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第 3 章 微型计算机主机 3.1 中央处理器（ CPU ）

第 3 章 微型计算机主机 3.1 中央处理器（ CPU ）. 中央处理器 CPU 的英文全称是 Central Processing Unit 。它是微型计算机的核心部件，现代微机的 CPU 采用了超大规模集成电路技术及先进的封装技术将运算器、控制器、内部寄存器、高速缓存集成为一块芯片，因此它是微机中相对技术含量最高，且就单位重量或体积而言价值最高的一个部件。不同档次的微机即是以其 CPU 的档次来划分的，也就是说 CPU 的性能基本上就反映出一台微机的的性能。. 3.1.1 CPU 的外观. Intel Pentium 处理器 AMD K6 处理器.

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第 3 章 微型计算机主机 3.1 中央处理器（ CPU ）

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  1. 第3章微型计算机主机 3.1 中央处理器（CPU） 中央处理器CPU的英文全称是Central Processing Unit。它是微型计算机的核心部件，现代微机的CPU采用了超大规模集成电路技术及先进的封装技术将运算器、控制器、内部寄存器、高速缓存集成为一块芯片，因此它是微机中相对技术含量最高，且就单位重量或体积而言价值最高的一个部件。不同档次的微机即是以其CPU的档次来划分的，也就是说CPU的性能基本上就反映出一台微机的的性能。

  2. 3.1.1 CPU的外观 Intel Pentium处理器AMD K6处理器 Intel PentiumII处理器

  3. Intel PentiumⅢ处理器 Intel Pentium4处理器 封装技术有：DIP、QFP、SECC、PGA、BGA等。 引脚分为Socket系列和Slot系列： Socket系列标准很多，包括Socket 0～8，Socket 370，Socket 423，Socket A，Socket 478等。 Slot系列有Slot 1，Slot 2，Slot A等。

  4. Socket 7：其插座有321个针孔，旁边有一拉（压）杆，称为零拔插力布置（ZIF，Zero Insertion Force），提供的电压为3V（Socket 4以前为5V）。采用这种引脚的CPU有Intel公司的Pentium 75～233 MHz、PentiumMMX；AMD公司的K5、K6、K6-2；Cyrix公司的6X86，6X86MX等，皆为PGA封装结构。 Socket 370：其插座有370个针孔，ZIF布置，提供的电压支持1.6V/1.65V，其外观尺寸与Socket 7一样，但针孔数和电压不一样。采用这种引脚的CPU主要是Intel公司的Celeron（赛扬）和PentiumIII，参见图 Socket 370插座 Socket 370封装的PentiumIII处理器

  5. Socket 478：其插座有478个针孔，ZIF布置，支持Intel公司的Pentium4 Northwood核心的CPU，包括Celeron 1.7GHz～2.6GHz，Pentium 4 1.7 GHz～3.2 GHz，其FSB可达400MHz/533 MHz，L2 Cache可达256KB/512KB。 Socket A：其插座有462个针孔，ZIF布置，支持AMD公司的Athlon 4、Athlon XP、Thunderbird 和 Duron等处理器 Socket A Socket 478的引脚和插槽

  6. Slot 1：由Intel公司制定开发CPU插槽标准，作为ZIF方式插座即Socket 7的换代，安装简便，用于基于P6架构的PentiumII及Celeron（赛扬）。采用这种槽式插口的PentiumII被封装到一个长方型的卡匣中（即SECC封装），有242个接触点，主要是为将来设计CPU与主板的数据传送更快，数据量更大

  7. Slot A：与Slot 1相似但不兼容。采用这种引脚的CPU是AMD K7（Athlon），有Pluto（冥王星），Thunderbird（雷鸟）等处理器 Slot A的引脚和插槽

  8. 3.1.2 CPU基本参数及性能 • 1．CPU的性能指标 • 主频：即CPU的时钟频率(CPU Clock Speed)。一般说来，主频越高，CPU的速度越快。由于内部结构不同，并非所有的时钟频率相同的CPU的性能都一样。 • 内存总线速度(Memory-Bus Speed)：指CPU与二级(L2)高速缓存和内存之间的通信速度。 • 扩展总线速度(Expansion-Bus Speed)：指安装在微机系统上的局部总线如VESA或PCI总线接口卡的工作速度。

  9. 工作电压(Supply Voltage)：指CPU正常工作所需的电压。早期CPU的工作电压一般为5V，随着CPU主频的提高，CPU工作电压有逐步下降的趋势，以解决发热过高的问题。如，PentiumIII的工作电压为1.6V/1.65V，Pentium4的工作电压为1.5V/1.525V。 • 地址总线宽度：决定了CPU可以访问的物理地址空间，对于486以上的微机系统，地址线的宽度为32位，最多可以直接访问4096 MB的物理空间。 • 数据总线宽度：决定了CPU与二级高速缓存、内存以及输入/输出设备之间一次数据传输的信息量。

  10. 内置协处理器：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，如高版本的AUTO CAD就需要协处理器支持。 • 超标量：是指在一个时钟周期内CPU可以执行一条以上的指令。Pentium级以上CPU均具有超标量结构；而486以下的CPU属于低标量结构，即在这类CPU内执行一条指令至少需要一个或一个以上的时钟周期。 • 高速缓存：内置高速缓存可以提高CPU的运行效率。L1为一级高速缓存，L2为二级高速缓存，L3为三级高速缓存。

  11. 制造工艺：从1995年以来，芯片制造工艺的发展十分迅速，先后从0.5微米、0.35微米、0.25微米，到PⅢ铜矿核心采用了0.18微米技术，P4 Northwood核心和Athlon 64采用了0.13微米技术，下一代的CPU如Prescott将采用0.09微米工艺，即90纳米。 • 超线程技术：超线程（HT，Hyper-Threading）技术就是利用特殊的硬件指令，把两个逻辑内核模拟成两个物理芯片，让单个处理器都能使用线程级并行计算，从而兼容多线程操作系统和软件,提高处理器的性能。

  12. 2．CPU的编号说明 • AMD CPU的编号： • 如图，一块Athlon • XP 3000+处理器， • 芯片上编号为 • “AXDA3000DKV4D” • 可以将此编号拆成几个部分，分别是：“AXD”、 • “A”、“3000”、“D”、“K”、“V”、“4”、“D”。 • “AXD”是Athlon XP 桌面处理器产品的缩写。 • “A”表示CPU类型是桌面处理器。 • “3000”表示频率，但并非CPU的实际工作频率。

  13. “D”代表封装方式：D=OPGA封装，A=PGA，M=卡匣式，其他为TBD。“D”代表封装方式：D=OPGA封装，A=PGA，M=卡匣式，其他为TBD。 “K”表示操作电压，也就是采用的CPU核心电压是多少伏特，K表示是1.65 V。另外S=1.5V、U=1.6V、P=1.7V、M=1.75V、N=1.8V。 “V”是指核心温度。V是85℃，另外Q=60℃、X=65℃、R=70℃、Y=75℃、T=90℃、S=95℃。 “4”表示L2 Cache的大小，4表示采用的是512KB。1=64KB、2=128KB、3=256KB。 “D”指的是外频，B=100MHz，C=133MHz，D=166MHz。

  14. Intel CPU的编号： • Intel 奔腾的编号一般只能读出其主频，至于是什么核心或外频，最好查阅其说明书。 • 对于Intel PentiumIII的主频末尾有3种标示法，分别是“B”、“E”和“EB”，其中“B”表示采用Katmai核心的133MHz外频处理器，如PentiumIII 533B和PentiumIII 600B；“E”表示采用0.18微米工艺的Coppermine核心奔腾III，此外还有一个隐含意思，就是代表100MHz外频，像奔腾III550E、奔腾III600E；“EB”表示的是用0.18微米工艺的Coppermine核心奔腾III，采用的是133MHz外频。

  15. 3．鉴别CPU的一些方法举例 同样主频的Athlon XP产品，有的是0.13微米制造工艺，有的是0.18微米制造工艺，其实区分这两者的方法很简单，0.18微米制造工艺的Athlon XP，中间内核是正方形的，而0.13微米制造工艺的Athlon XP，中间内核是长方形的。

  16. 除了和正品的CPU外形进行比较之外，下面介绍一除了和正品的CPU外形进行比较之外，下面介绍一 种开机获取CPU主频的方法。 1）单击“开始”，依次选择“程序→附件→系统工具→系统信息”，随后会出现“Microsoft系统信息”窗口。

  17. 2）单击“工具”菜单中的“Windows报告工具”，打开“Windows报告工具”窗口，单击“更改系统文件的选择”，如下：2）单击“工具”菜单中的“Windows报告工具”，打开“Windows报告工具”窗口，单击“更改系统文件的选择”，如下：

  18. 3）稍候，系统弹出“所收集的信息”对话框，在“要复制的系统设置”标题下，列出了电脑的系统信息，其中“COMPSPEED”项后的数值即为CPU的主频。

  19. 3.1.3 CPU超频 1．主频、外频与倍频 主频、外频与倍频之间的关系是： 外频 × 倍频 = 主频 2．CPU超频 CPU超频其实就是通过提高外频或者倍频的手段来提高CPU主频从而提升整个系统的性能。外频改变是在主板上设置外频跳线(一般是JP4)，然后进入BIOS的Frequency Control菜单进行倍频设置

  20. 3.1.4 CPU的选购 1．市场低端产品 包括赛扬二代（CeleronⅡ1/1.2GHz），Duron 1GHz ，Thunderbird （雷鸟）系列 ，Pentium4赛扬，Pentium4低端系列等。这些CPU价格都在500元以下，便宜的甚至在100元左右。 Pentium4赛扬：Willamette核心，前端总线为400MHz，L2缓存为128KB，Socket478接口

  21. 2．市场中端产品 包括Pentium4 1.7AGHz（Northwood核心），Pentium4 2.4GHz，AMD的新Duron、Athlon XP。这些CPU价格在1000元左右。 Pentium4 2.4GHz 新Duron Athlon XP

  22. 3．市场高端产品 包括Pentium 4的高端系列：800MHz FSB，市场上统称“C”版Pentium4处理器，在命名上以后缀字母C来标记，有2.4GHz、2.6GHz、2.8GHz、3.0GHz和3.2GHz几款；AMD的Athlon 64和Athlon 64 FX。 Pentium 4 3.2G：前端总线为800MHz，0.13微米 工艺 Athlon 64 FX： 64位处理器，Socket940 封装

  23. 3.1.5 CPU的竞争与发展 目前，个人计算机CPU的厂家主要是AMD与Intel。Intel以品牌，稳定性和兼容性取胜；AMD以性能高，价格低取胜。 目前的尖端技术及未来发展方向： 1．处理器迈向64位 2．纳米级制造工艺 3．超线程全面开花 4．前端系统总线频率的提升 5．高速缓存 6．SSE指令集

  24. 3.2 主 板 3.2.1 主机板的类型 1．主机板的分类 • 以CPU档次类型分类，可以分为286主机板、386主机板、486主机板、586主机板、奔腾、PII、PIII、P4主机板等。 • 以主机总线类型分类，可以称为XT型主机板、ISA型主机板、EISA型主机板、VESA型主机板、PCI型主机板。 • 以控制芯片(chipset)类型分类 ，基于某类芯片组的主机板就被称为该类型的主板。例如：基于850芯片组的主机板就被称为850类型的主板。 • 以主机板布局结构分类 ，如AT主机板、BabyAT主机板、ATX主机板、uATX主机板、NLX主机板等。

  25. 2．AT、Baby AT及ATX主板结构 • AT主板是早期的IBM PC/AT机主板，并成为一种工业标准，尺寸13"×12"。 • Baby AT是AT主机板的缩小改良，尺寸13.5"×8.5"（34×22cm），或者10"×8.5"(25×22cm) • ATX(AT eXtention) 即AT扩展型。现已成为 新的工业标准，尺寸 12"×9.6" (30.5×24.4cm)， 如图：

  26. 3.2.2 主机板上的主要部件

  27. 1．CPU插座（插槽）：Socket和Slot 2．主控芯片组（Chipset）：南桥和北桥 3．总线插槽：总线插槽类型有ISA、EISA、PCI、AGP等 4．内存插槽 ：SIMM和DIMM 5．磁盘接口：并行ATA（IDE接口）和串行ATA（SATA接口） 6．主板电源插座：ATX与AT结构电源 7．外设端口：包括键盘、鼠标接口，打印机接口、USB接口和IEEE 1394火线接口、网线接口，以及音视频输出/输入接口等

  28. 8．BIOS芯片及CMOS芯片：BIOS芯片是主板上的只读存储器ROM，是一种用专门写入器才能将信息数据写入EPROM芯片，在其内部存放微机的重要程序，如基本输入/输出、系统引导程序、自检程序等，常称为BIOS程序。CMOS是主板上一块RAM芯片，用来保存当前系统的硬件配置和用户参数的设置。 9．跳线或DIP开关：用于设置CPU类型、使用的电压、总线速率（外频）、清除CMOS内容等 10．电池：关机后维持主板COMS内容和系统时钟的运行

  29. 3.2.3 主板控制芯片组 1．控制芯片组的结构

  30. 2．控制芯片组的发展 • Intel系列控制芯片组：早期的有420, 430, 440,450,460,i810,i820,i840系列，目前的有i850,i845, i865,i875系列。 i865 i875

  31. VIA（威盛）系列控制芯片组：早期有Apollo 系列芯片组，最新的有支持Intel Pentum 4的PT系列芯片组，支持AMD Athlon的KT系列芯片组。 SiS 748 VIA KT400A • SiS（矽统）系列控制芯片组： Intel平台上有：SiS648/SiS648FX、SiS655/SiS655FX AMD平台上有：SiS746/SiS746FX、SiS748 • 其他控制芯片组：如ALI（扬智科技）Aladdin系列；nVIDIA的nForce2

  32. 3.2.4 主机板的选择与升级 1．主板选购原则 ：需求与环境 、稳定 、品牌 、服务 2．代表性主板简介 ： • Intel平台主板 升技IS7-G：芯片组为 Intel 865PE/ICH5R

  33. AMD平台主板 精英748-A：采用SiS748+SiS963L芯片组

  34. 3．主板的新技术介绍 • 整合技术：这种主板也称为集成主板或一体化（All in One）主板 • 免跳线与智能超频技术 • 强大的BIOS • CPU保护技术 • 主板供电技术与节能 • 其他智能技术

  35. 3.3 内 存 3.3.1 随机存取存储器 1．动态随机存取存储器(DRAM) • FPM DRAM：快页式动态存储器 • EDO DRAM：扩展数据输出动态存储器 • SDRAM：同步动态存储器 • DDR DRAM：双倍数据速率动态存储器 • DDR DRAM-II：是DDR内存的换代产品 • RDRAM：存储总线动态存储器 • Flash Memory：闪速存储器，特点是不加电而长期保持存储的信息。其可移动式产品称为闪盘或优盘。

  36. 2．影子内存（Shadow RAM） 属于RAM的一部分，位于640K～1M之间的UMA，是为了提高系统效率而采用的一种专门技术 3．静态存储器(SRAM)与Cache 静态存储器的基本存储单元是电晶体 ，不象电容器容易漏电，因此，不需要进行刷新 ，因此存取速度快，一般用作高速缓存(Cache)，也用于加速显卡以及一些辅助存储器的的缓存。

  37. 3.3.2 只读存储器 只读存储器(ROM)是一种只能读、不可写的存储器件，且不须供电也能保持其中的存储数据。它一般用于存放由厂家写入的程序或数据，例如BIOS数据。 1．掩膜ROM：其内部的内容是不可能改写的，如一些点阵打印机的点阵字库。 2．可擦除可编程ROM（EPROM）：其正中间有一个玻璃窗口，在紫外光的照射下10～20分钟其内部的数据将全部擦除了，这时可以再通过编程的方法写入希望的数据。 3．电可擦可编程ROM(EEROM，E2ROM)：可以在加电的情况下擦除存储器的全部或某一部分内容，然后在电路上直接改写其擦除过的单元内容。

  38. 3.3.4 微机内存的管理 1．内存管理的概念和组织 • 常规存储器：实模式状态下能够访问的主存储器空间，其容量通常为1MB。 • 扩展存储器：指 1MB 以上的可以利用的内存，采用扩展存储器规范XMS。 • 扩充存储器：也指 1MB 以上的可以利用的内存，采用 EMS 规范。

  39. 2．x86系列微机内存管理的特点 • 体现模块化程序设计：将存储空间进行分段，一个模块往往装入内存储器的一个段之中。 • 体现内存的透明度：不考虑信息在内存中的位置，用户使用逻辑地址来编程。 • 体现兼容性：承认旧有软件所使用的逻辑地址，但开发新的管理方式以充分利用扩大了的存储空间。 • 实地址和虚地址保护方式：实地址方式寻址范围只能在1MB范围内；虚地址保护方式采用存储器管理机制、分段分页机制、保护机制。

  40. 3.3.5 内存条的性能指标与选购 1．性能指标 • 存取速度：以前内存条的速度用存取一次数据的时间(单位一般用ns)来作为性能指标。普通内存速度只能达到70ns～80ns，EDO内存速度可达到60ns。现在一般用内存的总线频率（MHz）来标明其速度。例如PC66，PC100，PC133换算为纳秒分别为15ns，10ns，8ns。也有以带宽（数据传输量）作为命名原则，例如PC1600以及PC2100（单位 MB/s），所以 DDR200 其实与 PC1600 是相同的规格，数据传输量为 1600MB/s (即64bit×100MHz×2÷8＝1600MB/s）。

  41. 256MB DDR PC2700内存条上的标识： • 容量：早期的30线内存条有256KB、1MB、4MB、8MB多种容量，72线的EDO内存则多为4MB、8MB、16MB，168线的SDRAM内存大多为32MB、64MB、128MB容量，甚至更高。184线的DDR内存大多为128MB、256MB、512MB容量。

  42. 奇偶校验：内存条中每8位容量能配备1位做为奇偶校验位奇偶校验：内存条中每8位容量能配备1位做为奇偶校验位 • 内存的电压：SDRAM使用3.3V电压，DDR使用2.5V电压，DDRII的电压更低 • 可靠性：一般用平均无故障时间来衡定。 2．选购指南 符合主板上的内存插槽要求；成组成对的配置内存条；速度要匹配；兼容性问题；使用转接卡；平稳的安装内存条；控制COMS开关。

  43. 3．几款高性能的内存条 • Kingston（金士顿）：如256M PC133 SDRAM • GeIL（金邦）：如DDR400白金条

  44. Corsair（海盗船）：如Corsair 256M DDR400 CL2内存条 • KINGMAX（胜创）：如KINGMAX 256MB DDR333

  45. 4．内存条的明日之星DDRII 从72线的SIMM到184线的DDR，从33MHz EDO到500MHz DDR，内存自打从一体化的PC主板上独立开来成为一个部件之后，历经几代，运行频率翻了十几番，达到了目前最快的DDR500的水准。 采用0.10微米制程的DDRII预计起始400 MHz，未来并且能达到DDR无法达到的533 MHz和667 MHz等速度。 开放的协议、更低的工作电压、更快的执行速度、更先进的技术，造就了DDRII与生俱来的优势。

  46. 3.4 机箱与电源 3.4.1外观与分类 一般机箱随微机电源（交流变直流的开关电源）一起提供。 1．机箱外观 机箱面板上有一些按键和指示灯。按键包括POWER（电源）钮，用于开关主机电源，还有一个十分有用的按键RESET键 。机箱背面为各种外设及电源的接口。

  47. 2．机箱分类 分为AT结构和ATX结构。从外观上看，AT机箱与ATX机箱最大的区别在于机箱背面接口的布局。从结构上看，AT机箱与ATX机箱的区别在于其电源部分同样也有AT和ATX结构之分，区别包含下列几个方面： • 电源提供的主板电源线不同 • ATX电源输出电压组在AT电源的正负12V和5V外还提供了一路+3.3V电压输出。 • ATX电源对整体电源控制较AT电源不同。 • ATX电源内部风扇的风向依照不同版本而不同

  48. 3.4.2部件结构说明 1．电源2．机箱风扇 3．机箱底板 4．驱动器固定架 5．面板 6．支架

  49. 电脑开关电源外观 ： AT电源有四路直流输出：+5V是向系统主板、插卡及键盘供电；+12V主要为软驱、硬盘及光驱供电；-5V用于软驱中锁相式数据分离电路；+12V和-12V用于向串行通讯口提供EIA接口能源。主板电源插头有两个，编号为P8和P9。 ATX电源比AT电源多一个3.3V输出。主板电源插头有一个，为二十芯。它提供了±12V、±5V及3.3V电压 。

  50. 3.4.3性能指标与选购 • 电源功率：分150，200，230，250，300W等档次 • 噪音和滤波：噪音标志输出直流电的平滑程度，滤波品质的高低直接关系到输出直流电中交流分量的高低 • 瞬间反应能力：当输入电压在瞬间发生，输出的稳定电压值恢复正常所用的时间 • 电压保持时间：一般优质的电源的保持时间可以达12-18ms

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