1、計算機組成原理課外閱讀處理器-選自計算機組裝、維修及實訓(xùn)本章內(nèi)容包括CPU的發(fā)展歷史、CPU的分類、結(jié)構(gòu)和主要性能指標(biāo)、常見CPU的型號el系列CMD系列CPU）、CPU散熱（器，在實訓(xùn)中介紹了Socket A/Socket 370架構(gòu)CPU的安裝、Socket 478架構(gòu)CPU的安裝、 CPU的檢測。要求了解CPU的發(fā)展歷史，掌握CPU的分類、結(jié)構(gòu)和主要性能指標(biāo)、常見CPU的型號，熟練掌握CPU的安裝。2.1CPU的發(fā)展歷史1. 4位處理器el 40041971年，如圖2-1所示。el公司研制出微處理器4004，圖2-1el 4004處理器2. 8位處理器el 8008/8080/80851

2、972年，圖2-2所示。el公司研制出8008處理器，如圖2-2el 8008處理器3. 16位處理器el 8086/8088/80286(1)el 8086/8088處理器1978年，示。el公司推出了首枚16位微處理器8086，如圖2-3所圖2-3el 8086處理器1979年，el公司開發(fā)出8088，如圖2-4所示。1981年，IBM公司將8088處理器用于其研制的IBM PC中，從而開創(chuàng)了全新的微機時代。圖2-4el 8088處理器(2)el 80286處理器1982年，el推出了80286，圖2-5所示是i80286的外觀。 IBM公司將80286處理器用在IBM PC/AT機中。圖

3、2-5el 80286處理器4. 32位處理器el 80386/80486(1)el 80386處理器1985年，el發(fā)布80386DX，如圖2-6所示。圖2-6el 80386DX處理器el公司生產(chǎn)386外，還有AMD、Cyrix、IBM、Ti等公司也生，如圖2-7所示。除產(chǎn)與80386兼容的圖2-7 386 CPU摩托羅拉公司在此期間開發(fā)出了68030 CPU，用于Apple機。(2)el 80486處理器el推出了80486，如圖2-8所示。，圖2-8el 80486DX處理器其他公司也推出了與80486兼容的CPU，如圖2-9所示。圖2-9 其他486 CPU從80486開始首次出現(xiàn)了

4、處理器倍頻技術(shù)，該技術(shù)使處理器工作頻率為處理器外部總線運行頻率的2或4倍，486DX2、486DX4的名字便是由此而來，如圖2-10所示。圖2-10el 80486DX4(3)el Pentium處理器1993年，el公司發(fā)布了Pentium（奔騰）處理器。第一代的Pentium代號為P54C，如圖2-11所示。其后又發(fā)布了代號為P55C，內(nèi)建MMX（多Pentium處理器，如圖2-12所示。與Pentium MMX屬于同一級別的CPU有AMD K6、 Cyrix 6x86 MX等，如圖2-13、圖2-14所示。指令集）的新版圖2-11 Pentium圖2-12 Pentium MMX圖2-1

5、3 AMD K6圖2-14 Cyrix 6x86MX(4)el Pentium II處理器1997年，el公司發(fā)布了Pentium II處理器，如圖2-15所示。同期，AMD和Cyrix分別推出了同檔次的K6-2和Cyrix MII，如圖 2-16、圖2-17所示。圖2-15 Pentium II圖2-16 AMD K6-2圖2-17 Cyrix MII1998年4月，el推出了Celeron（）處理器，其中最為成功的是Socket 370接口Celeron 333和366，如圖2-18所示。圖2-18 Socket 370 Celeron(5)el Pentium III處理器1999年，1

6、9所示。el公司發(fā)布了Pentium III處理器。如圖2-2000年3月，AMD領(lǐng)先于el率先推出了1GHz的Athlon微處理器，其性能超過了Pentium III，如圖2-20所示。圖2-19 Pentium III圖2-20 AMD Athlon（K7）Socket 370架構(gòu)的Pentium III，其外觀如圖2-21所示。Celeron處理器的外觀如圖2-22所示。同期，AMD公司推出了Athlon（速龍），如圖2-23所示。它采用462針的Socket A架構(gòu)，時鐘頻率為700MHz1.4GHz，內(nèi)建MMX和增強型3DNow!技術(shù)。AMD公司還推出了Athlon（速龍）的簡化版本

7、Duron（鉆龍），如圖2-24所示，也采用Socket A架構(gòu)，時鐘頻率為600 950MHz。圖2-21 Pentium III圖2-22 Celero圖2-23 Athlon圖2-24 Duron(6)el Pentium 4處理器el公司在2000年11月發(fā)布了Pentium 4處理器，Pentium 4沒有沿用Pentium III的架構(gòu)，而是基于全新的Socket 423架構(gòu)，采用，0.18m制造工藝，集成了4 200萬個晶體管，主頻Willamette為1.42.0GHz，如圖2-25(a)所示。后期的Pentium 4處理器均基于Socket 478架構(gòu)，采用，0.13m制造工

8、藝，集成了5 500萬個晶體管，主頻Northwood為1.82.4GHz，如圖2-25(b)所示。同樣，Pentium 4的簡化版本Pentium 4 Celeron也采用Socket478架構(gòu)，主頻頻率為1.4GHz以上，Pentium 4 Celeron CPU的外觀如圖2-26所示。圖2-25 Pentium 4圖2-26 Pentium 4 CeleronAthlon XP（速龍XP），如圖2-27所示，仍采用Socket A架構(gòu)，以全面對抗Pentium 4。圖2-27 Athl3200+on XP5. 64位處理器AMD Athlon 642003年9月，AMD發(fā)布了面向臺式機的

9、64位處理器：Athlon 64和Athlon 64 FX，如圖2-28和圖2-29所示。它們的初始實際頻率為 2.0GHz，PR值為3200+，晶體管數(shù)目為1.059億個，采用0.13m工藝。圖2-28 AMD Athlon 64圖2-29 AMD Athlon 64 FX2.2 CPU的分類、結(jié)構(gòu)和主要性能指標(biāo)2.2.1CPU的分類CPU有多種分類方法。按CPU的生產(chǎn)廠家分按CPU的接口分按標(biāo)稱頻率分4. 按CPU的內(nèi)核分2.2.2CPU的外部結(jié)構(gòu)從CPU外部看到的結(jié)構(gòu)看，CPU主要有兩個部分組成：一個是內(nèi)核，另一個是基板。下面分別以Athlon XP（如圖2-30所示）和 Pentium

10、 4（如圖2-31所示）為例，介紹其外部結(jié)構(gòu)。圖2-30 Athlon XP的外觀圖2-31 Pentium 4的外觀核CPU的基板CPU的編碼4. CPU的接口CPU的封裝形式主要分為兩大類：一類是針腳式的Socket類型，另一類是插卡式的Slot類型。(1) Socket 7插座Socket 7 CPU插座如圖2-32所示。圖2-32 Socket 7 CPU插座(2) Socket 370插座el的Socket 370支持Celero、Pentium III、Cyrix III和VIA C3。Socket 370 CPU插座如圖2-33所示。圖2-33 Socket 370 CPU插座(

11、3) Socket A插座AMD的Socket A（Socket 462）是為Socket A架構(gòu)的Athlon處理器而設(shè)計的接口標(biāo)準(zhǔn)。AMD的Athlon、 Duron和Athlon XP處理器都采用相同的Socket A接口。 Socket A CPU接口，如圖2-34所示。圖2-34 Socket A CPU插座(4) Socket 478插座el的Socket 478 CPU接口支持Pentium 4 CPU，Socket 478 CPU插座如圖2-35所示。圖2-35 Socket 478 CPU插座2.2.3CPU的主要技術(shù)參數(shù)1. 主頻主頻也叫時鐘頻率（CPU Clock Spe

12、ed），是MHz、GHz，是CPU內(nèi)數(shù)字脈沖信號振蕩的速度，用來表示CPU的工作頻率。2. 外頻是MHz，是由主板提供外頻又稱外部時鐘頻率，的系統(tǒng)總線的工作頻率，是CPU與主板之間同步運行的時鐘頻率。3. 倍頻系數(shù)倍頻就是CPU的運行頻率與系統(tǒng)外頻的倍數(shù)，也就是降低CPU主頻的倍數(shù)。三者的關(guān)系為：CPU的主頻運行的頻率）= 外頻倍頻系數(shù)。（4. 前端總線（Front Side Bus，F(xiàn)SB）頻率FSB頻率是指CPU與內(nèi)存數(shù)據(jù)總線直接交換數(shù)據(jù)的速度。計 算 組 裝、維 修 及 實 訓(xùn)數(shù)據(jù)傳輸最大帶寬取決于所有同時傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的寬度和傳輸頻率，內(nèi)存帶寬必須要滿足CPU的帶寬需求：CPU需求帶寬CP

13、U前端總線位寬（主流CPU、內(nèi)存均是64bit）CPU前端總線頻率8各種FSB的Pentium 4帶寬需求見表2-1。表2-1計算帶寬前端總線（FSB）帶寬的計算400MHz64bit400MHz / 8bit=3.2GB/s533MHz64bit533MHz / 8bit=4.2GB/s800MHz64bit800MHz / 8bit=6.4GB/s5. 高速緩存（Cache）Cache（高速緩沖器，簡稱高速緩存）是一種速度比主存器，其功能是減少CPU因等待低速主存所導(dǎo)致的延遲，以更快的改進系統(tǒng)的性能。不同等級緩存在存取延遲時間和大小方面的差別，如圖2-36所示。圖2-36 內(nèi)存層次結(jié)構(gòu)圖內(nèi)

14、核（Core）電壓和I/O工作電壓CPU的工作電壓分為內(nèi)核電壓和I/O電壓兩種。制造工藝制造工藝是指在硅材料上生產(chǎn)CPU時各元器件的連接線寬度，一般用m（微米）表示。8. 字長CPU在時間內(nèi)同時能一次處理的二進制數(shù)的位數(shù)叫字長或位寬。9. x86指令集x86指令集是el為其第一塊16位CPU i8086專門開發(fā)的指令集，其簡化版i8088使用的也是x86指令，同時為提高浮點數(shù)據(jù)處理能力而增加了x87，以后就將x86指令集和x87指令集統(tǒng)稱為x86指令集。10. 流水線與超流水線11. CPU擴展指令集2.3常見CPU的型號2.3.1el系列CPU自從 el公司于2000年11月發(fā)布Pentiu

15、m 4處理器以來，Pentium 4處理器的性能不斷改進和，已經(jīng)經(jīng)歷了 4代，各代技術(shù)參數(shù)見表2-2。下面介紹典型的Pentium 4。第一代(Socket 423 Willamette）第二代（Socket 478 Northwood)第三代(533MHz FSB and HT）第四代（800MHz FSB and HT)2000年11月2002年4月2002年11月2003年4月制造工藝內(nèi)核版本 晶體管數(shù)量0.18m Willamette4 200萬個晶體管0.13m Northwood5 500萬個晶體管0.13m Northwood5 500萬個晶體管0.13m Northwood5

16、500萬個晶體管時鐘頻率1.42.0GHz1.82.4GHz2.43.06GHz2.43.0GHz前端總線頻率400MHz(Quumped 100MHz)400MHz(Quumped 100MHz)533MHz(Quumped 133MHz)800MHz(Quumped 200MHz)緩存8KB L1，256KB L28KB L1，512KB L28KB L1，512KB L28KB L1，512KB L2針腳類型Socket 423Socket 478Socket 478Socket 478超線程不支持不支持只有3.06GHz型號支持所有型號都支持1. Pentium 4 2.4GHz（FS

17、B 400MHz）Pentium 4 2.4GHz（FSB 400MHz）是el公司于2002年4月發(fā)布的產(chǎn)品，是Pentium 4的第二代產(chǎn)品。它采用Northwood內(nèi)核， 0.13m制作工藝，內(nèi)核電壓1.5V，設(shè)計功耗為59.8W，8KB L1Cache，512KB全速L2 Cache，400MHz前端總線，Socket 478架構(gòu)。2. Pentium 4 2.4GHz（FSB 533MHz）Pentium 4 2.4GHz（FSB 533MHz）是el公司于2002年11月發(fā)布的產(chǎn)品，是Pentium 4的第三代產(chǎn)品。其外頻提高到133MHz，前端總線頻率提高到533MHz，外觀如圖

18、2-37所示。圖2-37 Pentium 4 2.4GHz（FSB 533MHz）3. Pentium 4 3.2GHz（FSB 800MHz）Pentium 4 3.2GHz處理器，如圖2-示。圖2-38 Pentium 4 3.2CGHz（FSB 800MHz）4. Celeron 2.0GHz（FSB 400MHz）Celeron（）系列是 el的產(chǎn)品，Celeron 2.0GHz采用Northwood內(nèi)核，0.13m制造工藝，內(nèi)核電壓1.5V，8KB L1Cache，128KB全速L2 Cache，400MHz的前端總線，Socket 478架構(gòu)，如圖2-39所示。圖2-39 Cele

19、ron 2.0GHz（FSB 400MHz）2.3.2 AMD系列CPUAthlon XP和Athlon 64的技術(shù)參數(shù)見表2-3。表2-3 Athlon XP和Athlon 64各代技術(shù)參數(shù)參數(shù)名稱第一代Athlon XP（Palomino）第二代Athlon XP（Thoroughbred A、B）第三代Athlon XP（Barton）Athlon 64（ClawHammer）2001年9月2002年4月2002年11月2003年9月制造工藝內(nèi)核版本 晶體管數(shù)量0.18m Palomino3750萬個晶體管0.13m Thoroughbred A、B 3750萬個晶體管0.13m Bar

20、ton5430萬個晶體管0.13m ClawHammer1億590萬個晶體管緩存128KB L1，256KB L2128KB L1，256KB L2128KB L1，512KB L2128KB L1，256/512/1024KB L2PR值15002100160028002500320028003700實際頻率13331733MHz14002250MHz18332250MHz16002400MHz默認(rèn)倍頻101310.513.51113/119.514.5前端總線頻率266MHz（Double Pumped133MHz）266/333MHz（Double Pumped 133/166MHz）3

21、33/400MHz（Double Pumped 166/200MHz）333MHz（Double Pumped 166MHz）針腳類型Socket A/462Socket A/462Socket A/462Socket7541. Athlon XP 2700+2. Athlon XP 3200+2002年11月，AMD推出 Athlon XP 2700+，屬市場主流產(chǎn)品，如圖2-40所示。它采用 Thoroughbred-B內(nèi)核，0.13m制作工藝，內(nèi)核電壓1.65V，實際主頻2.16GHz，外頻 166MHz，13.5倍頻，333MHz前端總線頻率，128KB L1 Cache，256KB

22、L2 Cache， Socket A架構(gòu)。2003年6月，AMD推出 Athlon XP 3200+，屬市場高端產(chǎn)品，如圖2-41所示。圖2-41 Athlon XP 3200+圖2-40 Athlon XP 2700+3. Duron（鉆龍）上一款Duron處理器是2002年1月推出的，2003年8月推出了新Duron處理器，有1.4GHz、1.6GHz、1.8GHz產(chǎn)品，如圖2-42所示。新Duron采用等版本，屬市場red（基于Thoroughbred-A）內(nèi)核，0.13m制作App工藝，電壓為1.50V，最大功耗為57W，133MHz外頻，266MHz FSB，擁有128KB L1 C

23、ache以及64KB L2Cache，具備Athlon XP所有具備的SSE多指令集、動態(tài)分支預(yù)取技術(shù)、嵌入感溫二極管和采用Barton當(dāng)中的總線斷開等技術(shù)。圖2-42 新Duron4. Athlon 64和Athlon 64 FX2003年9月，AMD發(fā)布了64位處理器。AMD的64位處理器分為Athlon 64和Athlon 64 FX兩個系列，區(qū)別在于前者采用了Socket 754接口，只支持單通道內(nèi)存，后者采用的是Socket 940接口并支持雙通道內(nèi)存。相比之下， Athlon 64性能稍低，Athlon 64 FX擁有更為強大的性能。 AMD Athlon 64 3200+的外觀如

24、圖2-43所示，AMD Athlon 64 FX-51的外觀如圖2-44所示。圖2-43 AMD Athlon 64 3200+圖2-44 AMD Athlon 64 FX-512.4CPU散熱器CPU散熱器根據(jù)工作原理不同可以分為：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2-45所示。圖2-45 常見風(fēng)冷式散熱器風(fēng)冷散熱器主要由散熱片、風(fēng)扇和扣具主要技術(shù)參數(shù)介紹如下。1. 散熱片。風(fēng)冷式散熱器的散熱片由底座和鰭（q）片或稱鰓（si）片兩個部分組成。(1) 散熱片的材料散熱片的材料主要分為銅、鋁兩種。圖2-46所示就是采用銅鋁結(jié)合散熱器技術(shù)的散熱器。圖2-46 采用銅鋁結(jié)合材料的散熱器(2) 散熱片設(shè)計和工藝目前散熱片多采用擠壓技術(shù)、切割技術(shù)、技術(shù)和鍛造技術(shù)，各種鋁質(zhì)散熱片外觀如圖2-47所示。圖2-47 采