文档介绍：第4章 CPU
电子信息技术系刘群
《计算机系统维护技术》
第4章 CPU
学****目标
1. 掌握CPU的基本概念
2. 理解CPU的工作原理
3. 了解CPU的外观与构造
4. 掌握CPU的性能指标
5. 掌握CPU的选购方法
6. 了解CPU散热系统
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一、CPU概述
CPU(Central Processing Unit)又叫中央处理器,是计算机系统的核心部件,在整个电脑系统中起到运算和控制的作用。它是由数量众多的晶体管组成的超大规模集成电路,控制着整个计算机系统的运行。
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二、CPU的工作原理
1、CPU的生产过程
用化学方法蚀刻或光刻方式在高纯度的晶体硅上产生若干的晶体管。
2、CPU的内部结构
*算术逻辑单元
*控制单元
*寄存器
*总线
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二、CPU的工作原理
三、CPU的工作过程
读取数据处理数据写数据
指令1
指令2
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四、CPU的性能指标
字长
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。
主频
CPU的主频也称为内频,是指CPU内部的工作频率或时钟频率,单位为MHz(兆赫兹)或GHZ(吉赫兹)。表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度。主频的高低直接影响CPU的运算速度,一般来说,主频越高,一个时钟周期里完成的指令数也越多,当然CPU的速度也就越快了。
计算公式:主频=外频×倍频系数
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四、CPU的性能指标
3. 外频
CPU外部工作频率称为外频,是指CPU与外部设备(内存或主板芯片组)之间的数据交换速度
4. 倍频
倍频系数是指CPU主频与外频之间的相对比例关系。在相同的外频下,倍频越高CPU的频率也越高。
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四、CPU的性能指标
5. 前端总线(FSB)
前端总线(FSB)频率(即总线频率)是直接影响CPU与内存直接数据交换速度。有一条公式可以计算,即数据带宽=(总线频率×数据带宽)/8,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。
外频与前端总线(FSB)频率的区别:前端总线的速度指的是数据传输的速度,外频是CPU与主板之间同步运行的速度。也就是说,100MHz外频特指数字脉冲信号在每秒钟震荡一千万次;而100MHz前端总线指的是每秒钟CPU可接受的数据传输量是100MHz×64bit÷8Byte/bit=800MB/s。
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四、CPU的性能指标
6. 缓存(Cache)
缓存大小也是CPU的重要指标之一,而且缓存的结构和大小对CPU速度的影响非常大,CPU内缓存的运行频率极高,一般是和处理器同频运作,工作效率远远大于系统内存和硬盘。
L1 Cache(一级缓存)是CPU第一层高速缓存,分为数据缓存和指令缓存。内置的L1高速缓存的容量和结构对CPU的性能影响较大,不过高速缓冲存储器均由静态RAM组成,结构较复杂,在CPU管芯面积不能太大的情况下,L1级高速缓存的容量不可能做得太大。一般服务器CPU的L1缓存的容量通常在32—256KB。
L2 Cache(二级缓存)是CPU的第二层高速缓存,分内部和外部两种芯片。内部的芯片二级缓存运行速度与主频相同,而外部的二级缓存则只有主频的一半。L2高速缓存容量也会影响CPU的性能,原则是越大越好,现在家庭用CPU容量最大的是512KB,而服务器和工作站上用CPU的L2高速缓存更高达256-1MB,有的高达2MB或者3MB。