计算机组装与维护教案3CPU.docx
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计算机组装与维护教案3CPU
授课
班级
2006级计算机应用九大队1、2班
2007级司法信息技术一大队13、14班
周学时数
4
课题
第三章CPU
课时分配
4
教学目的：
1.CPU的技术指标和参数
2.指令特殊的扩展技术
3.CPU的发展
4.CPU杂谈
5.通过CPU编号选购CPU
教学重点：
CPU的技术指标和参数、指令特殊的扩展技术
教学难点：
指令特殊的扩展技术
教学设计：
（反映为达到本章教学目的所进行的整体规划，内容组织与安排，教学过程控制的基本思路）
本章授课计划为：
第1次课讲授CPU的技术指标和参数、指令特殊的扩展技术。
第2次课主要讲授CPU的发展、CPU杂谈、通过CPU编号选购CPU。
主要掌握计CPU的发展及超频技术。
教学过程与基本内容：
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的技术指标和参数
1、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。
CPU的主频通常和其型号标注在一起的，如PentiumⅡ/450指其主频为450MHz，Pentium4/1.70GHZ其主频为1.7GHZ，由于各种CPU的内部结构不尽相同，所以并非时钟频率相同性能就一样。
如PⅡ800和PⅢ800。
2、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。
外频速度高，CPU就可以同时接受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。
3、倍频
是CPU的内部频率与整个系统的频率（外频）之间的倍数。
从486DX2开始，CPU的主频与外频就不一致了，而想让CPU更好的工作就要将整个系统的频率（外频）与CPU的内部频率以一定的倍数工作，即主频=外频×倍频。
实际上，在相同外频的前提下，高倍频的CPU本身意义并不大，常会出现“瓶颈”即CPU等外频送来数据，浪费CPU的计算机能力，早期的倍频一般为5—8倍，而现在P4机多为8—17倍，通过这样的设置CPU的性能能够得到比较充分的发挥。
4、地址总线宽度
地址总线宽度决定了CPU可以直接寻址的内存空间大小，位数越大，则可以直接寻址空间就越大。
例如，32位地址总线，可直接寻址4GB的内存空间。
地址总线宽度也已由最初的8位发展到现在的64位。
5、数据总线宽度
数据总线宽度是CPU内部可以同时传输的数据位数，即一次性可传输数据的位数。
位数越多，速度当然就越快，则CPU性能就越好。
数据总线宽度已由最初的8位发展到了目前的64位。
6、L1Cache：
即一级缓存，可达128KB，可提高系统性能的20%，现分为数据缓存和指令缓存两部份。
7、L2Cache：
即二级缓存，可达1MB，目的是为了弥补L1Cache容量不足的问题。
8、生产工艺：
早期的CPU大多采用0.5µm的制作工艺，后来随着CPU频率的提高，0.25µm制作工艺被普遍采用。
在1999年底，Intel公司推出了采用0.18µm制作工艺的PentiumⅢ处理器，即Coppermine（铜矿）处理器。
更精细的工艺使得原有的晶体管电路更大限度地缩小了，能耗越来越底，CPU也就更省电。
9、工作电压：
CPU正常工作所需的电压，早期的CPU（286、386、486）由于制作工艺落后，因此工作电压较大，一般为5V（奔腾是3.5V、3V、2.8V等）左右，导致CPU的发热量过大，电子迁移现象缩短了CPU的使用寿命。
现在随着CPU制作工艺的提高，工作电压一般在1.5V—2.0V之间，使CPU发热量问题得到很好的解决。
10、插槽类型：
分为两大类：
一类是针脚式Socket构架，一类为插卡式Slot构架。
Socket为ZIF（零插拔力）插座，常用Socket7、Socket370、Socket423、478。
Slot常用的有Slot1、Slot2、SlotA三种。
11、协处理器：
也称为数字协处理器NPU，主要用于浮点运算，因此286、386、8088等微机CPU的浮点运算性能都相当落后，自从486以后，CPU一般都内置了协处理器，协处理器的功能也不再局限于增强浮点运算，含有内置协处理器的CPU，可以加快特定类型的数值计算，某些需要进行复杂计算的软件系统，如AutoCAD就需要协处理器支持。
12、动态处理：
动态处理是应用在高能奔腾处理器中的新技术，动态处理不是简单执行一串指令，而是通过操作数据来提高处理器的工作效率。
主要包括：
⑴多路分流预测：
通过几个分支对程序流向进行预测提高运行的速度（预测精确度可达90%以上）；当采用多路分流预测算法后，处理器便可以参与指令流向的跳转。
这是因为处理器在取指令时，还会在程序中寻找未来要执行的指令，该项技术可以加速向处理器传送任务。
⑵数据流量分析：
抛开原程序的顺序，分析并重排指令，优化执行顺序。
处理器读取经过解码的软件指令，判断该指令能否处理或是否需与其他它令一道处理。
然后处理器再决定如何优化执行顺序以便高效地处理和执行指令。
⑶猜测执行：
通过提前判断、读取并执行有可能需要的程序指令的方式来提高执行的速度。
当处理器执行指令时（每条5次），采用的是“猜测执行”的方法。
这样可使PentiumⅡ及以上的处理器超级处理能力得到充分的发挥，从而提升软件性能。
被处理的软件指令是建立在猜测分支的基础之上，因此结果也就作为“预测结果”保留起来。
一旦其最终状态能被确定，指令便可返回到其正常顺序。
二、指令特殊的扩展技术
1、MMX
MMX（MultiMediaeXtnsion,多媒体扩展指令集）是Intel公司于1996年推出的一项多媒体增强技术，共有57条多媒体指令。
MMX指令集侧重于整数运算，
2、3DNow！
3DNow！
（机器码的扩展指令集）是AMD公司推出的一项CPU增强技术，共有21条指令。
被广泛用于AMD的K6-2、K6-3和Athlon（K7）处理器上。
3DNow！
指令集主要针对三维建模、坐标变换和效果渲染等三维方面，在软件的配合下，可以大幅度提高3D处理性能。
（注：
每个周期可执行四个浮点运算）
3、SSE
SSE（StreamingSIMDExtensions,单指令多数据流扩展指令集）是Intel公司在PⅢ中率先推出的。
共有70条指令，其中有50条用来提高3D图形运算效率，12条MMX整数运算增强指令、8条优化内存数据传输指令。
SSE指令与3DNow！
指令彼此互不兼容，但SSE包含了3DNow！
的功能。
三、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）最大控制内存为10时钟4077MHz，使用了X88指令集。
所图3-5所示
4、80286：
1982年推出，集成125万个晶体管，时钟6MHz-25MHz，具有16位的数据和地址总线的Intel80286。
5、80386
1985年推出，具有32位的数据和地址总线，采用2微米，最大控制内存为4096K，主频16M-40MHz的Intel80386。
可分为80386SX和80386DX。
80386SX为准32位即内部为32位外部为16位，80386DX为真32位即内、外总线全为32位。
6、80486
1989年集成120万，采用1微米制做工艺，内部集成8K的Cache和能进行浮点运算的NPU，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。
2、AMD公司的新款CPU
1．Athlon（K7）
Athlon（阿斯龙）又叫K7，如图3–12所示。
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。
做为CPU业界中的亚军－AMD，可谓无人不知，无人不晓。
AMD，这家以高尖端技术设计和制造大规模集成电路的厂商，创业来一直致力发展和推动着计算机事业的行进脚步。
在近三十年的与INTEL的抗争中，AMD稳扎稳打，不断地革新技术，以自己的实力验证着AMD的业绩，正是因为AMD，才打碎了INTEL垄断CPU世界的梦想，也是因为AMD，才有了像K6－2一样性价比优异的产品面世。
从早期跟随INTEL后尘生产486／5X86时起，到自己创新研发K6／K6－2／K6－3，AMD才真正逐步树立起了自己巨人的形象。
但AMD并没有沾沾自喜，因为摆在AMD面前的路仍然很崎岖，面对着INTEL一次次强大的攻势，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做为对手，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。
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。
3、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。
四、CPU杂谈
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。
五、通过CPU编号选购CPU
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
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