第02章 中央处理器

null第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 从本章开始，会接触到信息单位。(各种常用信息单位之间的关系)信息单位：（1）位bit：1bit就是1位二进制数0或1（最小单位）（2）字节Byte：1Byte=8bit（基本单位，最小存取单位）（3）千字节KB：1KB=1024Byte （4）百万字节MB：1MB=1024KB（5）十亿字节GB：1GB=1024MB（6）万亿字节TB：1TB=1024GB（7）千万亿字节PB：1PB=1024TB （8）亿万亿字节EB：1EB=1024PB 还有ZB、YB等，这些目前基本上碰不到。 注意：某些场合为了计算方便，会把1024近似用1000来计算。第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 2.1 CPU简介 疑问一：什么是CPU？ 全称：Central Proessing Unit；中文名：中央处理器。是一块超大规模集成电路芯片，是整个微机系统的核心；负责处理计算机内部的所有数据，驱动整个系统。 CPU主要由运算器和控制器两大部分组成，它的主要责任就是处理数据。计算机中所有的信息(包括图像、声音、文本等)都以二进制形式存储，而CPU的任务就是对这些数据进行数学和逻辑运算。第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 2.2 CPU发展历程 Intel x86 架构从1978年到现在已经经历了30多个年头，x86架构的CPU处处影响着如今的微机用户，下面就以Intel公司为主线，介绍CPU的发展历史。（微米=μm，纳米=nm） 4004800880808085第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 尽管Intel系列微处理器的开山鼻祖是4004，但严格地讲，Intel x86系列是从8086开始，它同时也是世界上第一块用于计算机的微处理器。 推出8086的同时，生产出与之相配的数学协处理器8087，两芯片相互使用兼容的指令集，而8087又追加对数、指数、三角函数等数学计算指令，应用于8086和8087的这些指令集，统称为x86指令集。80868087第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 由于如此高速的工作频率已经可以运行较复杂的软件，所以在1981年，IBM公司将8088处理器用于其研制IBM PC中，从而开创了全新的微机时代。 Intel 在后续CPU命名上沿用了原先的x86序号 由于此款16位处理器的价格因素阻止了其在微机中的应用，于是Intel公司考虑到降低主板的制造成本，就将原来16位外部数据总线从16条减少到8条，但内部数据总线保持16条，这就出现了所谓的准16位CPU——80888088第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 1981年发布80186和80188，位数、工作处理能力完全采用了8086和8088。是一颗性能介于8088-80286之间的CPU。但事实上80186从来都没有在PC中应用，它仅仅存在于一个小范围的圈子中，作为一个小型的控制器出现。8018880186第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 80286 80286地址总线达到了24位，即可寻址16M内存，从80286开始CPU的工作方式：实模式和保护模式。（这对编程地址寻址起到很大作用） 第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 80386DX 同年，又开发了80387，80387并不是一块真正意义上的CPU，而是配合80386DX的协处理芯片，协助80386完成浮点运算方面的功能。 为了扩大市场份额，Intel把386的外部数据总线改为16条，而内部总线还是32条，形成了准32位CPU——386SX，而将原来的386改称为386DX。第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 80486 SX 80486就是80386和80387及一个8K的高速缓存整合的芯片，并采用新架构Socket1；首次采用RISC技术（精简指令集）并内置协处理器；后来为了降低成本，制造了无协处理器486，如此又按有无协处理器划分出DX和SX。 80486 DX第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 80486 DX280486把电脑从命令行时代转向了点选式的图形化操作环境（Windows 3.X）。80486 DX4第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 随着处理器的频率越来越快，PC外部设备受工艺限制，出现了瓶颈的尴尬状态，于是80486出现了倍频技术，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倍或4倍，486DX2和486DX4变是由此而来。从此频率的计算方式也开始发生改变。 Socket处理器架构，就是通过主板上处理器接口插座与处理器的插针接触，由于还没统一规定，各种Socket构架的名称陆续出现Socket1，Socket2，Socket3等。从此CPU和主板不再是一体了，是完全分开独立的，计算机的配件升级时代由此开始，也就是DIY时代的开始。 从486开始，各大非主流品牌逐步的加入CPU制作的行列，目前能与Intel抗衡只有AMD。 为了摆脱486时代微处理器名称混乱的困扰，Intel公司把自己的新一代产品命名为Pentium(奔腾)以区别AMD和Cyrix的产品。第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 1996年，Intel发布Pentium MMX（多能奔腾），即“带MMX技术的奔腾”，MMX指令专门处理音频、视频等数据。采用Socket 7架构。注：1）MMX系列已经带有多媒体指令集，标志着多媒体时代的来临。 2）位宽64的称为超32位，还是属于32位。第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 Pentium (奔腾) Pentium PRO Pentium MMX第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 Intel发布PII，整合了MMX的指令集，架构转向为Slot1。非阵脚式 （Slot1插座看上去和扩展槽相似，CPU焊死在电路插槽上）Pentium II第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 1998年，Intel发布了PII Xeon (至强)处理器，取代Pentium Pro，发展于中高端市场。 Pentium II Xeon Pentium II性能良好，但其价格昂贵，很多人转而投向Socket 7阵营。第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 同年，Intel为了抢占失去的低端市场，发布Celeron（赛扬）处理器，有Slot 1和Socket 370架构，它的内核完全和PII，唯一区别就是前期赛扬没有L2高速缓存，后期L2 128K。Celeron的两种接口 所谓370架构，就是有370个引脚第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 最初PIII采用SLOT1架构，后来为了降低成本，改成了Socket 370，并新增音频、视频和3D图形效果指令集，三维时代由此蔓延。Pentium III 两种接口第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 PIII Xeon 的SLOT2接口类型第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 2000年，Intel推出PIII的简化版Celeron，为了区别之前PII的赛扬，把它取名为Celeron II，同样，CII的L2比PIII少一半，只有128K，但主要性能和PIII差别不大。Celeron IIICeleron II第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 2000年，Intel发布P4，采用Socket 423架构，Willamette核心，FSB 400MHz，外频100MHz，到后期改用为Socket 478架构，Northwood核心，制造工艺0.13微米，L1 32K和 L2 256K整合在CPU内。P4 Socket423类型第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 2004年，Intel发布了Pentium 4E，核心采用了Prescott，采用了Socket 478架构，前端总线达到了800M，二级缓存也达到了1M，制造工艺达到了90纳米。后期的P4开始支持64位运算。P4 Socket478类型第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 2004年6月，Intel推出了Socket LGA 775架构的P4，PD及P4EE，这个架构一直沿用到2010年。 CPU发展的速度极其惊人，Intel公司奠基人之一摩尔预测集成晶体管18个月翻番，人们就把这个定义称为信息产业中的“摩尔定律”，CPU的发展也决定了其他配件的发展，所以计算机基本上符合18个月性能翻番。 2004年底 Intel也放弃了原来按照主频的命名方式，以此来吸引大家对新CPU频率的兴趣。就出现了新的命名方式例如赛扬341、347、421等。 到此32位处理器也走到了尽头。 之后就进入了64位、双核、四核时代，2010年1月，Intel发布了智能酷睿处理器Core i3/i5/i7，凭借智能的表现与出色的性能，很快便成为用户的首选，在与AMD的竞争中一直处于领先水平。1年之后，Intel发布革命性的处理器——第二代Core i3/i5/i7。 第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 Intel新一代处理器第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 Intel第二代Core i3/i5/i7处理器第二代Core i3/i5/i7隶属于第二代智能酷睿家族，全部基于全新的Sandy Bridge微架构，相比第一代产品主要带来五点重要革新：1、采用全新32nm的Sandy Bridge微架构，更低功耗、更强性能。 2、内置高性能GPU（核芯显卡），视频编码、图形性能更强。 3、睿频加速技术2.0，更智能、更高效能。 4、引入全新环形架构，带来更高带宽与更低延迟。 5、全新的AVX、AES指令集，加强浮点运算与加密解密运算。第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 第一代i3、i5、i7区别第二代i3、i5、i7区别第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 2.3 CPU分类 AMD:原来是Intel公司的OEM厂，（所谓OEM就是代加工。），从486开始自己单独生产自己的品牌。1）按CPU生产厂家分类 Intel:它不仅是微处理器的鼻祖，而且至今仍占邻着CPU市场的主要份额。 还有Cyrix、IDT、Rise(瑞思科技)、NexGen、Ti(德州仪器) 等 目前市场占主导地位的就只有Intel和AMD。2）按CPU接口分类 Intel系列分为Socket 370、Socket 423、Socket 478、Socket LGA 775、LGA 1156、LGA 1366 、 LGA 1155等 AMD系列分为Socket A（462）、Socket 939、Socket AM2、Socket AM3等第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 1）CPU的基板 就是承载CPU核心用的电路板，它负责核心芯片和外界的数据传输。以前的基板上用的是针脚（主板上的CPU插槽有相应多的插孔），现在的775 CPU都是触点式的（主板上的CPU插槽有相应多的针脚）。CPU的编码 注明CPU的名称、时钟频率（主频）、二级缓存、前端总线、核心电压、封装方式、产地、生产日期等信息。 第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 3）按CPU型号或标称频率分类 4）按CPU核心代号分类 Intel系列有E1XXX、E2XXX、E4XXX等 AMD系列有Phenom 9500、Athlon 64X2 64000+等 Intel 酷睿2有Conroe、Wolfadle等核心 AMD双核Athlon64 X2、Athlon64 FX有Windsor核心等 4位、8位、16位、32位、64位等6）按CPU核心数量分类 5）按CPU位数分类 单核心和多核心等第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 7）按适合安装的主板分类 8）按应用场合（适用类型）分类 CPU型号、档次不同、配套的主板也不相同，即使是相同的CPU接口，也未必通用。 针对不同用户的需求、不同的场合，CPU被设计成各不相同的类型；又分为桌面版、服务器版、移动版等第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 2.4 CPU的外部结构CPU的核心 从外部看CPU的结构，主要由两大部分组成：核心与基板。 因为CPU核心工作强度大、发热量大、非常脆弱，故核心外围增加了一个用于散热的金属盖，（早期的CPU散热很小，所以不需要这个金属盖），用于导通散热的硅胶也正涂于此处。 第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 2）CPU的接口 CPU需要通过某个接口与主板连接。CPU采用的接口方式有引脚式、插卡式、触点式、针脚式等，所以买CPU必须配对相应接口的主板，目前CPU的接口主要就是触点式。2.5 CPU的基本工作原理 CPU由运算器和控制器组成，CPU内部结构分为控制单元（控制器）、逻辑单元（运算器）和存储单元（寄存器）。第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 2.6 CPU的性能指标 1）主频 频率是CPU的重要性能指标，它基本上决定了CPU运算处理速度的快慢。疑问二：什么叫频率？ 指周期性的循环信号在单位时间内(如1s)所产生的脉冲的个数。频率的单位有Hz(赫兹)、kHz(千赫兹)、MHz(兆赫兹)、GHz(吉赫兹)。主频 CPU频率（主频、内频）指CPU内部时钟频率，也称工作频率。 CPU的实际运算能力不仅仅靠频率来体现，还要依托其他各项性能指标(缓存、指令集、位数等) 。 所以不要意味着追求高频，高频也会有低运算力的情况（俗称高频低能），这也正是为什么CPU的发展一直在更换新的构架，而不是仅仅一路提高频率。 只能说：在相同的架构前提下，CPU主频越高，速度越快。 第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 2）外频 即为系统总线的工作频率（系统时钟频率），单位是MHz（兆赫兹），是由主板提供的系统总线的基准工作频率，是CPU与主板之间同步运行的时钟频率。 但实际运行中这个频率不仅仅由CPU的频率决定，还要受到主板和内存频率的限制。 因为主板和内存的频率远远的低于CPU的主频，为了能保持与主板、内存的频率一致，那就只能降低CPU频率，数据一旦离开CPU，都将降到与主板系统总线、内存数据总线相同的频率。 由此从486开始引进了倍频技术，以不提高外频的前提下，提升主频。倍频 就是通过主板的北桥芯片将CPU主频降低，使系统总线工作在相对较低的频率上（满足其他部件的需求），而CPU速度可以通过倍频来提升，理论上倍频从1.5到无限，提升间隔为0.5。第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 3）CPU主频的计算公式 主频=外频*倍频 由此看出，要提高主频可以从外频和倍频方面下手。所谓超频也正是提高外频或倍频进行提高主频。4）超频 疑问三：什么叫CPU的超频？ 定义：通过人为方式让CPU在其本身默认的工作频率之上进行工作。 CPU超频后的几种情况 第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 如果超频失败，应当将主频还原到CPU的默认频率，实际上，超频失败除了跟CPU的超频能力有关外，还与内存、显卡等因素有关。 正确认识CPU的超频使用 首先，对CPU进行超频率试验一般不会损坏CPU本身，即使是超频失败。但如果以加压方式，那肯定要影响CPU的电性能，进而损坏CPU。 其次，长期对CPU进行超频使用，会对CPU的使用寿命有一定影响，但一块CPU的使用周期不会维持很长，所以这个影响也就被忽略了。 第三，超频使用CPU并不能使整体系统效率有成比例的提高，只是适当提高一点点，除非全系列部件都超频，当然这也就是在挑战配件极限。 超频只是满足一些用户的心理，感觉在低价格买到高频率的CPU，建议不要超频使用，除非确信是当试验来使用。第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 5）前端总线（FSB） 也称CPU总线，是CPU与主板北桥芯片之间连接的通道，进而通过北桥芯片和内存、显卡交换数据，也是CPU跟外界沟通的唯一通道，CPU必须通过它才能传送数据，因此FSB越快，数据传输越快。疑问四：前端总线和外频的区别？ 前端总线的速度指的是CPU和北桥芯片间总线的速度，更实质性的表示了CPU和外界数据传输的速度。 外频是CPU与主板之间同步运行的速度，主要是对PCI及其他总线的影响。 之所以前端总线与外频这两个概念容易混淆，主要是在Pentium 4出现之前和刚出现Pentium 4时，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。第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 随着计算机技术的发展，人们发现前端总线频率需要高于外频，因此采用了QDR（Quad Date Rate，四倍并发）技术，或者其他类似的技术实现这个目的。从此之后前端总线和外频的区别才开始被人们重视起来。 QDR技术：可以使系统总线在一个时钟周期内传送4次数据，也就是传输效率是原来的4倍，相当于用了4条总线和内存发生联系。 Intel：前端总线=4*外频 AMD：前端总线=2*外频(32位时代)；前端总线=CPU实际频率(64位时代) PS:因为64位CPU中内嵌了内存管理器 举例： P4 533 2.0G 其中533Mhz为FSB，外频即为133Mhz，主频 2.0GMhz P4 800 2.4G 其中800Mhz为FSB，外频即为200Mhz，主频 2.4GMhz第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 6）高速缓存 定义：它是一种速度比主存更快的存储器，工作于CPU和主存之间，为解决减少CPU因等待低速主存所导致的延迟，改进系统的性能，起到了缓冲作用。 简单的说，通过某种计算方法，CPU去内存里读取数据，一方面把所需的数据读进CPU，另一方面把这些数据以及就近相关的数据读进Cache里，下次CPU就直接先去Cache里寻找，找到了（命中），直接使用，找不到在去内存寻找。如此CPU大大减少了对内存的访问次数，使得整个系统的速度大大的提升。第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 Cache的分类 由于CPU管芯面积不能太大，所以决定了Cache容量也不可能很大。 L1 Cache：又称一级或片内缓存，内置于CPU芯片内部，用于暂时存储CPU运算时的部分指令和数据，L1存取速度等同于CPU主频。负责在CPU内部寄存器与二级Cache之间的缓冲。 L2 Cache：又称二级缓存，作用类似于L1，负责在整个CPU与内存之间的缓冲。 L3 Cache：又称三级缓存，后补充进来的，放在二级和内存之间，作用类似L1、L2。 级别大小：L1>L2>L3 L1放不下的，放到L2里，L2放不下的，放到L3里。 L1里没命中，去L2找，L2没命中，去L3找。第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 7）运算速度 指CPU每秒钟能够处理的指令数，单位为MIPS（每秒百万指令）8）指令系统 CPU是靠执行指令来计算和控制系统，Intel的x86、MMX、SSE等；AMD的3DNow等，以此来增强CPU的多媒体、图形图像和网络处理能力。工作电压 指CPU正常工作所需的电压，随着制造工艺和主频的提高，电压值一直在降低，低电压不但减少功耗，也能减少CPU的发热量。9）制造工艺 指IC内电路与电路之间的距离，单位为微米(μm)或(纳米=nm)； 这个尺度指的是CPU核心中线路的宽度，线宽越小，CPU的功耗和发热量越小，同时晶体管集成度能更高，并可以工作在更高频率上。 第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 10）地址总线宽度 决定CPU能访问内存物理地址空间大小。 这也正是为什么32位操作系统无法认识超过4G的内存，想访问4G以上的内存，就必须是64位CPU配合64位操作系统。11）数据总线宽度 指CPU可以同时传输的数据位数，分内部数据总线宽度(字长)和外部数据总线宽度(位宽)。12）CPU的带宽计算公式 例如：386DX至P4的地址总线宽度为32位，2的32次方即为4G CPU数据带宽(MB/s)=前端总线*外部数据总线宽度(64bit)/8第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 疑问五：地址总线宽度和数据总线宽度的区别？ 地址总线宽度指CPU能访问的内存地址最长是多少位；数据总线宽度指CPU一次传输的数据是多少位。 例如：地址总线宽度为8位，那么CPU最多用8位寻址，寻址范围是2的8次方。数据总线宽度为8位，那么每次传输的数据是一个字节，1Byte（8位，8bit）。13）CPU 封装技术 指一种将集成电路用绝缘的塑料或陶瓷材料打包的技术。 CPU封装经历DIP、QFP、PGA、BGA、LGA等，封装面积接近芯片面积、适用频率增高、散热耐温性能增高、引脚数增多间距减小、可靠性增高、安装越方便。第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 DIP封装，也叫双列直插式封装，指采用双列直插形式封装集成电路芯片。 QFP封装，也叫方型扁平式封装，该技术实现的CPU芯片引脚之间距离很小，管脚很细。 PGA封装，也叫引脚网格阵列封装，插装型封装之一。 BGA封装，也叫球栅阵列封装，是集成电路采用有机载板的一种封装。 LGA封装，也叫栅格阵列封装，与英特尔处理器之前的封装技术Socket 478相对应，它也被称为Socket T。 DIP封装QFP封装PGA封装BGA封装LGA封装第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 14）CPU相关技术 （1）超线程技术 用一颗CPU模拟出两颗CPU在同一时间内执行两个线程的技术。 但实际上，当两个线程同时需要缓存中一个资源时，其中一个要暂停，让出资源，直到这些资源闲置才能继续使用，所以超线程的性能不同于双核，此技术从P4开始运用（但并非全部P4） （2）双核心或多核心技术 双核、多核技术就是将两个或更多的CPU核心集成在同一个微处理器电路中。每个核心都能使用自己独立的高速缓存。采用双核技术的CPU首先是由AMD公司于2005年5月推出的面向服务器和工作站级的高性能64位处理器产品，随后在桌面级微机普及。到目前多核CPU中最多包含8个核心。 （3）流水线技术 CPU中由多个不同功能的电路单元组成一条指令处理流水线，一条指令分成多条，由这些电路单元分别去执行，如此来提高CPU的运算能力。流水线越多，能同时执行的指令越多，速度越快。第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 （4）乱序执行技术 指允许CPU将多条指令不按程序规定的顺序发送给各相应电路单元处理的技术。 一段程序的多条指令未必是顺序完成，有部分指令可以先行完成，那么只要根据CPU对各单元电路空闲状态作出判断，并把这些可以先行执行的指令完成掉，但最终还是由相应的电路按顺序将执行结果数输出。 采用此技术，目的就是让CPU不要有空闲状态，以提高CPU运行速度。 （5）指令特殊扩展技术 指令系统是CPU性能的集中体现，任何型号的CPU都有属于自己的指令系统，它是由CPU制造商设计决定的。指令的格式、种类、寻址方式、指令的多少以及执行速度都能反映出该CPU的设计水平和性能优劣。下面简要介绍在指令系统中产生过重大影响的技术。 MMX技术带来的处理器性能提高是显而易见的，之后的“3Dnow!”以及SSE、SSE2和SSE3也都是从MMX技术发展演变而来的。第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 1）MMX指令 MMX（Multi Media eXtension，多媒体扩展）技术是Intel公司发明的一项多媒体增强指令集技术。MMX指令共有57条，主要是增强对动画的再生、图像的加工以及声音的合成处理能力。在此基础上，它能使系统对多媒体相关任务的综合处理能力提高1.5到2倍。 MMX技术带来的处理器性能提高是显而易见的，之后的“3Dnow!”以及SSE、SSE2和SSE3也都是从MMX技术发展演变而来的。第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 2）“3Dnow！”指令 在AMD公司生产的K6-2微处理器指令系统中首次增加了“3DNow！”指令集。“3Dnow！”技术是AMD公司设计开发的多媒体扩展指令集，共有21条指令，主要是为了提高K6系列处理器的3D图形处理能力。 “3DNow！”针对MMX指令集的不足，增加了单精度浮点运算指令，重点突出了3D处理，可直接借助硬件处理三维图像信息。所以，“3DNow！”又被称为三维加速指令集。第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 3）SSE指令 SSE（Streaming SIMD Extensions，数据流单指令多数据扩展）指令集共有70条指令，囊括了原MMX和“3DNow！”指令集中的所有功能，加强了浮点运算能力，并且针对因特网的发展增强了音频、视频和3D处理能力，其中有12条指令用于弥补MMX指令的不足。 4）SSE2指令 Pentium4指令系统在原MMX的基础上增加和扩充了144条用于多媒体的扩展指令集，简称SSE2指令集。其中68条是对原有指令的增强，并将64位的MMX指令扩展为128位操作，另外76条是新增加的。这些指令主要侧重于支持DVD播放、音频、3D图形数据和网络数据的处理，分别具有128位整数运算和双精度浮点运算能力，同时具有优化缓存和内存控制功能。第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 3）SSE指令 SSE（Streaming SIMD Extensions，数据流单指令多数据扩展）指令集共有70条指令，囊括了原MMX和“3DNow！”指令集中的所有功能，加强了浮点运算能力，并且针对因特网的发展增强了音频、视频和3D处理能力，其中有12条指令用于弥补MMX指令的不足。 4）SSE2指令 Pentium4指令系统在原MMX的基础上增加和扩充了144条用于多媒体的扩展指令集，简称SSE2指令集。其中68条是对原有指令的增强，并将64位的MMX指令扩展为128位操作，另外76条是新增加的。这些指令主要侧重于支持DVD播放、音频、3D图形数据和网络数据的处理，分别具有128位整数运算和双精度浮点运算能力，同时具有优化缓存和内存控制功能。第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 5）SSE3扩展指令 新的Pentium4处理器在SSE2指令集的基础上又增加了13条新指令，称为SSE3扩展指令集。其中一条指令专门用于视频解码，两条指令用于线程处理，另外10条指令则用于浮点运算以及其它更为复杂的运算。 6）“3Dnow!-P”指令 为与Pentium4竞争，AMD在原 “增强型3Dnow!”的基础上，又增加了类似 SSE的52条指令，这些指令称为“3Dnow! Professional”，简称“3Dnow!-P”。第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 6）睿频加速技术睿频加速原理 　　Intel在最新酷睿i系列cpu中加入的新技术，以往cpu的主频是出厂之前被设定好的，不可以随意改变。而i系列cpu都加入睿频加速，使得cpu的主频可以在某一范围内根据处理数据需要自动调整主频。它是基于Nehalem架构的电源管理技术，通过分析当前CPU的负载情况，智能地完全关闭一些用不上的核心，把能源留给正在使用的核心，并使它们运行在更高的频率，进一步提升性能；相反，需要多个核心时，动态开启相应的核心，智能调整频率。这样，在不影响CPU的TDP情况下，能把核心工作频率调得更高。比如，某i5处理主频为2.53GHz，最高可达2.93GHz，在此范围内可以自动调整其数据处理频率，而此cpu的承受能力远远大于2.93GHz，不必担心cpu的承受能力。加入此技术的cpu不仅可以满足用户多方面的需要，而且省电，使cpu具有一些智能特点。Turbo Mode功能是一项可以充分使用处理器工作效率的技术。它能让内核运行动态加速。可以根据需要开启、关闭以及加速单个或多个内核的运行。如在一个四核的Nehalem处理器中，如果一个任务是单线程的，则可以关闭另外三个内核的运行，同时把工作的那个内核的运行主频提高，这样动态的调整可以提高系统和CPU整体的能效比率。 第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 6）睿频加速技术睿频加速的应用 我们经常在进行多任务处理,编辑照片、发送电子邮件、观看视频、压缩文件等，我们希望所有这些任务能同时顺畅进行。现在，专为实现智能多任务处理而打造的英特尔处理器可为您带来事半功倍的效果。英特尔超线程（HT）技术支持处理器的每枚内核同时处理两项应用。 CPU会确定其当前工作功率、电流和温度是否已达到最高极限，如仍有多余空间，CPU会逐渐提高活动内核的频率，以进一步提高当前任务的处理速度，当程序只用到其中的某些核心时,CPU会自动关闭其它未使用的核心，睿频加速技术无需用户干预，自动实现。 第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 6）睿频加速技术支持睿频加速的处理器 1. 酷睿 i7家族为4核心8线程，支持超线程技术，拥有8MB L3缓存，支持睿频加速2.0技术; 　　 2. 酷睿i5家族为2核心或4核心4线程，不支持超线程技术，支持睿频加速2.0技术，拥有3--6MB L3缓存; 　 3. 酷睿i3家族为2核心4线程，搭载超线程技术但不支持睿频加速2.0技术，拥有2--3MB L3缓存;第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 2.7 CPU 散热器 计算机部件中大量使用集成电路，温度影响着集成电路，温度无法控制在集成电路可以承受的范围内，那就会出现系统运行不稳定，使用寿命缩短，烧坏部分零件等。 温度的提升并不是来自计算机外部，而是来自计算机的集成电路内，散热器的作用就是快速的把这些温度将到集成电路可以承受的范围内。 随着CPU的频率越来越高，发热量越来越大，CPU的散热问题就越来越重要了。第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 风冷式 热管散热式 水冷式1）CPU散热器分类 CPU散热器根据散热原理分为风冷式、热管散热式、水冷式、半导体制冷和液态制冷，最常见的就是风冷式。第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 风冷散热器的组成主要是散热片、风扇、扣具 其中风扇电源插头大多是两芯的，一红一黑，红色是+12V，黑色为地线。有些是三芯，是在原来的两线基础上加入了一条蓝线（或白线），主要用于侦测风扇的转速。2）风冷散热器的主要参数 工作原理：利用散热底座吸收CPU工作时产生的热量，并传导至散热片上，依靠散热器的上部高速转动的风扇加快对流，把散热片上的热量带走。第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 散热片由底座和鳃片两个部分组成。通过散热片的底座把CPU的核心处的热量传导到面积巨大的鳃片上，最终将热量散发到空气中。散热块的材料主要为铜和铝。铝及铝合金的散热性能好，铜的导热性能好，把这两种材质有机地结合起来，使整体散热效能获得提升。另外，为了防止铜材氧化，还使用了新的镀镍技术。3）散热片 散热片底部会粘贴一块导热硅胶，第一次使用时，导热硅胶被CPU高温融化后填满CPU和散热片之间的微小间隙，然后在散热片的作用下温度很快降下来，于是CPU就和散热片通过导热硅胶紧密连接起来了。第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 风扇对整个散热效果起到决定性作用，其质量的好坏往往决定了散热器的效果、噪音和使用寿命。 4）风扇 散热风扇由轴承（电机）和叶片两大部分组成 轴承类型：油封、单滚珠、双滚珠等 噪音大小：双滚珠>单滚珠>油封；疑问六：风扇声音响是怎么回事？ 新的油封风扇噪音很小，但长时间使用后润滑油会干掉失效，轴承润滑度下降，转动阻力增加，电机噪声增大，强行使用结果必定是风扇坏掉。 解决方法：在风扇的轴承上，滴1-2点润滑油即可。 指把CPU和主板紧密固定起来的物品。扣具的设计随CPU及散热器而定。扣具 第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 风扇对整个散热效果起决定性的作用，其质量的好坏往往决定了散热器的效果、噪声和使用寿命。散热风扇由轴承（电机）和叶片两大部分组成，常见风扇的外观如下图所示。第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 风扇轴承类型：风扇的轴承是散热器的关键部件，风扇的轴承和叶片的设计，直接影响到散热器的噪音大小。常见的风扇轴承类型主要有单滚珠轴承（1Ball+1Sleeve）、双滚珠轴承（2 Ball Bearing）、液压轴承（Hydraulic）、磁悬浮轴承（Magnetic Bearing）、纳米陶瓷轴承（NANO Ceramic Bearing）、来福轴承（Rifle Bearing）、汽化轴承（VAPO Bearing）、流体保护系统轴承（Hypro Wave Bearing）等。常见风扇轴承类型的标签如图所示。第二章 中央处理器 第二章 中央处理器  风扇口径：即风扇的通风面积，风扇的口径越大，排风量也就越大。 风扇转速：同样尺寸的风扇，转速越高，风量也越大，冷却效果就越好。 风扇的噪声：风扇转速越高、风量越大，产生的噪声也会越大。风扇电机转速也是决定噪音大小的重要因素。散热技术发展到现在，塞铜技术、热导管的引入等，都能大大提高散热器的散热效率，而不再依靠提高风扇转速来提升散热速度。近年来市场越来越注重静音性，所以主流散热器风扇转速都控制在2000～3000r/min（转/分）之间。 风扇排风量：即体积流量，是指单位时间内流过的气体的体积，排风量越大越好。第二章 中央处理器 第二章 中央处理器 作业： 1.主频、倍频、外频的三者关系？ 2.外频和FSB频率之间的关系？ 3.CPU有哪些封装方式？目前主流CPU采用什么封装方式？ 4.CPU散热器有哪些类型？最常见的是哪种？ 5.地址总线宽度和数据总线宽度的区别？ 6.为什么说32位CPU和32位操作系统无法识别超过4G的那部分内存？