《计算机组装与维护》第4章教案.pdf
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1、第四章CPU 的使用与维修教学目标了解 CPU的封装技术掌握 CPU的结构了解主流的CPU型号掌握 CPU主要的性能指标掌握 CPU的选购方法及注意事项掌握 CPU常见故障及维修方法一、什么是 CPU CPU(Central Processing Unit)又叫中央处理器,是计算机系统的核心部件,在整个电脑系统中起到运算和控制的作用。它是由数量众多(几千万个)的晶体管组成的超大规模集成电路,控制着整个计算机系统的运行。二、CPU 的工作原理1、CPU 的生产过程在了解 CPU 工作原理之前,我们先简单谈谈CPU 是如何生产出来的。CPU 是在特别纯净的硅材料上制造的。一个CPU 芯片包含上百万
2、个精巧的晶体管。人们在一块指甲盖大小的硅片上,用化学的方法蚀刻或光刻出晶体管。因此,从这个意义上说,CPU 正是由晶体管组合而成的。简单而言,晶体管就是微型电子开关,它们是构建CPU 的基石,你可以把一个晶体管当作一个电灯开关,它们有个操作位,分别代表两种状态:ON(开)和 OFF(关)。这一开一关就相当于晶体管的连通与断开,而这两种状态正好与二进制中的基础状态“0”和“1”对应,这样,计算机就具备了处理信息的能力。众多晶体管产生的多个“0”和“1”的特殊次序和模式能代表不同的情况,将其定义为字母、数字、颜色和图形,如ASCII 码。2、CPU 的内部结构(1)算术逻辑单元ALU(Arithm
3、etic Logic Unit)ALU是运算器的核心。它是以全加器为基础,辅之以移位寄存器及相应控制逻辑组合而成的电路,在控制信号的作用下可完成加、减、乘、除四则运算和各种逻辑运算。(2)控制单元(Control Unit)控制单元是整个CPU 的指挥控制中心,由指令寄存器IR(Instruction Register)、指令译码器ID(Instruction Decoder)和操作控制器0C(Operation Controller)三个部件组成,对协调整个电脑有序工作极为重要。(3)寄存器组RS(Register Set 或 Registers)RS 实质上是CPU 中暂时存放数据的地方,
4、里面保存着那些等待处理的数据,或已经处理过的数据,CPU访问寄存器所用的时间要比访问内存的时间短。采用寄存器,可以减少CPU 访问内存的次数,从而提高了CPU的工作速度。(4)总线(Bus)总线实际上是一组导线,是各种公共信号线的集合,用于作为电脑中所有各组成部分传输信息共同使用的“公路”。包括:数据总线DB(Data Bus)、地址总线AB(Address Bus)、控制总线CB(Control Bus)。3、CPU 工作流程(P10)CPU 就是执行读出数据、处理数据和往内存写数据3 项基本工作。这个过程不断快速地重复,快速地执行一条又一条指令,产生显示器上所看到的结果。三、CPU 的外观
5、与构造1、内核2、基板3、填充物4、封装封装也可以说是指安装半导体集成电路芯片用的外壳,它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强导热性能的作用,而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁封装方式:DIP(Dual In-line Package,双列直插封装)QFP/PFP(Quad Flat Package/Plastic Flat Package,扁平小块式封装/塑料扁平组件式封装)PGA(Pin Grid Array,针脚栅格阵列封装)FC-PGA(Flip Clip Pin Grid Array,倒装芯片针脚栅格阵列)SECC(Single Edge Contact Connector
6、,单边接触连接封装)BGA(Ball Grid Array,球状阵列封装)LGA(Land Grid Array,岸面栅格阵列封装)。5、接口CPU 需要通过某个接口与主板连接的才能进行工作。CPU 接口类型不同,在插孔数、体积、形状都有变化,所以不能互相接插。引脚式:4004、8008、8086、8088 卡式:slot1/2、slotA 触点式:LGA775 P4 针脚式:Intel:socket 7(super 7)/370/423/478 AMD:Socket A(462)/754/939/940 四、CPU 的性能指标1、字长:CPU 在单位时间内(同一时间)能一次处理的二进制数的位
7、数叫字长。2、主频:主频也叫时钟频率,单位是MHz,用来表示CPU 的运算速度。CPU 的主频外频倍频系数。CPU 的主频与 CPU 实际的运算能力是没有直接关系的,主频表示在CPU 内数字脉冲信号震荡的速度。例子:1 GHz Itanium 芯片能够表现得差不多跟2.66 GHz Xeon/Opteron 一样快,CPU 的运算速度还要看CPU 的流水线的各方面的性能指标。3、外频:外频是CPU 的基准频率,单位也是MHz。CPU 的外频决定着整块主板的运行速度。4、前端总线:前端总线(FSB)频率(即总线频率)是直接影响CPU 与内存直接数据交换速度。数据带宽(总线频率数据位宽)/8,数据
8、传输最大带宽取决于所有同时传输的数据的宽度和传输频率。5、倍频:倍频系数是指CPU 主频与外频之间的相对比例关系。在相同的外频下,倍频越高CPU 的频率也越高。6、缓存:缓存大小也是CPU 的重要指标之一,而且缓存的结构和大小对CPU 速度的影响非常大,CPU内缓存的运行频率极高,一般是和处理器同频运作,工作效率远远大于系统内存和硬盘。由于CPU 芯片面积和文档编码:CQ2J1T5U3Z6 HC2N6B7K1D10 ZD5F4J1P3G8文档编码:CQ2J1T5U3Z6 HC2N6B7K1D10 ZD5F4J1P3G8文档编码:CQ2J1T5U3Z6 HC2N6B7K1D10 ZD5F4J1P
9、3G8文档编码:CQ2J1T5U3Z6 HC2N6B7K1D10 ZD5F4J1P3G8文档编码:CQ2J1T5U3Z6 HC2N6B7K1D10 ZD5F4J1P3G8文档编码:CQ2J1T5U3Z6 HC2N6B7K1D10 ZD5F4J1P3G8文档编码:CQ2J1T5U3Z6 HC2N6B7K1D10 ZD5F4J1P3G8文档编码:CQ2J1T5U3Z6 HC2N6B7K1D10 ZD5F4J1P3G8文档编码:CQ2J1T5U3Z6 HC2N6B7K1D10 ZD5F4J1P3G8文档编码:CQ2J1T5U3Z6 HC2N6B7K1D10 ZD5F4J1P3G8文档编码:CQ2J1
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11、7K1D10 ZD5F4J1P3G8文档编码:CQ2J1T5U3Z6 HC2N6B7K1D10 ZD5F4J1P3G8文档编码:CQ2J1T5U3Z6 HC2N6B7K1D10 ZD5F4J1P3G8文档编码:CQ2J1T5U3Z6 HC2N6B7K1D10 ZD5F4J1P3G8文档编码:CQ2J1T5U3Z6 HC2N6B7K1D10 ZD5F4J1P3G8文档编码:CQ2J1T5U3Z6 HC2N6B7K1D10 ZD5F4J1P3G8文档编码:CQ2J1T5U3Z6 HC2N6B7K1D10 ZD5F4J1P3G8文档编码:CQ2J1T5U3Z6 HC2N6B7K1D10 ZD5F4J
12、1P3G8文档编码:CQ2J1T5U3Z6 HC2N6B7K1D10 ZD5F4J1P3G8文档编码:CQ2J1T5U3Z6 HC2N6B7K1D10 ZD5F4J1P3G8文档编码:CQ2J1T5U3Z6 HC2N6B7K1D10 ZD5F4J1P3G8文档编码:CQ2J1T5U3Z6 HC2N6B7K1D10 ZD5F4J1P3G8文档编码:CQ2J1T5U3Z6 HC2N6B7K1D10 ZD5F4J1P3G8文档编码:CQ2J1T5U3Z6 HC2N6B7K1D10 ZD5F4J1P3G8文档编码:CQ2J1T5U3Z6 HC2N6B7K1D10 ZD5F4J1P3G8文档编码:CQ2
13、J1T5U3Z6 HC2N6B7K1D10 ZD5F4J1P3G8文档编码:CQ2J1T5U3Z6 HC2N6B7K1D10 ZD5F4J1P3G8文档编码:CQ2J1T5U3Z6 HC2N6B7K1D10 ZD5F4J1P3G8文档编码:CQ2J1T5U3Z6 HC2N6B7K1D10 ZD5F4J1P3G8文档编码:CQ2J1T5U3Z6 HC2N6B7K1D10 ZD5F4J1P3G8文档编码:CQ2J1T5U3Z6 HC2N6B7K1D10 ZD5F4J1P3G8文档编码:CQ2J1T5U3Z6 HC2N6B7K1D10 ZD5F4J1P3G8文档编码:CQ2J1T5U3Z6 HC2N
14、6B7K1D10 ZD5F4J1P3G8文档编码:CQ2J1T5U3Z6 HC2N6B7K1D10 ZD5F4J1P3G8文档编码:CQ2J1T5U3Z6 HC2N6B7K1D10 ZD5F4J1P3G8文档编码:CQ2J1T5U3Z6 HC2N6B7K1D10 ZD5F4J1P3G8文档编码:CQ2J1T5U3Z6 HC2N6B7K1D10 ZD5F4J1P3G8文档编码:CQ2J1T5U3Z6 HC2N6B7K1D10 ZD5F4J1P3G8文档编码:CQ2J1T5U3Z6 HC2N6B7K1D10 ZD5F4J1P3G8文档编码:CQ2J1T5U3Z6 HC2N6B7K1D10 ZD5F
15、4J1P3G8文档编码:CQ2J1T5U3Z6 HC2N6B7K1D10 ZD5F4J1P3G8成本的因素来考虑,缓存都很小。L1Cache(一级缓存)是 CPU 第一层高速缓存,分为数据缓存和指令缓存。内置的L1 高速缓存的容量和结构对 CPU 的性能影响较大,不过高速缓冲存储器均由静态RAM 组成,结构较复杂,在CPU 管芯面积不能太大的情况下,L1 级高速缓存的容量不可能做得太大。一般服务器CPU 的 L1 缓存的容量通常在32256KB。L2Cache(二级缓存)是 CPU 的第二层高速缓存,分内部和外部两种芯片。内部的芯片二级缓存运行速度与主频相同,而外部的二级缓存则只有主频的一半。
16、L2 高速缓存容量也会影响CPU 的性能,原则是越大越好,现在家庭用CPU 容量通常有256KB-2MB,而服务器和工作站上用CPU 的 L2 高速缓存可以有256KB-3MB,有的4MB 也不为过。7、扩展指令集CPU 依靠指令来计算和控制系统,每款CPU 在设计时就规定了一系列与其硬件电路相配合的指令系统。指令的强弱也是CPU 的重要指标,指令集是提高微处理器效率的最有效工具之一。从现阶段的主流体系结构讲,指令集可分为复杂指令集和精简指令集两部分,而从具体运用看,如Intel 的MMX(Multi Media Extended)、SSE、SSE2(Streaming-Single inst
17、ruction multiple data-Extensions 2)、SEE3 和AMD 的 3DNow!等都是 CPU 的扩展指令集,分别增强了CPU 的多媒体、图形图象和Internet 等的处理能力。我们通常会把CPU 的扩展指令集称为”CPU 的指令集”。SSE3 指令集也是目前规模最小的指令集,此前MMX 包含有 57 条命令,SSE包含有 50 条命令,SSE2 包含有 144 条命令,SSE3 包含有 13 条命令。目前SSE3 也是最先进的指令集,英特尔Prescott处理器已经支持SSE3 指令集,AMD 会在未来双核心处理器当中加入对SSE3 指令集的支持,全美达的处理器
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