第2章CPUpptConvertor.docx

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第2章CPUpptConvertor

2.1CPU概述2.2主板概述2.3内存概述

2.4电源概述2.5机箱概述

第2章计算机主机系统

计算机的主机系统通常包括机箱、电源、主板、CPU、内存、各种功能接口卡、硬盘、光驱等部件。

在整个计算机主机系统中，CPU和主板是关键的两个部件。

这两个部件提供了计算机运行最基本的功能，可以说是整个计算机主机系统的核心部件。

计算机上的所有部件都通过主板连接在一起，并为CPU、内存、显卡、网卡、硬盘等各个部件和外部设备提供了插槽、接口以及控制功能，并将各个部件有机地结合起来形成一套完整的系统。

本章将从计算机主机系统中最重要的两个部件-CPU和主板开始介绍计算机的主机系统。

2.1.1CPU的作用

CPU（CentralProcessingUnit），即中央处理器，也叫微处理器，是整个电脑系统中负责执行程序和数据处理的部件。

CPU核心技术的发展一直是计算机技术发展的重点。

2.1.2CPU生产厂商

对于x86系列的CPU，目前世界上主要有3家厂商生产，它们是Intel公司、AMD公司（超微）和威盛公司。

其中Intel和AMD的产品占据了绝大多数市场份额。

产品在操作系统一级相互兼容；产品覆盖95%以上的桌面微机市场。

非x86系列CPU：

生产厂商有IBM、Sun、HP、MIPS、APPLE、ARM、日立、三星、现代、中科院计算所等；产品主要用于大型服务器和嵌入式系统；这些产品大多互不兼容；在桌面微机市场中占有份额小。

2.1CPU概述

2.1.3CPU适用类型

“CPU适用类型”指CPU所适用的应用类型，针对不同的应用范围，CPU被设计成嵌入式、微控制式和通用式三种类型。

而通用式CPU追求高性能，主要用于高性能个人计算机系统（即PC台式机）、服务器（工作站）以及笔记本（手提）中。

产品类型

Intel公司产品系列

台式机

酷睿系列、奔腾系列、赛扬系列

移动型

移动酷睿、凌动系列、迅驰系列、移动奔腾、移动赛扬

服务器型

至强系列、安腾系列

不同系列CPU产品在软件上相互兼容

产品类型

AMD公司CPU产品系列

台式机

AMDPhenom系列（羿龙）AMDAthlon系列（速龙）；AMDSempron系列（闪龙）；

移动型

AMD笔记本系列（炫龙）；

服务器型

AMDOpteron服务器系列（皓龙）

台式机的CPU，该类CPU强调整型、浮点型运算能力，要求有良好的多媒体数据处理能力。

应用于服务器和工作站上的CPU，在稳定性、多任务处理速度等方面的要求都要高于单机，许多CPU的新技术都是率先开发应用于服务器（工作站）CPU中。

笔记本CPU受使用环境的限制，在外观尺寸、功耗等方面都有专门的要求。

为了降低功耗，笔记本处理器中都包含有一些节能技术。

在无线网络广泛应用的现在，笔记本CPU还增加了一些定制的针对无线通信的功能。

封装方式方面，笔记本CPU追求的是小、薄、耐高温，服务器CPU追求的是稳定性、可靠性，通常台式机CPU的测试温度上限为75摄氏度，超过75摄氏度，工作就会不稳定，甚至出现问题；笔记本CPU的测试温度上限为100摄氏度；服务器CPU需要长时间的稳定工作，在散热方面的要求就更高。

CPU由半导体硅芯片（die）、基板、针脚或无针脚触点、导热材料、金属外壳等组成。

电阻和电容

2.1.4CPU基本组成

各公司兼容x86指令集的主要CPU产品

CPU的发展非常迅速，从最早的第一代应用于微机中8088CPU发展到现在的Corei3/i5/i7，只经过了30多年的时间，可以说个人计算机的发展是随着CPU的发展而前进的。

2.1.5CPU的发展

面向基本运算的英特尔®处理器

专为互联网设备量身打造的

英特尔®凌动™处理器

2.1.6CPU的系列型号

系统

处理器

号

内核/

线程数

时钟

速度

英特尔®

智能高

速缓存

芯片

英特尔®

睿频加

速技术

英特尔®

超线程

（HT）技术

标准电压处理器

i3-350M

2个内核/

4条线程

2.26GHz

3MB

32纳米

否

是

i3-330M

2个内核/

4条线程

2.13GHz

3MB

32纳米

否

是

超低电压处理器

i3-330UM

2个内核/

4条线程

1.20GHz

3MB

32纳米

否

是

i3-540

2个内核/

4条线程

3.06GHz

4MB

32纳米

否

是

i3-530

2个内核/

4条线程

2.93GHz

4MB

32纳米

否

是

英特尔®酷睿™i3处理器

系统

处理器

号

内核/

线程

时钟

速度

英特尔®

智能高速

缓存

芯片

睿频

加速技术

超线程（HT）

技术

高清显卡（HDGraphics）技术

标准电压处理器

i5-540M

2个内核/

4条线程

2.53GHz，采用英特尔®睿频

加速技术后高达3.06GHz

3MB

32纳米

是

是

是

i5-520M

2个内核/

4条线程

2.40GHz，采用英特尔®睿频

加速技术后高达2.93GHz

3MB

32纳米

是

是

是

i5-430M

2个内核/

4条线程

2.26GHz，采用英特尔®睿频

加速技术后高达2.53GHz

3MB

32纳米

是

是

是

超低电压处理器

i5-540UM

2个内核/

4条线程

1.20GHz

3MB

32纳米

是

是

是

i5-520UM

2个内核/

4条线程

1.06GHz，采用英特尔®睿频

加速技术后高达1.86GHZ

3MB

32纳米

是

是

是

i5-430UM

2个内核/

4条线程

1.20GHz

3MB

32纳米

是

是

是

i5-750S

4个内核/

4条线程

2.40GHz，采用英特尔®睿频

加速技术后高达3.20GHZ

8MB

45纳米

是

无

无

i5-750

4个内核/

4条线程

2.66GHz，采用英特尔®睿频

加速技术后高达3.20GHZ

8MB

45纳米

是

无

无

i5-670

2个内核/

4条线程

3.46GHz，采用英特尔®睿频

加速技术后高达3.73GHZ

4MB

32纳米

是

是

是

i5-661

2个内核/

4条线程

3.33GHz，采用英特尔®睿频

加速技术后高达3.60GHZ

4MB

32纳米

是

是

是

i5-660

2个内核/

4条线程

3.33GHz，采用英特尔®睿频

加速技术后高达3.60GHZ

4MB

32纳米

是

是

是

i5-650

2个内核/

4条线程

3.20GHz，采用英特尔®睿频

加速技术后高达3.46GHZ

4MB

32纳米

是

是

是

英特尔®酷睿™i5处理器

系统

处理器

号

内核/

线程数

时钟

速度

智能高

速缓存

芯片

睿频加

速技术

超线程

（HT）技术

标准电压处理器

i7-820QM

4个内核/

8条线程

1.73GHz，睿频加速

技术后可达3.06GHz

8MB

45纳米

是

是

i7-720QM

4个内核/

8条线程

1.60GHz，睿频加速

技术后可达2.80GHz

6MB

45纳米

是

是

i7-620M

2个内核/

4条线程

2.66GHz，睿频加速

技术后可达3.33GHz

4MB

32纳米

是

是

超低压处理器

i7-640LM

2个内核/

4条线程

2.13GHz，睿频加速

技术后可达2.93GHz

4MB

32纳米

是

是

i7-620LM

2个内核/

4条线程

2.0GHz，睿频加速

技术后可达2.8GHz

4MB

32纳米

是

是

i7-660UM

2个内核/

4条线程

1.33GHz

4MB

32纳米

是

是

i7-640UM

2个内核/

4条线程

1.20GHz，睿频加速

技术后可达2.26GHz

4MB

32纳米

是

是

i7-620UM

2个内核/

4条线程

1.06GHz，睿频加速

技术后可达2.13GHz

4MB

32纳米

是

是

i7-960

4个内核/

8条线程

3.20GHz，睿频加速

技术后可达3.46GHz

8MB

45纳米

是

是

i7-950

4个内核/

8条线程

3.06GHz，睿频加速

技术后可达3.33GHz

8MB

45纳米

是

是

i7-940

4个内核/

8条线程

2.93GHz，睿频加速

技术后可达3.20GHz

8MB

45纳米

是

是

i7-920

4个内核/

8条线程

2.66GHz，睿频加速

技术后可达2.93GHz

8MB

45纳米

是

是

i7-870

4个内核/

8条线程

2.93GHz，睿频加速

技术后可达3.60GHz

8MB

45纳米

是

是

i7-860s

4个内核/

8条线程

2.53GHz，睿频加速

技术后可达3.46GHz

8MB

45纳米

是

是

i7-860

4个内核/

8条线程

2.80GHz，睿频加速

技术后可达3.46GHz

8MB

45纳米

是

是

英特尔®酷睿™i7处理器

Lynnfield和Clarkdale核心的处理器相比于Bloomfield，一个比较明显的不同是整合了PCIE2.0控制器，在IntelP55/P57主板上可以支持1x16和2x8的模式。

而Clarkdale处理器更有整合显示核心的版本，其中Core部分会使用32nm制程，而GFX单元使用45nm制程，整合有GFX单元的Clarkdale需要IntelH55/H57芯片组支持

首款CPU内置高清GPU

Corei3与以前的CPU有很大区别，因为Corei3不再是由一个CPU核心封装而成，它是由一个CPU与一个GPU封装而成。

CPU部分是一款双核CPU，采用32nm制作工艺，基于最新的Westmere架构；而GPU部分则是采用45nm制作工艺，Corei3将支持显示切换功能，能在内置GPU核心及独立显卡之间作出实时切换，达至节能省电效果。

2.1.7CPU的性能指标

CPU的性能指标涉及以下几个方面：

1．主频、外频和倍频

2．前端总线频率

3．内存总线速度

4.高速缓存

5．CPU的内核和接口

6．CPU的制造工艺与封装技术

7．CPU的I/O工作电压

8．多核心技术

9.其它指标

主频

主频也叫时钟频率，用来表示CPU的运算、处理数据的速度。

主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度。

　　CPU的主频＝外频×倍频系数。

一般来说，一个时钟周期完成的指令数是固定的，主频越高，CPU的速度越快。

由于各种CPU的内部结构不尽相同，CPU的主频与CPU实际的运算能力是没有直接关系的，所以并不能完全用主频来概括CPU的性能，CPU的运算速度还要看CPU的流水线、总线等等各方面的性能指标。

主频仅仅是CPU性能表现的一个方面，而不代表CPU的整体性能。

但在选购时首先要考虑的指标应是主频。

外频

外频是CPU的基准频率，单位是MHz。

CPU的外频决定着整块主板的运行速度。

通俗地说，在台式机中，所说的超频，都是超CPU的外频。

倍频系数

倍频是指CPU外频与主频相差的倍数，公式表示为：

主频=外频×倍频。

我们通常说的赛扬2.4GHz、P42.8GHz都是指CPU的主频而言的。

例如，外频为200MHz时，如果以14倍的倍频来运行，则CPU的速度便是200MHz×14=2.8GHz。

“主频”是评定CPU实际运行的最高速度，在这个速度下可以保证CPU的正常运行。

前端总线频率

前端总线频率指的是CPU和北桥芯片间总线传输数据的速度，即数据带宽。

数据传输带宽取决于同时传输的数据宽度和总线频率，即：

数据带宽=（总线频率×数据宽度）÷8。

目前PC机上所能达到的前端总线频率有533MHz、800MHz、1066MHz、1333MHz、1600MHz几种。

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。

内存总线速度

也叫系统总路线速度，一般等同于CPU的外频。

内存总线的速度对整个系统性能来说很重要，由于内存速度的发展滞后于CPU的发展速度，为了缓解内存带来的瓶颈，所以出现了二级缓存，来协调两者之间的差异，而内存总线速度就是指CPU与二级（L2）高速缓存和内存之间的工作频率。

高速缓存

位于CPU内，由静态RAM组成，用于加速CPU读写外部RAM的速度。

CPU内缓存的运行频率一般和处理器同频。

实际工作时，CPU往往需要重复读取同样的数据块，而缓存容量的增大，可以大幅度提升CPU内部读取数据的命中率，而不用再到内存或者硬盘上寻找，以此提高系统的性能，缓存的结构和大小对CPU速度的影响非常大。

但是由于CPU芯片面积和成本的因素来考虑，缓存都很小。

 在CPU里有两级高速缓存，分别称为L1高速缓存和L2高速缓存。

L1高速缓存：

也称为一级高速缓存，用于暂存部分指令和数据，以使CPU能迅速地得到所需要的数据。

L1高速缓存与CPU同步运行，其对CPU的性能影响较大，容量越大，性能也会越高。

L2高速缓存：

也称为二级高速缓存、它的作用就是为了协调CPU的运行速度与内存存取速度之间的差异。

L2高速缓存是CPU晶体管总数中占得最多的一个部分。

由于L2高速缓存的成本很高，因此L2高速缓存的容量大小一般用来作为高端和低端CPU产品的分界标准。

目前CPU的L2高速缓存有低至64KB，也有高达6MB、8MB、13MB以上的。

CPU的内核：

指CPU的核心，不同的CPU都会有不同的核心类型甚至同一种核心都会有不同版本的类型，核心版本的变更是为了修正上一版存在的一些错误，并提升一定的性能。

每一种核心类型都有其相应的制造工艺、核心面积、核心电压、电流大小、晶体管数量、各级缓存的大小、主频范围、流水线架构和支持的指令集、功耗和发热量的大小、封装方式、接口类型、前端总线频率等等。

因此，核心类型在某种程度上决定了CPU的工作性能。

不同核心的CPU的性能也不同。

一般说来，新的核心类型往往比老的核心类型具有更好的性能，CPU核心的发展方向是更低的电压、更低的功耗、更先进的制造工艺、集成更多的晶体管、更小的核心面积、更先进的流水线架构和更多的指令集、更高的前端总线频率、集成更多的功能以及双核心和多核心等。

IntelCPU的核心类型有：

Northwood、Prescott、Smithfield、CedarMill、Presler、Yonah、Conroe、Allendale、Merom

CPU的接口:

CPU的接口是指CPU与主板之间的连接方式，CPU的接口根据CPU的核心的不同而不同，CPU诞生初期是直接焊接在主板上的，后来逐渐独立出来，也就有了各式各样的接口,如:

Intel系列-酷睿™系列:

LGA1156、LGA1366、

-Pentium4/Celeron:

Socket478,LGA775

-Xeon:

工作站用,可多顆連接Socket604

AMD系列-Althon64:

Socket940,SocketAM2（AM2+）

-AlthonXP:

SocketA（462）

-Sempron:

SocketA,Socket939

-Opteron:

工作站用,可多颗连接Socket940

CPU的制造工艺与封装技术

CPU的制造工艺是指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。

现在主要的有45/32nm的制造工艺。

AMD将于2011年中期初发布28nm的产品 

由于CPU制造完成后，它只是一块不到1cm2的硅晶片（或集成电路），还需要对其进行封装，并安装引脚（或叫做针）后才能插到主板上。

平常所说的Socket478，Socket939就是指引脚数。

封装技术是一种将集成电路用绝缘的塑料或陶瓷材料打包的技术。

封装CPU的材料一般有陶瓷封装和树脂封装两种。

目前最新的封装方式为：

LGA775/LGA1156/LGA1366封装，它采用的是775/1156/1366根有弹性的触须状针脚（其实是非常纤细的弯曲的弹性金属丝），通过与CPU底部对应的触点相接触而获得信号。

CPU需要安装扣架固定。

CPU的I/O工作电压

从586CPU开始，CPU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。

多核心技术

单核CPU过快的温度和功耗上升，使得CPU厂商不得不采用多核CPU提高性能。

多核CPU具有更强的并行处理能力，大大减少了CPU的发热和功耗。

多核CPU需要软件支持，只有在基于线程化的软件上，多核CPU才能发挥出效能。

同步多线程（SMT）技术

同步多线程也称为超线程（HT）。

SMT使1个物理CPU作2个逻辑CPU来使用。

SMT无需改动硬件，但要在BIOS中进行设置。

应用软件根据不同的CPUID来识别各个逻辑CPU。

SMT可以提高CPU15%~30%的性能。

WindowsXP/Vista/Win7支持SMT技术。

64位计算技术

64位计算指CPU通用寄存器宽度为64位。

64位计算需要64位CPU、64位操作系统和64位应用软件的支持。

目前Intel和AMD公司的CPU几乎都为64位。

64位CPU可以运行在32位操作系统上，32位CPU也可以运行64位操作系统。

CPU能效指标

1．CPU功耗

CPU功耗=频率×寄生电容×工作电压的平方

即：

Power=F×C×V2

台式微机CPU功耗在50W~130W之间。

2．CPU设计热功耗

设计热功耗（TDP）是CPU热量释放指标，它是CPU达到最大负载时释放出的热量。

CPU功耗是对主板提出的要求，要求主板能提供相应的电压和电流。

TDP是对散热系统提出的要求，要求散热系统能把CPU发出的热量发散掉。

3．CPU性能评价指标

CPU性能＝频率×每个时钟周期执行指令数

CPU节能技术

减少功耗的理想解决方案是：

不同工作模式下使用不同的工作电压，但这会造成CPU设计太过复杂。

简单的设计方法是：

按照高性能高电压，低性能低电压的原则进行设计。

可以使用多个时钟域来降低芯片工作频率。

Corei7CPU的时钟分为三个部分：

核心、核外（L3）和I/O（QPI和IMC）。

CPU采用逻辑电路动态控制电源或时钟。

在电路不工作时，关闭部分晶体管，这样对应的电路就不会产生功耗。

增强型动态加速技术可以根据应用程序的负载状态，动态地调整多核CPU的工作状态，安排单核心或多核心CPU的工作频率。

CPU发热保护技术

CPU的警戒温度值为72℃，极限温度为135℃。

CPU内核温度达到72℃时，CPU内核的温度控制电路被激活，它会降低CPU任务周期信号，强制CPU的工作频率按这个信号指定的周期运行，达到降低CPU工作频率的目的。

CPU温度升高到85℃时，CPU性能下降幅度将超过50％。

CPU温度升高到94℃时，会出现系统死机。

CPU温度升高到135℃时，CPU将自动关闭系统。

早期CPU的温度通过主板CPU插座下面的热敏电阻来监测。

Pentium2以后的CPU内部集成了热敏二极管，直接测量CPU核心温度。

Intel将CPU的警戒温度和极限温度写入CPU内部的温控电路中，用户无法修改它们。

提高CPU性能的方法

虚拟化技术

虚拟化技术（VT）可以使一台主机同时运行多种不同类型的操作系统。

Intel公司在入门级CPU中省去了虚拟化功能。

AMD主流CPU都支持AMDVT。

目前在个人电脑市场，提供微机用主流CPU产品的为Intel（英特尔）以及AMD（超微）两家。

目前Intel的主流产品则是基于CORE架购的酷睿TM处理器等。

分：

2.1.8主流CPU产品介绍

AMD则是其K8架构的六核羿龙、四核速龙、以及闪龙系列，按设备类型分：

台式机处理器、笔记本处理器、服务器处理器、工作站处理器等。

笔记本电脑处理器家族

台式机处理器家族

互联网设备处理器家族

1.IntelCPU

2.AMDCPU

2.1.9CPU选购指南

配一台好的电脑，重点在选择CPU与主板上。

CPU对整个电脑的性能起着决定作用，而如果没有一款好的主板来搭配，再强的处理器也不能完全发挥它的性能。

当然如果CPU性能一般而选择了一款相当不错的主板，也不能够完全发挥主板的作用，造成浪费。

CPU的综合性能是由内核架构、核心频率、二级缓存和前端总线共同决定的。

选购CPU的一般原则

虽然说intel和AMD的处理器产品很多，高档产品的性能也十分强劲，但是并不是人人都需要用到。

选购CPU时，需要根据购买CPU的用途以及性价比等方面来进行选择。

选购建议：

1.对使用者来说，选购时都应当本着“够用就好”的原则来配置CPU及其主机的部件，应将更多的注意力放在产品的易用性、稳定性和速度等方面，因为在一般的日常应用中，些许的性能差异令人难以察觉，但发热量、噪音、稳定性等因素却时时刻刻影响着我们的使用感受。

2.使用电脑的用途不同，对硬件要求的侧重点是不一样的。

有的要求处理器，有的要求显卡，有的要求内存，显卡里面A卡和N卡的性能侧重点也不一样。

3.均衡的配置，让每一个硬件的工作性能都能得到最大的发挥，减小“瓶颈”.在整体均衡的基础上考虑工作性能侧重。

4.考虑机器的使用寿命,电脑的淘汰是因为在软件发展的过程中，速度和容量跟不上了。

高配置不但是高价格，而且还是高寿命。

选部件一定要看得远一点，一定要考虑好你打算用多长时间。

几个小技巧：

1.集思广益，多听听网上的意见，这里面没人想赚你的钱。

2.尽量不要购买生僻冷门的硬件，配电脑没有“个性”不是件丢人的事。

3.尽量在大一点、年头长的装机店买，哪怕多花点钱。

4.不要