任东晓电子科技大学成都学院

2009 年 2 月

第 3 章 微型处理器（ CPU ）

1. 了解 CPU 的基本分类和性能指标。2. 理解 CPU 结构和工作原理。3. 掌握 CPU 选购方法和故障维修。

本章结构

3.1 CPU 概述 3.1.1 CPU 构成 3.1.2 CPU 系列3.2 CPU 分类（接口分类）3.3 CPU 性能参数（ 9 ）3.4 CPU 散热3.5 CPU 的选购 3.6 CPU 故障和维护

3.1 CPU 概述

3.1.1 CPU 构成 CPU 是一个电子电路的集成体，被封装在塑胶或陶瓷材料中，是计算机的核心。

（ 1 ）基板 （ 2 ）内核 （ 3 ）内核与基板之间的填充物 （ 4 ）金属盖

（ 1 ）基板 A. 是承载 CPU 内核所用的电路板 ;

B. 负责内核芯片和外界的一切通讯 ;

C. 起着固定 CPU 的作用 。 在基板上面有电容、电阻和决定 CPU时钟频率的电路桥，在其背面或者下沿，有用于和主板连接的针脚或者卡式接口。

（ 2 ）内核 CPU 内核是 CPU 中间凸起的一片指甲大小、由

单晶硅做成的薄薄芯片，密布着数以千万计的晶体管，相互配合完成各种复杂的运算和操作。

CPU 内核翻转后封装在陶瓷电路基板上，这样可使 CPU 内核能够直接与散热装置接触。而 CPU 内核的另一面和外界电路相连。

为什么 CPU 散热至关重要？ 目前 CPU 内数以千万计的晶体管，都要连到

外面的电路上，所有的计算都要在很小的芯片上进行，这样 CPU 内核会散发出大量的热，因此CPU 散热至关重要。

（ 3 ）内核与基板之间的填充物 A. 用来缓解散热器的压力 ; B. 固定芯片和电路基板。

为什么填充物必须保证稳定？ 由于连接着温度有较大差异的两个器件，所以必须保证十分稳定，它质量的优劣有时就直接影响着整个 CPU 的质量。

（ 4 ）金属盖 A. 避免 CPU 脆弱的核心受到意外伤害

B. 增加了核心的散热面积 。

CPU 外形结构如下图：

3.1.2 CPU 系列

1 ． Intel 系列2 ． AMD 系列3 ．中国龙芯系列4 ． Cyrix 系列

1. Intel 系列1971, 世界上第一块 4 位微处理器 400416 位微处理器 :8086,8088,8028632 位微处理器 :80386,80486…1994 ，为了和 AMD 等公司的 CPU 从名字上区分开，为自己新类型的 CPU命名为 Pentium ， P2,P3,P4…

为了占领低端 CPU市场， Intel还推出了低成本的 Celeron(赛扬 ) 系列 CPU.

Intel CPU拥有从低端到高端的全部市场产品。如下图为 Intel 80386CPU 和 Intel Pentium CPU 。

从目前市场上的产品，基本有以下几种：

（ 1 ） Pentium 4 系列（ 2 ） Celeron （赛扬）（ 3 ）双核心处理器

(1 ） Pentium 4 系列 第一款 P4 处理器在 2000 年 11 月

21日发布的 P4 1.5GHz 处理器，早期的 P4 处理器采用 Willamette 核心和 Socket 423 封装，具有 256KB二级缓存以及 400MHz 前端总线。之后由于核心类型和接口类型的改变，又出现 illamette 核心和 Socket478 封装的 P4产品。

而目前我们所说的“ P4” 一般是指采用 Northwood 核心、具有 400MHz 前端总线以及 512KB二级缓存、基于 Socket 478 封装的 P4 处理器。如下图所示：

Pentium 4A 在基于 Willamette 核心的 P4 处理器推出后不久， Intel 为了提升处理器性能，发布了采用 Northwood 核心、具有 400MHz 前端总线以及 512KB二级缓存的新一代 P4 ，为了便于消费者辨识， Intel 在出现重叠的、基于 Northwood核心的 P4 处理器后面增加一个大写字母“ A”以示区别。

Pentium 4B Intel 决定再次对 P4A 处理器进行改进，推出了其它性能相同，但前端总线为 533MHz 的处理器。为了与主频相同的 P4 A 处理器区分开来，Intel又在处理器名称后面增加了字母“ B” 。

Pentium 4C 2003 年 Intel对 Northwood 核心的 P4 处理器进行了

一次大规模的升级，不仅处理器的前端总线从原来的533MHz提升到 800MHz ，而且改进后的 P4 处理器还能够支持超线程技术。此次升级彻底奠定了 P4 处理器在市场上的领先优势，产品型号也相应地改为 P4C 。

Pentium 4E 进入 2004 年， Intel 发布了全新的 Prescott 核心，并以此推广下一代基于 LGA 775 封装的 P4 处理器。不过考虑到对现有平台的兼容， Intel推出了采用 Socket478 接口、基于 Prescott 核心的 P4 处理器。这些处理器具有 16KB 的一级数据缓存以及高达 1MB 的二级缓存，支持增强型超线程技术。由于 Prescott P4在频率上同样与原有的 P4 B 、 P4 C 发生了重叠，所以 Intel将 Prescott P4命名为 P4 E 以示区别。

Pentium 4 5XX （ P4 5 系列） 针对新发布的若干款处理器， Intel制订了新的处理

器命名规范，引入了“处理器号”的概念。该规范中规定，基于 Prescott 核心、具有 800MHz 前端总线、1MB二级缓存、支持超线程技术并采用 LGA 775 封装的 P4 处理器对应的处理器号为 5 系列（即 P4 5XX ）。

P4 EE 即就是 Pentium 4 Extreme Edition （ P4 XE ， P

4 至尊版），是 Intel 面向玩家推出的一款高端的桌面处理器产品。早期 P4 XE采用了 Northwood 内核，具有 800MHz 前端总线以及 512KB二级缓存支持超优程技术。为了提高处理器的性能， Intel 为 P4 XE 增加了容量高达 2MB 的三级缓存，这在 Intel 的桌面级处理器中史无前例。从以上规格我们不难发现，早期P4 XE实际上就是追加了三级缓存的 P4 C 处理器。

P4 F P4 F 是 Intel首次面向桌面市场发布的 6

4 位处理器产品。它基于 Prescott 核心，采用 90nm制造工艺，具有 800MHz 前端总线以及容量高达 1MB 的二级缓存。与 P4 5XX 系列不同， P4 F 处理器内建了 Intel EMT64 计算技术，同时兼容 64位和 32 位计算。目前市场上推出的几款P4 F 处理器均采用了 LGA775 封装。

(2 ） Celeron （赛扬） 自赛扬处理器问世以来，尽管处理器的内核、封装

形式以及规格发生了多次改变，但是 Intel始终保持了“赛扬”一种型号。

Celeron D 3XX 系列 赛扬 D 3XX 是由 P4 E衍生出来的新一代赛扬处理

器，它采用了 Prescott 核心，但取消了对超线程技术的支持，前端总线频率及二级缓存容量也分别被降低至 533MHz 和 256KB 。由于该系列处理器推出的时候 Intel已经开始执行新的处理器命名规则，因此就在原有名称“ Celeron” 后添加字母“ D” 以示区别，并归入“ 3XX” 系列（例如赛扬 D 325 ）。赛扬 D 3XX 的出现较好地衔接了低端 P4 与传统赛扬之间的市场空白，出色的性能也获得了市场的认可。

(3 ）双核心处理器 “双核”主要是指基于 X86 开放架构的双核技术。

在这方面，起领导地位的厂商主要有 Intel 和 AMD 两家。双核处理器就是基于单个半导体的一个处理器上拥有两个一样功能的处理器核心，即是将两个物理处理器核心整合在一个内核中，从而提高计算能力。

Pentium D 和 Pentium EE 分别面向主流市场以及高端市场，采用 90nm 生产工艺，使用 LGA 775 接口。其每个核心采用独立式缓存设计，处理器内部两个核心之间互相隔绝，通过处理器外部 ( 主板北桥芯片 ) 的仲裁器负责两个核心之间的任务分配以及缓存数据同步等协调工作，所以其数据延迟问题比较严重。 Pentium D 和 Pentium EE 的最大区别是 Pentium D 不能支持超线程技术，而 Pentium EE则没有这方面的限制。

Core （酷睿） 2 Duo 和 Core 2 Extreme

与前者所采用的独立缓存松散型双核心处理器不同，2006 年发布的 Core 2 Duo采用的是基于共享缓存的紧密型双核心处理器，与 IBM 的多核心处理器类似，两个核心共享二级缓存方案。 Core 2 Duo采用统一的Core 微架构， LGA775 封装，使用 Yonah 核心，支持 VT虚拟化技术和 EIST省电技术。两个核心共享 2MB 的二级缓存，采用“ Smart Cache”共享缓存技术在两个核心之间作协调。在 Core Duo 处理器内部，两个核心通过共享资源协调器 (Share Bus Router ， SBR) 共享二级缓存资源；另外， SBR还具有带宽适应功能，可以对两个核心共享前端总线资源进行统一管理和协调，改善了两个核心共享前端总线的效率，减少了不必要的延迟，而且有效避免了两个核心之间的冲突。

2. AMD 系列（ 1 ） Duron （毒龙）处理器（ 2 ） Athlon(速龙、雷鸟 ) 处理器（ 3 ） Athlon XP CPU

（ 4 ） AMD 双核心处理器

(1) Duron （毒龙）处理器 Duron 是 AMD推出的低端处理器，最初的 Duron采

用 Spitfire 核心，是 ThunderBird 核心 Athlon 的简化版，它们的差异仅在于二级高速缓存和核心电压，时钟频率为 600～ 950MHz 。 Duron采用 Socket A结构， 0.18 微米的制造工艺，工作电压 1.5V ，支持MMX 和增强型 3Dnow！指令集，使用 200MHz 外部总线 ,具有更大的一级缓存 128KB, 较小的全速二级缓存 64KB,独立的二级缓存并没有使它的性能降低 ,同时容量较大的一级缓存能够很好的补偿容量较小的二级缓存的不足。

Duron 可以采用 PC100 和 PC133 内存条 ,并且支持DDR 内存规范 .即便使用一般的 PC100 内存条 ,Duron 的内存带宽也比 Celeron高 50%, 如果采用 PC133的将会增加 100% 的内存带宽 , 而且具有较快的总线速率和较高的 3D 性能 ,比同频的赛扬要快 25% 。

(2) Athlon(速龙、雷鸟 ) 处理器AMD 的 Athlon 处理器性能是目前 Athlon XP系列的前一代产品，如图 3.5 所示。 0.13um制程的 AMD雷鸟 (Thunderbird) 处理器，有超级的性能和低廉的售价。但是处理器发热量巨大的问题却一直令人“恐慌”。

(3) Athlon xp cpu 为了争夺高端处理器市场， AMD推出了新一代处

理器 Athlon xp cpu ，以全面对抗 Intel 的 Pentium 4处理器。 Athlon Xp 处理器具有强大的浮点单元设计和优秀的整数计算单元，相比之下 Pentium 4无论是价格上还是性能上都没有优势可言，测试表明， Pentium 4需要多付出 300～ 400MHZ 的工作频率才可以获得与 Athlon XP 相当的性能。不能简单地用处理器的频率来衡量微机性能的高低，因此说“高频率不等于高性能”。所以 Athlon xp cpu引入了全新的命名方式，就是以处理器的效能表现值来命名，“ XP”表示“ extreme Performance” （额外的高性能）。处理器的型号分别命名为 1500＋、 1600＋、 1800＋、2100＋等。

(4) AMD 双核心处理器 AMD 推出的双核心处理器，分别是双核心的 Opter

on 系列和全新的 Athlon 64 X2 系列处理器。其中，Athlon 64 X2 是用以抗衡 Pentium D 和 Pentium Extreme Edition 的桌面双核心处理器。

Athlon 64 X2双核心处理器由 AMD德国 Feb 30 芯片厂生产，是由 Athlon 64演变而来的。具有两个 Athlon 64 核心，采用了独立缓存的设计，两颗核心同时拥有各自独立的缓存资源，而且通过系统请求接口（ System Request Interface ， SRI ）使 Athlon 64 X2 两个核心的协作更加紧密。这样设计不但可以使 CPU 的资源开销变小，而且有效利用内存总线资源。 AMD 并没有采用降低主频的办法，而是在其使用 90nm 工艺生产的 Athlon 64 X2 处理器中，采用了所谓的 Dual Stress Liner 应变硅技术，与 SOI 技术配合使用，从而生产出性能更高、耗电更低的晶体管。

双核心 Athlon 64 X2 的大部分规格、功能与我们熟悉的 Athlon 64 架构没有任何区别，也就是说，新推出的 Athlon 64 X2 双核心处理器仍然支持 1GHz 规格的 HyperTransport 总线，并且内建支持双通道设置的 DDR 内存控制器。 AMD 在双核心 Athlon 64 X2 处理器的内部提供了一个称为 SRQ ( 系统请求队列 ) 的技术，在工作的时候，每一个核心都将其请求放在 SRQ 中，当获得资源之后，请求将会被送往相应的执行核心。所有的处理过程都在 CPU 核心范围之内完成，并不需要借助外部设备。

AMD 从一开始设计时就考虑到了对多核心的支持。所有组件都直接连接到 CPU ，消除系统架构方面的挑战和瓶颈。两个处理器核心直接连接到同一个内核上，核心之间以芯片速度通信，进一步降低了处理器之间的延迟。

从用户端的角度来看， AMD 的方案能够使双核 CPU 的管脚、功耗等指标跟单核 CPU 保持一致，从单核升级到双核，不需要更换电源、芯片组、散热系统和主板，只需要刷新 BIOS软件即可，这对于主板厂商、计算机厂商和最终用户的投资保护是非常有利的。客户可以利用其现有的 90纳米基础设施，通过 BIOS更改移植到基于双核心的系统。

3 ．中国龙芯系列（ 1 ）龙芯 1号处理器（ 2 ）龙芯 2号处理器（ 3 ）龙芯 3号处理器

(1) 龙芯 1号处理器 2002 年 9 月龙芯 1号处理器面世，它是一款既兼顾

通用又有嵌入式 CPU特点的新一代 32 位处理器，拥有 32 位 MIPS 指令系统，并采用一套简单高效的动态流水线，支持乱序执行和精确中断处理。采用 0.18 微米 CMOS 工艺制造，具有良好的低功耗特性，平均功耗 0.4W ，最大功耗不超过 1W ，主频最高可达 266MHz ，已用于国产龙腾服务器当中。它还可以运行大量的现有应用软件与开发工具，支持 Linux 、 VxWork ， Windows CE 等操作系统。基于龙芯一号 CPU的服务器，可以运行 Apache Web 、 FTP 、 Email 、NFS 、 X-Window 等服务器软件，虽然不能说是全方位的兼容，至少包括和兼容种类也有相当一部分。作为第一款通用型 CPU产品，龙芯 1号虽然有一些问题和缺陷，但整体来看无论是在技术和应用性上来说该处理器还是具有了相当的水平，为中国自主研发的处理器产品开了一个良好的头。

(2 ）龙芯 2号处理器 龙芯 2号在 2005 年 4 月推出，是国产首款 64 位高

性能通用 CPU 芯片。它拥用 64 位 MIPS 指令架构系统和先进的四发射超标量超流水结构，片内一级高速缓存达 64KB ，目前龙芯 2号暂时未直接集成二级缓存，但支持片外二级高速缓存最多可达 8MB 。龙芯 2号仍采用 0.18 微米 CMOS 标准单元工艺制造，但最高频率可达到 500MHz ，功耗 3W--5W ，远远低于国外同类芯片。龙芯 2号它支持 64 位 Linux 操作系统和X-window视窗系统，运行全功能的 Mozilla浏览器、多媒体播放器和一些办公套件。据了解龙芯 2号的主要应用目标是 Linux桌面网络终端、低端服务器、网络防火墙、路由器交换机、多媒体网络终端机、无盘工作站等。

(3 ）龙芯 3号处理器 龙芯 3号研发将在十一五期间完成。龙芯 3号是一款多

核处理器，至少也是一款四核的产品，并增加专门服务于Java程序的协处理器，以提高 Linux环境下 Java程序的执行效率和指令缓存追踪技术等，最终将实现对内峰值每秒 500-1000亿次的计算速度。龙芯总设计师胡伟武博士还表示，龙芯不但会投入到嵌入式的芯片研发，也将涉足非嵌入式的 3G 通信芯片的研究，以全方面的产品系列推出市场。

4 ． Cyrix 系列 Cyrix 是一家比较著名的 CPU制造商，但是由于其产品性

能原因，无法与 Intel 、 AMD竞争，最终在 1999 年被我国台湾地区的威盛（ VIA ）公司收购。现在市场上 Cyrix系列的主流 CPU 是 Cyrix III 系列。

3.2.1 CPU 接口分类 Socket 是插座和接口的意思。 CPU 通过接口与主板连接， 经过多年的发展，采用的接口方式有引脚式、卡式、触点式、针脚式等。而目前主流 CPU 接口都是针脚式接口，对应到主板上就有相应的插槽类型。 CPU 在插孔数、体积、形状上都有变化，不同的接口类型不能互相混用接插。

3.2 CPU 分类

1 ． Socket 940

Socket 940 是最早发布的 AMD 64 位接口标准，具有 940 根 CPU 针脚，目前采用此接口的有服务器 / 工作站所使用的 Opteron 以及最初的 Athlon 64 FX 。随着新出的 Athlon 64 FX 改用 Socket 939 接口，所以 Socket 940 将会成为 Opteron 的专用接口。

2 ． Socket 754

Socket 754 是 2003 年 AMD 64 位桌面平台最初发布的CPU 接口，具有 754根 CPU 针脚，只支持单通道 DDR内存。目前采用此接口的有面向桌面平台的 Athlon 64的低端型号和 Sempron 的高端型号，以及面向移动平台的 Athlon 64 。随着 AMD 从 2006 年开始全面转向支持 DDR2 内存，桌面平台的 Socket 754将逐渐被

Socket AM2 所取代，从而使 AMD 的桌面处理器接口走向统一，而与此同时移动平台的 Socket 754也将逐渐被具有 638根 CPU 针脚、支持双通道 DDR2 内存的 Socket S1 所取代。

3 ． Socket 939 Socket 939 是 AMD 公司 2004 年 6 月推出的 64 位桌

面平台接口标准，目前采用此接口的，有高端的 Athlon 64 以及 Athlon 64 FX ，具有 939根 CPU 针脚，支持双通道 DDR 内存。 Socket 939 处理器和与过去的 Socket 940 插槽不能混插，但是 Socket 939 仍然使用了相同的 CPU 风扇系统模式。因此以前用于 Socket 940 和 Socket 754 的风扇，同样可以使用在 Socket 939 处理器。随着 AMD 开始全面转向 DDRI 内存， Socket 939将被 Socket AM2 所淘汰。

4 ． Socket AM2 Socket AM2 是 2006 年发布的 64 位桌面 CPU 的接口

标准，具有 940根 CPU 针脚，支持双通道 DDR2 内存。但 Socket AM2 与原有的 Socket 940 在针脚定义以及针脚排列方面都不相同，并不能互相兼容。按照 AMD 的规划， Socket AM2 接口将逐渐取代原有的 Socket 754 接口和 Socket 939 接口，从而实现桌面平台 CPU 接口的统一。

5 ． Socket S1 Socket S1 是 2006 年发布的 64 位移动 CPU 的接口

标准，具有 638根 CPU 针脚，支持双通道 DDR2 内存，这是与只支持单通道 DDR 内存的移动平台原有的Socket 754 接口的最大区别。

6 ． Socket F Socket F 是 AMD 于 2006 年发布的支持 DDR2 内存

的 AMD服务器 / 工作站 CPU 的接口标准，与 Intel 的Socket 775 和 Socket 771 基本类似。 Socket F 接口 CPU 的底部没有传统的针脚，而代之以 1207 个触点，通过与对应的 Socket F插槽内的 1207根触针接触来传输信号。触点式不仅能够有效提升处理器的信号强度、提升处理器频率，同时也可以提高处理器生产的良品率、降低生产成本。 Socket F 接口的 Opteron也是 AMD首次采用 LGA 封装，支持 ECC DDR2内存。

7 ． Socket 603 Socket 603 的用途比较专业，应用于 Intel 方面高端的服务器 / 工作站平台，具有 603 根 CPU 针脚。Socket 603 接口的 CPU ，可以兼容于 Socket 604 插槽。

8 ． Socket 604 与 Socket 603 相仿， Socket 604 仍然是应用于

Intel 方面高端的服务器 / 工作站平台，采用此接口的 CPU 是 533MHz 和 800MHz FSB 的 Xeon 。 Socket 604 接口的 CPU 不能兼容于 Socket 603 插槽。

9 ． Socket 771 是 Intel 2005 年底发布的双路服务器 / 工作站 CPU

的接口标准。与以前的 Socket 603 和 Socket 604明显不同， Socket 771 与桌面平台的 Socket 775 基本类似， Socket 771 接口 CPU 的底部没有传统的针脚，而代之以 771 个触点，即并非针脚式而是触点式，通过与对应的 Socket 771插槽内的 771根触针接触来传输信号，和 Socket F 一样，触点式也有其优点。 Socket 771 接口的 CPU全部都采用 LGA 封装。

10 ． Socket 479

Socket 479 的用途比较专业，是 2003 年 3 月发布的 Intel移动平台处理器的专用接口，具有 479根 CPU 针脚，采用此接口的有 Celeron M 系列 (不包括 Yonah 核心 ) 和 Pentium M系列。

11 ． Socket 423 Socket 423 插槽是最初 Pentium 4 处理器的标准接口，对应 CPU 针脚数为 423 。 Socket 423 插槽多是基于 Intel 850 芯片组主板，支持 1.3GHz～ 1.8GHz 的 Pentium 4 处理器。 Socket 423 接口已经销声匿迹。

12 ． Socket 478 最初的 Socket 478 接口是早期 Pentium 4 系列处

理器所采用的接口类型，针脚数为 478 针。 Socket 478 的 Pentium 4 处理器面积很小，其针脚排列极为紧密。 Intel 公司的 Pentium 4 系列和赛扬系列都采用此接口，目前这种 CPU已经逐步退出市场。

但是， Intel 于 2006 年初推出了一种全新的 Socket 478 接口，这种接口是目前 Intel 公司采用 Core架构的处理器 Core Duo 和 Core Solo 的专用接口，与早期桌面版 Pentium 4 系列的 Socket 478 接口相比，虽然针脚数同为 478根，但是其针脚定义以及电压等重要参数完全不相同，所以二者之间并不能互相兼容。

13 ． Socket 775

Socket 775 又称为 Socket T ，是目前应用于 Intel LGA775 封装的 CPU 所对应的接口，采用此种接口的有 LGA775 封装的 Pentium 4 、 Pentium 4 EE 、 Celeron D 等 CPU 。与以前的 Socket 478 接口 CPU不同，Socket 775 接口 CPU 的底部没有传统的针脚，而代之以 775 个触点，即并非针脚式而是触点式。通过与对应的 Socket 775 插槽内的 775 根触针接触来传输信号。随着 Socket 478 的逐渐淡出， Socket 775 是目前 Intel 桌面 CPU 的标准接口。如图 3.9 所示 。

Socket 775 如图 3.9 所示 。

3.3 CPU 性能参数1 ．主频、外频和倍频（ 1 ）主频： CPU 工作时的时钟频率，也称内频。一般

来说，一个时钟周期完成的指令数是固定的，因此主频越高， CPU 的速度就越快。由于各种 CPU 的内部结构不完全相同，所以不能完全用主频来概括 CPU 的性能。 CPU 的主频一般标记在 CPU 芯片上。

（ 2 ）外频：又称外部时钟频率，是主板上系统总线的工作频率，是 CPU 与主板之间同步运行的速度。计算机实际运行速度不但由 CPU 的速度决定，而且还受到主板和内存速度的限制。由于内存速度和主板速度大大低于 CPU 的主频，因此为了能够与内存、主板的速度保持一致，提出倍频的概念。

（ 3 ）倍频就是 CPU 的运行频率与系统外频之间的倍数。

三者的关系为： CPU 的内频（实际运行频率）＝外频 ×倍频系数。依据上面的公式，在倍频系数一定的情况下，要提高 CPU 的运行速度只能通过提高 CPU 的外频来实现。如果在外频一定的情况下，提高倍频系数也可以，但是对于锁频的 CPU ，却不能提高倍频系数。所谓“超频”就是通过提高外频或倍频系数来提高 CPU实际运行频率。

2 ．前端总线速度（ FSB ） 前端总线速度是指数据传输速度。由于目前的各种

主板上前端总线频率与内存总线频率相同，所以也是 CPU 与内存之间交换数据的工作频率。

3 ．高速缓存（ Cache ） 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而达到改进系统的性能。 Cache 在 CPU 和主存之间起缓冲作用，高速的 Cache 可以减少 CPU 等待数据传输的时间。 CPU需要访问内存数据时，首先访问速度很快的 Cache ，当 Cache 中有 CPU 所需的数据时， CPU将不用等待直接从 Cache 中读取。因此， Cache 技术直接关系到CPU 的整体性能。当然 Cache并不是越大越好，当 CPUCache 的大小到达一定水平后，如果不及时更新 Cache 算法， CPU 性能将没有本质上的提高。

高速缓存一般分为一级高速缓存 L1 Cache 和二级高速缓存 L2 Cache 。 L1Cache 内置于 CPU且与 CPU同步工作， CPU 在工作时首先调用其中的数据。 L2 Cache 指 CPU 外部的高速缓存。 L1Cache 缓存的级别高于 L2 Cache ， CPU 在读取数据时，如果要调用的数据不在L1Cache 内，则到 L2 Cache 中调用。

4 ．流水线技术和超标量 流水线 (pipeline) 是 Intel首次在 486 芯片中开始使

用的。流水线的工作方式如同工业生产上的装配流水线。在 CPU 中由 5~6 个不同功能的电路单元组成一条指令处理流水线，然后将一条 X86 指令分成 5~6步后再由这些电路单元分别执行，这样就能实现在一个 CPU 时钟周期完成一条指令，因此提高了 CPU 的运算速度。超流水线是指某些 CPU 内部的流水线超过通常的 5~6步以上。将流水线设计的步 (级 ) 数越多，完成一条指令的速度越快，才能适应工作主频更高的 CPU 。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。

5 ．乱序执行和分枝预测 乱序执行是指 CPU采用了允许将多条指令不按程序规定的顺序分开发送给各相应电路单元处理的技术。 分支是指程序运行时需要改变的节点。分枝有无条件分支和有条件分支，其中无条件分支只需要 CPU按指令顺序执行，而条件分支则必须根据处理结果再决定程序运行方向是否改变，因此需要“分支预测”技术处理的是条件分支。

6 ．工作电压 工作电压指的是 CPU正常工作所需的电压，与制作

工艺及集成的晶体管数相关。正常工作的电压越低，功耗越低，发热越少。 CPU 的发展方向，也是在保证性能的基础上，不断降低正常工作所需要的电压。例如： Intel最新出品的 Coppermine采用 1.6V 的工作电压， Athlon XP 需要 1.4V 。

7 ．内协处理器 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。

8 ．制造工艺 制造工艺虽然不会直接影响 CPU 的性能，但它影响

到 CPU 的集成度和工作频率。制造工艺越精细， CPU 可以达到的频率越高，集成的晶体管就可以更多。第一代奔腾 CPU 的制造工艺是 0.35 微米，而目前 Intel 和 AMD CPU 的制造工艺达到 65纳米。

9 ．封装方式 作为计算机的重要组成部分， CPU 的性能直接影响

计算机的整体性能。而 CPU制造工艺最关键一步就是CPU 的封装技术，采用不同封装技术的 CPU ，在性能上存在较大差距。只有高品质的封装技术才能生产出完美的 CPU产品。 CPU 封装是 CPU生产过程中的最后一道工序，封装是采用特定的材料将 CPU 芯片或CPU模块固化在其中以以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降保护措施。由于封装技术的好坏还直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的 PCB （印制电路板）的设计和制造，因此它是至关重要的。

目前 CPU 封装多是用绝缘的塑料或陶瓷材料，起着密封和提高芯片电热性能的作用。由于现在处理器芯片的内频越来越高，功能越来越强，引脚数越来越多，封装的外形也不断在改变。

一般 CPU 的封装方式取决于 CPU安装形式和器件集成设计。封装时主要考虑：

（ 1 ）芯片面积与封装面积之比为提高封装效率，尽量接近 1 ： 1；

（ 2 ）引脚要尽量短以减少延迟；（ 3 ）引脚间的距离尽量远，以保证互不干扰，提高性能；

（ 4 ）基于散热的要求，封装越薄越好。

CPU 芯片的主要封装技术有：（ 1 ） DIP （双列直插式）封装（ 2 ） QFP （方形扁平式）封装 （ 3 ） PFP （塑料扁平组件式）封装 （ 4 ） PGA （插针网格阵列）封装（ 5 ） BGA （球珊阵列）封装（ 6 ） LGA （触点阵列）封装

(1) DIP （ Dual In-line Package ）封装 DIP 封装即双列直插式封装技术，是指采用双列直插

形式封装的集成电路芯片，绝大多数中小规模集成电路均采用这种封装形式，其引脚数一般不超过 100 。DIP 封装的 CPU 芯片有两排引脚，需要插入到具有 DIP 结构芯片的插座上，也可以直接插在有相同焊孔数和几何排列的电路板上进行焊接。 DIP 封装的芯片在从芯片插座上插拔时应特别小心，以免损坏管脚。 DIP 封装具有以下特点：

A.适合在 PCB(印刷电路板 ) 上穿孔焊接，操作方便。

B. 芯片面积与封装面积之间的比值较大，故体积也较大。最早的 4004 、 8008 、 8086 、 8088 等 CPU 都采用了 DIP 封装，通过其上的两排引脚可插到主板上的插槽或焊接在主板上。

(2) QFP （ Plastic Quad Flat Pockage ）封装 即方型扁平式封装技术，如图 3.10 所示。采用 QF

P 技术的 CPU 芯片引脚之间距离小，管脚细，一般用于大规模或超大规模集成电路的封装，其引脚数一般都在 100 以上。该技术操作方便，可靠性高；而且其封装外形尺寸较小。

(3) PFP （ Plastic Flat Package ）封装 即塑料扁平组件式封装。用 FTP 封装的芯片必须与

主板焊接起来。只有用专用工具才能拆卸下来。该技术与上面的 QFP 技术基本相似，只是外观的封装形状不同而已。

(4) PGA （ Ceramic Pin Grid Arrau Package ）封装 即插针网格阵列封装技术。由 PGA 技术封装的芯片

内外有多个方阵形的插针，每个方阵形插针沿芯片的四周间隔一定距离排列，根据管脚数目的多少，可以围成 2～ 5圈。安装时，将芯片插入专门的 PGA插座。早先的 80486 和 Pentium 、 Pentium Pro 等 CPU均均采用 PGA 封装形式。

(5) BGA （ Ball Grid Array Package ）封装 BGA即球栅阵列封装技术。 BGA 的出现便成为 CPU 、主板南、北桥芯片等高密度、高性能、多引脚封装的最佳选择。缺点是占用基板的面积比较大。 BGA 封装具有以下特点： I/O引脚数虽然增多，但引脚之间的距离远大于 QFP 封装方式，提高了成品率； 虽然 BGA 的功耗增加，但由于采用的是可控塌陷芯片法焊接，从而可以改善电热性能；信号传输延迟小，适应频率大大提高；组装可用共面焊接，可靠性大大提高。

(6) LGA （ Land Grid Array ）封装 即触点陈列封装。在底面制作有阵列状态金属电极触点，用触点式封装取代了以往的针状插脚。 LGA 与 QFP 相比，能够以比较小的封装容纳更多的输入输出引脚。另外由于引线的阻抗小，适用于高速逻辑电路。但插座制作复杂，成本高。

3.4 CPU 散热

（ 1 ）水冷式：比较危险，一旦设备漏水，后果不堪设想；

（ 2 ）半导体制冷：功率大，如果使用不当，会适得其反，而且冷、热温差形成的凝露，会造成设备短路；

（ 3 ）液态氮制冷适发烧友的专利，成本最高，效果最好，我国市场无成品。

（ 4 ）风冷式：制造成本低，安装简单和安全性高，风冷散热设备依然是现今和以后的主流。

CPU 工作产生热量，热量由 CPU源源不断的散发出来，由于散热片接触到 CPU表面，热量由 CPU传到散热片上，再由散热风扇转动所产生的气流将热带走，如此循环，形成整个散热的过程。为保证良好的散热效果，还要用扣具将它们组装起来。

3.4.1 CPU风扇的组成（ 1 ）散热片：散热片的热是经由流动的冷空气带走，跟空气接触的面积越多，散热的速率就越快。

（ 2 ）散热风扇：送风的部分；其扇叶的数量、形状和倾斜程度都影响着散热效果 。

（ 3 ）扣具：扣具设计是随 CPU 而定，不同的CPU 要选用对应的扣具。

3.4.2 CPU风扇的性能参数

1. 风扇的功率2. 风扇转速3. 风扇口径4. 热片材质5. 散热片形状………

1. 风扇的功率 风扇的功率是影响风扇散热效果的一个很重要的指

标。一般情下功率越大，风扇的风力越强劲，散热效果也越好。

2. 风扇转速 风扇的转速与功率密不可分，转速的大小直接影响

到风扇功率的大小。通常在一定范围内，风扇的转速越高，它向 CPU输送的风量就越大， CPU获得的冷却效果就会越好。但如果转速过高，风扇在高速运转过程中不但会产生很大大噪声，也会缩短风扇寿命。风扇转动的同时，本身也会产生热量，时间越长产生的热量就越大，磨损也会加剧。

3. 风扇口径 风扇口径用来衡量风扇的出风量。在允许的范围内，扇的口径越大出风量也就越大，风力作用也就越大。

4. 热片材质 CPU 散热器中的散热片是用来扩展 CPU表面积，从

而提高 CPU 的热量散发速度。 CPU 的热量通过与散热片接触传递出来，再将风扇带来的冷空气吹拂把热量带走，因此散热片的热传递能力直接影响整体的散热效果。导热性能最好的是黄金，其次是铜、铁和铝。目前用较广泛的是铝合金散热片，价格低廉、散热效果不错且生产容易。

5. 散热片形状 散热片形状具有使 CPU表面积最大化的。普通的散热片压铸而成，常见的形状是韭字形，只是多了几个叶片，这种散热片的散热效果较普通。较高档的散热片则使用铝模经过车床车削而成，车削后的形状呈多个齿状柱体。在体积一定的情况下，柱体越多表面积肯定越大。

另外，还有风扇噪声和风扇排风量也是影响风扇性能的参数。

3.5 CPU 的选购 目前， CPU 选择的范围越来越大，高端有 P

D ，实用有 Athlon XP ，而且在每一个档次上都有不同的选择，该如何选择一款 CPU呢？

（ 1 ）不要盲目追求主频。目前主流 CPU 工作频率已经很高，双核心处理器的出现也使市场得到迅速分划，但是主频低不等于性能差。所以在选购 CPU 时还是有很多需要注意的地方。

（ 2 ）正确划分用户群，对不同消费群体选购 CPU 有不同的建议。

总之买电脑的学问很多，并不是 CPU最快的电脑就是最快的。双核心处理器是目前市场上最耀眼的产品， 65nm 的制造工艺是市场上主流制造工艺水平，据 IDC统计分析，用户最关注的 Intel CPU 中， P4 630 ， PD820 ， Celeron D 331 位居前三，而 AMD产品中，以 Athlon64 3000+ 、 Athlon64 3200+ 、 Sempron 2800+ 位居前列。

3.6 CPU 故障和维护

1 ．电脑重启或死机2 ．运算错误及蓝屏现象

1 ．电脑重启或死机（ 1 ） CPU 的温度过高 CPU 温度过高常常会引起保护性自动重启。温度过高的原因基本是由于机箱、 CPU 散热不良， CPU 散热不良的原因有：散热器的材质导热率低，散热器与 CPU 接触面之间有异物（多为质保帖），风扇转速低，风扇和散热器积尘太多等等。还有 P2/P3 主板 CPU 下面的测温探头损坏或 P4 CPU 内部的测温电路损坏，主板上的 BIOS 有 BUG 在某一特殊条件下测温不准， CMOS 中设置的 CPU 保护温度过低等等也会引起保护性重启。

（ 2 ）缓存损坏 CPU 内部的一、二级缓存损坏是 CPU常见的故障。损坏程度轻的，还是可以启动，可以进入正常的桌面进行正常操作，当运行一些 I/O吞吐量大的软件（媒体播放、游戏、平面 /3D绘图）时就会重启或死机。解决办法：在 CMOS 中屏蔽二级缓存（ L2 ）或一级缓存（ L1 ），或更换 CPU排除。

（ 3 ） CPU 的工作负载是动态的，对电流的要求也是动态的，而且要求动态反应速度迅速。有些品质差的电源动态反应时间长，也会导致经常性的死机或重启。

2 ．运算错误及蓝屏现象 原因是 CPU超频。超频对于发烧友来说是常事，所以由超频所引起的各种故障也就在所难免了。超频，就本身而言就是在原有的基础上完成更高的性能，但由于进行了超载运算，造成其内部运算过多，使 CPU过热，从而导致系统运算错误。有些 CPU 的超频会出现一些莫名其妙的错误。一些低档的 CPU超频达不到预想的效果反而经常出现蓝屏影响计算机的正常速度。

下课了。。。

休息一会儿。。。