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第二章CPU,CPU和主要性能指標(biāo)CPU和類型、封裝和安裝插座規(guī)格常見的CPU型號和品牌CPU的選購,一、理解CPU的主要性能指標(biāo)字長：CPU的字長通常是指其數(shù)據(jù)總線寬度，單位是二進制的位（bit）。它是CPU數(shù)據(jù)處理能力的重要指標(biāo)，反映了CPU能夠處理的數(shù)據(jù)寬度、精度和速度等，因此常常以字長位數(shù)來稱呼CPU。（即:CPU在單位時鐘頻率內(nèi)可以一次性處理二進制數(shù)的位數(shù)）主頻CPU的工作時鐘頻率，單位MHz，已晉升為GHz（1GHz=1000MHz），表示在CPU內(nèi)數(shù)字脈沖信號的頻率。為了將高主頻的CPU與較低時鐘頻率的主板相匹配，CPU主頻采用了較低的輸入時鐘頻率和在內(nèi)部倍頻到主時鐘頻率的方法。,倍頻系數(shù)由于CPU運行時必須配合從內(nèi)存讀取數(shù)據(jù)，因為在速度上必須與內(nèi)存配合，才不會因為數(shù)據(jù)遺失而導(dǎo)致死機。在必須同時顧及CPU速度與內(nèi)存速度的情況下，CPU的內(nèi)外只好采用不同的頻率，從而出現(xiàn)了“倍頻”的概念。CPU實際的運行頻率（主頻）=外頻倍頻系數(shù)倍頻系數(shù)就是CPU的主頻與整個系統(tǒng)外頻之間的比值。在相同的外頻下，倍頻系數(shù)越高，CPU的運行頻率也越高。在相同外頻的前提下，高倍頻的CPU本身意義并不大。單純地一味追求高倍頻，而得到高主頻的CPU就會出現(xiàn)顯示的“瓶頸”效應(yīng)，即CPU從系統(tǒng)中得到數(shù)據(jù)的極限速度不能夠滿足CPU的運算速度。,外頻指CPU與主板之間同步運行的速度，也可以理解為CPU的外頻直接與內(nèi)存相連接，實現(xiàn)兩者間的同步運行狀態(tài)。（主板如何適應(yīng)CPU的頻率）內(nèi)存總線速度全文（Memory-BusSpeed）是CPU二級高速緩存和內(nèi)存之間的通信速度。,前端總線（FSB）頻率前端總線速率指的是數(shù)據(jù)傳輸率,即數(shù)據(jù)帶寬（有時也稱傳輸帶寬）。數(shù)據(jù)傳輸帶寬取決于同時傳輸?shù)臄?shù)據(jù)寬度和總線頻率，即：數(shù)據(jù)帶寬=（總線頻率數(shù)據(jù)寬度）8100MHZ前端總線的是每秒鐘CPU可接受的數(shù)據(jù)傳輸量：100MHZ64b8b/B=800MB/s制造工藝：關(guān)鍵用來表征組成芯片的電子線路或元件的細致程度。目前廣泛采用0.13微米制造工藝，高端已采用0.065微米。,超頻超頻是指把主板的CPU工作時鐘調(diào)整為略高于CPU規(guī)定值，企圖使之超高速工作。通常不提倡對CPU進行超頻來提高系統(tǒng)性能，這會造成CPU過熱、減少壽命、系統(tǒng)運行混亂甚至燒毀CPU。但也有一些CPU，比如賽揚366等，允許進行較大幅度（20%）的超頻使用，以滿足電腦發(fā)燒族的愿望。晶體管的數(shù)目在CPU的發(fā)展過程中，晶體管數(shù)目一直是CPU的主攻方向，因為只有晶體管數(shù)目的增加，CPU的頻率和性能才能得到真正的提高。,數(shù)據(jù)總線寬度指CPU與二級高速緩存、內(nèi)存以及輸入/輸出設(shè)備之間進行一次數(shù)據(jù)傳輸時，實際能傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)。工作電壓（SupplyVoltage）指CPU正常工作時所需的電壓?，F(xiàn)在的電壓一般在1.5~2.0V之間。協(xié)處理器也叫數(shù)學(xué)協(xié)處理器，自486以后，CPU一般都內(nèi)置了協(xié)處理器。擴展總線速度全文（Expansion-BusSpeed）指計算機系統(tǒng)的總線。擴展總線就是CPU用以聯(lián)系這些設(shè)備的橋梁。,內(nèi)部Cache為了解決主機中低速內(nèi)存與高速CPU的不匹配，加快CPU對內(nèi)存的訪問速度，采用了在CPU和內(nèi)存間插入高速緩沖存儲器（Cache）的方法，Cache存儲器安裝在主板上，稱為外部Cache（ExternalCache）。從486CPU開始，處理器內(nèi)部也包含了Cache，486是8KB，Pentium是16KB。加上主板上的Cache，便構(gòu)成二級Cache結(jié)構(gòu)，CPU內(nèi)的稱為L1Cache，CPU外主板上的稱為L2Cache。從PentiumⅡ開始，CPU除了包含核心芯片內(nèi)的32KB的L1Cache，還包括CPU板上分立的512KB的L2Cache。再加上主板上512KB的L2Cache，便構(gòu)成三級Cache結(jié)構(gòu)。,多媒體新指令集（1）MMX指令集（MultiMediaextensions）多媒體擴充技術(shù)。Intel公司所開發(fā)的多媒體擴展指令集，共有57條指令，專門負責(zé)處理多媒體電腦所需的音效、影像和動畫等。（2）SSE指令集（數(shù)據(jù)流擴展指令集）用于PIII處理器，包含70條指令，涵蓋了MMX和3DNOW！指令集中的所有指令和功能。全面強化浮點運算、3D視頻、音頻處理能力。（3）3DNOW！指令集AMD公司開發(fā)，包含21條指令。針對三維建模等三維應(yīng)用場合，是最早推出的三維指令集。,超線程技術(shù)超線程技術(shù)是Intel公司一項較新的技術(shù)，主要指在CPU中放入了兩個邏輯處理單元，這樣使用多線程的軟件可在該CPU構(gòu)成的平臺上平行處理多項任務(wù)，從而提高CPU的利用率。HyperTransport超級總線HyperTransport超級總線是AMD公司最新開發(fā)的端到端總線技術(shù)，具有高速和高性能，可以解決處理器系統(tǒng)中輸入/輸出的瓶頸問題，目前該技術(shù)主要用于AMDAthlon64位處理器系列。,二、CPU的類型、封裝與架構(gòu)（安裝插座規(guī)格）,CISC和RISCIntel和AMDCPU的封裝方式CPU的架構(gòu),RISC和CISC,CPU從指令集的特點上可以分為兩類：CISC和RISC。CISC是英文ComplexInstructionSetComputer的縮寫，漢語意思為“復(fù)雜指令系統(tǒng)計算機”。RISC是英文ReducedInstructionSetComputer的縮寫，漢語意思為“精簡指令系統(tǒng)計算機”。（按CPU所使用的指令集系統(tǒng)劃分）,Intel和AMD,以生產(chǎn)廠商劃分，可將現(xiàn)在的主流CPU劃分為Intel的CPU和AMD的CPU，兩個公司的CPU都可以用于IBMPC兼容機，采用x86架構(gòu)，同時都支持針對個人計算機開發(fā)的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件。,1、封裝是采用特定的材料將CPU芯片或CPU模塊固化在其中以防損壞的保護措施，起著安放、固定、密封、保護芯片和增強導(dǎo)熱性能的作用。所謂IC芯片的封裝是指安放半導(dǎo)體芯片所用的外殼，芯片內(nèi)部電路用非常精細的導(dǎo)線連接到封裝外殼的導(dǎo)電引腳上，通過引腳與印刷電路板上的其它元器件連接。因此，封裝對CPU和其它集成電路都是非常重要的。新一代的CPU也往往采用新型的封裝形式。,CPU的封裝方式,真正的CPU只是一小塊的超集成電路硅板，為了保護CPU免受塵埃的侵害和CPU的散熱等需要，對CPU進行了封裝。目前Intel的CPU多采用FC-PGA2的方式封裝，而AMD的CPU則多采用OPGA方式封裝，新型的Athlon64則采用了MPGA的方式封裝。,芯片的封裝從DIP、QFP、PGA、BGA、CSP到MCM等經(jīng)歷了若干代的改進，使得封裝面積與芯片面積越來越接近，適用頻率越來越高，散熱耐溫性能越來越好，引腳數(shù)越來越多而間距越來越小，可靠性越來越高，安裝越來越方便，等等。下面對各種不同的封裝做一簡要介紹。,1．DIP封裝DIP（DualIn-linePackage）即雙列直插封裝，是70年代流行的中小規(guī)模集成電路的封裝形式，它們的引腳直立在矩型集成電路的兩個長邊上，通常為8到40腳。Intel公司的8088、80286處理器都采用DIP封裝，如圖就是DIP封裝的Intel8088處理器。,DIP封裝的Intel8088,2．PQFP封裝PQFP（PlasticQuadFlatPackage）塑料四方扁平封裝，是80年代的大規(guī)模集成電路的封裝形式。引腳由方形集成電路的四個邊上引出，通常為幾十到上百腳。Intel公司的80286和80386處理器都有采用PQFP封裝的。,PQFP封裝的286和386CPU,3．PPGA封裝PPGA（PlasticPinGridArrayPackage）塑料針柵陣列封裝或CPGA陶瓷針柵陣列封裝，是90年代超大規(guī)模集成電路的封裝形式。如圖3-5所示，針形引腳由集成電路的方形底面上直立引出，通常為二、三百腳。這個時期的多種CPU、外圍芯片組等采用此種封裝，如80486、Pentium等。,PPGA封裝的486CPU,幾款主流CPU介紹,Intel公司的新款CPU1．PentiumⅢCoppermine（銅礦）處理器2000年最惹人注目的莫過于Intel公司采用0.18μm工藝生產(chǎn)的PentiumⅢCoppermine處理器了，如圖所示。盡管Intel公司早在1999年便發(fā)布了這款代號為Coppermine的PentiumⅢ處理器，但其真正的普及是在2000年。,4．BGA封裝BGA（BallGridArrayPackage）球柵陣列封裝，是90年代后期超大規(guī)模集成電路的另一種封裝形式。如圖所示，球形引腳由集成電路的方形底面上引出，通常為五、六百腳。目前大多數(shù)外圍芯片和便攜機專用CPU采用此種封裝，便于將高密度的引腳焊接到主板上。,BGA封裝的440ZX芯片,5．LGA封裝LGA775封裝處理器接口也就是SocketT，將與以往的處理器接口完全不一樣，并不像以往的采用針狀插腳的封裝方式，而是采用金屬觸點式的封裝方式，支持底層和主板之間的直接連接，采用這種封裝方式將對頻率的提升很有益處。SocketT能夠使CPU在不提高成本的情況下加大針腳的密度，適合高功耗和高主頻的處理器。,CPU的主板上的CPU插座是安裝CPU的基座，它們的結(jié)構(gòu)形狀、插孔數(shù)、各個插孔的功能定義都不盡相同，因此不同CPU必須使用不同的插座。Intel推出的一種稱為零插拔力ZIF（ZeroInsertForce）的CPU插座，CPU可以輕松地取下或裝上，避免了精密引腳的損傷。Socket插座屬于零插拔力（ZIF）插座，只要將鎖緊桿扳到豎直位置，插拔CPU就毫不費力。,我們知道，CPU需要通過某個接口與主板連接的才能進行工作。CPU經(jīng)過這么多年的發(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CPU的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接口類型不同，在插孔數(shù)、體積、形狀都有變化，所以不能互相接插。,PentiumⅡ和PentiumⅢ的插座型號是Slot1型，是黑色條形插槽，有242個觸點，是單邊接觸（S.E.C.）直插式。早期的Celeron300A、333等也采用此種插座。Slot插座如圖所示。,Slot插座,Socket775Socket775又稱為SocketT，是目前應(yīng)用于IntelLGA775封裝的CPU所對應(yīng)的接口，目前采用此種接口的有LGA775封裝的Pentium4、Pentium4EE、CeleronD等CPU。與以前的Socket478接口CPU不同，Socket775接口CPU的底部沒有傳統(tǒng)的針腳，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Socket775插槽內(nèi)的775根觸針接觸來傳輸信號。Socket775接口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。隨著Socket478的逐漸淡出，Socket775將成為今后所有Intel桌面CPU的標(biāo)準(zhǔn)接口。,Socket939Socket939是AMD公司2004年6月才推出的64位桌面平臺接口標(biāo)準(zhǔn)，目前采用此接口的有高端的Athlon64以及Athlon64FX，具有939根CPU針腳。Socket939處理器和與過去的Socket940插槽是不能混插的，但是，Socket939仍然使用了相同的CPU風(fēng)扇系統(tǒng)模式，因此以前用于Socket940和Socket754的風(fēng)扇同樣可以使用在Socket939處理器。,Socket754Socket754是2003年9月AMD64位桌面平臺最初發(fā)布時的CPU接口，目前采用此接口的有高端的Athlon64和低端的Sempron（閃龍），具有754根CPU針腳。隨著Socket939的普及，Socket754最終也會逐漸淡出。,Socket940Socket940是最早發(fā)布的AMD64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Athlon64FX。隨著新出的Athlon64FX改用Socket939接口，所以Socket940將會成為Opteron的專用接口。,SocketASocketA接口，也叫Socket462，是目前AMD公司AthlonXP和Duron處理器的插座接口。SocketA接口具有462插空，可以支持133MHz外頻。Socket423Socket423插槽是最初Pentium4處理器的標(biāo)準(zhǔn)接口，Socket423的外形和前幾種Socket類的插槽類似，對應(yīng)的CPU針腳數(shù)為423。Socket423插槽多是基于Intel850芯片組主板，支持1.3GHz～1.8GHz的Pentium4處理器。不過隨著DDR內(nèi)存的流行，英特爾又開發(fā)了支持SDRAM及DDR內(nèi)存的i845芯片組，CPU插槽也改成了Socket478，Socket423接口也就銷聲匿跡了。,Socket370Socket370架構(gòu)是英特爾開發(fā)出來代替SLOT架構(gòu)，外觀上與Socket7非常像，也采用零插拔力插槽，對應(yīng)的CPU是370針腳。英特爾公司著名的“銅礦”和”圖拉丁”系列CPU就是采用此接口。SLOT1SLOT1是英特爾公司為取代Socket7而開發(fā)的CPU接口，并申請的專利。這樣其它廠商就無法生產(chǎn)SLOT1接口的產(chǎn)品。SLOT1接口的CPU不再是大家熟悉的方方正正的樣子，而是變成了扁平的長方體，而且接口也變成了金手指，不再是插針形式。已被淘汰，市場上已沒有此類產(chǎn)品。,SLOT2SLOT2用途比較專業(yè)，都采用于高端服務(wù)器及圖形工作站的系統(tǒng)。所用的CPU也是很昂貴的Xeon（至強）系列。Slot2與Slot1相比，有許多不同。首先，Slot2插槽更長，CPU本身也都要大一些。其次，Slot2能夠勝任更高要求的多用途計算處理，這是進入高端企業(yè)計算市場的關(guān)鍵所在。在當(dāng)時標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器設(shè)計中，一般廠商只能同時在系統(tǒng)中采用兩個PentiumⅡ處理器，而有了Slot2設(shè)計后，可以在一臺服務(wù)器中同時采用8個處理器。,SLOTASLOTA接口類似于英特爾公司的SLOT1接口，供AMD公司的K7Athlon使用的。在技術(shù)和性能上，SLOTA主板可完全兼容原有的各種外設(shè)擴展卡設(shè)備。它使用的并不是Intel的P6GTL+總線協(xié)議，而是Digital公司的Alpha總線協(xié)議EV6。EV6架構(gòu)是種較先進的架構(gòu)，它采用多線程處理的點到點拓撲結(jié)構(gòu)，支持200MHz的總線頻率。,CPU核心技術(shù)Tualatin這也就是大名鼎鼎的“圖拉丁”核心，是Intel在Socket370架構(gòu)上的最后一種CPU核心，封裝方式采用FC-PGA2和PPGA，核心電壓降低到1.5V左右，主頻范圍從1.1GHz到1.3GHz，外頻分別為100MHz（賽揚）和133MHz（PentiumIII），二級緩存分別為512KB（PentiumIII-S）和256KB（PentiumIII和賽揚），這是最強的Socket370核心，其性能甚至超過了早期低頻的Pentium4系列CPU。,Willamette這是早期的Pentium4和P4賽揚采用的核心，最初采用Socket423接口，后來改用Socket478接口（賽揚只有1.7GHz和1.8GHz兩種，都是Socket478接口），主頻范圍從1.3GHz到2.0GHz（Socket423）和1.6GHz到2.0GHz（Socket478），二級緩存分別為256KB（Pentium4）和128KB（賽揚），注意，另外還有些型號的Socket423接口的Pentium4居然沒有二級緩存！核心電壓1.75V左右，封裝方式采用Socket423的PPGAINT2，PPGAINT3，OOI423-pin，PPGAFC-PGA2和Socket478的PPGAFC-PGA2以及賽揚采用的PPGA等等。Willamette核心制造工藝落后，發(fā)熱量大，性能低下，已經(jīng)被淘汰掉，而被Northwood核心所取代。,Northwood這是目前主流的Pentium4和賽揚所采用的核心，與Willamette核心最大的改進是采用0.13um，并都采用Socket478接口，核心電壓1.5V左右，二級緩存分別為128KB（賽揚）和512KB（Pentium4），主頻范圍分別為2.0GHz到2.8GHz（賽揚），1.6GHz到2.6GHz（400MHzFSBPentium4），2.26GHz到3.06GHz（533MHzFSBPentium4）和2.4GHz到3.4GHz（800MHzFSBPentium4），并且3.06GHzPentium4和所有的800MHzPentium4都支持超線程技術(shù)（Hyper-ThreadingTechnology），封裝方式采用PPGAFC-PGA2和PPGA。按照Intel的規(guī)劃，Northwood核心會很快被Prescott核心所取代。,Prescott這是Intel最新的CPU核心，目前還只有Pentium4而沒有低端的賽揚采用，其與Northwood最大的區(qū)別是采用了0.09um制造工藝和更多的流水線結(jié)構(gòu)，初期采用Socket478接口，以后會全部轉(zhuǎn)到LGA775接口，核心電壓1.25-1.525V，其與Northwood相比，其L1數(shù)據(jù)緩存從8KB增加到16KB，而L2緩存則從512KB增加到1MB，封裝方式采用PPGA。按照Intel的規(guī)劃，Prescott核心會很快取代Northwood核心并且很快就會推出Prescott核心533MHzFSB的賽揚。,CeleronⅡCPU,Pentium4CPU,AMDAthlon,,,Duron（毒龍）,,K8的圖片,,CPU品牌和主要產(chǎn)品,IntelCPUPentium4、P4A、B、C、D系列產(chǎn)品酷睿雙核系列Celeron4AMDCPUAthlonK7、K8系列Duron新Duron,CPU的選購,1．看外觀(1)原裝CPU包裝塑料薄膜上邊印有半透明的Intel標(biāo)志，而假貨上所印刷的Intel的標(biāo)志的數(shù)量要比正品的標(biāo)志多得多。(2)原裝CPU包裝塑料薄膜上的Intel字跡清晰可辨，所有的水印字都工工整整的，而非橫著、斜著、倒著的，無論正反兩方面都是如此。而假貨有可能正面是工整的，而反面的字就不一定工整了。,(3)原裝CPU包裝塑料薄膜封裝不可能封在盒右側(cè)條形碼處，如果封在此的一般可斷為假貨。(4)原裝CPU規(guī)格字跡清晰可辨，沒有劃痕。Remark(打磨)過的CPU有打磨過的痕跡。,2．如果是盒裝CPU，還要檢查包裝盒(1)是否有不正常破損或者被二次塑封；原裝盒印刷清晰，假貨的產(chǎn)品序列號處字體明顯比正常的粗，且顏色為不正常的灰色。(2)真品外包裝的塑封膜質(zhì)地比較軟而有彈性，上面的Intel水印采用了特殊工藝，很難磨掉；假貨的塑封膜比較脆，上面的水印也比較容易被擦掉。,(3)在原裝盒背面，在印有產(chǎn)品介紹的多國文字的上下分界處，有一條黑色的分界線，仔細觀察就可以發(fā)現(xiàn)此黑線其實是字體雖小但卻十分清晰的“Intel”字母組成的，而假貨的包裝上就只是一條不折不扣的黑線而已。(4)在原裝盒正面，左側(cè)的藍色是采用四重色技術(shù)在國外印制的，色彩端正。,3．摸表面(1)用拇指肚以適當(dāng)?shù)牧α看耆郈PU包裝塑料薄膜，真品不易出褶，而假貨紙軟，一搓就出褶。(2)摸包裝盒。真品的Intel水印采用了特殊工藝，無論你用手如何刮擦，即便把封裝的紙扣破也不會把字擦掉，而假貨只要用指甲輕刮，慢慢地可刮掉一層粉末，字也就隨粉末而掉了。,4．價格我們可以經(jīng)常去一些著名的硬件情報網(wǎng)站，例如“走進中關(guān)村”，其上刊登的價格均為正品貨的市場價，而且更新及時。如果經(jīng)銷商所報的價格比這些價格低得多，一般可斷為假貨。,5．測實質(zhì)(1)專門的CPU測試軟件，例如fidCHSO5.exe可以測出PentiumⅡ、PentiumⅢ處理器的頻率和總線頻率，包括出廠頻率和目前使用的頻率，這樣就基本杜絕了Remark(打磨)的發(fā)生了。(2)運行大型3D游戲，即我們常說的“拷機”。這是超頻愛好者為了測試超頻的穩(wěn)定性而采用的行之有效的方法，用來測試假貨也立竿見影。,課后總結(jié)：掌握各項CPU性能指標(biāo)；熟悉CPU超頻技術(shù)；了解CPU的選購。,作業(yè)：簡述CPU的主頻、倍頻和外頻？簡述CPU超頻的利和弊？,