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第第5章章 CPU故障维修故障维修主讲：易建勋1第5章 CPU故障维修 19711971年年年年1111月，英特尔公司的月，英特尔公司的月，英特尔公司的月，英特尔公司的特德特德特德特德 霍夫（霍夫（霍夫（霍夫（Ted HoffTed Hoff）设计出设计出设计出设计出世界上第一个微处理器芯片世界上第一个微处理器芯片世界上第一个微处理器芯片世界上第一个微处理器芯片40044004。4004 CPU4004 CPU用用用用8 8位指令处理位指令处理位指令处理位指令处理4 4位数据，指令和数据存储是分开的，位数据，指令和数据存储是分开的，位数据，指令和数据存储是分开的，位数据，指令和数据存储是分开的，分别有分别有分别有分别有40964096个个个个4 4位宽的指令存储单元和位宽的指令存储单元和位宽的指令存储单元和位宽的指令存储单元和1KB 41KB 4位宽的数据存储位宽的数据存储位宽的数据存储位宽的数据存储单元，最大寻址范围是单元，最大寻址范围是单元，最大寻址范围是单元，最大寻址范围是640640字节。字节。字节。字节。4004 CPU4004 CPU有有有有4646条指令，工条指令，工条指令，工条指令，工作时钟为作时钟为作时钟为作时钟为108KHz108KHz。核心大小为核心大小为核心大小为核心大小为34mm34mm，有有有有22502250个晶体管，个晶体管，个晶体管，个晶体管，晶体管的线宽为晶体管的线宽为晶体管的线宽为晶体管的线宽为10um10um，每秒运算每秒运算每秒运算每秒运算6 6万次，市场售价万次，市场售价万次，市场售价万次，市场售价200200美元左美元左美元左美元左右。右。右。右。5.1 CPU发展与分类发展与分类主讲：易建勋2第5章 CPU故障维修5.1 CPU发展与分类发展与分类主讲：易建勋3第5章 CPU故障维修 CPUCPU组成组成组成组成 Pentium 4 CPU Pentium 4 CPU由半导体硅芯片、转接基板、有机底板、针由半导体硅芯片、转接基板、有机底板、针由半导体硅芯片、转接基板、有机底板、针由半导体硅芯片、转接基板、有机底板、针脚、电容、导热材料、散热金属壳等部件组成。脚、电容、导热材料、散热金属壳等部件组成。脚、电容、导热材料、散热金属壳等部件组成。脚、电容、导热材料、散热金属壳等部件组成。NorthwoodNorthwood核心的核心的核心的核心的Pentium 4 CPUPentium 4 CPU由由由由55005500万个硅晶体管组成，万个硅晶体管组成，万个硅晶体管组成，万个硅晶体管组成，核心尺寸为核心尺寸为核心尺寸为核心尺寸为12121mm12121mm，CPUCPU内部线宽为内部线宽为内部线宽为内部线宽为0.13um0.13um，线路之间，线路之间，线路之间，线路之间采用铜线连接，核心内部共有采用铜线连接，核心内部共有采用铜线连接，核心内部共有采用铜线连接，核心内部共有6 6层线路。层线路。层线路。层线路。5.1 CPU发展与分类发展与分类主讲：易建勋4第5章 CPU故障维修5.1 CPU发展与分类发展与分类主讲：易建勋5第5章 CPU故障维修英特尔目前将同一代英特尔目前将同一代英特尔目前将同一代英特尔目前将同一代CPUCPU产品细分为：产品细分为：产品细分为：产品细分为：赛扬（赛扬（赛扬（赛扬（CeleronCeleron）、）、）、）、奔腾（奔腾（奔腾（奔腾（PentiumPentium）、）、）、）、至强（至强（至强（至强（XeonXeon）、）、）、）、迅驰迅驰迅驰迅驰（CentrinoCentrino）它们在设计技术上它们在设计技术上它们在设计技术上它们在设计技术上差异不大，主要用差异不大，主要用差异不大，主要用差异不大，主要用于不同的商业市场。于不同的商业市场。于不同的商业市场。于不同的商业市场。5.1 CPU发展与分类发展与分类失败的产品失败的产品主讲：易建勋6第5章 CPU故障维修 Pentium 4 CPUPentium 4 CPU包含包含包含包含 总总总总线线线线接接接接口口口口单单单单元元元元、一一一一级级级级高高高高速速速速缓缓缓缓存存存存、二二二二级级级级高高高高速速速速缓缓缓缓存存存存、指指指指令令令令关关关关联联联联存存存存储储储储器器器器、分分分分支支支支预预预预测测测测单单单单元元元元、解解解解码码码码单单单单元元元元、算算算算术术术术逻逻逻逻辑辑辑辑单单单单元元元元、浮浮浮浮点点点点处处处处理理理理单元单元单元单元等。等。等。等。5.2 CPU基本结构基本结构主讲：易建勋7第5章 CPU故障维修主讲：易建勋8第5章 CPU故障维修 CPUCPU指令系统指令系统指令系统指令系统 X86 X86指令集，指令集，指令集，指令集，19781978年，年，年，年，166166条汇编指令。条汇编指令。条汇编指令。条汇编指令。MMX MMX指令集，指令集，指令集，指令集，19971997年，主要用于多媒体信息处理。年，主要用于多媒体信息处理。年，主要用于多媒体信息处理。年，主要用于多媒体信息处理。SIMD SIMD技术，使用一条指令对多个数据进行同时处理。技术，使用一条指令对多个数据进行同时处理。技术，使用一条指令对多个数据进行同时处理。技术，使用一条指令对多个数据进行同时处理。SSE SSE指令集，指令集，指令集，指令集，19991999年，年，年，年，并行处理多个浮点数据。并行处理多个浮点数据。并行处理多个浮点数据。并行处理多个浮点数据。SSE2 SSE2指令集，指令集，指令集，指令集，引入了新的数据格式。引入了新的数据格式。引入了新的数据格式。引入了新的数据格式。3DNow!3DNow!扩展指令集，扩展指令集，扩展指令集，扩展指令集，19981998年，年，年，年，AMDAMD公司推出。公司推出。公司推出。公司推出。5.3 CPU系统设计技术系统设计技术主讲：易建勋9第5章 CPU故障维修 高速缓存技术高速缓存技术高速缓存技术高速缓存技术 对局部范围的内存地址频繁访问，而对此范围以外的地址则对局部范围的内存地址频繁访问，而对此范围以外的地址则对局部范围的内存地址频繁访问，而对此范围以外的地址则对局部范围的内存地址频繁访问，而对此范围以外的地址则访问则较少，称为存储器局部性原理。访问则较少，称为存储器局部性原理。访问则较少，称为存储器局部性原理。访问则较少，称为存储器局部性原理。高速缓存（高速缓存（高速缓存（高速缓存（CacheCache）是基于程序访问的局部性原理。是基于程序访问的局部性原理。是基于程序访问的局部性原理。是基于程序访问的局部性原理。5.3 CPU系统设计技术系统设计技术主讲：易建勋10第5章 CPU故障维修 流水线技术流水线技术流水线技术流水线技术 将一条指令的执行过程分解为多个工步将一条指令的执行过程分解为多个工步将一条指令的执行过程分解为多个工步将一条指令的执行过程分解为多个工步，当，当，当，当CPUCPU完成了第一完成了第一完成了第一完成了第一条指令的第条指令的第条指令的第条指令的第1 1个工步后，个工步后，个工步后，个工步后，CPUCPU马上进行第二条指令的第马上进行第二条指令的第马上进行第二条指令的第马上进行第二条指令的第1 1个工个工个工个工步操作，并不需要等待指令执行完成后再进行，这就形成了步操作，并不需要等待指令执行完成后再进行，这就形成了步操作，并不需要等待指令执行完成后再进行，这就形成了步操作，并不需要等待指令执行完成后再进行，这就形成了一条流水线作业系统。一条流水线作业系统。一条流水线作业系统。一条流水线作业系统。5.3 CPU系统设计技术系统设计技术主讲：易建勋11第5章 CPU故障维修 超线程技术超线程技术超线程技术超线程技术 超线程技术使一个物理超线程技术使一个物理超线程技术使一个物理超线程技术使一个物理CPUCPU当做两个逻辑当做两个逻辑当做两个逻辑当做两个逻辑CPUCPU来使用来使用来使用来使用，这种，这种，这种，这种技术能将技术能将技术能将技术能将CPUCPU性能提高性能提高性能提高性能提高30%30%左右。左右。左右。左右。5.3 CPU系统设计技术系统设计技术主讲：易建勋12第5章 CPU故障维修 CPUCPU始终围绕着速度与兼容两个目标进行设计。始终围绕着速度与兼容两个目标进行设计。始终围绕着速度与兼容两个目标进行设计。始终围绕着速度与兼容两个目标进行设计。CPUCPU的技术指标相当多，如各种性能参数、电气参数、工艺的技术指标相当多，如各种性能参数、电气参数、工艺的技术指标相当多，如各种性能参数、电气参数、工艺的技术指标相当多，如各种性能参数、电气参数、工艺参数、兼容指标等。参数、兼容指标等。参数、兼容指标等。参数、兼容指标等。从用户的角度看，主要有：工作频率、工作电压、插座类型从用户的角度看，主要有：工作频率、工作电压、插座类型从用户的角度看，主要有：工作频率、工作电压、插座类型从用户的角度看，主要有：工作频率、工作电压、插座类型等几个主要参数。等几个主要参数。等几个主要参数。等几个主要参数。5.4 CPU主要技术性能主要技术性能主讲：易建勋13第5章 CPU故障维修主讲：易建勋14第5章 CPU故障维修 CPUCPU工作频率工作频率工作频率工作频率8088 CPU8088 CPU工作频率只有工作频率只有工作频率只有工作频率只有4.77MHz4.77MHz，Pentium 4 CPUPentium 4 CPU工作频率可工作频率可工作频率可工作频率可达达达达3.8GHz3.8GHz，提高提高提高提高CPUCPU工作频率主要受到生产工艺的限制。工作频率主要受到生产工艺的限制。工作频率主要受到生产工艺的限制。工作频率主要受到生产工艺的限制。高速缓存容量高速缓存容量高速缓存容量高速缓存容量微机从微机从微机从微机从8048680486开始采用开始采用开始采用开始采用CacheCache技术。技术。技术。技术。CacheCache容量从容量从容量从容量从4KB4KB增加到目增加到目增加到目增加到目前的前的前的前的1MB1MB，甚至更高。甚至更高。甚至更高。甚至更高。CacheCache已经成为评价已经成为评价已经成为评价已经成为评价CPUCPU的一个重要性能指标。的一个重要性能指标。的一个重要性能指标。的一个重要性能指标。5.4 CPU主要技术性能主要技术性能主讲：易建勋15第5章 CPU故障维修 CPUCPU工作电压工作电压工作电压工作电压 CPU CPU工作电压指工作电压指工作电压指工作电压指CPUCPU核心正常工作所需的电压。核心正常工作所需的电压。核心正常工作所需的电压。核心正常工作所需的电压。8048680486及以下及以下及以下及以下 CPUCPU工作电压为工作电压为工作电压为工作电压为5V5V。从。从。从。从Pentium 75Pentium 75开始，开始，开始，开始，CPUCPU工作电压为工作电压为工作电压为工作电压为3.3V3.3V。Pentium 4 CPU Pentium 4 CPU的核心工作电压仅为的核心工作电压仅为的核心工作电压仅为的核心工作电压仅为1.6V1.6V或更低。或更低。或更低。或更低。CPU CPU工作功率工作功率工作功率工作功率 CPU CPU工作频率越高，它的工作功率越大。工作频率越高，它的工作功率越大。工作频率越高，它的工作功率越大。工作频率越高，它的工作功率越大。这会造成这会造成这会造成这会造成CPUCPU温度温度温度温度升高，工作不稳定等一系列问题，升高，工作不稳定等一系列问题，升高，工作不稳定等一系列问题，升高，工作不稳定等一系列问题，CPUCPU的工作功率实际上就的工作功率实际上就的工作功率实际上就的工作功率实际上就是发热功率。是发热功率。是发热功率。是发热功率。5.4 CPU主要技术性能主要技术性能主讲：易建勋16第5章 CPU故障维修 CPUCPU线宽线宽线宽线宽它指在硅材料上内部各元器件间的连接线宽度，它指在硅材料上内部各元器件间的连接线宽度，它指在硅材料上内部各元器件间的连接线宽度，它指在硅材料上内部各元器件间的连接线宽度，线宽越小，生线宽越小，生线宽越小，生线宽越小，生产工艺越先进，产工艺越先进，产工艺越先进，产工艺越先进，CPUCPU内部功耗和发热量就越小。内部功耗和发热量就越小。内部功耗和发热量就越小。内部功耗和发热量就越小。目前生产工艺目前生产工艺目前生产工艺目前生产工艺已经达到已经达到已经达到已经达到90nm90nm的加工精度。的加工精度。的加工精度。的加工精度。CPUCPU插座插座插座插座CPUCPU插座有插座有插座有插座有DIPDIP（双列直插）、双列直插）、双列直插）、双列直插）、SlotSlot、SocketSocket、LGALGA等形式。等形式。等形式。等形式。5.4 CPU主要技术性能主要技术性能主讲：易建勋17第5章 CPU故障维修 英特尔公司对微机的散热要求英特尔公司对微机的散热要求英特尔公司对微机的散热要求英特尔公司对微机的散热要求 在室温在室温在室温在室温3535下，机箱内部温度不超过下，机箱内部温度不超过下，机箱内部温度不超过下，机箱内部温度不超过4545。根据测试，英特尔根据测试，英特尔根据测试，英特尔根据测试，英特尔Pentium 4Pentium 4的最大稳定工作温度为的最大稳定工作温度为的最大稳定工作温度为的最大稳定工作温度为7272，高，高，高，高于这个温度时，将导致系统降频运行。温度达到于这个温度时，将导致系统降频运行。温度达到于这个温度时，将导致系统降频运行。温度达到于这个温度时，将导致系统降频运行。温度达到9595时，将时，将时，将时，将导致系统死机。导致系统死机。导致系统死机。导致系统死机。CPUCPU发热的原因发热的原因发热的原因发热的原因 硅晶体管的栅极氧化物绝缘层制作得越薄，晶体管开关状态硅晶体管的栅极氧化物绝缘层制作得越薄，晶体管开关状态硅晶体管的栅极氧化物绝缘层制作得越薄，晶体管开关状态硅晶体管的栅极氧化物绝缘层制作得越薄，晶体管开关状态转换速度越快，但是电流泄漏也越厉害。栅极氧化物绝缘层转换速度越快，但是电流泄漏也越厉害。栅极氧化物绝缘层转换速度越快，但是电流泄漏也越厉害。栅极氧化物绝缘层转换速度越快，但是电流泄漏也越厉害。栅极氧化物绝缘层电流泄漏产生的能耗，已经成为目前电流泄漏产生的能耗，已经成为目前电流泄漏产生的能耗，已经成为目前电流泄漏产生的能耗，已经成为目前CPUCPU发热的最大来源之发热的最大来源之发热的最大来源之发热的最大来源之一。一。一。一。5.5 CPU散热技术散热技术 主讲：易建勋18第5章 CPU故障维修为了检测到准确的为了检测到准确的为了检测到准确的为了检测到准确的CPUCPU核心温度，所有主板都在核心温度，所有主板都在核心温度，所有主板都在核心温度，所有主板都在CPUCPU插座中设插座中设插座中设插座中设计了热敏电阻。计了热敏电阻。计了热敏电阻。计了热敏电阻。风冷散热系统风冷散热系统风冷散热系统风冷散热系统 热有三种传递方式：热有三种传递方式：热有三种传递方式：热有三种传递方式：传导、对流、辐射。传导、对流、辐射。传导、对流、辐射。传导、对流、辐射。散热片表面积越大，散热片表面积越大，散热片表面积越大，散热片表面积越大，散热效果越好。散热效果越好。散热效果越好。散热效果越好。风扇风力越强，越能风扇风力越强，越能风扇风力越强，越能风扇风力越强，越能加速热循环运动。加速热循环运动。加速热循环运动。加速热循环运动。5.5 CPU散热技术散热技术 主讲：易建勋19第5章 CPU故障维修5.6 CPU故障案例分析故障案例分析主讲：易建勋20第5章 CPU故障维修【案例案例案例案例5.15.1】：CPUCPU风扇散热不良，导致运行小软件正常，运行风扇散热不良，导致运行小软件正常，运行风扇散热不良，导致运行小软件正常，运行风扇散热不良，导致运行小软件正常，运行大软件死机。大软件死机。大软件死机。大软件死机。故障现象：微机配置为故障现象：微机配置为故障现象：微机配置为故障现象：微机配置为 Pentium 42.0GHzPentium 42.0GHz的的的的CPUCPU，Intel 845Intel 845主板，主板，主板，主板，128MB DDR128MB DDR内存。不料几天后运行速度开始降低，开内存。不料几天后运行速度开始降低，开内存。不料几天后运行速度开始降低，开内存。不料几天后运行速度开始降低，开机时一切正常，运行大约机时一切正常，运行大约机时一切正常，运行大约机时一切正常，运行大约1 1个小时后，不但个小时后，不但个小时后，不但个小时后，不但Windows XPWindows XP启动启动启动启动缓慢，而且运行大型软件和缓慢，而且运行大型软件和缓慢，而且运行大型软件和缓慢，而且运行大型软件和3D3D游戏更是和开始时大不相同，游戏更是和开始时大不相同，游戏更是和开始时大不相同，游戏更是和开始时大不相同，但是运行小软件正常。但是运行小软件正常。但是运行小软件正常。但是运行小软件正常。5.6 CPU故障案例分析故障案例分析主讲：易建勋21第5章 CPU故障维修【案例案例案例案例5.35.3】：错误安装的：错误安装的：错误安装的：错误安装的CPUCPU标签导致死机。标签导致死机。标签导致死机。标签导致死机。故障现象：一台兼容机，用户反映机器运行不稳定，在使用过故障现象：一台兼容机，用户反映机器运行不稳定，在使用过故障现象：一台兼容机，用户反映机器运行不稳定，在使用过故障现象：一台兼容机，用户反映机器运行不稳定，在使用过程中经常出现蓝屏，报告程中经常出现蓝屏，报告程中经常出现蓝屏，报告程中经常出现蓝屏，报告“AdressAdress xxx:xxx”xxx:xxx”出错信息后死机。出错信息后死机。出错信息后死机。出错信息后死机。5.6 CPU故障案例分析故障案例分析主讲：易建勋22第5章 CPU故障维修讨论讨论1 1 讨论讨论讨论讨论CPUCPU发明的意义。发明的意义。发明的意义。发明的意义。2 2 讨论赛扬、奔腾、至强、迅驰系列讨论赛扬、奔腾、至强、迅驰系列讨论赛扬、奔腾、至强、迅驰系列讨论赛扬、奔腾、至强、迅驰系列CPUCPU的市场应用。的市场应用。的市场应用。的市场应用。3 3 讨论讨论讨论讨论CPUCPU主要功能单元的作用。主要功能单元的作用。主要功能单元的作用。主要功能单元的作用。4 4 讨论高速缓存技术对讨论高速缓存技术对讨论高速缓存技术对讨论高速缓存技术对CPUCPU线路的影响。线路的影响。线路的影响。线路的影响。5 5 讨论长流水线技术的优点与缺点。讨论长流水线技术的优点与缺点。讨论长流水线技术的优点与缺点。讨论长流水线技术的优点与缺点。6 6 讨论超线程技术与双讨论超线程技术与双讨论超线程技术与双讨论超线程技术与双CPUCPU技术的区别。技术的区别。技术的区别。技术的区别。7 7 风冷散热系统有哪些优点与缺点。风冷散热系统有哪些优点与缺点。风冷散热系统有哪些优点与缺点。风冷散热系统有哪些优点与缺点。8 8 讨论水冷散热系统的发展前途。讨论水冷散热系统的发展前途。讨论水冷散热系统的发展前途。讨论水冷散热系统的发展前途。【本章结束本章结束本章结束本章结束】主讲：易建勋23第5章 CPU故障维修