第2课时 中央处理器-CPU第2课时 中央处理器CPU课时安排： 2学时第2课时 中央处理器-CPU本章要点 CPU的发展史 CPU的主要性能指标 两大厂商CPU的介绍 CPU的识别第2课时 中央处理器-CPU学习目标 基于CPU在电脑中具有重要地位和作 用，因此在选购电脑时，CPU的选购是 相当关键的。本章从个人电脑微处理器 的发展史开始讲解，并介绍了两大处理 器厂商的CPU，讲述了辨识CPU的方法 ，让用户对CPU有一个较全面的认识， 以便以教高的性价比选择合适自己的 CPU。第2课时 中央处理器-CPU图2- P4 CPU 第2课时 中央处理器-CPU2.1 CPU的基本组成和主要性能指标CPU由运算器和控制器组成。它的内部结构可以分为逻辑运算单元、控制单元和存储单元三个部分。这三部分互相协调，进行分析、判断、运算并控制计算机各个部分协调工作。CPU中的运算器主要完成各种算术运算(加、减、乘、除)和逻辑运算(逻辑加、逻辑乘和逻辑非运算)；控制器主要用来读取各种指令，并对指令进行分析，做出相应的控制。此外，在CPU中还有若干个寄存器，它是CPU内部的临时存储单元。总的来说，CPU具有三个基本功能：读数据、处理数据和写数据(即将数据写到存储器中)。它是计算机中不可缺少的重要部分，如果一台计算机没有CPU，就好像一个人没有心脏一样。 第2课时 中央处理器-CPU1CPU的主要性能指标CPU品质的高低直接决定了一个计算机系统的档次，而CPU的主要技术指标可以反映出CPU的大致性能。下面介绍CPU的主要性能指标。 第2课时 中央处理器-CPU1) 位、字节和字长CPU可以同时处理的二进制数据的位数是其最重要的一个标志。CPU在单位时间内(同一时间)能一次处理的二进制数的位数叫字长。人们通常所说的16位机、32位机就是指该微机中的CPU可以同时处理16位、32位的二进制数据。早期有代表性的IBM PC/XT、IBM PC/AT与286机是16位机，386机和486机是32位机，586机则是64位的高档微机。通常将8 bit称为一个字节。字节的长度是固定的，而字长的长度是不固定的，对于不同的CPU，字长的长度也不一样。8 bit的CPU一次只能处理一个字节，而32 bit的CPU一次就能处理4个字节，字长为64 bit的CPU一次可以处理8个字节。 第2课时 中央处理器-CPU2) 主频、外频和倍频主频(CPU Clock Speed)也叫时钟频率，表示在CPU内数字脉冲信号振荡的速度。主频越高，CPU在一个时钟周期里所能完成的指令数也就越多，CPU的运算速度也就越快。CPU主频的高低与CPU的外频和倍频有关，其计算公式为：主频=外频倍频。外频是CPU与主板之间同步运行的速度，而且目前绝大部分 电脑系统中外频也是内存与主板之间同步运行的速度。在这种 方式下，可以理解为CPU的外频直接影响内存的访问速度，外 频越高，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。第2课时 中央处理器-CPU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的频率也越高。实际上，在相同外频的前提下，高倍频的CPU本身意义并不大，单纯的一味追求高倍频而得到的高主频的CPU，就会出现明显的瓶颈(CPU从系统中得到的数据的极限速度不能够满足CPU运算的速度)效应, 可想而知, 这无疑是一种浪费。从有关计算可以得知，CPU的外频在58倍的时候，其性能能够得到比较充分的发挥，如果超出这个数值, 则都不是很完善。偏低还好说, 不过是CPU本身运算速度慢而已，可高了以后就会出现显著的瓶颈效应，系统 与CPU之间进行数据交换的速度跟不上CPU的运算速度，从而浪费CPU的计算能力。倍频是由主板设计时提供的，现在的主板已经从1倍频提高到了9倍频。 第2课时 中央处理器-CPU 主频是CPU的时钟频率或者说是内部工作频率 。 外频是系统总线的工作频率。 倍频是指CPU外频与主频相差的倍数。 主频 = 倍频*外频第2课时 中央处理器-CPU锁频是指CPU生产厂家在生产CPU时将CPU的倍频数锁定，现在的CPU基本上都锁定了倍频。超频是指将外频或倍频(由于现在的CPU被锁定倍频，超频时很少有人使用此项)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。 第2课时 中央处理器-CPU3) 制造工艺制造工艺是CPU发展史中一门重要的技术，早期的CPU大多采用0.5 m的制作工艺，后来随着CPU频率的提高，0.25 m制造工艺被普遍采用。在1999年底，Intel公司推出了采用0.18 m制作工艺的Pentium处理器，即Coppermine(铜矿)处理器。其更精细的工艺使得原有晶体管门电路更大限度地缩小了，能耗越来越低，CPU也就更省电。 第2课时 中央处理器-CPU4) 内存总线速度内存总线速度(Memory-Bus Speed)也就是系统总线速度，一般等同于CPU的外频。CPU处理的数据都由主存储器提供，主存储器就是内存。一般我们放在外存(磁盘或者各种存储介质)上面的资料都要通过内存，再进入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)对整个系统的性能就显得尤为重要。由于内存和CPU之间的运行速度或多或少会有差异，因此便出现了二级缓存来协调两者之间的差异。内存总线速度是指CPU二级高速缓存和内存之间的通信速度。 第2课时 中央处理器-CPU5) 缓存缓存又称为高速缓存，其容量和工作速率对提高计算机的速度有重要的作用。CPU的缓存分为两种，即Ll Cache(一级缓存)和L2 Cache(二级缓存)。Ll Cache指封装在CPU芯片内部的高速缓存，它用来暂时存储CPU运算器里的部分指令和数据。内部缓存的存取速度与CPU主频相同，容量单位一般为KB。 L2 Cache指CPU外部的高速缓存，对于提高运行2D图形处理较多的商业软件的速度有明显的作用。CPU的L2 Cache可以分为芯片内部和芯片外部两种。在CPU芯片内部的L2 Cache的运行速度与主频相同，而安装在CPU芯片外部的L2 Cache运行频率一般只有主频的1/2。 第2课时 中央处理器-CPU6) 工作电压工作电压 (Supply Voltage)即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5 V(奔腾是3.5 V、3 V、2.8 V等)左右，导致CPU的发热过高而影响CPU的寿命。现在随着CPU制作工艺的提高，工作电压一般为1.52.0 V，低电压使耗电过大和发热过高问题得到了很好的解决。 第2课时 中央处理器-CPU7) 支持的指令集为了提高计算机在多媒体、3D图形方面的应用能力，大量的处理器指令集应运而生，其中最著名的三种便是Intel的MMX、SSE和AMD的3DNow!指令集。MMX(Multi Media eXtension，多媒体扩展)指令集：是Intel公司于1996年推出的一项多媒体指令增强技术。MMX指令集中包括有57条多媒体指令，通过这些指令可以一次处理多个数据，在处理结果超过实际处理能力时也能进行正常处理。 第2课时 中央处理器-CPUSSE(Streaming SIMD Extensions，单指令多数据流扩展)指令集：是Intel公司在Pentium 处理器中率先推出的。SSE指令集包括了70条指令，其中包含提高3D图形运算效率的50条SIMD(单指令多数据技术)浮点运算指令、12条MMX整数运算增强指令、8条优化内存中连续数据块传输指令。理论上，这些指令对目前流行的图像处理、浮点处理、3D运算、视频处理、音频处理等诸多多媒体应用起到全面强化的作用。SSE指令与3DNow! 指令彼此互不兼容，但SSE包含了3DNow!技术的绝大部分功能，只是实现的方法不同。 第2课时 中央处理器-CPU3DNow! 指令集：AMD公司提出的3DNow!指令集出现在SSE指令集之前，并被AMD广泛应用于其K6-2、K6-3以及Athlon(K7)处理器上。3DNow! 指令集技术其实就是21条机器码的扩展指令集。与Intel公司的MMX技术侧重于整数运算有所不同，3DNow!指令集主要针对三维建模、坐标变换和效果渲染等三维应用场合，在软件的配合下，可以大幅度提高3D处理性能。现在生产的所有x86的CPU都支持MMX，但Intel公司的CPU只支持SSE，AMD公司的CPU只支持3DNow!。第2课时 中央处理器-CPU8) 协处理器协处理器也叫数学协处理器，主要负责浮点运算。8088、286、386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Auto CAD就需要协处理器支持。 第2课时 中央处理器-CPU2CPU的接口标准CPU是安装在主板上的，因此CPU的接口标准可以按照主板上CPU的插槽类型来分类。目前市场上主流CPU从封装形式来看可以分为两大类：一种是传统的针脚式Socket架构的CPU，一种是插卡式的Slot架构的CPU。1) Socket PC机从386时代开始普遍使用Socket插座来安装CPU，其发展经历了从Socket 4、Socket 5、Socket 7到现在的Socket 370。Socket 7插座适用范围很广，不但可以安装Intel Pentium、Pentium MMX，还可以安装AMD K5、K6、K6-2、K6-、Cyrix M等处理器。 第2课时 中央处理器-CPU2) Slot 先来看看Slot 1，这种接口方式是由Intel提出的，它是一个狭长的242引脚的插槽，可以支持采用SEC(单边插接)封装技术的Pentium、Pentium 和Celeron处理器。除了接口方式不同外，Slot 1所支持的特性与Super 7系统没有太大的差别。Slot 2接口标准与Slot 1类似，不过它是面向高端服务器市场的，与其搭配的主板芯片组为Intel GX、NX，处理器为Xeon至强。 与Slot 1、Slot 2不同，Slot A接口标准是由Intel的竞争对手AMD提出的，它支持AMD K7处理器，与其搭配的芯片组为AMD自己的AMD 751芯片，虽然从外观上看Slot A与Slot 1十分相像，但是由于它们的电气性能不同，因此两者并不兼容。第2课时 中央处理器-CPU2.2 常见CPU在CPU市场上，Intel和AMD之间的竞争非常激烈，Intel虽然占主导地位，但也受到AMD的挑战。此外，还出现了实力大增的VIA(威盛)和异军突起的Ransemta(全美达)。下面我们就来介绍这些知名厂家的CPU。1Intel系列Intel公司的奔腾系列、赛扬系列是CPU的首选。现在Intel公司最具影响力的CPU非奔腾4莫属。下面我们就来介绍Intel公司的几款主流CPU。 第2课时 中央处理器-CPU1) Intel Pentium处理器 Intel Pentium也称为经典奔腾(Intel Pentium Classic)，它是真正的第五代处理器。早期的Pentium 60和66分别工作在与系统总线频率相同的60 MHz和66 MHz两种频率下，没有倍频设置，而且最初的部分产品还有浮点运算错误，因此它并没有受到人们的 欢迎。后来的Pentium处理器采用了现在一直使用的“外频倍频CPU工作频率”设置，工作频率有75、90、100、120、133、150、166、200 MHz等规格。早期的奔腾75120 MHz处理器使用0.6