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计算机组装与维修》计算机组装与维修》《计算机组装与维修》《计算机组装与维修》第4章CPU信息电子工程系熊永胜学习目标第4章CPU计算机组装与维修》掌握CPU的基本概念理解CPU的工作原理了解CPU的外观与构造掌握CPU的性能指标掌握CPU的选购方法了解CPU散热系统一、CPU概述计算机组装与维修》CPU（CentralProcessingUnit）又叫中央处理器，是计算机系统的核心部件，在整个电脑系统中起到运算和控制的作用。它是由数量众多的晶体管组成的超大规模集成电路，控制着整个计算机系统的运行。二、CPU的工作原理计算机组装与维修》1用化学方法蚀刻或光刻方式在高纯度的晶体硅上产生若干的晶体管。CPU的生产过程算术逻辑单元控制单元寄存器总线CPU的内部结构2二、CPU的工作原理计算机组装与维修》CPU的工作过程读取数据处理数据写数据01指令102指令203三、CPU的外观构造计算机组装与维修》内核基板填充物封装接口四、CPU的性能指标计算机组装与维修》字长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。主频CPU的主频也称为内频，是指CPU内部的工作频率或时钟频率，单位为MHz（兆赫兹）或GHZ（吉赫兹）。表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度。主频的高低直接影响CPU的运算速度，一般来说，主频越高，一个时钟周期里完成的指令数也越多，当然CPU的速度也就越快了。计算公式：主频＝外频×倍频系数四、CPU的性能指标计算机组装与维修》外频CPU外部工作频率称为外频，是指CPU与外部设备（内存或主板芯片组）之间的数据交换速度倍频倍频系数是指CPU主频与外频之间的相对比例关系。在相同的外频下，倍频越高CPU的频率也越高。010302四、CPU的性能指标计算机组装与维修》前端总线（FSB）1前端总线(FSB)频率(即总线频率)是直接影响CPU与内存直接数据交换速度。有一条公式可以计算，即数据带宽＝(总线频率×数据带宽)/8，数据传输最大带宽取决于所有同时传输的数据的宽度和传输频率。2外频与前端总线(FSB)频率的区别：前端总线的速度指的是数据传输的速度，外频是CPU与主板之间同步运行的速度。也就是说，100MHz外频特指数字脉冲信号在每秒钟震荡一千万次；而100MHz前端总线指的是每秒钟CPU可接受的数据传输量是100MHz×64bit÷8Byte/bit=800MB/s。3四、CPU的性能指标计算机组装与维修》缓存（Cache)1缓存大小也是CPU的重要指标之一，而且缓存的结构和大小对CPU速度的影响非常大，CPU内缓存的运行频率极高，一般是和处理器同频运作，工作效率远远大于系统内存和硬盘。2L1Cache(一级缓存)是CPU第一层高速缓存，分为数据缓存和指令缓存。内置的L1高速缓存的容量和结构对CPU的性能影响较大，不过高速缓冲存储器均由静态RAM组成，结构较复杂，在CPU管芯面积不能太大的情况下，L1级高速缓存的容量不可能做得太大。一般服务器CPU的L1缓存的容量通常在32—256KB。3L2Cache(二级缓存)是CPU的第二层高速缓存，分内部和外部两种芯片。内部的芯片二级缓存运行速度与主频相同，而外部的二级缓存则只有主频的一半。L2高速缓存容量也会影响CPU的性能，原则是越大越好，现在家庭用CPU容量最大的是512KB，而服务器和工作站上用CPU的L2高速缓存更高达256-1MB，有的高达2MB或者3MB。4四、CPU的性能指标计算机组装与维修》扩展指令集1CPU依靠指令来计算和控制系统，每款CPU在设计时就规定了一系列与其硬件电路相配合的指令系统。指令的强弱也是CPU的重要指标，指令集是提高微处理器效率的最有效工具之一。2Intel：MMX、SSE、SSE2、SSE33AMD：3DNow!4工作电压5CPU的工作电压分为内核电压和I/O电压两种，通常CPU的核心电压小于等于I/O电压。其中内核电压的大小是根据CPU的生产工艺而定，一般制作工艺越小，内核工作电压越低；I/O电压一般都在1.6-5V。低电压能解决耗电过大和发热过高的问题。6四、CPU的性能指标计算机组装与维修》制造工艺01制造工艺的微米或纳米是指IC内电路与电路之间的距离。制造工艺的趋势是向密集度愈高的方向发展。密度愈高的IC电路设计，意味着在同样大小面积的IC中，可以拥有密度更高、功能更复杂的电路设计。02现在主要的180nm、130nm、90nm、65nm。最近已有45nm的制造工艺了。