第3章中央处理器 CPU

1. 第3章中央处理器CPU 课前导读 CPU概述 如何选购CPU 安装CPU CPU的使用与维护 课后练习

2. 课前导读 • 基础知识 • 重点知识 • 了解知识

3. 基础知识 CPU的作用和CPU的选购。

4. 重点知识 CPU的性能指标、安装CPU，让读者全面了解CPU。

5. 了解知识 识别真假CPU的方法。

6. CPU概述 CPU是电脑中最重要的组成部分，它相当于电脑的心脏，是整个电脑系统的核心。

7. CPU的作用 CPU是整个电脑系统最高的执行单位，它负责电脑系统指令的执行、数学与逻辑运算、数据存储、传送以及输入/输出的控制。 CPU的内部结构可分为控制单元、逻辑单元和存储单元3大部分，其工作原理就像一个工厂对产品的加工过程：进入工厂的原料（指令），经过物资管理部门（控制单元）的调度分配，被送往生产线（逻辑运算单元），生产出成品（处理后的数据）后，再存储在仓库（存储器）中，等着拿到市场上去交易（交由应用程序使用）。

8. CPU的性能指标 • 主频、外频和倍频 • 缓存 • 制造工艺 • 工作电压 • 前端总线 • 扩展总线速度 • 内存总线速度 • 动态处理 • 协处理器 • 指令集

9. 主频、外频和倍频 主频也叫时钟速度（Clock Speed），表示在CPU内数字脉冲信号振荡的速度。主频越高，CPU在一个时钟周期内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。

10. 外频是CPU与主板之间同步运行的速度，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，外频速度高，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。外频是CPU与主板之间同步运行的速度，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，外频速度高，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。

11. 倍频是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，一味追求高倍频就会出现明显的“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。倍频是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，一味追求高倍频就会出现明显的“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。

12. 反映CPU性能的最主要参数是CPU的主频。如目前Intel公司生产的Pentium 4 Prescott核心CPU，其频率高达3.2GHz。

13. 缓存 缓存（Cache）又称为高速缓存，是可以进行高速数据传输的存储器。由于CPU运行速度远远高于内存和硬盘等存储器，因此有必要将常用的指令和数据等放进缓存，让CPU在缓存中直接读取，以提升电脑的性能。

14. CPU的缓存分为两种，即L1 Cache（一级缓存）和L2 Cache（二级缓存）。由于高速缓存的容量和结构对CPU的性能影响较大，因此CPU生产厂商纷纷力争加大高速缓存的容量。不过高速缓存均由静态RAM组成，结构较复杂，且成本也较高，因此以前的CPU内部只集成了L1 Cache，而把L2 Cache放置在主板上。后来Intel推出了双独立总线结构，将L2 Cache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L2 Cache集成在CPU内部并以同CPU相同速度工作，称为全速二级高速缓存。

15. Intel公司生产的Pentium 4 至尊版CPU，其核心频率高达3.06GHz，L1 Cache为32KB，L2 Cache为512KB，另外将L3 Cache也集成到了CPU中，其容量为2048KB，该款CPU外观如图3-1所示。

16. 图3-1

17. 制造工艺 CPU的表面上标有0.18µm或0.13µm等字样，这个数据越小，表明CPU的制造工艺越先进。受制造工艺的影响，目前Intel公司和AMD公司几乎都在使用0.13µm技术生产CPU，不过很快就将转向0.09µm工艺生产，到时CPU的核心面积可以做得更小，更加省电，因此发热量有望进一步降低，而频率可再次提升。

18. 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由于制作工艺落后，因此工作电压较大，一般为5V（奔腾是3.5V、3.0V、2.8V等）左右，导致CPU的发热量过大，出现电子迁移现象并缩短了CPU的使用寿命。随着CPU制作工艺的提高，现在的CPU工作电压一般在1.5~2.0V之间，使CPU发热量问题得到了很好地解决。

19. 前端总线 前端总线是AMD在推出K7 CPU时提出的概念，一直以来很多人都误认为这个名词不过是外频的一个别称。实际上，平时所说的外频是指CPU与主板的连接速度，这个概念是建立在数字脉冲信号振荡速度的基础之上；而前端总线速度指的是数据传输的速度。例如100MHz外频特指数字脉冲信号在每秒钟震荡1000万次，而100MHz前端总线则指的是每秒钟CPU可接受的数据传输量是100MHz×64bit÷8bit/Byte=800MB。就处理器速度而言，前端总线比外频更具代表性。

20. 扩展总线速度 扩展总线速度（Expansion-Bus Speed）是指电脑系统的局部总线，如ISA、PCI或AGP总线。平时用户打开电脑机箱时，总可以看见一些类似插槽的槽，这些槽又叫扩展槽，上面可以插显卡、声卡、网卡之类的功能模块，而扩展总线就是CPU用以联系这些设备的桥梁。

21. 内存总线速度 内存总线速度（Memory-Bus Speed）就是系统总路线速度，一般等同于CPU的外频。CPU处理的数据都由主存储器提供，而主存储器也就是平常所说的内存。一般放在外存（磁盘或者各种存储介质）上面的资料都要通过内存，然后再由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。

22. 动态处理 动态处理是应用在高能奔腾处理器中的新技术，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处理器的工作效率。 • 多路分流预测：通过几个分支对程序流向进行预测（预测精确度可达90%以上），当采用多路分流预测算法后，处理器便可参与指令流向的跳转。这是因为处理器在读取指令时，还会在程序中寻找未来要执行的指令，该项技术可加速向处理器传送任务。

23. 数据流量分析：数据流量分析是指抛开原程序的顺序，分析并重排指令，优化执行顺序。处理器读取经过解码的软件指令，判断该指令能否处理或是否需与其他指令一起处理。然后处理器再决定如何优化执行顺序以便高效地处理和执行指令。数据流量分析：数据流量分析是指抛开原程序的顺序，分析并重排指令，优化执行顺序。处理器读取经过解码的软件指令，判断该指令能否处理或是否需与其他指令一起处理。然后处理器再决定如何优化执行顺序以便高效地处理和执行指令。 • 猜测执行：猜测执行是指通过提前判读并执行有可能需要的程序指令的方式提高执行速度。当处理器执行指令时（每次5条），采用的是“猜测执行”的方法。这样可使PentiumⅡ及以上的处理器超级处理能力得到充分的发挥，从而提升软件性能。被处理的软件指令是建立在猜测分支基础之上，因此结果也就作为“预测结果”保留起来。一旦其最终状态能被确定，指令便可返回到其正常顺序。

24. 协处理器 协处理器也叫做数学协处理器，主要负责浮点运算。由于Intel早期的CPU都不集成协处理器，因此386、286、8088等电脑CPU的浮点运算性能都相当落后。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AutoCAD就需要协处理器支持。

25. 指令集 指令集是为了增强CPU在某些方面（如多媒体）的功能而特意开发的一组程序代码集合。目前常见的指令集有以下几种。 • MMX（Multi-Media Extensions，多媒体扩展）指令集：它是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。

26. SSE（Streaming SIMD Extensions，单指令多数据流扩展）指令集：它是Intel公司在Pentium III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。

27. SSE 2（Streaming SIMD Extensions，单指令多数据流扩展）指令集：互联网SIMD流技术扩展是一些能够减少运行一个特殊程序所需整体指令数量的指令。使用它们能够提高性能，并能够加快许多应用程序的运行，包括视频、话音、图像、照片处理、加密、财务、工程和科学应用。NetBurst微体系结构新添加了144条SSE指令，称为SSE 2。

28. SSE 3（Streaming SIMD Extensions，单指令多数据流扩展）指令集：Intel在Prescott处理器中增加了13条新的指令集，其中包括一条专门针对视频解码的指令、两条针对线程处理的指令，这有助于增加Intel超线程HT的处理能力。而其他的指令则支持复杂的算术运算，类似于浮点转整数以及SIMD单指令多数据流的浮点运算。SSE 3无疑扩展了SSE 2指令集的能力，不过SSE 3只是扩展指令的一部分增强，在性能上不会得到很大的提升。

29. 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。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。

30. CPU插槽类型 • Intel公司CPU插槽类型 • AMD公司CPU插槽类型

31. Intel公司CPU插槽类型 目前市场上Intel CPU只有Celeron 3、Celeron 4和Pentium 4几种架构，其中Celeron 3采用Socket 370插槽，而Celeron 4和Pentium 4采用Socket 478插槽。图3-2所示为Socket 370插槽，图3-3所示为Socket 478插槽。

32. 图3-2 图3-3

33. AMD公司CPU插槽类型 AMD公司的CPU架构自成体系，它无法兼容Intel的CPU。Athlon XP和Duron采用Socket A架构，而Athlon64采用Socket 754架构。图3-4所示为Socket A插槽，图3-5所示为Socket 754插槽。

34. 图3-4 图3-5

35. 如何选购CPU 选购CPU时，需要考虑性价比、用途、保修等方面，并综合考虑这些因素来选购一款合适的CPU。 • 注重性价比 • 根据需要选择 • 识别真假CPU • 常见CPU型号和品牌简介

36. 注重性价比 在选购CPU时，性价比应该是比较重要的一个因素。虽然Intel的CPU兼容性好，但是价格普遍比AMD的CPU贵，而且同档次的Intel CPU性能基本上都不如AMD的CPU好。

37. 根据需要选择 在选购CPU时，还应该根据需要进行选择。例如，如果是为了学习Office、上网等，买块低端的Celeron 4或Duron就完全够用了，如果经常玩游戏，或需要进行设计、开发等操作，那么Pentium 4或Athlon XP是最好的选择。

38. 识别真假CPU • 看包装 • 看CPU编号 • 进行测试

39. 看包装 正品的Intel和AMD的CPU均为盒装，里面提供了原装散热风扇，而且提供一年或长达三年的质保。而散装的CPU一般不能得到生产厂家的质保。虽然说盒装的CPU比散装的要贵一些，但为了安全起见，推荐选购原装CPU。图3-6所示为正品盒装Intel Pentium 4 CPU，图3-7所示为散装的Intel CPU，上面贴了销售商的质保标签。

40. 图3-6 图3-7

41. 看CPU编号 在CPU上面生产厂家会将该CPU的参数刻在上面，如图3-8所示。在该CPU表面，显示出了该CPU为Intel公司生产的Pentium 4 CPU，频率为1.3GHz，L2缓存为256KB，外频为400MHz，核心电压为1.7V，MALAY表示产地为马来西亚。L101A782-0430表示CPU的序列号，该CPU生产日期为2001年第1周。

42. 图3-8

43. 进行测试 在选购CPU时，最好能通过测试软件对其进行测试，以得到真实的结果。Intel公司推出了Intel(R) Processor Frequency ID Utility软件，可测试所有Intel CPU的真实频率，目前该软件的最新版本为6.5版。在安装好该软件后，运行程序即可得到测试结果，测试结果如图3-9所示。

44. 图3-9

45. 对于AMD处理器，AMD公司也推出了CPU INFORMATION软件来进行测试，该软件不但能测试AMD CPU，而且还能测试Intel CPU，该软件的最新版本为1.0版，测试结果如图3-10所示。 图3-10

46. 常见CPU型号和品牌简介 • Intel CPU • AMD CPU

47. Intel CPU • Celeron 3 • Celeron 4 • Pentium 4 • 移动式处理器

48. Intel公司的CPU产品比较丰富，涵盖了从台式机到笔记本的所有高中低端CPU。Intel的CPU主要分为3个系列，Pentium 4主要面向中高端领域，而Celeron 3和Celeron 4则主要面向低端领域，另外还有适合笔记本电脑使用的Intel移动式Celeron M、Pentium M以及迅驰平台。

49. Celeron 3 Celeron 3 CPU是Intel公司面向低端用户推出的CPU，其性价比相当不错。 Celeron 3 CPU是Intel Pentium 3 CPU的简化版本，但是其核心比Pentium 3 CPU处理器还是有不少的变化。Celeron 3 CPU的中文名称为奔腾赛扬处理器，采用0.13µm制造工艺，Socket 370插槽，具有32KB L1 Cache，256KB L2 全速Cache，外频为100MHz，前端总线频率为100MHz，有1.0、1.1、1.2、1.3、1.4GHz等几个型号。Celeron 3 CPU如图3-11所示。

50. 图3-11