03第三节计算机内部硬件CPU.docx

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03第三节计算机内部硬件CPU

第三节、计算机内部硬件CPU

CPU（CentralProcessingUnit）中文名称为中央处理器或中央处理单元，它是计算机系统的核心部件。

CPU的性能高低直接影响着整台微机的性能，它负责微机系统中数值运算、逻辑判断、控制分析等核心工作。

如果电脑中没有了CPU，就像人没有了大脑一样。

计算机的一切工作都在此完成，人们常以它来判定计算机的档次。

CPU的内部结构可分为控制单元、运算单元和存储单元3大部分，其工作原理就像一个工厂对产品加工过程：

进入工厂的原料（数据），经过物资管理部门（控制单元）的调度分配，被送往生产线（运算单元），生产出成品（处理后的结果）后，再存储在仓库（存储单元）中，等着拿到市场上去交易（交由应用程序使用）。

一.CPU的发展

（1）Inter公司的CPU

1、4004

1971年11月，英特尔公司推出世界上第一个微处理器——英特尔4004芯片。

这是一个具有4比特总线配置、108千赫的芯片，做在一个3毫米×4毫米的掩模上，有2250个晶体管，每秒运算量高达6万次，售价为200美元的芯片，在电脑业掀起了滔天巨浪。

此后，Intel更是一发而不可收，1985年推出386处理器系列，1988年486问世，1993年推出功能更为强大的Pentium芯片，此后，Intel以10倍速的速度奔腾向前，使计算机奔向世界各地。

Intel4004催生了个人电脑，成为大型机与小型机的终结者，成就了COMPAQ与DELL，促进了信息产业的繁荣与发展。

Intel4004的横空出世引发计算机业第二次工业革命。

2、8080

1972年Intel公司推出8位8008，所图3-4所示。

但速度慢，功能不足。

1974年推出8080，时钟2MHz控制64KB内存。

3、8086

1978年Intel公司推出，16位8086（又称为80186），使用了X88指令集。

内部数据总线16位，外部数据总线8位。

内含29000个晶体管，时钟频率4.77MHz，地址总线20位，寻址范围1MB。

所图3-5所示

4、80286：

16位的处理器,1982年推出。

内含13.4万个晶体管，时钟频率由最初的6MHz提高到20MHz。

内部和外部数据总线皆为16位，地址总线为24位，寻址范围达16MB。

5、80386

1985年推出，具有32位的数据和地址总线，采用2微米，内含27.5万个晶体管，最初的时钟频率为12.5MHz。

80386的内部和外部数据总线都是32位，地址总线也是32位，寻址范围达4GB。

6、80486

1989年集成120万，采用1微米制做工艺，并且CPU芯片与主板分开，是32位的地址和数据总线，分为80486SX和80486DX。

486SX的工作频率为16/20/25/33，无NPU，486DX的工作频率为25/33/50，存在NPU。

7、Pentium/586

1993年3月Intel公司推出PentiumCPU为第一代奔腾产品，采用0.8微米的制造工艺，核心为5V的电压，属于64位处理器，其主频为60/66MHz，集成310万晶体，具有2条通道。

随后又相应推出PentiumPRO（高能奔腾）和PentiumMMX（多能奔腾）两款产品。

注：

相同产品有AMD的K5、K6和Cyrix的6X86、6X86MX。

8、PentiumⅡ

1997年5月，第一块PⅡ问世，同时PⅡ有众多的分支和系列产品。

⑴.第一代PⅡ：

运行在66MHz总线上，主频为233、266、300、333四款，生产工艺为0.35微米，内含750万个晶体管，集成了32KB的L1（分为16KB指令缓存和16KB的数据缓存）和256KB的L2，包含57条MMX指令，采用Slot1构架击跨对手。

⑵.第二代PⅡ，1998年生产，采用0.25微米的生产工艺，880万个晶体管。

同时推出高端工作站和服务器的PⅡXeon（至强）处理器，主频为400MHz，外频为100MHz。

9、Celeron（赛扬）

1998年推出低端市场的Celeron处理器，是PⅡ的简化版，早期内部无L2，但在Celeron300A以后加入了L2，并开始采用0.25微米工艺，此后相断推出CeleronⅡ、CeleronⅢ和Celeron4。

10、PⅢ/PⅣ

1999年推出第一款PⅢ采用Slot构架，外频为100/133MHz，0.25微米工艺，主频在450-600MHz之间，支持SSE指令集。

随后推P4，时钟频率为1.4G-1.5G,0.18微米的生产工艺，1.7V电压，外部频率为400MHz。

2000年11月，Intel公司发布了P4，400MHz的前端总线（100x4）,SSE2指令集，256KB～512KB的二级缓存，全新的超管线技术以及NetBurst架构，初始主频为1.3GHz。

（2）AMD公司的新款CPU

1．Athlon（K7）

Athlon（阿斯龙）又叫K7，此款产品相对于AMD以前的产品可算是革命性的进步，它不是直接拷贝Intel的架构，而是创造了一种属于自己的PC平台。

作为CPU业界中的亚军－AMD，可谓无人不知，无人不晓。

1999年的6月23日，AMD终于倾尽全力发布了最新的高端处理器Athlon（原名为K7）。

Athlon的出现，无疑又一次掀起商战的波澜，其锐利的矛头直接指向INTELPIII。

技术指标：

Athlon（K7）究竟有什么特别之处呢？

首先让我们来看看他的技术指标。

Athlon（K7）为了超越INTEL的PIII，在Athlon（K7）使用了一种全新的技术，是Digital的Alpha系统总线协议的EV6，EV6的优点很多，单单就说他的乱序执行指令就是独道之处，他不同于以往的INTEL的GTL＋（P6）总线结构，其执行指令时是随机性的乱序执行，即哪条指令先分配，则先执行哪一条，然后交付其它设备工作，与INTEL老式的流水线计算方式比较，具有更高的命中率、和突发的时效性，提高了运算的速度和成功率。

另外Athlon（K7）可以支持128K的一级CACHE及大至8M的二级CACHE，这让人眼睛喷火的配置是绝对的顶极产品，一改AMD过去总是跟班的角色，一举将INTEL的XEON作为对手，进军网络服务器的市场。

高速64位的系统总线接口（SLOTA）和高达200MHZ的系统总线，一举跨越了目前所有的CPU产品，比INTEL预计的下个世纪产品MERSED还略胜一筹。

此外，与PIII的结构特性对照见下表：

的确，AMD在K5与PENTIUM，K6与MMX，K6－2与PII相比仍然是有差距的，直到K6－3的出现，才有了超越INTEL－PII的整数性能的消息，但浮点性能弱一直是AMD的心病。

这也一直是影响AMD的名誉的大事。

令人可喜的是，Athlon（K7）使用了全新的设计生产技术，而使得AMD继续保持整数方面优势，绝对的超越了INTEL－PIII。

在浮点方面，因为AMD改进了技术，使用了先进的FPU，使得其性能将超越X86型处理器2倍以上，再配合AMD的专利技术3DNOW！

的浮点性能大大提高，双管齐下，全面超过了INTEL－PIII的性能。

与此同时，AMD也将是第一个生产SMP能力的PC级CPU，将标志着AMD也可以设计生产出双CPU乃至四个CPU的系统！

（这以前一直是INTEL的专利），为AMD进军高端的网络服务器奠定了基础。

Athlon（K7）的配套设备：

因为Athlon（K7）使用的是全新的AlphaEV6技术，所以它标志着他与目前的所有芯片组、主板都不兼容，因为AMD独自研发了以适用于Athlon（K7）的全新芯片组，并且将其授权给第三方芯片制造商及主板厂商，以全面开拓市场。

这第一款芯片组是AMD－751和AMD－756，其结构型式类似于南北桥技术。

而且CPU的接口插座也与PII／PIII类似，但不同的是，Athlon（K7）总线频率为200MHZ，所以采用的是SLOTA结构。

所以Athlon（K7）的主板即不能使用以往的K6－2／K6－3，也同样不能使用PII／PIII。

反之，SLOT1的主板也不能使用Athlon（K7），这将标志着，AMD首次研发新的接口技术与INTEL对垒，而不会再出现原来拼命嚼人家吃剩的馒头（由SOCKET7过渡到SUPER7）的经历了。

目前，据消息，芯片厂商VIA威盛，ALI扬智已获得AMD的芯片组授权，以设计生产兼容的芯片组，而微星、浩鑫等主板厂家也将在第一时间推出基于SLOTA芯片组结构的主板，以配合Athlon（K7）的上市。

为用户提供一个性能优异、价格低廉的解决方案。

喜新不厌旧是Athlon（K7）的又一大特点，Athlon（K7）的首次出现，并不代表就要抛弃所有的旧设备，在SLOTA＋Athlon（K7）的组合上，你仍旧可以使用目前的SDRAM及AGP显示卡，而且SLOTA技术仍然支持PCI／ISA设备，及普通IDE接口的硬盘。

因为溶入了全新的分频技术，而使得这些设备不会被丢弃。

但同时，Athlon（K7）又加入了许多的新技术，如对未来的RAMBUS高速内存的支持就是很好的证明。

2．Duron（毒龙）

Duron处理器的原来代号为Spitfire。

Duron处理器是AMD面向低端市场的产品，采用SocketA（Socket462）架构，如图3–13所示。

Duron处理器与目前Athlon处理器一样，都是采用AMD第7代X86核心架构，使用200MHz系统总线，L1Cache为128KB，L2Cache为64KB，采用与处理器同速的内嵌式方式，使用0.18μm的制造工艺，并加入新一代3Dnow！

指令集。

AMD公司参与CPU市场的竞争已经有很长一段时间了，却一直缺乏击败其最大对手Intel的有效武器，所以很长一段时间在CPU市场的竞争上无法占据主动。

尤其在中档家用这一块市场上，AMD更是没有出色的产品可以对抗Intel的Celeron系列。

显然AMD公司也不愿意情况这样一直持续下去，因此当其强力产品Athlon速龙在高端CPU市场取得节节胜利的时候，适时地推出了Athlon速龙的简化版——Duron毒龙处理器，以期在中档CPU市场这块大蛋糕上划分出大大一块放入自己的盘中。

AMD推出Duron的目的就是和Celeron争夺中档市场消费者。

虽然Duron处理器的价格非常低，但其性能却不容忽视，据说它的整体性能已经接近完整版产品Athlon处理器和增强版产品Thunderbird处理器，连Intel的主流产品PentiumIII处理器的市场份额都受到了Duron毒龙的影响。

二.主流CPU比较

虽然Duron处理器是Athlon处理器的简化版，和Athlon处理器有很多相似之处，但是它并不像Celeron处理器那样完完全全是其父版处理器PentiumIII的简化版——只缩减了128K二级缓冲内存。

AMD对Duron处理器进行了专门设计，因此它的核心和Athlon处理器不尽相同。

下面的表格记录的是市场上各种很有代表性的处理器的性能参数。

三.CPU系统解释

1.超频的原理

目前超频是很热门的一件事情，特别是某些DIY们，甚至把超频当成了DIY的主要内容了。

但超频并非总能成功，有时超频会导致系统的稳定性大幅度下降，甚至导致烧毁芯片。

通常你只需改一些跳线就可以完成超频的工作，必要的时候，你也可能会添加一些配件，通常是一些风扇，散热片等冷却用的东西。

在过去，我们超频的方法通常是将CPU的时钟速度加快，比如将P120芯片跳成P133的用。

如今，我们可以使用改变主板总线的速度来实现超频。

为什么不超频？

尽管很多人说超频对CPU和主板上的元件是有害的，总的说来，超频对你的计算机是没有损害的，但你需要注意一些问题。

你的CPU在超频的时候，可能会被一种电迁移所损害，这种损害并不会立刻降临到你的CPU上，只有当你的CPU在较高的温度下运行的时候，才会产生。

通常，一颗CPU的寿命是10年左右，超频会缩短你的CPU的寿命。

当你使用超频的时候，必须保证将CPU冷却到允许的温度，

关于超频的一些必要条件：

Intel公司生产的芯片的质量很好，所以它超频的成功率是所有CPU中最高的。

确认你的CPU不是假的，如果你可以很轻易的掀开CPU上面的黑色外壳，那说明它已经被RE-MARK过了，这种CPU是不能超频的。

主板你必须选择一块优质的主板，它在超频的情况下能够产生正常的时钟信号，减少系统死机的可能性。

你的主板可以提供一个很宽的电压范围，你的主板上最好提供2.5到2.9伏的电压，他们之间的间隔是0.1伏特。

如果你的主板可以提供高于3.45伏的电压，那么你比较容易实现超频。

内存如果你用的是EDO内存的话，你最好使用45纳秒的高速内存，否则它无法应付高于66MHZ的总线速度。

而使用SDRAM，则不必为这个而担心。

冷却装置在超频中是非常重要的，如果你在超频以后，可以启动计算机，但在一分钟之内，你的机器死掉了，这通常是你的CPU过热的原因。

但这并不是说，你总是需要非常好的冷却装置，如果你的CPU芯片是按0.35微米的标准生产的，它就会产生较少的热量。

我们选用的冷却装置通常是散热片，风扇或者是同时安装。

你可以在销售电器的商店里面找到这些设备。

在选购散热片的时候，你要确信你的CPU和它匹配。

散热片的表面必须与CPU的表面完全的接触。

你可以使用硅胶将散热片与CPU粘在一起，必要的话，在散热片上可以加装一个小风扇。

2.CPU超频后的工作状态

正确的超频首先我们超频的目的是提高系统的整体性能，其次我们要使计算机在超频以后能稳定的运行。

最后，我们要确保不要将CPU烧掉。

当你提高系统总线的速度，会使系统的性能提高，但如果你只提高CPU的时钟频率，你的系统的整体性能不一定会提高。

例如，我们将P166（2.5x66）跳到180（3x60）,它将会降低你计算机的性能。

同样的我们将133（2x66）跳到150（3x50）来用，它也不会提高你计算机的性能。

超频到75或83MHZ时需要注意的问题PCI总线运行在37.5或41.6MHZ的时候，会带来一些问题，最典型的是一些显示卡，SCSI卡，网卡拒绝工作在这样高的时钟速度下，还有一些显示卡芯片会很烫，如果你将散热片粘在显示芯片上就可以了。

EIDE硬盘接口的速度不光是受PIO，DMA模式决定的，它也受PCI总线速度的影响。

比方说，在60MHZ总线速度下工作的硬盘就比较慢。

如果总线速度超过66MHZ，硬盘有可能会工作异常，比如我的硬盘可以在75MHZ下正常运转，但在83MHZ下，PIO模式就变为2了。

普通的60纳秒的EDO内存可以在75MHZ总线速度下工作，但在83MHZ时，你就需要高级的EDO内存或者SDRAM了。

（高级的EDO内存的速度为45纳秒）对IntelPentium芯片超频奔腾处理器是最适于超频的CPU，而MMX型芯片正常的工作电压是2.8V，而在超频的时候，可以将电压提高到2.9伏，这样使超频后的CPU工作更稳定。

被超频最多的奔腾芯片*P150它毫无疑问的可以跳成P166来用。

3.和Remark的战争

⑴.开机测试,进行CPU的超频测试,可以超外频在20%,条件内存要速度。

⑵.可以查看BIOS,在PowerManagement电源管理找“Vcore”，核心电压为2.0V,Coppermine电压1.6-1.65V。

⑶.虽InterCPU锁频了,但在CPU板上焊一个装置就可改变总线速度和倍频,电压在买封装CPU时,可轻轻摇动CPU听到有轻微的声音时,是由芯片此背后的带有4个小触点的装置发出的。

⑷.另外鉴别办法就是看CPU的包装,印刷在CPU表面文字质量,而且还要看价格。

⑸.要用指甲乱盒装CPU的塑料薄膜封装上的水印标志。

四.CPU的选购

1.赛扬处理器的编号

例：

FV524RX450128SL36CCOSTARICAL12506650470

FV524RX450：

其中450指CPU主频是450MHz

128：

CPU采用的是128KB的二级缓存

SL36C：

为CPU的后缀编号

COSTARICA：

为CPU的产地哥斯达黎加，MALAY为马来西亚。

L12506650470：

是CPU的序列号，其中L125是CPU的生产日期为2001年第25周

2、赛扬Ⅱ、PⅢ和P4（Socket构架）

例1：

800/128/100/1.65Q137A596-0909SL4TF

800：

CPU的工作频率为800MHz

128：

CPU采用128KB的二级缓存

100：

CPU的外频为100MHz

1.65：

CPU的核心电压

Q137A596-0909：

CPU的序列号。

Q表示产自马来西亚（0为哥斯达黎加，1=菲律宾，Y=爱尔兰），137表示CPU于2001年第37周生产

SL4TF：

为CPU的后缀编号

例2：

2.4GB/256/400/1.60VSL6VUMALAYQ343A259

2.4BG：

CPU的工作频率为2400MHz

256：

CPU采用256KB的二级缓存

400：

CPU的外频为400MHz

1.60V：

CPU的核心电压

MALAY：

产自马来西亚

SL6VU：

为CPU的后缀编号

3、PⅡ、PⅢ（Slot）

例：

80523PY450512ESL2S72.0VY8130268-0794

80523:

其中的3代表生产工艺（2为0.35微米、3为0.25微米）

PY：

CPU的外频（PY为100MHz、PX或P为66MHz、PZ为133MHz）

SL2S7：

CPU的后缀编号

2.0V：

CPU的工作电压

Y8130268-0794：

CPU的序列号，Y为产地（同上），813表示1998年第13周生产