计算机组装与维护课件 第2章

第2课
本课要点 具体要求 本章导读
CPU
本课要点
CPU的发展 CPU的性能指标 主流CPU产品 CPU的选购
具体要求
了解CPU的发展 掌握CPU的性能指标 了解Intel公司的CPU产品 了解AMD公司的CPU产品 掌握CPU的选购方法 掌握识别CPU的方法
微处理器
2. 16位微处理器时代
1982年Intel公司在8086的基础上，研制出了 80286微处理器。80286集成了大约130 000个晶 体管。该微处理器的最大主频为20MHz。80286 支持更大的内存，它能够模拟内存空间，也能 同时运行多个任务，从而提高了处理速度。 8086～80286这个时代是个人计算机起步的时代， 当时在国内使用甚至见到过PC机的人很少，直 到20世纪90年代初，国内才开始普及计算机。
2.1 CPU概述
CPU是Central Processing Unit的简称，又 被称为中央处理器。它是计算机的核心部 件，任何一台计算机的运行都离不开CPU。
2.1 CPU概述
2.1.1 CPU的作用整个计算机系统中居于核心地位， 是整个计算机系统的指令中枢。它负责计 算机系统指令的执行、逻辑运算以及数据 存储、传送和输入/输出操作指令的控制。 可将CPU的内部结构分为控制单元、逻辑 单元和存储单元三大部分。各个部分虽然 分工不同，但是合作紧密，使CPU具有强 大的运算、处理和协调能力。
3. 32位微处理器时代
1999年，Intel公司推出了Pentium III处理器。 Pentium III处理器中新增了70条SSE扩展指令集， 该指令集主要用于提高CPU的3D处理能力和影 像效果。Pentium III处理器刚面世时采用Slot 1 接口。后来经过改进，Pentium III处理器采用了 Socket 370的接口和0.18µ m的制造工艺。同时进 行改进的还有面向低端市场的具有128KB的L2 高速缓存的Celeron II，后来Intel推出了Tualatin （图拉丁）核心系列的CPU，这是Pentium III系 列CPU的最后一款。
微处理器和处理器
3. 32位微处理器时代
1997年Intel公司在Pentium CPU内部集成了多媒 体扩展指令，即MMX指令集，该指令集有57条 多媒体指令，增强了图像、视频和音频等方面 的效果，给用户带来了多媒体的享受。 同年，Intel公司又推出了Slot 1接口的Pentium II 处理器。该款CPU内集成了32KB的L1 Cache和 512KB的L2 Cache。同时，还推出了Pentium II 处理器的简化版本，没有L2 Cache的Celeron （赛扬）处理器。接着推出的Celeron A系列的 CPU中，又集成了128KB的L2 Cache，同时采用 了Socket 370的接口。
2.2.1 CPU的频率
1. 外频 2. 倍频 3. 前端总线频率
1. 外频
外频即CPU的基准频率，是CPU与主板之 间同步运行的速度。外频速度高，CPU就 可以同时接收更多的来自外围设备的数据， 从而使整个系统的速度进一步提高。
2. 倍频
倍频是CPU运行频率与系统外频之间差距 的参数，也称为倍频系数，通常简称为倍 频。在相同的外频下，倍频越高，CPU的 频率就越高。
3. 32位微处理器时代
1985年春天，Intel公司已经成为了一流的芯片研制公司， 10月17日Intel正式发布了划时代的产品——80386DX， 该款CPU内部包含27.5万个晶体管，时钟频率为 12.5MHz，后来逐步提高到20MHz，25MHz和33MHz， 最后还有少量40MHz的产品。 80386DX的内部和外部数据总线是32位的，地址总线也 是32位的，这标志着CPU进入了32位微处理器时代。 80386最经典的产品为80386DX-33MHz，一般我们说的 80386就是指它。由于32位微处理器的强大运算能力， PC的应用扩展到很多领域，如商业办公和计算、工程设 计和计算、数据中心、个人娱乐等领域。80386使32位 CPU成为了PC工业的标准。
2.1.2 CPU的发展
CPU从最初发展至今已经有三十多年的历 史，按照其处理信息的字长，可以将CPU 分为：4位微处理器、8位微处理器、16位 微处理器、32位微处理器以及64位微处理 器，可以说个人计算机的发展是随着CPU 的发展而前进的。下面将介绍CPU从诞生 到现今的发展历程。
2.1.2 CPU的发展
3. 32位微处理器时代
1989年，大家比较熟悉的80486芯片由Intel推出。这款经 过4年开发和3亿美元资金投入的芯片首次实破了100万 个晶体管的界限，集成了120万个晶体管，使用1µ m的制 造工艺。80486的时钟频率从25MHz逐步提高到33MHz， 40MHz，50MHz。80486的性能比带有80387数学协微处 理器的80386 DX性能提高了4倍。 1993年Intel公司推出了划时代的586，并将其命名为 Pentium（奔腾）处理器，该款CPU集成了310万个晶体 管。从这款CPU开始，由于CPU的工作频率提高和大量 晶体管的集成，造成了CPU的发热量上升，因此Intel首 次为CPU配上了专用的散热风扇。Pentium首次采用了 RISC中的双流水线及超标量设计，可以让CPU并行处理 两条机器语言指令。
4. 64位微处理器时代
AMD公司随后又推出了针对低端市场的Socket 754接口的Sempron64（闪龙）处理器，这样 AMD在高、中、低端市场都推出了相应的64位 处理器。 而Intel公司直到2005年才推出了面向中端的6系 列的64位CPU，此后又陆续推出了面向高端市 场的8系列和面向低端市场的3系列的64位CPU， 这才开始将CPU的产品线在整个市场进行普及。 所有的Intel 64位CPU都采用LGA775接口、 Prescott核心、0.09µ m的制造工艺和拥有31级的 流水线。
3. 前端总线频率
前端总线（FSB）频率（即总线频率）直 接影响CPU与内存交换数据的速度。数据 传输的最大带宽取决于所有同时传输的数 据宽度和总线频率。这里有一个计算公式： 数据带宽＝（总线频率×数据位宽）/8， 假设总线频率为100MHz，CPU的位宽为 32位，则CPU与主板的数据交换速度为： 100MHz×32bit÷8bit/B=400MB/s。
1. CPU的诞生 2. 16位微处理器时代 3. 32位微处理器时代 4. 64位微处理器时代
1. CPU的诞生
1971年Intel公司推出了世界上第一款微处理器 4004，这是第一个可用于微型计算机的4位微处 理器，它集成了2300个晶体管。 随后Intel又推出了8008微处理器。到了1974年， 8008发展成8080，成为第二代微处理器。8080 作为代替电子逻辑电路的器件被用于各种应用 电路和设备中。第二代微处理器均采用NMOS工 艺，集成了约9000个晶体管，平均的指令执行 时间为1µ s～2µ s，采用汇编语言、BASIC等语言 编程，用于单用户操作系统。
2. 16位微处理器时代
8086和8088问世后不久，Intel公司就开始对它们 进行改进，更多的功能被集成在芯片上，这样 就诞生了80186和80188微处理器。 1981年美国IBM公司将8088芯片用于研制的个人 计算机（PC）中，个人计算机的概念开始在全 世界范围内发展起来。从8088应用到IBM PC机 上开始，个人计算机开始走进了人们的工作和 生活，它也标志着一个新时代的开始。
本章导读
CPU是计算机进行运算的核心，在计算机 系统中相当于“大脑”，是用来控制计算 机中其他设备运行的总指挥。在计算机的 发展过程中，CPU核心技术的发展一直是 计算机技术发展的重点。本课将介绍CPU 的发展历程、CPU的性能指标以及主流的 CPU产品，另外还将指导进行CPU的选购。 通过本课的学习，可以了解到CPU相关的 知识以及熟悉主流的CPU产品。
处理器
2.2 CPU的性能指标
CPU的性能高低影响整台计算机系统处理 数据的速度，下面将介绍一些和CPU相关 的性能指标。
2.2 CPU的性能指标
2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.5 2.2.6 2.2.7 CPU的频率 CPU的位和字长 CPU的缓存——Cache CPU的内核和接口 CPU的制造工艺与封装技术 超线程 CPU的指令集
处理器
4. 64位微处理器时代
从CPU诞生到发展到32位都是由Intel公司独领风骚，不 断发布具有里程碑意义的CPU产品，其他公司如AMD和 VIA公司虽然也在不断努力，但是在和Intel的对抗中几 乎每次都处于下风。但是在个人计算机领域率先发布64 位微处理器的却是潜心研究的AMD公司。 AMD公司在2003年发布了第一款应用于个人计算机的64 位处理器——Athlon64(速龙)。Athlon64在支持64位代码 的基础上提供了对32位和16位代码的良好兼容，有超过 4GB的内存寻址能力，而传统的32位处理器最高仅支持 4GB内存。Athlon64内置了内存控制器，可以极大地降 低数据的收发延迟，缩短读写请求的反应时间，处理器 的性能也因此获得可观的提升。
2.2.1 CPU的频率
CPU的频率是指计算机运行时的工作频率，也 叫做CPU的主频或CPU的时钟频率，CPU的频率 表示CPU内部数字脉冲信号振荡的速度，代表 了CPU的实际运算速度，单位是Hz。 CPU的频率越高，CPU在一个时钟周期内所能完 成的指令数也就越多，CPU的运算速度也就越 快。CPU实际运行的频率与CPU的外频和倍频有 关，其计算公式为：CPU的实际频率＝外频× 倍频。下面将介绍与CPU频率相关的外频、倍 频和前端总线频率的含义。
2.2.2 CPU的位和字长
在计算机中是以二进制进行数据的处理和运算 的，数据的组成代码是“0”和“1”。在计算机中 把这样的一个代码叫1位（bit），如十进制数8 换算成二进制数就是1000，其在计算机中被认 为是4位。但是由于位的单位太小，于是把每8 位称为一个字节（Byte），即1字节＝8位 （1Byte＝8bit）。 在计算机技术中，对CPU在单位时间内（同一 时间）能一次处理的二进制数的位数叫字长。 所以能处理字长为8位数据的CPU通常就叫8位 的CPU，同理，32位的CPU就能在单位时间内处 理字长为32位的二进制数据。