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-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------课题：微型机系统概述教学目的和任务：了解微机系统的结构教学重点：1、微型计算机的发展2、微型机的基本组成3、配置微型机的一般原则cpu的发展教学难点：教学方法：讲授法、多媒体演示法教学课时：2教学步骤与内容：1.1微型计算机的发展1.早期微型计算机（1）诞生：1971年Intel4004MCS-4（2）其它：Intel8080\8085MC6800Z80Apple2.IBM-PC机及各种兼容机（1）16位机发展：Intel8086MC68000Z8000（2）PC机诞生：1981年，IBM公司使用Intel8088生产了第一台个人计算机IBMPC/XT，所用操作系统是Microsoft的MS-DOS。（3）兼容机3.高性能微型机（1）Pentium时代（2）多媒体时代1.2微型计算机基本组成1.主机系统（1）机箱（2）电源（3）主板（4）CPU（5）内存（6）显卡（7）硬盘（8）视频（9）光驱（10）声卡（11）软驱2.外部设备（1）显示器（2）键盘（3）鼠标（4）音箱（5）打印机（6）扫描仪（7）上网设备3、软件系统（1）系统软件：操作系统（2）应用软件1.3微型计算机系统的硬件资源管理1、中断请求2、DMA3、I/O地址1.4微型机配置的一般原则1、配置与用途相适应2、总体配置的先进性与合理性3、兼容性或可扩充性4、性价比高1.5相关网站中关村在线太平洋电脑网IT世界倚天硬件门户IT168电脑之家小熊在线天极网课后记：通过本章学习，学生基本掌握了微型机的基本结构。课题：CPU教学目的和任务：掌握cpu有关知识。教学重点：1、cpu的发展2、cpu的性能指标3、cpu的新技术教学难点：cpu的封装方式教学方法：讲授法、多媒体演示法教学课时：4教学步骤与内容：2.1CPU概述CPU的英文全称是CentralProcessingUnit，中文名称即中央处理器。CPU作为是整个微机系统的核心，CPU的性能大致上反映出了一台计算机的性能，因此它的性能指标十分重要。2.1.1CPU的结构CPU内部结构可以分为控制单元、运算单元、存储单元和时序电路等几个主要部分。运算单元是计算机对数据进行加工处理的中心，它主要由算术逻辑部件（ALU：ArithmeticandLogicUnit）、寄存器组和状态寄存器组成。控制单元是计算机的控制中心，它不仅要保证指令的正确执行，而且要能够处理异常事件。控制器一般包括指令控制逻辑、时序控制逻辑、总线控制逻辑、中断控制逻辑等几个部分。CPU控制整个系统指令的执行、数学与逻辑的运算、数据的存储和传送、以及对内对外输入输出的控制，是整个系统的核心。2.1.2CPU的发展1971年，Intel公司推出了世界上第一个微处理器4004。它含有2300个晶体管，主频为108Khz。1982年，Intel推出了划时代的最新产品80286芯片，时钟频率由最初的6MHz逐步提高到20MHz。1985年Intel推出了80386芯片，它是80X86系列中的第一种32位微处理器。1989年，Intel推出了80486芯片，它突破了100万个晶体管的界限，集成了120万个晶体管。1993年3月Intel公司推出PentiumCPU。1997年Intel公司PentiumMMX（Mult-Media-Extension，多媒体扩展）微处理器推出，这是第一款使用MMX指令集的CPU，0.35微米制造工艺。同期AMD公司和Cyrix公司分别推出K5和6X86微处理器。1997年5月Intel公司在推出PentiumIICPU，PentiumII采用了新的slot1插槽接口、SEC板卡封装。同期AMD也推出性能相当的K6、K6-2、K6-3和K7微处理器。K7是第一款主频超过1GHz的微处理器。2000年6月Intel公司推出全新NetBurst构架Pentium4微处理器，它仍采用X86结构。AMD公司推出了采用Palomino核心的AthlonXP。2001年1月，Intel发布IA-64位技术处理器----Itanium，这是第一款IA体系64位CPU。2003年9月25日，AMD公司推出了Athlon64微处理器，这是第一款64位X86结构CPU。2005年二月，Intel推出64位X86结构CPU--P4EM64T。2.1.3CPU的性能指标通常CPU的主要性能指标如下：1.主频、外频、倍频CPU主频又称为CPU工作频率，即CPU内核运行时的时钟频率。CPU外频是由主板为CPU提供的基准时钟频率，也称为系统总线频率。前端总线（FSB—FrontSystemBus）指的是CPU和北桥芯片间数据传输的总线。CPU内部的时钟信号是由外部输入的，在CPU内部采用了时钟倍频技术。按一定比例提高输入时钟信号的频率，这个提高时钟频率的比例称为倍频系数。这三者之间的关系为：主频=外频×倍频。2.字长3.工作电压4.L1/L2高速缓存5.支持的扩展指令集2.1.4CPU的封装方式所谓“封装技术”是一种将集成电路用绝缘的塑料或陶瓷材料打包的技术。以CPU为例，我们实际看到的体积和外观并不是真正的CPU内核的大小和面貌，而是CPU内核等元件经过封装后的产品。封装对于芯片来说是必须的，也是至关重要的。因为芯片必须与外界隔离，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。另一方面，封装后的芯片也更便于安装和运输。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。封装也可以说是指安装半导体集成电路芯片用的外壳，它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强导热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁——芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器件建立连接。因此，对于很多集成电路产品而言，封装技术都是非常关键的一环。目前采用的CPU封装多是用绝缘的塑料或陶瓷材料包装起来，能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。封装时主要考虑的因素：芯片面积与封装面积之比为提高封装效率，尽量接近1:1。引脚要尽量短以减少延迟，引脚间的距离尽量远，以保证互不干扰，提高性能基于散热的要求，封装越薄越好。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制造工艺的最后一步也是最关键一步就是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芯片的封装技术：DIP封装QFP封装PFP封装PGA封装BGA封装OPGA封装mPGA封装CPGA封装FC-PGA封装FC-PGA封装是反转芯片针脚栅格阵列的缩写，这种封装中有针脚插入插座。这些芯片被反转，以至片模或构成计算机芯片的处理器部分被暴露在处理器的上部。通过将片模暴露出来，使热量解决方案可直接用到片模上，这样就能实现更有效的芯片冷却。为了通过隔绝电源信号和接地信号来提高封装的性能，FC-PGA处理器在处理器的底部的电容放置区域（处理器中心）安有离散电容和电阻。芯片底部的针脚是锯齿形排列的。此外，针脚的安排方式使得处理器只能以一种方式插入插座。FC-PGA封装用于奔腾III和英特尔赛扬处理器，它们都使用370针。FC-PGA2封装FC-PGA2封装与FC-PGA封装类型很相似，除了这些处理器还具有集成式散热器(IHS)。集成式散热器是在生产时直接安装到处理器片上的。由于IHS与片模有很好的热接触并且提供了更大的表面积以更好地发散热量，所以它显著地增加了热传导。FC-PGA2封装用于奔腾III和英特尔赛扬处理器（370针）和奔腾4处理器（478针）。OOI封装OOI是OLGA的简写。OLGA代表了基板栅格阵列。OLGA芯片也使用反转芯片设计，其中处理器朝下附在基体上，实现更好的信号完整性、更有效的散热和更低的自感应。OOI有一个集成式导热器(IHS)，能帮助散热器将热量传给正确安装的风扇散热器。OOI用于奔腾4处理器，这些处理器有423针。PPGA封装“PPGA”的英文全称为“PlasticPinGridArray”，是塑针栅格阵列的缩写，这些处理器具有插入插座的针脚。为了提高热传导性，PPGA在处理器的顶部使用了镀镍铜质散热器。芯片底部的针脚是锯齿形排列的。此外，针脚的安排方式使得处理器只能以一种方式插入插座。S.E.C.C.封装“S.E.C.C.”是“SingleEdgeContactCartridge”缩写，是单边接触卡盒的缩写。为了与主板连接，处理器被插入一个插槽。它不使用针脚，而是使用“金手指”触点，处理器使用这些触点来传递信号。S.E.C.C.被一个金属壳覆盖，这个壳覆盖了整个卡盒组件的顶端。卡盒的背面是一个热材料镀层，充当了散热器。S.E.C.C.内部，大多数处理器有一个被称为基体的印刷电路板连接起处理器、二级高速缓存和总线终止电路。S.E.C.C.封装用于有242个触点的英特尔奔腾II处理器和有330个触点的奔腾II至强和奔腾III至强处理器。S.E.C.C.2封装S.E.C.C.2封装与S.E.C.C.封装相似，除了S.E.C.C.2使用更少的保护性包装并且不含有导热镀层。S.E.C.C.2封装用于一些较晚版本的奔腾II处理器和奔腾III处理器（242触点）。S.E.P.封装“S.E.P.”是“SingleEdgeProcessor”的缩写，是单边处理器的缩写。“S.E.P.”封装类似于“S.E.C.C.”或者“S.E.C.C.2”封装，也是采用单边插入到Slot插槽中，以金手指与插槽接触，但是它没有全包装外壳，底板电路从处理器底部是可见的。“S.E.P.”封装应用于早期的242根金手指的IntelCeleron处理器。PLGA是PlasticLandGridArray的缩写，即塑料焊盘栅格阵列封装。由于没有使用针脚，而是使用了细小的点式接口，所以PLGA封装明显比以前的FC-PGA2等封装具有更小的体积、更少的信号传输损失和更低的生产成本，可以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。目前Intel公司Socket775接口的CPU采用了此封装。目前CPU按其安装插座规范可分为Socketx和Slotx两大架构。1.Socket370Intel为PⅡ的简化版本Celeron（赛扬）系列微处理器而开发的。2.Socket423Intel最初推出P4时，重新开发的一种Socket423架构。3.Socket478Intel推出第二种架构——Socket478架构的P4。4.Socket7752004年，Intel推出了Socket775架构的CPU。5.Socket462（SocketA）2000年7月，AMD推出了Socket462----SocketA。6.Socket754、Socket939和Socket9402003年，AMD公司推出的Athlon64系列和部分Sempron处理器分别采用上述三种架构。2.2CPU新技术简介1.双总线模式的CPU内部结构2.CPU的生产工艺技术3.CPU的扩展指令集(1)MMX指令集(2)3DNOW!指令集(3)SSE指令集：(4)SSE2指令集：（5）SSE3指令集:（6）X86—64指令集:工作模式操作系统是否需要再编译默认地址长度操作数位数附加寄存器通用寄存器位数长模式64位模式64bit需要6432需要64兼容模式不需要64不需要32传统模式32bit或64bit不需要3232不需要3216164.超线程技术（Hyper-ThreadingTechnology）5.多核心处理器技术6.新型材料技术的