(shù)2.1.1CPU的分類

CPU有多種分類方法。按CPU的生產(chǎn)廠家分

按CPU的生產(chǎn)廠家分，CPU可分為：IntelCPU、AMDCPU等。4.按CPU的內(nèi)核分

同一檔次的CPU，按其制造內(nèi)核技術(shù)的不同，又分為多種類型或版本。不同的內(nèi)核采用不同的制造技術(shù)，將直接影響到CPU的性能。

例如，Pentium4有Willamette、Northwood、NorthwoodHT、Prescott等內(nèi)核。Willamette內(nèi)核采用0.18

m（微米）制造工藝，Northwood內(nèi)核采用0.13

m制造工藝，Prescott內(nèi)核采用0.09

m制造工藝。AthlonXP有Palomino、Thoroughbred-A/B、Thorton、Barton等內(nèi)核，Palomino內(nèi)核采用0.18

m制造工藝，Thoroughbred內(nèi)核采用0.13

m制造工藝，Thorton、Barton內(nèi)核采用第三代0.13

m制造工藝。

2.1.2CPU的外部結(jié)構(gòu)

從外部看CPU的結(jié)構(gòu)，主要由兩個(gè)部分組：一個(gè)是內(nèi)核，另一個(gè)是基板。下面分別以AthlonXP（如圖2-1所示）和Pentium4（如圖2-2所示）為例，介紹其外部結(jié)構(gòu)。圖2-2Pentium4的外觀圖2-1AthlonXP的外觀

1.CPU的內(nèi)核

2.CPU的基板

3.CPU的編碼

4.CPU的接口

(1)Socket370插座

Intel公司的Socket370插座支持CeleronⅡ、PentiumⅢ、CyrixⅢ和VIAC3。Socket370插座如圖2-3所示。

圖2-3Socket370插座

(2)SocketA插座

AMD公司的SocketA（Socket462）插座是為SocketA架構(gòu)的Athlon處理器而設(shè)計(jì)的接口標(biāo)準(zhǔn)。AMD公司的Athlon、Duron和AthlonXP處理器都采用相同的SocketA接口。SocketA插座如圖2-4所示。圖2-4SocketA插座

(3)Socket478插座

Intel公司的Socket478插座支持采用mPGA478的Pentium4CPU，如圖2-5所示。

圖2-5Socket478插座

(4)Socket939插座

AMD公司的Athlon64和Athlon64FXCPU分別使用Socket754和Socket940插座，以后都將過渡到Socket939插座。Socket939插座的外觀，如圖2-6所示。圖2-6Socket939插座

(5)SocketT（LGA775）插座

Intel公司的PrescottCPU使用SocketT（LGA775）插座，LGA775插座如圖2-7所示。圖2-7SocketT（LGA775）插座2.1.3CPU的主要參數(shù)

1.主頻

2.外頻

3.倍頻

4.前端總線（FrontSideBus，F(xiàn)SB）

5.高速緩存（Cache）

6.內(nèi)核（Core）電壓和I/O工作電壓7.制造工藝

8.字長

9.x86指令集

10.流水線與超流水線

11.CPU擴(kuò)展指令集

2.2常見CPU的型號(hào)及選購2.2.1AMD系列CPU1.AthlonXP2500+

AthlonXP2500+采用Barton內(nèi)核，0.13

m制造工藝，主頻1.83GHz，外頻166MHz，11倍頻，前端總線頻率（FSB）333MHz，L1(Data64KB+Code64KB)（指令和數(shù)據(jù)緩存各為64KB)+L2512KBCache，電壓1.65V，SocketA架構(gòu)，如圖2-11所示。AthlonXP系列屬于中端處理器。這款Barton2500+是最受超頻用戶歡迎的CPU之一，它配合nVIDIAnForce2Ultra400或者VIAKT600主板，DDR400內(nèi)存，幾乎都能輕松超至200MHz外頻，等效于AthlonXP3200+。圖2-11AthlonXP2500+2.AthlonXP3200+

AthlonXP3200+采用Barton內(nèi)核，0.13

m制造工藝，主頻2.2GHz，外頻200MHz，11倍頻，前端總線頻率400MHz，L1(Data64KB+Code64KB)+L2512KBCache，電壓1.65V，SocketA架構(gòu)，外觀與AthlonXP2500+相同。AthlonXP3200+屬于高端處理器。3.Athlon643000+

Athlon644000+采用Winchester內(nèi)核，0.09

m制造工藝，主頻2.4GHz，1GHzHyper-Transport總線，L1(Data64KB+Code64KB)+L2512KBache，電壓1.5V，Socket939架構(gòu)，如圖2-12所示。這款處理器集成了雙通道內(nèi)存控制器，屬于高端處理器。圖2-12Athlon643000+4.Athlon644000+

Athlon644000+采用ClawHammer內(nèi)核，0.13

m（以后將采用0.09

m）制造工藝，主頻2.4GHz，1GHzHyper-Transport總線，L1(Data64KBCode64KB)+L21MBCache，電壓1.5V，Socket939架構(gòu)，內(nèi)存控制器支持雙通道PC1600，PC2100，PC2700和PC3200DDRSDRAM，如圖2-13所示。

雖然Athlon644000+的主頻僅達(dá)2.4GHz，但相當(dāng)于Pentium44GHz的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。Athlon64系列屬于高端處理器。

圖2-13Athlon644000+5.Athlon64FX-55

Athlon64FX-55采用ClawHammer內(nèi)核，0.13

m（以后將采用0.09

m）制造工藝，PR值4000+，主頻2.6GHz，1GHzHyper-Transport總線，Athlon64FX系列屬于頂級(jí)處理器，主要是為游戲玩家及發(fā)燒友們所定制的產(chǎn)品。

L1(Data64KB+Code64KB)+L21MBCache，電壓1.5V，Socket939架構(gòu)，內(nèi)存控制器支持雙通道PC1600、PC2100、PC2700、PC3200DDRSDRAM，如圖2-14所示。圖2-14Athlon64FX-556.Sempron2800+

Sempron（閃龍）處理器是AMD用來取代Duron處理器的。Sempron2800+以下將基于SocketA架構(gòu)，如圖2-15所示。3100+以上則采用Socket754架構(gòu)，如圖2-16所示。將來有可能都使用Socket939架構(gòu)。圖2-15Sempron2800+圖2-16Sempron3100+Sempron2800+采用Thoroughbred-B內(nèi)核，0.13

m制造工藝，主頻2GHz，外頻166MHz，12倍頻，前端總線頻率333MHz，L1(Data64KB+Code64KB)+L2256KBCache，電壓1.65V，SocketA架構(gòu)。Sempron系列屬于低端處理器。

Sempron主要競爭對(duì)手是CeleronD，Sempron的優(yōu)勢包括Cache（CeleronDL1+L2Cache僅有256KB，而Sempron總共有384KB）、功能消耗（CeleronD高達(dá)73W，而Sempron才62W）、價(jià)格等方面。

2.2.2Intel系列CPU1.Pentium42.0A

Pentium42.0A采用Northwood內(nèi)核，0.13

m制造工藝，主頻2GHz，外頻100MHz，20倍頻，400MHz前端總線頻率，512KBL2Cache，電壓1.525V，Socket478架構(gòu)，如圖2-17所示。Pentium42.0A屬于低端處理器。圖2-17Pentium42.0A2.Pentium42.8B

Pentium42.8B采用Northwood內(nèi)核，0.13

m制造工藝，主頻2.8GHz，外頻133MHz，21倍頻，533MHz前端總線頻率，512KBL2Cache，電壓1.525V，Socket478架構(gòu)。Pentium42.8B屬于中端處理器。3.Pentium42.6C

Pentium42.6C采用Northwood內(nèi)核，0.13

m制造工藝，主頻2.6GHz，外頻200MHz，13倍頻，800MHz前端總線頻率，512KBL2Cache，電壓1.5V，Socket478架構(gòu)。Pentium42.6C屬于中高端處理器。4.Pentium43.4E

Pentium43.4E采用Prescott內(nèi)核，0.09

m制造工藝，主頻3.4GHz，外頻200MHz，17倍頻，800MHz前端總線頻率，1024KBL2Cache，電壓1.385V，Socket478架構(gòu)，如圖2-18所示，外觀上與NorthwoodPentium4相同。Pentium43.4E屬于高端處理器。圖2-18Pentium43.4E5.Pentium4560

Pentium4560又稱Pentium43.6E，采用Prescott內(nèi)核，0.09

m制造工藝，主頻3.6GHz，外頻200MHz，18倍頻，800MHz前端總線頻率，1MBL2Cache，電壓1.385V，有Socket478和LGA775兩種架構(gòu)。LGA775架構(gòu)的Pentium4560外觀，如圖2-19所示。LGA775Pentium4560屬于Intel的頂端處理器。

圖2-19LGA775Pentium43.6E6.CeleronD335

Celeron（賽揚(yáng)）D335采用Prescott內(nèi)核，0.09

m制造工藝，主頻2.8GHz，外頻133MHz，21倍頻，533MHz前端總線頻率，256KBL2Cache，電壓1.385V，Socket478架構(gòu)，如圖2-20所示。CeleronD屬于低端處理器。

圖2-20CeleronD7.LGA775Pentium43.46EE

Pentium43.46EE采用Gallatin內(nèi)核，0.13

m制造工藝，主頻3.46GHz，外頻266MHz，13倍頻，1066MHz前端總線頻率，512KBL2Cache，2048KBL3Cache，電壓1.52V，LGA775架構(gòu)，如圖2-21所示。屬于Intel的頂端處理器產(chǎn)品。圖2-21Pentium43.46EE8.CeleronD335J

CeleronD335J為J系列處理器，采用Intel最新的0.09

m制造工藝的E0SteppingPrescott內(nèi)核，加入了Intel‘sExecuteDisableBit及ThermalMonitor2功能，主頻2.8GHz，外頻133MHz，533MHzFSB，256KBL2Cache，電壓1.4V，功耗為84W，LGA775接口。2.2.3CPU的選購

CPU的購買群體一般可以分為下面三種：

第一種，硬件發(fā)燒友（追求高性能者）。

第二種，普通家庭和辦公用戶（追求性能價(jià)格比最優(yōu)者）。

第三種，大中學(xué)生或初學(xué)者（追求低價(jià)格者）。2.3CPU散熱器

2.3.1CPU散熱器的分類

隨著CPU的頻率不斷提高，CPU的發(fā)熱量也在不斷上升，CPU的散熱問題變得越來越重要。CPU散熱器根據(jù)散熱原理可分為：風(fēng)冷式、熱管散熱式、水冷式、半導(dǎo)體制冷和液態(tài)氮制冷等幾種，但常用的散熱器仍然是風(fēng)冷式。幾種常見的風(fēng)冷式散熱器外觀如圖2-22所示。

圖2-22常見的風(fēng)冷式散熱器2.3.2風(fēng)冷散熱器的外部結(jié)構(gòu)和工作原理

風(fēng)冷散熱器主要由散熱片、風(fēng)扇和扣具構(gòu)成，如圖2-23所示。其中風(fēng)扇電源插頭大多是兩芯的，一紅一黑，紅色是+12V，黑色為地線。有些是3芯，是在原來兩線基礎(chǔ)上加入了一跟藍(lán)線（或白線），主要用于偵測風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。圖2-23風(fēng)冷散熱器的結(jié)構(gòu)2.3.3CPU散熱器的主要參數(shù)

1.散熱片

(1)散熱片的材料

散熱片的材料主要為銅、鋁兩種及銅鋁結(jié)合，如圖2-24所示。圖2-24散熱片

(2)散熱片設(shè)計(jì)和工藝

散熱片多采用擠壓技術(shù)、切割技術(shù)、折葉技術(shù)和鍛造技術(shù)，以提升散熱片的散熱效果，如圖2-25所示。圖2-25采用不同工藝生產(chǎn)的鋁質(zhì)散熱片2.風(fēng)扇

風(fēng)扇對(duì)整個(gè)散熱效果起到了決定性的作用，它的質(zhì)量好壞往往決定了散熱器效果和使用壽命，如圖2-26所示。圖2-26風(fēng)扇

(1)風(fēng)扇口徑

(2)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速

(3)風(fēng)扇排風(fēng)量

(4)風(fēng)扇的噪聲

(5)風(fēng)扇軸承

風(fēng)扇的軸承是散熱器的關(guān)鍵部件。CPU散熱器根據(jù)風(fēng)扇軸承的不同可分為：油封軸承（又稱：含油軸承，Sleeve）、單滾珠軸承（1Ball+1Sleeve）、雙滾珠軸承（2BallBearing）、液壓軸承（Hydraulic）、磁懸浮軸承（MagneticBearing）、汽化軸承（VAPOBearing）、流體保護(hù)系統(tǒng)軸承(HyproWaveBearing)、來福軸承（Rifle）、磁芯軸承和納米陶瓷軸承（NANOCeramicBearing）。采用油封軸承、單滾珠軸承、雙滾珠軸承和磁懸浮液壓軸承風(fēng)扇的標(biāo)簽，如圖2-27所示。圖2-27采用油封軸承、單滾珠軸承、雙滾珠軸承和磁懸浮液壓軸承風(fēng)扇的標(biāo)簽3.扣具

扣具是固定散熱器與CPU接口的工具，它的好壞直接影響到安裝的難易、散熱的效果?？劬咴O(shè)計(jì)是隨CPU類型而定的，如圖2-28所示。圖2-28常見扣具4.適用范圍

由于CPU的架構(gòu)有：Socket370、Socket478、SocketA、Socket939、LGA775等，所以散熱器也有適應(yīng)不同CPU架構(gòu)的不同類型。2.4實(shí)訓(xùn)2.4.1實(shí)訓(xùn)1——SocketA/Socket370架構(gòu)CPU的安裝Socket插座稱為ZIF（ZeroInsertForce，零插拔力）插座。ZIP是方形、多針孔的插座，插座上有一根拉桿，在安裝和更換CPU時(shí)只要將拉桿向上拉出，就可以輕易地插進(jìn)或取出CPU芯片。下面以安裝SocketA接口的CPU為例，介紹CPU的安裝方法。其他接口的CPU安裝方法，幾乎相同。安裝CPU的步驟是非常簡單的，安裝步驟如下：①將CPU插槽的拉桿輕輕的翹起來，把CPU有斜角的方向?qū)?zhǔn)插槽相應(yīng)的位置，插入插槽，如圖2-29所示。

②將CPU插槽的拉桿放平，固定好，如圖2-30所示。圖2-29抬起拉桿圖2-30放入CPU，固定拉桿

③在CPU的核心上涂上散熱硅膠，不需要太多，涂上一層就可以了（有些散熱片上帶有散熱硅膠，則不用另外涂了）。

④把散熱器與CPU的核心接觸在一起，先把一邊的扣子扣在CPU插槽的突出的位置上，再扣上另一邊，如圖2-31所示。圖2-31安裝扣具

⑤最后，把CPU風(fēng)扇的電源插頭插在主板的風(fēng)扇插座上，CPU和風(fēng)扇的安裝完成的效果，如圖2-32所示。圖2-32安裝風(fēng)扇的電源插頭

拆CPU時(shí)，與安裝CPU相反。先取下散熱器與CPU插座一邊的扣子，把散熱風(fēng)扇取下。然后，把CPU插槽的拉桿翹起來，就可以取出CPU了。2.4.2實(shí)訓(xùn)2——Socket478架構(gòu)CPU的安裝

Socket478架構(gòu)的Pentium4系統(tǒng)的安裝有些不同。Intel指定的主板制造商應(yīng)該提供一個(gè)塑料導(dǎo)軌，以確定散熱裝置能平滑地架設(shè)在處理器的表面。此外，散熱裝置并非用夾子來固定，而是采用鎖桿系統(tǒng)。Socket478架構(gòu)CPU的安裝方法如下。

①稍向外、向上拉開CPU插座上的拉桿，到與插座垂直的位置，如圖2-33所示。

②然后將CPU上針腳有缺針的部位對(duì)準(zhǔn)插座上的缺口，如圖2-34所示。

③CPU只能在方向正確時(shí)才能夠被插入插座中，然后按下拉桿，如圖2-35所示。

④在CPU的核心上均勻涂上足夠的導(dǎo)熱硅膠。但要注意不要涂得太多，只要均勻地涂上薄薄一層即可。值得注意的是，導(dǎo)熱硅膠決不能省去，否則可能導(dǎo)致無法正常運(yùn)行甚至燒毀CPU。

⑤CPU的安裝很簡單，但CPU風(fēng)扇的安裝較復(fù)雜。將散熱片妥善定位在支撐機(jī)構(gòu)上。

⑥將散熱風(fēng)扇安裝在散熱片的頂部，向下壓風(fēng)扇直到它的4個(gè)卡子嵌入支撐機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)的孔中。再將兩個(gè)壓桿壓下以固定風(fēng)扇，如圖2-36所示。需要注意的是，每個(gè)壓桿都只能沿一個(gè)方向壓下。

⑦最后將CPU風(fēng)扇的電源線接到主板的3針接頭上，如圖2-37所示。

圖2-37連接CPU風(fēng)扇電源接頭2.6.3實(shí)訓(xùn)3——CPU的檢