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第02章cpu.ppt

第02章cpu.ppt

上传者: 雨乱 2011-09-08 评分 5 0 160 22 727 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《第02章cpuppt》,可适用于考试题库领域,主题内容包含第章中央处理器第章中央处理器CPU简介CPU的性能指标CPU的架构和封装方式主要CPU生产厂家目前的主流产品CPU的选购指南CPU风扇的选购CPU简符等。

第章中央处理器第章中央处理器CPU简介CPU的性能指标CPU的架构和封装方式主要CPU生产厂家目前的主流产品CPU的选购指南CPU风扇的选购CPU简介CPU简介CPU(CentralProcessingUnit中央处理器)又称微处理器是PC系统的核心芯片。一台PC“心”(芯)跳是否强劲恐怕是所有用户关注的焦点。以CPU的型号来区分整台PC的档次也已成为PC消费者的一种习惯。任一型号的CPU都包括运算器、控制器和寄存器三个主要的组成部分。运算器也称算术逻辑单元(ArithmeticLogicUnitALU)功能是完成各种算术运算和逻辑运算控制器并不具有运算功能它主要用来读取各种指令并对指令进行译码分析做出相应的控制操作此外在CPU中还有若干寄存器它是CPU内部的临时存储单元主要用于存放程序运行过程中当前使用的数据。这三部分互相配合完成复杂的数据处理任务并控制PC各个部分协调工作。从物理外观上看CPU是一体积不大但元件的集成度非常高、功能强大的超大规模集成电路芯片。CPU的性能指标CPU的性能指标CPU的主要性能指标可以反映出CPU的性能而了解CPU的主要性能指标的意义对正确选择和使用CPU将有一定的帮助。.主频、外频与倍频主频也就是CPU的时钟频率英文全称是CPUClockSpeed简单地说就是CPU的工作频率是CPU内核(整数和浮点运算器)电路的实际运行频率。主频越高CPU的运算速度也就越快。外频指的是系统总线的工作频率也称为总线频率。系统总线的工作频率(速度)是由主板上的时钟芯片产生的是由主板为CPU提供的基准时钟。早期计算机中CPU的速度和系统总线速度是一样的。随着CPU速度的提高外设的速度远不及CPU的速度于是就导致了倍频的产生。倍频就是CPU的运行频率与整个系统外频之间的倍数在相同的外频下倍频越高CPU的主频也越高。它们三者之间的关系是主频=外频倍频。在DXCPU之前CPU的主频与外频相等。从DX开始基本上所有的CPU主频都等于“外频倍频”。除了这几个常说的性能指标外还会遇到锁频和超频等术语。锁频指CPU生产厂家在生产CPU时将CPU的倍频锁定现在的CPU基本上都锁定了倍频。例如PentiumⅢCPU它的系统总线速度即外频为MHz倍频被锁定为。超频指的是将外频或倍频(由于现在的CPU倍频被锁定超频时很少用此项)人为地提高使其工作频率超过额定的主频从而提高其性能。许多PC玩家很看重“超频”能力。为了保护自己的利益Intel公司现在生产的各种CPU都禁止用户更改倍频这种技术被称为“锁频”。.前端总线(FSB)频率前端总线的英文名字是FrontSideBus通常用FSB表示是将CPU连接到北桥芯片的总线。计算机的前端总线频率是由CPU和北桥芯片共同决定的。北桥芯片负责联系内存、显卡等数据吞吐量最大的部件并和南桥芯片连接。CPU就是通过前端总线(FSB)连接到北桥芯片进而通过北桥芯片和内存、显卡交换数据。前端总线是CPU和外界交换数据的最主要通道因此前端总线的数据传输能力对计算机整体性能作用很大如果没有足够快的前端总线再好的CPU也不能明显提高计算机整体速度。外频与前端总线频率的区别是:前端总线的速度指的是CPU和北桥芯片间总线的速度更实质性地表示了CPU和外界数据传输的速度而外频的概念是建立在数字脉冲信号振荡频率基础之上的也就是说MHz外频特指数字脉冲信号在每秒钟振荡一亿次它更多地影响了PCI及其他总线的频率。之所以前端总线与外频这两个概念容易混淆主要的原因是在以前的很长一段时间里(在AMD推出K前)前端总线频率与外频是相同的因此往往直接称前端总线为外频最终造成这样的误会。随着计算机技术的发展人们发现前端总线频率要高于外频因此采用了QDR(QuadDateRate)技术或者其他类似的技术实现这个目标。这些技术的原理类似于AGP的X或者X它们使得前端总线的频率成为外频的倍、倍甚至更高从此之后前端总线和外频的区别才开始引起人们的重视。目前最高的前端总线频率已达到MHz。.内存总线速度内存总线速度(MemoryBusSpeed)也叫系统总线速度一般等同于CPU的外频。CPU处理的数据都由内存提供而放在外存(硬盘或者各种存储介质)上面的数据都要通过内存然后进入CPU进行处理所以与内存之间的通道也就是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出现了二级缓存(LCache)来协调两者之间的差异而内存总线速度就是指CPU与二级缓存和内存之间的工作频率。.缓存为了解决主机中低速内存与高速CPU间速度的不匹配加快CPU对内存的访问速度采用了在CPU和内存之间插入高速缓冲存储器(Cache)的方法。缓存又称为高速缓存就是指可以进行高速数据交换的存储器。CPU的缓存分为两种即LCache(一级缓存)和LCache(二级缓存)。内置LCache的容量和结构对CPU的性能影响较大这正是一些CPU生产厂商纷纷力争加大高速缓存容量的原因。不过高速缓存均由静态RAM组成结构较复杂因此以前的CPU内部只集成了LCache而把LCache放置在主板上。后来Intel公司推出了双独立总线结构将LCache也集成到了CPU内部但只能以CPU速度一半的频率工作。现在Intel公司与AMD公司已经成功地将LCache集成在CPU内部并以与CPU相同速度的频率工作称为全速二级缓存。除了速度以外LCache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KB而服务器和工作站上用CPU的LCache更高达MB~MB。.扩展指令集为了保证计算机能够继续运行以往开发的各种应用程序以便保护和继承丰富的软件资源Intel公司生产的所有CPU仍然继续使用X指令集只对原来的指令集进行了扩充。为CPU增加X扩展指令的目的是提高CPU处理多媒体数据的能力。当前所使用的各种X扩展指令中MMX(多媒体扩展指令集)和SSE(因特网数据流指令序列扩展)由Intel公司开发DNow!和增强版DNow!由AMD公司开发。.制造工艺表明CPU性能的参数中常有“制造工艺”一项其中有μm或μm等数据。制造工艺极大地影响CPU的集成度和工作频率制造工艺越精细CPU可以达到的频率越高集成的晶体管就可以更多。目前生产CPU主要采用CMOS(互补金属氧化物半导体)技术。采用这种技术生产CPU时采用“光刀”加工各种电路和元器件将金属铝沉淀在硅材料上后用“光刀”刻成导线连接各元器件。现在光刻的精度一般用微米(μm)表示精度越高表示生产工艺越先进。Northwood核心的PentiumCPU制造工艺达到μm目前CPU的制造工艺已达到μm。.工作电压工作电压即CPU正常工作所需的电压。早期的CPU(、、)由于制作工艺落后因此工作电压较高一般为V(Pentium是V、V、V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制造工艺的提高工作电压一般在V~V之间使CPU发热量问题得到了很好的解决。.超标量流水线技术流水线(pipeline)是Intel公司首次在芯片中开始使用的。流水线的工作方式就像工业生产上的装配流水线。在CPU中由~个不同功能的电路单元组成一条指令处理流水线然后将一条X指令分成~步后再由这些电路单元分别执行这样就能实现在一个CPU时钟周期完成一条指令因此提高了CPU的运算速度。超流水线是指CPU内部的流水线超过通常的~步以上例如Pentium的流水线就长达步。将流水线设计的步(级)数越多其完成一条指令的速度越快因此才能适应工作主频更高的CPU。超标量是指在一个时钟周期内CPU可以执行一条以上的指令这在或者以前的CPU上是很难想象的只有奔腾级以上CPU才具有这种超标量结构。.动态处理动态处理是应用在高能奔腾微处理器中的新技术它创造性地把三项专为提高微处理器对数据的操作效率而设计的技术融合在一起。这三项技术是多路分流预测、数据流量分析和猜测执行。动态处理并不是简单地执行一串指令而是通过操作数据来提高微处理器的工作效率。CPU的架构和封装方式CPU的架构和封装方式.CPU的架构和安装插座规格.CPU的封装方式主要CPU生产厂家目前的主流产品主要CPU生产厂家目前的主流产品Intel公司的主流CPUIntel公司自进入Pentium时代以来已经三易其“芯”早期的Willamette核心基本上已经退出市场主流市场仍然以Northwood为主Prescott则为新一代处理器所采用因此即使是低端市场也存在着种截然不同的选择。.Willamette核心的Intel处理器Willamette核心的Intel处理器推出时间较早采用Socket或Socket接口μm核心电压为V外频为MHz前端总线最高MHz。由于工艺落后性能提升非常有限Willamette核心Socket接口的处理器只是昙花一现搭配的芯片组主要以Intel的i为主如今在市场已是难觅其踪也就不再对其多加介绍了。Willamette核心Socket接口的Pentium外形上比较容易辨别(如图所示)。图WillametteSocketPentiumCPUWillamette核心Socket接口的Pentium处理器主频覆盖GHz到GHz之间Celeron则主要有GHz和GHz两款。由于价格便宜虽然Intel业已停产但在市场上仍有流通这类处理器外观上与Northwood核心的Pentium、Celeron较难区别但实际性能却相差很远消费者在购买时一定要认清它的二级缓存和核心电压。Willamette核心Socket接口的Pentium二级缓存为KB、核心电压为V如图所示。图WillametteSocketPentiumCPUWillamette核心Socket接口的Celeron二级缓存为KB、核心电压为V如图所示。图WillametteSocketCeleronCPU推荐最佳主板配置:首选iD、iGL、SiS备选i、SiS、PentiumX、PentiumM。推荐理由:由于Willamette核心的CPU外频为MHz前端总线最高支持MHzIntel公司的i、iGLSiS的SiS、SiSVIA的PentiumX、PentiumM都提供MHz前端总路线的支持但在带宽需求上上述芯片组都不支持双通道内存带宽=GBs远不能满足系统前端总线带宽=GBs的需求因此支持异步DDR的SiS是一个不错的选择。.Northwood核心处理器基于Northwood核心处理器采用了更先进的μm制造工艺工作电压降低到V左右相比Willamette核心的处理器其主频有了很大改善二级缓存也从KB提升到了KB。早期Northwood核心的Pentium、Celeron处理器外频依然只有MHz前端总线最大支持到MHz为了与主频相同但只拥有KB二级缓存的Willamette核心Pentium处理器区别开Intel公司在其处理器编号后面加了一个大写字母“A”主要型号如表所示。由于核心工艺的提升基于Northwood核心的PentiumA系列(如图所示)和Celeron系列(如图所示)CPU外频一般都可以工作在MHz即MHz的前端总线上尤其低频版的Celeron。例如Celeron由于主频较低、二级缓存小、工艺先进、核心电压低等因素它拥有很高的超频潜力配合超频功能丰富的主板可以轻松超频到GHz以上具有很高的性价比。图Northwood核心PentiumA系列CPU图Northwood核心的Celeron系列CPUNorthwood核心的Celeron由于外频和二级缓存与Willamette核心Socket接口的Celeron一模一样因此从外观上很难区分。不过采用Northwood核心的Celeron主频是从GHz起跳而且核心电压仅有V只要具备这两个条件就可以断定是Northwood核心的Celeron其主要型号如表所示。得益于工艺的提升后期推出的Pentium和Celeron处理器都正式提供了对MHz外频的支持前端总线最高支持MHz为了与早期FSB仅为MHz的处理器区别开来Intel在其编号后加了一个大写字母“B”来进行区分其主要型号如表所示。推荐最佳主板配置:首选Intel公司的iPE、SiS的SiS备选Intel公司的IntelE、iGE、iE、iG、iGVSiS公司的SiS、SiSDX、SiS、SiSGXVIA公司的PentiumXA、PentiumX、PentiumX、PentiumXA、PentiumMA、PentiumM、PentiumMAATi的RADEONIGP等。推荐理由:由于Northwood核心PentiumA、PentiumB(如图所示)和Celeron都提供对MHz的前端总线的支持因此与其配套的主板要求至少提供MHz的FSB、DDR甚至更高的内存标准。图Northwood核心PentiumB系列CPU.集Prescott核心所长的CeleronDCeleronD(如图所示)作为Intel在低端市场投放的一支重要的生力军其技术含量可谓“集最新技术之大成”确保与Northwood核心的Celeron比较起来有很大的区别。图低端新宠:CeleronDCPU首先基于Prescott核心μm制造工艺工作电压降低到V左右内部晶体管数量由Northwood核心的万个增加到亿万个流水线级数由级扩大到级改善了软硬件预读取机制增加了条新的SEE指令一级数据缓存由KB增至KB二级缓存也首次增加到KB改善了Celeron处理器只有KB二级缓存的弊病前端总线也由老Celeron的MHz提升至MHz。在实际试用中增长的流水线使低频下的CeleronD性能有不错的表现不过工艺的提升使低频CeleronD尤其是CeleronD拥有良好的超频性能多数情况下可轻松超到GHz部分CPU的前端总线甚至可以工作在MHz下这一切使CeleronD成为目前低端市场上炙手可热的一款高性价比处理器其主要型号如表所示。推荐最佳主板配置:首选iP、ATi公司的RADEONProIGP(注:这两款芯片组官方明确提供对Prescott核心CPU的支持)备选SiSFX、PentiumX、SiSFX、SiSFX、VIA的PT、部分i系列主板。推荐理由:因为CeleronD推出的时间较晚采用Prescott核心工作电压只有V左右因此要想稳定支持CeleronD需要主板同时具备两个条件:()支持VRM(电压调节模块)标准()支持FMB、FMB或FMB(电压控制模块)标准(注:可从主板说明书中查到是否支持以上标准)。.中端市场:PentiumC、Prescott核心处理器共奏MHz主旋律核心架构的变化同样使中端市场面临着两种不同的选择:Northwood核心的PentiumC系列与Prescott核心Socket接口的PentiumE系列处理器。事实证明先进的工艺与处理器性能有着密切的关系同PentiumAB系列相比PentiumC系列处理器依然基于Northwood核心不同的是核心版本升到D版前端总线提升至MHz并且支持超线程技术Intel在其主频后加以大写字母C来区分AB系列处理器如图所示为Northwood核心的PentiumCGHzCPU。由于工艺的提升使Celeron系列处理器中的低频版本如C拥有极好的超频性能正常情况下可轻松超至GHz性价比突出。图Northwood核心的PentiumCGHzCPU从初期的MHz到MHz系统带宽的大幅提升使处理器的性能可以得到充分发挥辅以超线程和内存双通道技术高带宽使系统瓶颈一扫而空能够充分体验MHz下淋漓尽致的快感。PentiumC系列处理器主要型号如表所示。Prescott核心处理器虽然是Intel为了应付AMD位处理器的权宜之计但其采用的众多新技术使处理器能够最终摆脱Northwood核心的频率极限将性能提升到一个新的层次。首先核心使用μm制造工艺七层铜互连技术和应变硅晶技术使体积大幅缩小的同时可以集成更多的晶体管一级缓存和二级缓存分别增加到KB和MB支持MHz的前端总线采用第二代超线程技术并新增加条SSE指令集。流水线级数也增加到条在低频状态下流水线级数过长导致缓存响应时间延长不过工艺的提升使Prescott核心的处理器拥有比PentiumC系列处理器更好的超频性能如果能保证良好的散热条件其超频潜力相当大也可以缓解低频状态下的缓存延迟矛盾使Prescott核心处理器的性能充分发挥出来。其主要型号如表所示。注意:A和A同样基于Prescott核心不过外频只有MHz且不支持超线程技术。与Northwood核心A系列Pentium有着本质的不同不过依然可以从二级缓存或前端总线上来判断。图所示为Prescott核心的PentiumE。图Prescott核心的PentiumECPU推荐最佳主板配置:首选iP、SiSTX备选VIA的PT、iPE、iP、iGE、iG、ATi的RX。推荐理由:要想真正发挥Prescott核心处理器的优势除了主板要真正支持Prescott处理器外MHzFSB、双通道DDR以及类似PAT的内存加速技术都缺一不可只有完全突破内存和系统带宽Prescott核心处理器的性能才能得到真正发挥。.高端市场:平民化、大众化的道路还要很远拿Intel公司目前的情况看CPU战线空前冗长加上核心架构面临换代而配套主板迟迟不能投放到最终市场有价无货导致CPU价格高高在上远远不如中低端市场CPU与主板配套成熟最终使高端市场给人以高处不胜寒的感觉。不过徘徊肯定是暂时的相信随着各方芯片组产品的成熟铺放高端市场的局面迟早会得到改观。针对高端市场当前可选的处理器有基于Gallatin核心的Pentium至尊版及基于Prescott核心LGA接口的Pentium处理器。PentiumExtremeEdition处理器即PentiumEE至尊版是Intel在Prescott核心Pentium推出之前最强的桌面处理器了。它是Intel为了应对AMD位处理器的发布而推出的一系列超级处理器PentiumEE采用μm制造工艺一级缓存和二级缓存容量与Northwood核心的Pentium一样不同的是增加了高达MB的三级缓存支持最高MHz的前端总线有Socket和LGA两种接口。前者可兼容于所有支持MHzFSB的Socket主板而后者则需要i芯片组的支持性能傲视高端市场缺点是售价奇高、功耗较大对于一般用户而言没有什么实际的使用意义。目前其已有型号主要如表所示。图所示为PentiumEEGHz至尊版Socket封装图所示为PentiumEEGHz至尊版LGA封装。图PentiumEEG至尊版Socket封装图PentiumEEG至尊版LGA封装推荐其最佳主板配置:Socket接口的iP。推荐理由:iP作为Intel最新架构的芯片组几乎支持所有的最新技术配合至尊版Pentium处理器在充分发挥性能的同时也极大地提高和延续了Socket接口处理器的使用价值。纵观高中低端市场中低端市场无疑是相当成熟的架构的转换和芯片组的支持都基本上没有什么问题但是对于高端领域CPU价格的平民化和主板芯片组的最终成熟都还需要一定的时间。在面临这样一个全面换代的时期也还是要先明白自己用计算机去做什么?一台计算机自己能够利用多少?也许只有这样才能做出合适的选择。AMD公司的主要CPU.Duron:SocketA.AthlonXP:SocketA.Sempron:SocketA.Sempron:Socket.Athlon:Socket.Athlon:SocketCPU的选购指南CPU的选购指南.不要盲目追求主频.明确所购机器的用途.不要选择新一代的最初产品.要注意识别同型号CPU的不同内核.盒装和散装CPUCPU风扇的选购CPU风扇的选购.风扇选购的基本指标()风扇功率()风扇转速()风扇材质()风扇噪声()风扇排风量()风扇叶片()风扇扣具.目前主流的风扇技术()滑动轴承风扇()滚珠轴承风扇()磁悬浮风扇

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