计算机组装及维修

1. 计算机组装及维修 电子教案

2. 第2章 中央处理器

3. 本章内容包括CPU的发展历史、CPU的分类、结构和主要性能指标、常见CPU的型号（Intel系列CPU、AMD系列CPU）、CPU散热器，在实训中介绍了Socket A/Socket 370架构CPU的安装、Socket 478架构CPU的安装、CPU的检测。 要求了解CPU的发展历史，掌握CPU的分类、结构和主要性能指标、常见CPU的型号，熟练掌握CPU的安装。

4. 图2-1 Intel 4004处理器 2.1 CPU的发展历史 1. 4位处理器——Intel 4004 1971年，Intel公司研制出微处理器芯片4004，如图2-1所示。

5. CPU字长 • 对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。 • 所以能处理字长为8位数据的CPU通常就叫8位的CPU。同理32位的CPU就能在单位时间内处理字长为32位的二进制数据。 • 必然是64位CPU的天下。

6. 2. 8位处理器——Intel 8008/8080/8085 1972年，Intel公司研制出8008处理器，如图2-2所示。 图2-2 Intel 8008处理器

7. 图2-4 Intel 8088处理器 3. 16位处理器——Intel 8086/8088/80286 (1) Intel 8086/8088处理器 1978年，Intel公司推出了首枚16位微处理器8086，如图2-3所示。 1979年，Intel公司开发出8088，如图2-4所示。1981年，IBM公司将8088处理器用于其研制的IBM PC中，从而开创了全新的微机时代。 图2-3 Intel 8086处理器

8. (2) Intel 80286处理器 1982年，Intel推出了80286芯片，图2-5所示是i80286的外观。 IBM公司将80286处理器用在IBM PC/AT机中。 图2-5 Intel 80286处理器

9. 图2-6 Intel 80386DX处理器 4. 32位处理器——Intel 80386/80486 (1) Intel 80386处理器 1985年，Intel发布80386DX，如图2-6所示。

10. 图2-9 其他486 CPU (2) Intel 80486处理器 1989年，Intel推出了80486芯片，如图2-8所示。 其他公司也推出了与80486兼容的CPU，如图2-9所示。 图2-8 Intel 80486DX处理器

11. 图2-10 Intel 80486DX4 从80486开始首次出现了处理器倍频技术，该技术使处理器内部工作频率为处理器外部总线运行频率的2或4倍，486DX2、486DX4的名字便是由此而来，如图2-10所示。

12. 图2-11 Pentium 图2-12 Pentium MMX 图2-13 AMD K6 图2-14 Cyrix 6x86MX (3) Intel Pentium处理器 1993年，Intel公司发布了Pentium（奔腾）处理器。第一代的Pentium代号为P54C，如图2-11所示。其后又发布了代号为P55C，内建MMX（多媒体指令集）的新版Pentium处理器，如图2-12所示。 与Pentium MMX属于同一级别的CPU有AMD K6、Cyrix 6x86 MX等，如图2-13、图2-14所示。

13. 图2-15 Pentium II 图2-16 AMD K6-2 图2-17 Cyrix MII 图2-18 Socket 370 Celeron (4) Intel Pentium II处理器 1997年，Intel公司发布了Pentium II处理器，如图2-15所示。 同期，AMD和Cyrix分别推出了同档次的K6-2和Cyrix MII，如图2-16、图2-17所示。 1998年4月，Intel推出了Celeron（赛扬）处理器，其中最为成功的是Socket 370接口Celeron 333和366，如图2-18所示。

14. 图2-19 Pentium III 图2-20 AMD Athlon（K7） (5) Intel Pentium III处理器 1999年，Intel公司发布了Pentium III处理器。如图2-19所示。 2000年3月，AMD领先于Intel率先推出了1GHz的Athlon微处理器，其性能超过了Pentium III，如图2-20所示。

15. 图2-21 Pentium III 图2-22 Celeron II 图2-23 Athlon 图2-24 Duron Socket 370架构的Pentium III，其外观如图2-21所示。 Celeron处理器的外观如图2-22所示。 同期，AMD公司推出了Athlon（速龙），如图2-23所示。它采用462针的Socket A架构，时钟频率为700MHz～1.4GHz，内建MMX和增强型3DNow!技术。 AMD公司还推出了Athlon（速龙）的简化版本Duron（钻龙），如图2-24所示，也采用Socket A架构，时钟频率为600～950MHz。

16. 图2-25 Pentium 4 图2-26 Pentium 4 Celeron (6) Intel Pentium 4处理器 Intel公司在2000年11月发布了Pentium 4处理器，Pentium 4没有沿用Pentium III的架构，而是基于全新的Socket 423架构，采用Willamette核心，0.18m制造工艺，集成了4 200万个晶体管，主频为1.4～2.0GHz，如图2-25(a)所示。 后期的Pentium 4处理器均基于Socket 478架构，采用Northwood核心，0.13m制造工艺，集成了5 500万个晶体管，主频为1.8～2.4GHz，如图2-25(b)所示。 同样，Pentium 4的简化版本Pentium 4 Celeron也采用Socket 478架构，主频频率为1.4GHz以上，Pentium 4 Celeron CPU的外观如图2-26所示。

17. Athlon XP（速龙XP），如图2-27所示，仍采用Socket A架构，以全面对抗Pentium 4。 图2-27 Athlon XP 3200+

18. 5. 64位处理器——AMD Athlon 64 2003年9月，AMD发布了面向台式机的64位处理器：Athlon 64和Athlon 64 FX，如图2-28和图2-29所示。它们的初始实际频率为2.0GHz，PR值为3200+，晶体管数目为1.059亿个，采用0.13m工艺。 图2-28 AMD Athlon 64 图2-29 AMD Athlon 64 FX

19. 2.2 CPU的分类、结构和主要性能指标 2.2.1 CPU的分类 CPU有多种分类方法。 1. 按CPU的生产厂家分 2. 按CPU的接口分 3. 按标称频率分 4. 按CPU的内核分 Willamette\NorthWood\Prescott 0.18um\0.13um\0.09um

20. 图2-30 Athlon XP的外观 图2-31 Pentium 4的外观 2.2.2 CPU的外部结构 • 从CPU外部看到的结构看，CPU主要有两个部分组成：一个是内核，另一个是基板。下面分别以Athlon XP（如图2-30所示）和Pentium 4（如图2-31所示）为例，介绍其外部结构。

21. 1. CPU的内核 2. CPU的基板 3. CPU的编码 4. CPU的接口 CPU的封装形式主要分为两大类：一类是针脚式的Socket类型，另一类是插卡式的Slot类型。ZIF插座 (1) Socket 7插座 Socket 7 CPU插座如图2-32所示。 图2-32 Socket 7 CPU插座

22. (2) Socket 370插座 Intel的Socket 370支持Celeron II、Pentium III、Cyrix III和VIA C3。Socket 370 CPU插座如图2-33所示。 图2-33 Socket 370 CPU插座

23. (3) Socket A插座 AMD的Socket A（Socket 462）是为Socket A架构的Athlon处理器而设计的接口标准。AMD的Athlon、Duron和Athlon XP处理器都采用相同的Socket A接口。Socket A CPU接口，如图2-34所示。 图2-34 Socket A CPU插座(4) Socket 478插座

24. Intel的Socket 478 CPU接口支持Pentium 4 CPU，Socket 478 CPU插座如图2-35所示。 图2-35 Socket 478 CPU插座

25. LGA775 插座 LGA775能够提供较Socket 478更佳的讯号品质，以及更大的频率提升空间(4 GHz或更高)，同时分散脚位的供电密度，以间接降低芯片功耗与发热量。

26. 2.2.3 CPU的主要技术参数 1. 主频 主频也叫时钟频率（CPU Clock Speed），单位是MHz、GHz，是CPU内数字脉冲信号振荡的速度，用来表示CPU的工作频率。 2. 外频 外频又称外部时钟频率，单位是MHz，是由主板提供的系统总线的工作频率，是CPU与主板之间同步运行的时钟频率。 3. 倍频系数 倍频就是CPU的运行频率与系统外频的倍数，也就是降低CPU主频的倍数。三者的关系为：CPU的主频（内部运行的频率）= 外频×倍频系数。

27. 4. 前端总线（Front Side Bus，FSB）频率 FSB频率是指CPU与内存数据总线直接交换数据的速度。 数据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，内存带宽必须要满足CPU的带宽需求： CPU需求带宽＝CPU前端总线位宽（主流CPU、内存均是64bit）×CPU前端总线频率／8 各种FSB的Pentium 4带宽需求见表2-1。 表2-1 计算带宽

28. 目前PC机上所能达到的前端总线频率有266MHz、333MHz、400MHz、533MHz、800MHz几种，最高到1066MHz。目前PC机上所能达到的前端总线频率有266MHz、333MHz、400MHz、533MHz、800MHz几种，最高到1066MHz。 • 前端总线频率越大，代表着CPU与北桥芯片之间的数据传输能力越大，更能充分发挥出CPU的功能。 • 现在的CPU技术发展很快，运算速度提高很快，而足够大的前端总线可以保障有足够的数据供给给CPU，较低的前端总线将无法供给足够的数据给CPU，这样就限制了CPU性能得发挥，成为系统瓶颈。 • 前端总线与外频这两个概念容易混淆，主要是在Pentium 4出现之前，前端总线频率与外频是相同的，因此往往直接称前端总线为外频，最终造成这样的误会。前端总线的频率成为外频的2倍、4倍甚至更高 。

29. 图2-36 内存层次结构图 5. 高速缓存（Cache） Cache（高速缓冲存储器，简称高速缓存）是一种速度比主存更快的存储器，其功能是减少CPU因等待低速主存所导致的延迟，以改进系统的性能。 不同等级缓存在存取延迟时间和大小方面的差别，如图2-36所示。

30. 6. 制造工艺 制造工艺是指在硅材料上生产CPU时内部各元器件的连接线宽度，一般用m（微米）表示。------nm 180nm\130nm\65nm 7. 字长 CPU在单位时间内同时能一次处理的二进制数的位数叫字长或位宽。

31. 2.3 常见CPU的型号 2.3.1 Intel系列CPU 自从Intel公司于2000年11月发布Pentium 4处理器以来，Pentium 4处理器的性能不断改进和提升，已经经历了4代，各代技术参数见表2-2。下面介绍典型的Pentium 4。

32. 图2-37 Pentium 4 2.4GHz（FSB 533MHz） 1. Pentium 4 2.4GHz（FSB 400MHz） Pentium 4 2.4GHz（FSB 400MHz）是Intel公司于2002年4月发布的产品，是Pentium 4的第二代产品。它采用Northwood内核，0.13m制作工艺，内核电压1.5V，设计功耗为59.8W，8KB L1 Cache，512KB全速L2 Cache，400MHz前端总线，Socket 478架构。 2. Pentium 4 2.4GHz（FSB 533MHz） Pentium 4 2.4GHz（FSB 533MHz）是Intel公司于2002年11月发布的产品，是Pentium 4的第三代产品。其外频提高到133MHz，前端总线频率提高到533MHz，外观如图2-37所示。

33. 图2-38 Pentium 4 3.2CGHz（FSB 800MHz） 图2-39 Celeron 2.0GHz（FSB 400MHz） 3. Pentium 4 3.2GHz（FSB 800MHz） Pentium 4 3.2GHz处理器，如图2-38所示。 4. Celeron 2.0GHz（FSB 400MHz） Celeron（赛扬）系列是Intel的低端产品，Celeron 2.0GHz采用Northwood内核，0.13m制造工艺，内核电压1.5V，8KB L1 Cache，128KB全速L2 Cache，400MHz的前端总线，Socket 478架构，如图2-39所示。

34. 双核：英特尔酷睿2 E6300正面外观

35. 2.3.2 AMD系列CPU Athlon XP和Athlon 64的技术参数见表2-3。 表2-3 Athlon XP和Athlon 64各代技术参数

36. 1. Athlon XP 2700+ 2002年11月，AMD推出Athlon XP 2700+，属市场主流产品，如图2-40所示。它采用Thoroughbred-B内核，0.13m制作工艺，内核电压1.65V，实际主频2.16GHz，外频166MHz，13.5倍频，333MHz前端总线频率，128KB L1 Cache，256KB L2 Cache，Socket A架构。 2. Athlon XP 3200+ 2003年6月，AMD推出Athlon XP 3200+，属市场高端产品，如图2-41所示。 图2-41 Athlon XP 3200+ 图2-40 Athlon XP 2700+

37. 图2-43 AMD Athlon 64 3200+ 图2-44 AMD Athlon 64 FX-51 4. Athlon 64和Athlon 64 FX 2003年9月，AMD发布了64位处理器。AMD的64位处理器分为Athlon 64和Athlon 64 FX两个系列，区别在于前者采用了Socket 754接口，只支持单通道内存，后者采用的是Socket 939接口并支持双通道内存。相比之下，Athlon 64性能稍低，Athlon 64 FX拥有更为强大的性能。

38. 双核

39. 图2-45 常见风冷式散热器 2.4 CPU散热器 CPU散热器根据工作原理不同可以分为：风冷式、热管散热式、水冷式、半导体制冷和液态氮制冷等几种，但常用的散热器仍然是风冷式。几种常见的风冷式散热器外观如图2-45所示。

40. 图2-46 采用铜铝结合材料的散热器 风冷散热器主要由散热片、风扇和扣具构成。风冷式散热器的主要技术参数介绍如下。 1. 散热片 散热片由底座和鳍（qí）片或称鳃（sāi）片两个部分组成。 (1) 散热片的材料 散热片的材料主要分为铜、铝两种。图2-46所示就是采用铜铝结合散热器技术的散热器。

41. 图2-47 采用不同工艺生产的铝质散热片 (2) 散热片设计和工艺 目前散热片多采用挤压技术、切割技术、折叶技术和锻造技术，各种铝质散热片外观如图2-47所示。

42. 图2-48 风扇 2. 风扇 各种风扇外观如图2-48所示。 (1) 风扇口径 (2) 风扇转速 (3) 风扇排风量 (4) 风扇的噪声 (5) 风扇轴承

43. 图2-49 采用油封轴承、单滚珠轴承、双滚珠轴承和磁悬浮液压轴承风扇的标签 采用油封轴承、单滚珠轴承、双滚珠轴承、磁悬浮液压轴承风扇的标签，如图2-49所示。

44. 图2-50 常见扣具 3. 扣具 扣具是固定散热器与CPU接口的工具。常见扣具的外观如图2-50所示。

45. 图2-51 散热器产品 4. 适用于范围 由于CPU的架构有：Intel Socket 370、Intel Socket 478、AMD Socket A等几种，所以散热器也有适应不同CPU架构的不同类型。 另外，有些散热器还附带有一支备用的含银导热硅胶，为用户安装CPU和风扇提供方便。图2-51所示是几种散热器产品的外观。

46. CPU的日常维护 • 超频引起的故障 • 风扇故障

47. 2.5 实习 2.5.1 实习1——Socket A/Socket 370架构CPU的安装 对Socket 370（Intel Pentium III或VIA C3）、Socket A/462与Socket 7使用相同的方式安装散热装置。其安装方法如下。 ①如图2-52(a)所示，如图2-52(b)所示。 ② 如图2-53所示。 图2-52 抬起拉杆放入CP 图2-53 涂上散热硅胶

48. 图2-54 扣上锁扣 图2-55 连接CPU风扇电源接头 ③ 如图2-54(a)所示，如图2-54(b)所示。 ④ 如图2-55所示。

49. 图2-56 打开拉杆 图2-57 插入CPU 图2-58 关闭拉杆 2.5.2 实习2——Socket 478架构CPU的安装 Socket 478架构CPU的安装方法如下。 ① 如图2-56所示。 ② 如图2-57所示。 ③ 如图2-58所示。

50. 图2-59 固定风扇 图2-60 连接CPU风扇电源接头 ④ 在CPU的核心上均匀涂上足够的导热硅脂。 ⑤ 将散热片妥善定位在支撑机构上。 ⑥ 如图2-59所示。 ⑦ 如图2-60所示。