第二章 中央处理器

1978年 Intel 8086 ： 16bit 主频4.77MHz 28000个晶体管
Intel 8086和80286CPU
1979年 Intel 8088 内部16bit，外部8bit Motorola M68000 16bit 68000个晶体管 第三代的CPU: 1982年 Intel 80286 16bit数据总线 24bit地址总线 第四代的CPU： 1985年 Intel 80386：
7、电压:Pentium时代分内核电压和I/O工作电压5v-1.25v 8、处理器的流水线： 9、HT技术：是指同步多线程技术，集成2个逻辑处理单元，可独立同 时处理线程，提高CPU效率 10、地址总线宽度：即CPU可以支持内存的最大容量。 32bit地址总线宽度，内存的最大容量为：232=4GB 11、扩展指令集技术： MMX是Intel公司为增强CPU在音像、图形和通信应用方面的技术。 SSE 50条、SSE2 144条、SSE3 13条。 12、接口标准： 目前常用 Intel:Socket478、LGA775 AMD:Socket 754、Socket 939、Socket940、SocketAM2 13、运算速度： MIPS—Million Instructions Per Second每秒运行百万条指令
FC-LGA封装：反转芯片的针脚阵列封装 如英特尔酷睿2双核 E6300 1.86G(散)CPU和 IntelPentium 4(奔腾4) 的CPU均采用此种封装方式，如图2-4所示：
图2-4
FC-LGA封装CPU
2.4 CPU的选购
1、CPU主要生产厂家： 目前市场上主要CPU厂家有：Intel、AMD、VIA等。 2、主流CPU产品及性能： Intel系列CPU Northwood核心： NetBurst架构 0.13µ m制程 20级流水线 20KB L1 Cache和512KB L2 Cache 外频有100MHz/133MHz/200MHz FSB有400MHZ/533MHz/800MHz 主频1.6GHz~3.4GHz P4系列CPU Prescott核心： NetBurst架构 0.09µ m制程 31级流水线 16KB L1 数据Cache和1MB L2 Cache FSB 533MHz和支持HT的800MHZ LGA 插座 主要还是P4（P4/P4EE/Celeron D）系列CPU Smithfield核心：是双核处理器核心 0.09µ m制程 2MB L2 Cache LGA 775 插座
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第二章 中央处理器
• CPU发展史
• CPU主要性能指标
• CPU封装技术 • CPU的选购
• CPU常见故障与维修
2.1 CPU发展史
第一代的CPU： 1971年 Intel 4004： 4bit 主频108KHz 2300个晶体管
1974年 Intel 8008 8bit 1974年 Intel 8080： 8bit 主频2MHz 6000个晶体管 Motorola Mc6800 8bit 1976年 Zilog Z80 8bit Intel 增强型8085 8bit 第二代的CPU：
主频达到3GHz
10、2008年12月：AMD推出K10架构的Athlon 64 X2 7750黑盒版 目前市场上唯一配备了L3缓存的双核处理，65nm制作工艺， HT 3.0 总线，2MB三级缓存，DDR2-1066内存控制器以及 Cool Quiet 2.0 技术 11、2009年6月：AMD推出 Athlon Ⅱ X2 250 核心代号Regor，AM3接口，主频3.0GHz(200MHz×15)，HT总 线与内存控制器频率均为2GHz，二级缓存2×1MB，无三级缓存，
2000年 Intel Intel
Celeron2 Pentium 4:
主频为1.3GHz,400MHz前端总线,SSE2指令集， 256K- 512KB 的二 级缓存,支持HT技术 2001年 Intel发布了第二个Pentium4核心，代号Northwood，集成了更大 的512KB二级缓存，如下图2-1所示： 同年 Intel Itanium 64bit 服务器和工作站
Conroe核心： 全新的Core(酷睿)微架构 0.065µ m制程 Socket 775接口 用于Core 2 Duo E6x00系列和Core 2 Extreme X6x00系列FSB都 是1066MHz，顶级的Core 2 Extreme将会升级到1333MHz， 32KB的L1数据缓存和32KB的L1指令缓存，Conroe核心都是两个 内核共享4MB L2 Cache Allendale核心： 全新的Core(酷睿)微架构 0.065µ m制程 Socket 775接口 用于Core 2 Duo E6x00系列 FSB为1066MHz 2MB L2 Merom核心—移动平台 全新的Core(酷睿)微架构 0.065µ m制程 Socket 478接口 用于Core 2 Duo T7x00系列和Core 2 Duo T5x00系列， FSB 都是 667MHz 共享式4MB L2 Cache AMD系列CPU Athlon 64系列CPU的核心类型:
AMD K5和Cyrix 6x86 1996年 Intel Pentium Pro： 32bit 主频133MHz 550万个晶体管 一级Lache中8KB指令和8KB数据 1997年 Intel Pentium II： 32bit 主频高达450MHz 增加MMX指令集 Pentium II Xeon：面向服务器和高端工作站的Xeon系列采用Slot 2 插槽，32KB 一级高速缓存，512KB及1MB的二级高速缓存，100MHz 系统总线，支持多达8个CPU 1998年 Intel Celeron ： 32bit 主频有266MHz与300MHz两款 1999年 Intel Pentium III: 32bit 主频有450MHz和500MHz 使用Katmai内核 增加了70条SSE指令集
mPGA：主要用于AMD公司高端的Athlon 64封装 如AMD 速龙 X2 4400+CPU则采用此种封装，如下图2-3所示：
图2-3
mPGA封装方式
CPGA：Ceramic PGA(陶瓷封装) 用于AMD公司的Thunderbird核心、Palomino核心的Athlon处理器 FC-PGA：反转芯片针脚栅格阵列： 370针，主要用于PentiumIII和Celeon FC-PGA2：在FC-PGA基础上多加了HIS集成式散热器 OLGA封装：主要用于423针的Pentium4 PPGA封装： Plastic Pin Grid Array S.E.C.C封装：Single Edge Contact Cartridge 触点式，主要用于242针PentiumII PLGA封装： Plastic Land Grid Array 特点：触点式、体积小、信号传输损失少，成本低 主要用于Intel Socket 775 CuPGA封装：Lidded Ceramic Package Grid Array 特点：有盖陶瓷栅格阵列 主要用于AMD 64系列CPU
FSB是533MHz(Pentium D 8X5)和800MHz(Pentium D 8X0和 PentiumEE 8XX)，主频范围从2.66GHz到3.2GHz(Pentium D不支 持HT技术)、3.2GHz(Pentium EE支持HT技术)。 Cedar Mill核心： 0.065µ m制程 Socket 775接口 支持HT技术800MHz FSB 2MB二级缓存 主要用于Pentium 4 6X1系列和Celeron D 3X2/3X6系列 Presler核心： 0.065µ m制程 2MB的二级缓存 Socket 775接口 FSB是800MHz(Pentium D)和1066MHz(Pentium EE) Yonah核心： 0.065µ m制程 新版Socket 478接口 双核心的Core Duo和单核心的Core Solo的FSB是667MHz、 2MB L2 Cache ;Celeron M Yonah核心FSB是533MHz、 1MB L2Cache 不支持64位技术，仅仅只是32位的处理器
了主流市场中第一款支持DDR3技术和Windows7“XP”兼容功能的双核 处
理器。
补充：AMD CPU中PR值换算 1、F=(PR/3)*2-266 2、PR=(F*3)/2+400 3、Thoroughbred核心： PR=F*3/2-500 4、Barton核心： PR=F*3/2-200
2.2 CPU主要性能指标
图2-1 Intel P4 CPU 下图2-2所示，是最新的双核和四核触点式CPU：
图2-2 双核和四核CPU 2002年 中科院研发了龙芯1号， 后来又研发了龙芯-2F CPU， 如右图2-3所示
wenku.baidu.com
图2-3 龙芯－2F CPU
AMD近10CPU发展： 1、1999年6月：AMD推出AMD Athlon K7核心，0.25um制作工艺，1.6v电压，200MHz外频，2130万晶 体管 2、2000年3月： AMD Athlon（magnotic核心） 世界上第一款速度达到1GHz的CPU,主要是与Intel Pentium3相比 较 3、2001年10月： AMD Athlon XP(Extreme Performance卓越性 能) 主频达1.733GHz 4、2002年6月： Athlon XP新版 130nm制作工艺，FSB=133/166MHz，Socket A插座，Barton 核心， Barton 2500+ 5、2003年2月： Athlon XP 3000+
90nm制作工艺，64bit字长,支持双通道，同时使用PCI-E显卡总线 7、2005年4月： Athlon FX/ Athlon 64 X2双核CPU 8、2006年5月： Athlon 64 X2双核CPU—Socket AM2插槽 DDR2 800内存,SSE3指令 9、2007年9月：桌面CPU规格最高的Athlon 64 X2 6000+推出
2.3 CPU封装技术
1、概念：将一种集成电路用绝缘的塑料、陶瓷或玻璃纤维打包的技术。 2、封装的重要性： 1）芯片与外界隔离，防止空气中杂质对芯片电路的腐蚀造成电气性能 下降； 2）便于安装和运输。 3、封装时考虑因素： 1）芯片面积：封装面积≈1：1 2）引脚尽量短，减少延迟；引脚间距尽量远，保证互不干扰 3）封装越薄越好，利于散热 4、封装技术： DIP—Dual In-line Package(双列直插式封装技术) QFP—Plastic Quad Flat Package(方型扁平式封装技术) PGA—Pin Grid Array Package(插针网格阵列封装) BGA—Ball Grid Array Package(球栅阵列封装) OPGA—Organic Pin Grid Array Package(有机管脚阵列封装)
32bit 主频从12.5MHz到33MHz 系列产品：80386SX、80386SL、80386DL
Intel 80386 CPU
第五代的CPU： 1989年 Intel 80486： 32bit 主频从25MHz到50MHz 120万个晶体管 系列产品：80486DX、80486SX 、80486 DX2 等 第六代的CPU： 1993年 Intel Pentium： 32bit 主频从60MHz到200MHz 310万个晶体管
1、主频： CPU内核工作的时钟频率，即CPU内数字脉冲信号震荡的速度。 2、FSB—Front Side Bus P4以前的FSB：与CPU的外部频率、内存的频率是相同的。如： Intel 486 DX/2 66 CPU P4时代的FSB： Intel： FSB频率=CPU外频×4 AMD： FSB频率=CPU外频×2 3、外频：是CPU和主板同步运行的速度。 4、倍频系数： CPU主频= CPU外频×倍频系数 5、CPU内部缓存： CPU L1/L2 Cache 内存 L1缓存内置式32KB-256KB，L2缓存有内置和外置式两种 512KB,L3内置式. 6、生产工艺技术： 生产工艺：0.18微米0.045微米