微型计算机的组成精品文稿.ppt
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1、微型计算机的组成第1页,本讲稿共109页CPU主要参数及规格型号一、CPU架构,就是CPU核心的设计方案。目前CPU大致可以分为X86、IA64、RISC等多种架构,而个人电脑上的CPU架构,其实都是基于X86架构设计的,称为X86下的微架构,常常被简称为CPU架构。更新CPU架构能有效地提高CPU的执行效率,但也需要投入巨大的研发成本,因此CPU厂商一般每2-3年才更新一次架构。近几年比较著名的X86微架构有Intel的Netburst(Pentium4/PentiumD系列)、Core(Core2系列)、Nehalem(Corei7/i5/i3系列),以及AMD的K8(Athlon64系列
2、)、K10(Phenom系列)、K10.5(AthlonII/PhenomII系列)。第2页,本讲稿共109页二、二、CPU制造工艺:制造工艺:我们常说的CPU制作工艺是指生产CPU的技术水平,改进制作工艺,就是通过缩短CPU内部电路与电路之间的距离,使同一面积的晶圆上可实现更多功能或更强性能。制作工艺以纳米(nm)为单位,目前CPU主流的制作工艺是45nm和32nm。对于普通用户来说,更先进的制作工艺能带来更低的功耗和更好的超频潜力。三、CPU位宽32/64位指的是CPU位宽,更大的CPU位宽有两个好处:一次能处理更大范围的数据运算和支持更大容量的内存。对于前者,普通用户暂时没法体验到其优势
3、,但对于后者,很多用户都碰到过,一般情况下32位CPU只支持4GB以内的内存,更大容量的内存无法在系统识别(服务器级除外)。于是就有了64位CPU,然后就有了64位操作系统与软件。第3页,本讲稿共109页四、主频、倍频、外频、前端总线频率、超频四、主频、倍频、外频、前端总线频率、超频:CPU主频,就是CPU运算时的工作频率,一般以MHz和GHz为单位。主频=外频x倍频。而我们常说的超频,就是通过手动提高外频或倍频来提高主频。前端总线FSB(FrontSideBus)是处理器与主板北桥芯片或内存控制集线器之间的数据通道五、核心数、线程数:五、核心数、线程数:虽然提高频率能有效提高CPU性能,但受
4、限于制作工艺等物理因素,早在2004年,提高频率便遇到了瓶颈,于是Intel/AMD只能另辟途径来提升CPU性能,双核、多核CPU便应运而生。目前主流CPU有双核、三核和四核,六核也将在今年发布。其实增加核心数目就是为了增加线程数,因为操作系统是通过线程来执行任务的,一般情况下它们是1:1对应关系,也就是说四核CPU一般拥有四个线程。但Intel引入超线程技术后,使核心数与线程数形成1:2的关系,如四核Corei7支持八线程(或叫作八个逻辑核心),大幅提升了其多任务、多线程性能。第4页,本讲稿共109页六、缓存:六、缓存:缓存,Cache,它也是决定CPU性能的重要指标之一。为什么要引入缓存?
5、在解释之前必须先了解程序的执行过程,首先从硬盘执行程序,存放到内存,再给CPU运算与执行。由于内存和硬盘的速度相比CPU实在慢太多了,每执行一个程序CPU都要等待内存和硬盘,引入缓存技术便是为了解决此矛盾,缓存与CPU速度一致,CPU从缓存读取数据比CPU在内存上读取快得多,从而提升系统性能。当然,由于CPU芯片面积和成本等原因,缓存都很小。目前主流级CPU都有一级和二级缓存,高端的甚至有三级缓存。第5页,本讲稿共109页CPU的工作电压就是CPU正常工作所需的电压,与制作工艺及集成的晶体管数相关。正常工作的电压越低,功耗越低,发热减少。CPU的发展方向,也是在保证性能的基础上,不断降低正常工
6、作所需要的电压。例如老核心AthlonXP的工作电压为1.75v,而新核心的AthlonXP其电压为1.65v七、工作电压第6页,本讲稿共109页TDP功耗:TDP的英文全称是“ThermalDesignPower”,中文翻译为“热设计功耗”,是反应一颗处理器热量释放的指标,它的含义是当处理器达到负荷最大的时候,释放出的热量,单位为瓦(W)。CPU的TDP功耗并不是CPU的真正功耗。CPU的功耗(功率)等于流经处理器核心的电流值与该处理器上的核心电压值的乘积。而TDP是指CPU电流热效应以及其他形式产生的热能,他们均以热的形式释放。显然CPU的TDP小于CPU功耗。换句话说,CPU的功耗很大程
7、度上是对主板提出的要求,要求主板能够提供相应的电压和电流;而TDP是对散热系统提出要求,要求散热系统能够把CPU发出的热量散掉,也就是说TDP功耗是要求CPU的散热系统必须能够驱散的最大总热量。八、TDP功耗:第7页,本讲稿共109页封装是采用特定的材料将CPU芯片或CPU模块固化在其中以防损坏的保护措施,从大的分类来看通常采用Socket插座进行安装的CPU使用PGA(CeramicPinGridArrauPackage插针栅格阵列)方式封装,现在还有PLGA(PlasticLandGridArray)、OLGA(OrganicLandGridArray)等封装技术。由于市场竞争日益激烈,目
8、前CPU封装的发展方向以节约成本为主。九、封装形式(体积、散热、安装方便可靠)PLGA即塑料焊盘栅格阵列封装。由于没有使用针脚,而是使用了细小的点式接口,具有更小的体积、更少的信号传输损失和更低的生产成本,可以有效提升处理器的信号强度、提升处理器频率,同时也可以提高处理器生产的良品率、降低生产成本。目前Intel公司Socket775接口的CPU采用了此封装。OPGA封装封装(有机管脚阵列)。这种封装的基底使用的是玻璃纤维,类似印刷电路板上的材料。此种封装方式可以降低阻抗和封装成本。OPGA封装拉近了外部电容和处理器内核的距离,可以更好地改善内核供电和过滤电流杂波。AMD公司的AthlonXP
9、系列CPU大多使用此类封装。第8页,本讲稿共109页第9页,本讲稿共109页自处理器诞生起,处理器命名编号的变化便贯穿其中.早期处理器的命名方式相当直接、明了,比如P3-933、P4-2.4GHzC,让大家一看就知道处理器的规格及功能.现在引入了新的“数字”命名规范.这项命名方式的改变主要是希望将处理器的重点不再只集中在“频率”,凸显出每个产品的性能差异.如T开头的为笔记本CPU,E、X、Q开头的为台式PC的CPU,其中E开头的是双核,X、Q开头的是四核.10、规格型号第10页,本讲稿共109页台式CPU、CPU内核ConroeCPU架构EM64T双核心内核电压(V)0.85V-1.3525V
10、制作工艺(微米)0.065微米CPU频率主频(MHz)2660MHz总线频率(MHz)1066MHz倍频(倍)10外频266MHzE6700Socket775针脚数775pinCPU缓存L1缓存(KB)64KBL2缓存(KB)2MB*2CPU技术超线程技术不支持第11页,本讲稿共109页i3530CPU频率主频2930MHz外频133MHz倍频22倍插槽类型LGA1156针脚数目1156pinCPU内核核心数量双核心线程数四线程制作工艺32纳米核心类型ClarkdaleCPU架构Nehelem热设计功耗(TDP)73W内核电压0.6-1.4V晶体管数量1.77亿核心面积114平方毫米CPU缓存
11、一级缓存264K二级缓存2256K三级缓存4MBi3530第12页,本讲稿共109页二、硬盘参数及规格型号1、硬盘参数(1)硬盘外形:3.5英寸全高硬盘,3.5英寸半高硬盘,2.5英寸硬盘(2)硬盘容量:单位GB,如320GB、500GB。(3)硬盘盘片数:单片、两片等(4)硬盘接口类型:ATA、SCSI,SATA硬盘(5)硬盘转速:4200转/分,5400转/分,7200转/分,10000转/分,15000转/分。(6)硬盘缓存容量:2MB缓存,8MB缓存、16MB缓存等。第13页,本讲稿共109页第14页,本讲稿共109页第15页,本讲稿共109页第16页,本讲稿共109页2硬盘规格型号例
12、如:HDP725050GLA360H=Hitachi(日立标识)D=DeskstarP=P7K500系列(S代表Standard)72=7200转50=此系列产品的最大容量为500GB(10=1000GB)50=此款硬盘容量为500GB(16=160GB,25=250GB,32=320GB,50=500GB,75=750GB,10=1000GB)G=系列代号L=标准尺寸A3=SATA3.0Gb/s接口(AT=PATA133接口)6=16MB缓存(8=8MB缓存,6=16MB缓存,3=32MB缓存)0=保留位第17页,本讲稿共109页例如:ST3500320ASST=Seagate(希捷)3=3
13、.5英寸(1=3.5英寸全高硬盘,3=3.5英寸半高硬盘)500=500GB容量(160=160GB,250=250GB,320=320GB,以此类推)3=32MB缓存(8=8MB,6=16MB)2=两张碟片(1=单碟,3=三碟,4=四碟)0=保留位S=SerialATA串行接口(A=PATA并行接口)第18页,本讲稿共109页例如:WD2500JS-00SGB0WD=WesternDigital(西部数据)2500=250GB容量(1600=160GB,5000=500GB,以此类推)J=7200rpm/8MB缓存(B=7200转2MB,E=5400转Protege系列,G=10000转8M
14、B)S=SATA300MB/s接口(B=ATA接口,D=SATA150MB/s接口)00=零售市场(非00则是面向OEM客户)S=单碟容量G=代表同系列硬盘的版本B0=代表硬盘Firmware版本(我们常见的就是A0和B0)第19页,本讲稿共109页三、内存参数及规格型号1、速度。内存速度一般用于存取一次数据所需的时间(单位一般都ns)来作为性能指标,时间越短,速度就越快。2、容量。单条内存的容量通常为512M、1G、2G、4G等3、内存电压。SDRAM使用3.3V电压,而DDR使用2.5V电压,DDR二代的电压是1.8V,DDR3是1.5V4、数据宽度和带宽。内存的数据宽度是指内存同时传输数
15、据的位数,以bit为单位,SDRAM32位,DDR1、DDR2、DDR3为64bit。内存的带宽是指内存的数据传输速率(Mbps)。DDR1(200400)、DDR2(400800)、DDR3(8002000)1Byte=8bit第20页,本讲稿共109页五、内存的线数内存的线数是指内存条与主板接触时接触点的个数,这些接触点就是金手指,有168线、184线和240线等。六、工作频率(Mhz)DDR1频率分别有266333400DDR2频率分别有4005336678001066DDR3频率分别有106613331600第21页,本讲稿共109页七、内存七、内存的工作方式SDRAM(同步动态RAM
16、)使CPU和RAM能够共享一个时钟周期,以相同的速度同步工作,每一个时钟脉冲的上升沿便开始传递数据 DDR(DOUBLE DATA RAGE)RAM是SDRAM的更新换代产品,他允许在时钟脉冲的上升沿和下降沿传输数据,这样不需要提高时钟的频率就能加倍提高SDRAM的速度。DDR2(Double Data Rate 2):):它与上一代DDR内存内存技术标准最大的不同就是,虽然同是采用了在时钟的上升/下降延同时进行数据传输的基本方式,但DDR2内存内存却拥有两倍于上一代DDR内存内存预读取能力(即:4bit数据预读取)。换句话说,DDR2内存内存每个时钟能够以4倍外部总线的速度读/写数据,并且能
17、够以内部控制总线4倍的速度运行。第22页,本讲稿共109页DDR3相比起DDR2有更低的工作电压,从DDR2的1.8V降落到1.5V,性能更好,更为省电;DDR2的4bit预读升级为8bit预读.DDR3目前最高能够达到2000Mhz的速度,尽管目前最为快速的DDR2内存速度已经提升到800Mhz/1066Mhz的速度,但是DDR3内存模组仍会从1066Mhz起跳.DDR3在DDR2基础上采用的新型设计:1.8bit预取设计,而DDR2为4bit预取,这样DRAM内核的频率只有接口频率的1/8,DDR3-800的核心工作频率只有100MHz.2.采用点对点的拓朴架构,以减轻地址/命令与控制总线
18、的负担.在DDR3系统中,一个内存控制器将只与一个内存通道打交道,而且这个内存通道只能一个插槽。因此内存控制器与DDR3内存模组之间是点对点(Point-to-Point)的关系(单物理Bank的模组),或者是点对双点(Point-to-two-Point)的关系(双物理Bank的模组),从而大大减轻了地址/命令/控制与数据总线的负载。第23页,本讲稿共109页3.采用100nm以下的生产工艺,增加异步重置(Reset)与ZQ校准功能.当Reset命令有效时,DDR3内存将停止所有的操作,并切换至最少量活动的状态,以节约电力。在Reset期间,DDR3内存将关闭内在的大部分功能,所以有数据接收
19、与发送器都将关闭。所有内部的程序装置将复位,DLL(延迟锁相环路)与时钟电路将停止工作,而且不理睬数据总线上的任何动静。这样一来,将使DDR3达到最节省电力的目的。ZQ也是一个新增的脚,在这个引脚上接有一个240欧姆的低公差参考电阻。这个引脚通过一个命令集,通过片上校准引擎来自动校验数据输出驱动器导通电阻与ODT的终结电阻值。当系统发出这一指令之后,将用相应的时钟周期(在加电与初始化之后用512个时钟周期,在退出自刷新操作后用256时钟周期、在其他情况下用64个时钟周期)对导通电阻和ODT电阻进行重新校准。第24页,本讲稿共109页ODT是内建核心的终结电阻器。我们知道使用DDRSDRAM的主
20、板上面为了防止数据线终端反射信号需要大量的终结电阻。它大大增加了主板的制造成本。实际上,不同的内存模组对终结电路的要求是不一样的,终结电阻的大小决定了数据线的信号比和反射率,终结电阻小则数据线信号反射低但是信噪比也较低;终结电阻高,则数据线的信噪比高,但是信号反射也会增加。因此主板上的终结电阻并不能非常好的匹配内存模组,还会在一定程度上影响信号品质。4.参考电压分成两个:对于内存系统工作非常重要的参考电压信号VREF,在DDR3系统中将分为两个信号。一个是为命令与地址信号服务的VREFCA,另一个是为数据总线服务的VREFDQ,它将有效的提高系统数据总线的信噪等级。)第25页,本讲稿共109页
21、DDR4内存的有效运行频率初步设定在2133-4266MHz之间,运行电压则会进一步降低至1.2V、1.1V,甚至还可能会有1.05V的超低压节能版,生产工艺预计首批采用36nm或者32nm。5.根据温度自动自刷新:为了保证所保存的数据不丢失,DRAM必须定时进行刷新,DDR3也不例外。不过,为了最大的节省电力,DDR3采用了一种新型的自动自刷新设计,因为刷新频率高的话,消电就大,温度也随之升高。而温度传感器则在保证数据不丢失的情况下,尽量减少刷新频率,降低工作温度。第26页,本讲稿共109页八、内存的校验(1)奇偶校验.内存中最小的单位是比特,也称为位,位有只有两种状态分别以1和0来标示,每
22、8个连续的比特叫做一个字节(byte).不带奇偶校验的内存每个字节只有8位,如果其某一位存储了错误的值,就会导致其存储的相应数据发生变化,进而导致应用程序发生错误.而奇偶校验就是在每一字节(8位)之外又增加了一位作为错误检测位.在某字节中存储数据之后,在其8个位上存储的数据是固定的,因为位只能有两种状态1或0,假设存储的数据用位标示为1、1、1、0、0、1、0、1,那么把每个位相加(1+1+1+0+0+1+0+1=5),结果是奇数.对于偶校验,校验位就定义为1,反之则为0;对于奇校验,则相反.当CPU读取存储的数据时,它会再次把前8位中存储的数据相加,计算结果是否与校验位相一致.从而一定程度上
23、能检测出内存错误,奇偶校验只能检测出错误而无法对其进行修正,同时虽然双位同时发生错误的概率相当低,但奇偶校验却无法检测出双位错误.第27页,本讲稿共109页ECC(ErrorCheckingandCorrecting,错误检查和纠正)内存,它同样也是在数据位上额外的位存储一个用数据加密的代码.当数据被写入内存,相应的ECC代码与此同时也被保存下来.当重新读回刚才存储的数据时,保存下来的ECC代码就会和读数据时产生的ECC代码做比较.如果两个代码不相同,他们则会被解码,以确定数据中的那一位是不正确的.然后这一错误位会被抛弃,内存控制器则会释放出正确的数据.被纠正的数据很少会被放回内存.假如相同的
24、错误数据再次被读出,则纠正过程再次被执行.重写数据会增加处理过程的开销,这样则会导致系统性能的明显降低.如果是随机事件而非内存的缺点产生的错误,则这一内存地址的错误数据会被再次写入的其他数据所取代.如果数据位是8位,则需要增加5位来进行ECC错误检查和纠正,数据位每增加一倍,ECC只增加一位检验位,也就是说当数据位为16位时ECC位为6位,32位时ECC位为7位,数据位为64位时ECC位为8位,依此类推,在内存中ECC能够容许错误,并可以将错误更正,使系统得以持续正常的操作,不致因错误而中断,且ECC具有自动更正的能力,可以将Parity无法检查出来的错误位查出并将错误修正.第28页,本讲稿共
25、109页1、tRAS在内存规范的解释是ActivetoPrechargeDelay,行有效至行预充电时间。是指从收到一个请求后到初始化RAS(行地址选通脉冲)真正开始接受数据的间隔时间。2.tRCD是指RAStoCASDelay(RAS至CAS延迟),对应于CAS,RAS是指RowAddressStrobe,行地址选通脉冲。CAS和RAS共同决定了内存寻址。RAS(数据请求后首先被激发)和CAS(RAS完成后被激发)并不是连续的,存在着延迟。3.CAS(ColumnAddressStrobe,列地址选通信号),准确的说应该是CL(CASLatency,纵列存取延迟时间),它用时钟周期数表示。在
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