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计算机组装与维修
第二章 CPU与CPU散热器
知识要点
CPU的主要性能指标。
主流CPU与CPU散热器的介绍。
CPU的发展历程。
2.1 什么是CPU
计算机的产生
计算机的发展历程
2.2 CPU的性能指标
CPU的核心 CPU的频率
CPU的工作电压 制造工艺
缓存 前端总线
QPI总线与DMI总线 CPU接口类型
CPU的多媒体指令集 超线程技术
睿频 集成显卡
PCI-E通道数 内存通道数
2.3 主流CPU产品与散热器 CPU的品牌
主流CPU产品
CPU散热器
2.4 硬件助手
CPU-Z
Super π
wPrime
2.5 CPU的发展历程
2.1 什么是CPU
CPU是中央处理器（Central Processing Unit）的英文缩写，CPU又称为微处理器。它由运算器和控制器组成，是计算机系统的核心，相当于人的大脑，因此它在很大程度上决定着计算机的性能
2.2 CPU的性能指标
2.2.1 CPU核心数
核心（Die）又称为内核，是CPU最重要的组成部分。CPU中心部位就是核心，是由单晶硅加以一定的生产工艺制造出来的，CPU所有的计算、接收存储命令、处理数据都由核心执行。
2.2 CPU的性能指标
2.2.2 CPU的频率
CPU的频率是反映计算机性能的重要指标，和人们跑步时的步频一样，频率越高，性能就越好，CPU频率相关的参数包括主频、外频、倍频系数。
CPU频率，即CPU的时钟频率，是CPU运行时的频率，单位是Hz
我们可以理解成是cpu在单位时间内完成的运算次数。
2.2 CPU的性能指标
2.2.2 CPU的频率
1、主频
主频是指CPU核心的工作频率，单位是MHz或GHz。在核心架构相同的前提下，主频越高CPU的运算速度就越快。
2、外频
外频是CPU乃至整个计算机系统的基准频率，单位是MHz。
3、倍频系数
CPU内部工作频率和外部频率的倍数，倍频系数随CPU负载可变（有范围）
CPU主频＝外频×倍频系数
2.2 CPU的性能指标
2.2.3 CPU的工作电压
CPU的工作电压指CPU正常工作所需的电压
从8086到现在的13代酷睿处理器，CPU的工作电压有着明显的下降趋势，较低的工作电压主要有3个优点：
1、低功耗：使系统的运行成本相应降低，尤其对于便携式和移动系统来说更为重要，使其现有的电池可以工作更长时间，从而使电池的使用寿命大大延长。
2、发热量低：功耗降低致使发热量减少，较低的运行温度使系统运行更加稳定
3、为提高主频创造条件：低功耗、低发热量是提升CPU主频的重要前提之一
2.2 CPU的性能指标
2.2.4 制造工艺
制造工艺是制造CPU的晶圆上相邻晶体管之间的距离，单位为纳米。主流CPU制程已经达到了14nm、7nm和5nm。制造工艺的提高带来的好处有：
1、可以降低CPU的工作电流、电压
2、可以在单位面积晶圆上集成更多的晶体管，使处理器实现更多的功能和更高的性能。
3、可以降低发热量，提高稳定性
4、使处理器的核心面积进一步减小，也就是说在相同面积的晶圆上可以制造出更多的CPU产品，直接降低了CPU的产品成本，从而降低了CPU的销售价格。
2.2 CPU的性能指标
2.2.5 缓存
CPU缓存（Cache）是CPU与内存之间的临时存储器，它的容量很小但速度比内存快（与CPU同步）。缓存中的数据是内存数据的映射（复制品）
右图为锐龙7000处理器内部一个CCD内部结构示意图
2.2 CPU的性能指标
2.2.6 前端总线
总线是将数据和指令从一个或多个源部件传送到一个或多个目的部件的一组传输线。（可理解为公路、输送人或者货物）
前端总线是将CPU连接到北桥芯片的总线，前端总线的带宽如果低于CPU的数据带宽则会影响CPU的性能发挥
2.2 CPU的性能指标
2.2.7 QPI总线与DMI总线
QPI（快速通道互连）的官方名字叫做CSI（Common System Interface，公共系统界面），用来实现芯片之间直接互连，而不是再通过FSB连接到北桥芯片。
2.2 CPU的性能指标
2.2.7 QPI总线与DMI总线
南桥芯片和CPU之间的数据通道被称为DMI（Direct Media Interface，直接媒体接口）总线
两个总线的分工：QPI：负责CPU内部数据交换
DMI：CPU与外部的数据交换
2.2 CPU的性能指标
2.2.8 CPU接口类型
1．双列直插式
这种形式曾用在4004、8080、8086等产品上
2.2 CPU的性能指标
2.2.8 CPU接口类型
2．插卡式
　　用在Intel的奔腾2代和早期的奔腾3代上叫做Slot 1，同时期的AMD　K7采用Slot A接口
2.2 CPU的性能指标
2.2.8 CPU接口类型
3．插座式
　　插座式是应用最广泛的接口类型，比较典型的有Socket 7、Socket 370、Socket 423、Socket 478、Socket 462、Socket 754、Socket 939、Socket FM2+、Socket AM3、Socket AM3+、Socket AM4等
2.2 CPU的性能指标
2.2.8 CPU接口类型
4．触点式
触点式是当前Intel采用的接口类型，这类接口将CPU上的针脚缩短并转移到主板的CPU插座上。市场上常见的有LGA775、LGA1366、LGA1156、LGA1155、LGA1150、LGA1151、LGA2011、LGA2011-v3、LGA1170、LGA2066、LGA1718（AM5）等。
2.2 CPU的性能指标
2.2.9 CPU的多媒体指令集
CPU依靠指令来计算和控制系统，每款CPU在设计时就规定了一系列与其硬件电路相配合的指令系统。指令的强弱也是CPU的重要指标，指令集是提高微处理器效率最有效的工具之一。它可以增强CPU的多媒体、图形图像、人工智能和Internet等方面的处理能力。通常把CPU的扩展指令集称为“CPU的指令集”。
2.2 CPU的性能指标
2.2.10超线程技术
超线程是让一个CPU核心同时执行两个程序而获得更高的性能的技术。
　　因分享一个CPU核心的缓存资源，性能提升幅度在30%左右。支持多处理器功能的程序而言，超线程处理器被视为两个独立的逻辑处理器。
2.2 CPU的性能指标
2.2.11睿频
睿频是处理器应对复杂应用时自动加速到更高的频率运行的技术
睿频幅度在基础频率的10%～50%，以保证程序流畅运行
睿频状态比较短暂，处理器会根据实际情况降低至保证CPU正常工作的频率状态。该技术普遍运用在中高端CPU上，低端产品不支持睿频技术
例如：i7-8700K处理器的主频（基准频率）是3.7GHz
其睿频是：外频（总线速度）×最大倍频=100MHz×47=4.7GHz
2.2 CPU的性能指标
2.2.12集成显卡
集成显卡是指主板北桥芯片内置了显卡芯片，该显示芯片通过共享主内存的方式完成工作。随着系统架构的变迁，集成显卡的GPU部分已从北桥芯片挪到CPU内部。
由于集成显卡的显存部分是共享主内存，受64b位宽和较低频率的限制，其显存性能与独立显卡的专用显存相差甚远。使得集显的总体表现不能满足3D应用和图形图像处理方面的需求。但是，集显由于将显示卡的成本降到了零成本，给中低端用户节省了花销。
2.2 CPU的性能指标
2.2.13 PCI-E通道数
PCI-E总线是PCI Express的简称，是目前使用最广泛的总线接口，负责CPU与显卡、固态硬盘和其他支持PCI-E规范通讯的外设间的数据通讯。
PCI-E总线支持双向传输模式和数据分通道传输模式。其中数据分通道传输模式即PCI-E总线的x1、x2、x4、x8、x16多通道连接模式，
　　CPU的PCI-E通道数越多，表示其可连接更多、更快的外设，从而提高系统整体性能。主流处理器通常有16-24个PCI-E通道，酷睿X则有多达48个PCI-E通道。
2.2 CPU的性能指标
2.2.14内存通道数
早期PC系统，CPU与内存的数据通讯是靠在北桥芯片里的两个内存控制器来实现，这两个内存控制器可相互独立工作，每个控制器控制一个内存通道。在这两个内存通道CPU可分别寻址、读取数据，从而使内存的带宽增加一倍，数据存取速度也相应增加
随着QPI总线替代FSB架构，内存控制器被放置在CPU内部。双通道内存构架是由两个64bit DDR内存控制器构筑而成的，其位宽可达128bit。因为双通道体系的两个内存控制器是独立的、具备互补性的智能内存控制器，因此二者能实现彼此间零等待时间，同时运作。两个内存控制器的这种互补“天性”可使等待时间缩减50%，从而使内存的带宽翻倍。
2.2 CPU的性能指标
2.2.15 IPC
IPC（instruction per clock），意为CPU在每一时钟周期内所执行的指令数。
IPC和更高的频率共同决定CPU的实际性能。
CPU性能=IPC×频率

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