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微机组装与维护 教学课件 ppt 作者 赵小明 主编 陈英撑 代绍庆 副主编 第2章 中央处理器

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  • 文档编号:89184103
  • 上传时间:2019-05-20
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    • 1、第2章 中央处理器,科学出版社,本章主要介绍CPU相关的基础知识、CPU性能指标、CPU封装技术、主流CPU发展过程及特点、CPU发展新构架和迅驰技术等内容。在学习过程中要求掌握CPU相关的基础知识与基本概念,以及CPU相关性能指标与特点;同时要求了解CPU的封装技术的相关知识、主流CPU的发展过程、CPU发展的新构架及迅驰技术。,本章要点,CPU相关基础知识的理解 CPU性能指标的理解 CPU新构架相关知识的理解,本章难点,CPU常用到的一些概念与术语: SIMD(Single Instruction Multiple Data,单指令多数据流):单条指令同时处理多个数据,即单条指令可以并行执行多个数据。 MMX(Multi Media Extensions,多媒体扩展指令集):共有57条指令,是Intel公司开发的第一代SIMD指令集,它允许CPU同时对24个甚至8个数据进行并行处理。 3DNow!(3D No Waiting):AMD开发的SIMD指令集,共有21条指令,克服了MMX没有浮点处理能力的弱点,但由于指令条数有限,仅增强了3D游戏功能。 SSE(Streaming S

      2、IMD Extensions,单指令多数据流扩展):也叫KNI指令集,为Intel开发的第二代SIMD指令集,增加了50条SIMD浮点指令。,2.1 CPU相关的基础知识(1),KNI(Katmai New Instructions,Katmai新指令集):即SSE。 RISC(Reduced Instruction Set Computing,精简指令集计算机):只有最常用的基本指令集。 CISC(Complex Instruction Set Computing,复杂指令集计算机):相对于RISC而言,它的指令位数较长,且指令系统庞大而复杂。 Post-RISC:内核是RISC,外围是CISC,结合了两种架构的优点。 Instructions Cache(指令缓存):主内存与CPU之间的快速存储区域。 COB(Cache On Board,板上集成缓存):在处理器卡上集成的缓存,即为二级缓存。,2.1 CPU相关的基础知识(2),COD(Cache On Die,芯片内集成缓存):在处理器芯片内部集成的缓存,即为一级缓存。 PSN(Processor Serial Numbers,

      3、处理器序列号):标识处理器特性的一组号码,这些信息记录在CPU中,可利用专用软件读取,识别CPU真伪。 Identify(鉴别号码):打印在CPU芯片上,用于判断不同芯片的识别代码。 IA(Intel Architecture,Intel架构):Intel公司开发的x86芯片结构。 IA-64:Intel采用EPIC(Explicitly Parallel Instruction Computers,精确并行指令计算机)技术开发的64位处理器。 NI(NonIntel,非Intel架构):为Intel兼容产品。,2.1 CPU相关的基础知识(3),多核心:单芯片多处理器(Chip multiprocessors,简称CMP)。 IPC(Instructions Per Clock Cycle,指令/时钟周期):表示在一个时钟周期内可以完成的指令数目。 Latency(潜伏期):完全执行一条指令所需的时钟周期数。 Throughput(吞吐量):在单位时间内可以执行的最多指令条数。 PIB(Processor In a Box,盒装处理器):CPU厂商正式在市面上发售的产品。 Remar

      4、k(芯片频率重标识):非法经销商把低档的CPU贴上高档的CPU进行销售,这种做法称为Remark。,2.1 CPU相关的基础知识(4),2.2 CPU性能指标,1主频 CPU主频,亦称内频,即为CPU运行频率,也就是CPU中的主时钟不断产生的固定频率的时钟脉冲,它控制着CPU工作节拍。 主频越高,CPU工作节拍就越快,运算速度也就越高。 主频常用一秒钟内处理器所能发出电子脉冲数来测定,计量单位一般为兆赫、千兆赫(MHz、GHz)。 如Celeron 433、Pentium III 550中的433和550都是指CPU的主频。,2外频,外频是指CPU与周边部件传输数据的频率,具体是指CPU到芯片组之间的总线速度,因此外频亦称为前端总线频率。 主频(内频)总要比外频快,通常为一倍数(倍频),内频=外频倍频。如P90主频为90MHz,外频是60MHz,相差1.5倍(90=601.5) 。 前端总线(FSB)频率是影响CPU与内存直接数据交换速度的主要因素。数据带宽(总线频率数据位宽)/8,如支持64位的至强Nocona,前端总线是800MHz,按照公式,其最大带宽=(800MHz64)/8=

      5、6.4GB/秒。,3运算速度,运算速度是指CPU每秒钟能执行指令的条数; MIPS用来描述计算机的定点数的运算速度的单位; MFLOPS用来描述计算机的浮点数的运算速度的单位; 浮点数运算能力越强,CPU处理图形速度就越快。,4总线宽度,总线是微处理器与外围设备之间传送信息的一组公共信号线,总线宽度是指这组公共信号线的根数。 总线由数据总线、地址总线和控制总线三部分组成。一般PC系统的总线可分为4个层次。 片内总线:指微处理器内部各功能单元的连线,延伸到CPU外,又称CPU总线。 片间总线:指PC主板上以微处理器为核心与各部件间的连线。 系统总线:指主板上扩展槽与扩展卡间连接的总线。 外总线:指PC与PC或外设之间通信的总线。,5一级缓存与二级缓存,一级缓存也称L1高速缓存,它封装在CPU芯片内部的高速缓存,用于暂时存储CPU运算时的部分指令和数据,存取速度与CPU主频相近。内置的L1高速缓存的容量和结构对CPU的性能影响较大,一级缓存容量越大,则CPU处理速度就会越快,对应的CPU价格也就越高。 二级缓存亦称L2高速缓存,指CPU外部的高速缓存。二级缓存越大,则CPU处理速度就越快,

      6、整台计算机性能也就越好。,CPU、内存、缓存结构图,6采用的指令集,计算机中的每一条指令都可以完成一个独立的逻辑、算术运算或某种操作,而一台计算机中所有指令的集合称为该计算机指令系统,也称为指令集。 指令是软件与硬件的接口,它是程序设计的最小单位,也是设计硬件的依据,因此指令集是表征一台计算机性能的重要因素。 CPU采用的是Intel公司的MMX指令技术,还是SSE指令技术,将对计算机性能产生较大的影响。,7制造工艺,CPU芯片中集成的是晶体管,为了提高CPU的速度,最重要的是如何在相同的CPU面积里集成更加多的晶体管,一般方法只能通过光刻工艺来进行加工,制造工艺越高集成的晶体管就越多。 制造工艺是指在硅材料上生产CPU时内部各元器件间的连接线宽度,一般用m(微米)作为单位,数值越小,生产工艺越先进,CPU内部功耗和发热量就越小。 Pentium CPU的制造工艺是0.35m,Pentium II和Celeron可以达到0.25m,最新的CPU制造工艺可以达到0.18m甚至0.13m,并且将采用铜配线技术,可以极大地提高CPU的集成度和工作频率。,8核心电压,核心电压是指对CPU的供电

      7、电压,电压越低,电耗就越少,发热也就越小,CPU质量也就越高。 早期CPU(386、486)由于工艺落后,它们的工作电压一般为5V,发展到Pentium 时代,工作电压已经是3.5V/3.3V/2.8V,随着CPU的制造工艺与主频的提高,CPU的工作电压有逐步下降的趋势,Intel的Coppermine CPU已经采用1.6V的工作电压。,2.3 CPU的类别(1),长方形卡式CPU:卡式CPU形状是长条型,接口位于长边侧面,采用垂向插入,插入时先将CPU插到主板上,然后用卡座固定其插槽称为Slot。,正方形薄片式CPU:薄片式CPU形状正方,接口(插脚)位于正方的平面上,有很多的密密麻麻的针脚,采用扁平插入,插入后比较牢固稳定,其插槽称为Socket。,2.3 CPU的类别(2),2.4 CPU封装技术,所谓封装就是指用于密封半导体集成电路芯片的外壳。衡量一个芯片封装技术先进与否的重要指标是封装厚度。常有以下几种封装技术: DIP(双列直插式封装) PQFP(塑料方型扁平式封装) PGA(插针网格阵列封装) BGA(球栅阵列封装) CSP芯(片尺寸封装),2.5 CPU主流产品(In

      8、tel系列 ),8088与8086 80286 80386 80486 Pentium(奔腾) Pentium Pro(高能Pentium),Pentium II:是Intel x86家族中的P6产品,出现在1997年的5月。 Celeron:没有L2缓存,是PII的一个简化产品。 Pentium III:采用了SSE多媒体指令集,但仍基于PII架构。 Celeron二代 :为Pentium III的一个简化产品。 Pentium 4:为2001年推出的一款产品,有P4-Willamette、P4-Willamette-N、Northwood P4等多款产品。 Celeron三代:为P4的一款简化产品。 Celeron D:用来接替老赛扬,支持SSE3(老赛扬只支持到SSE2)。,2.5 CPU主流产品(Intel系列 ),Core:拥有双核心、64bit指令集、使用65nm制造工艺,支持SSE4指令集。每个内核拥有32KB的一级指令缓存、32KB的双端口一级数据缓存,2个内核共同拥有4MB或2MB的共享式二级缓存。 Core音译为“酷睿”。基于Core架构的处理器,对应于台式机的为C

      9、onroe,笔记本的为Merom,服务器的为WoodCrest。 Xeon MP:代号为Tigerton的四核心处理器,基于Core架构,应用于服务器。,2.5 CPU主流产品(Intel系列 ),AMD公司自1996年推出K5系列CPU以来,一直是Intel公司的竞争对手。 它生产的CPU不仅价格便宜、性能优良,而且也具有他自身的独到新技术:3DNow!技术、三级缓冲技术、“超级流水线”和“超标量”技术(并行流水线)、EV6200MHz总线技术。,2.5 CPU主流产品(AMD系列 ),Cyrix公司成立于1988年,一直从事高性能微处理器的研制,在硬件系统和相关软件方面也具有较强的实力。 由Cyrix研制的Intel兼容芯片以其较高的性能价格比,曾一度成为众多厂商和用户的理想选择。 但是由于其相对弱小,而且没有自己独立的制造工厂,以及来自Intel和AMD的强大竞争,使得Cyrix的经营状况一直不佳,并出现亏损,并于1997年被国家半导体公司收购。,2.5 CPU主流产品(Cyrix系列 ),2.6 CPU新架构,20段超级流水线:更多级能大幅提高CPU主频。 高效乱序执行:乱序执行和分支预测成技术能有效提升CPU执行速度。 2倍速ALU:ALU整数运算单元以双倍主频的速度工作,称为Rapid Execution Engine(高速执行引擎)。 新型片上缓存:即Trace Cache(跟踪缓存),用于存储x86指令解码后生成的“微操作”指令,多达12000条。 SSE2指令扩展集:为MMX和SSE的扩展集,包括144条SIMD新指令,能处理128位整数和浮点双精度数据。 400MHz前端总线:利用4倍频的方式实现高速CPU和低速内存(100MHz)的配合。,2.7 Intel迅驰技术,迅驰技术是Intel公司于2003年3月12日推出的面向笔记本电脑的无线移动计算技术的品牌名称。 迅驰(Centrino)是Centre(中心)与Neutrino(中微子)两个单词的缩写。 它由三部分组成:移动式处理器(CPU)、相关芯片组以及802.11无线网络功能模块。 迅驰平台以高速、轻巧、电池驱动时间长、无线连接4个方向为基础。 利用迅驰技术装备的笔记本电脑,不仅脱离缆线的约束,而且也能够增加电池寿命,使得笔记本变得又轻又薄。,小

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