计算机维修工取证辅导04-CPU、内存

计算机组装与维修04CPU与存储器微机主流CPU生产厂家英特尔AMDCyrix北京信息职业技术学院2北京信息职业技术学院3IntelCPU的发展历程代号内总线宽外总线宽内部时钟速度(M)外部时钟速度(M)特殊技术808616164.774.77第一代16位微机808816812128086的简化型8028616162020真正的16位微机80386DX32324040第一代32位微机80386SX32164040386DX的简化型80486323212050内置浮点处理器，倍频技术奔腾326420066外部总线64位，MMX指令集奔腾II3264800100Socket1接口，内置大CACHE赛扬3264800100奔腾的简化型奔腾III32641300133SSE奔腾432643400200SSE2、多核CPU不断升级换代，其主要目的是提高处理速度。提高处理器处理速度的常用方法有：加大字长提高时钟频率使用浮点处理器改进CPU结构多核心并行处理北京信息职业技术学院4提高处理器处理速度的方法字长：ALU一次能够处理二进制位数。字长越长，一次能够处理数据的位数越多，对于位数多的、精度高的大数数据可以用较少次数或直接完成计算，提高了数据处理速度。并且字长越长，内存寻址能力越强，可以直接访问的内存空间越大。32位CPU理论寻址能力是4GB(实际2GB)，64位CPU理论寻址能力是264=17179869184GB北京信息职业技术学院5加大字长8位：6502(苹果II,红白游戏机)16位：8086(IBM-PC/XT)32位：80386-Pentium464位：AMDAthlon64系列、IntelXeon系列、Pentium4EE系列由于目前操作系统和外部设备还不能完全适应64位处理器的需要，所以目前主流CPU并非完全意义上的64位CPU，而是在32位CPU基础上加入64位处理核心，如Intel的EM64T（ExtendedMemory64Technology）技术。北京信息职业技术学院6各种字长CPU典型代表简单的增加字长并不能提高处理器的性能，还需要相应的操作系统和应用软件的支持。目前64位操作系统有：WindowsXPProfessionalx64Edition、Vista64位版等。北京信息职业技术学院764位操作系统提高时钟频率是提高CPU处理速度的最直接手段。目前CPU时钟速度已超过3GHz。但CPU外围器件（如内存）的速度往往因工艺限制无法赶上CPU的工作速度。解决方法：采用倍频技术。倍频技术：CPU外部使用频率较低的系统时钟，CPU内部增加“倍频器”，将系统时钟提高n倍后供CPU内部处理数据使用。通常将CPU内部时钟频率称为“主频”。时钟提高倍数n被称为“倍频”数。北京信息职业技术学院8提高时钟频率出于系统稳定性的考虑，CPU的标称工作频率往往低于最高允许工作频率，如果使用技术手段使CPU以超过标称频率工作称为“超频”。超频的方法：超倍频：提高倍频器的倍数。不改变系统时钟，仅提高CPU主频，稳定性较高。但很多CPU采用“锁频”技术禁止改变倍频。超外频：提高系统时钟频率。系统时钟和CPU主频同时提高，可绕过CPU锁频的限制。但外围器件（如内存）也需有足够的频率余量。北京信息职业技术学院9超频Intel主频与型号命名法在奔腾4以前的CPU，通常都有型号＋主频方式命名。例：IntelPentium42.4G但新一代的CPU提高性能已不再简单靠提高主频了，主频已不是衡量CPU的唯一指标了，因此，英特尔对新的CPU型号不再标明主频了。北京信息职业技术学院10AMDCPUPR频率AMD采用一些新的技术后，可以在较低的主频下得到相当于英特尔较高主频的效果，因此AMDCPU命名往往采用相当于英特尔主频而不是直接标明CPU主频。例：AMDAthlonXP2500+的实际主频仅为1.83GHz，但整数计算性能已超过英特尔2.5GHzCPU，故命名为2500+例：AMDX24200的主频仅为2.2GHz。北京信息职业技术学院11前端总线时钟与前端总线速度FSB前端总线时钟：CPU与内存间的同步时钟，目前此时钟频率可做到133、166、200MHz。前端总线速度：时钟频率×每次传输字节数。奔腾4采用了4倍并发传输技术，每时钟可传4个字节数据，因此奔腾4的前端总线速度＝外频×4数据传输率＝每秒传输的二进制信息位数。例：某P4外频为200MHz，求前端总线速度FSB和数据传输率。FSB=4×200=800MHz数据传输率＝8×800M＝6400M北京信息职业技术学院12CPU插座用于在主板上安装和固定CPU。486以后的CPU多采用0插力(ZIF)插座，即在插座上装有放松扳把，扳把抬起时引脚插孔全部放松，可轻松的插入和取下CPU。CPU插座北京信息职业技术学院13常见CPU插座的类型栅格阵列(PGA)Socket单边接插盒(SEC)SlotLGA全称栅格阵列封装，它也被称为SocketT。它用金属触点式封装取代了以往的针状插脚。LGA775有775个触点。采用LGA775接口的处理器在安装方式上需要一个安装扣架固定，使CPU可以正确地压在Socket露出来的具有弹性的触须上。LGA封装技术(LandGridArray)北京信息职业技术学院15Socket1：486，169个脚Socket2：486，238个脚Socket3：486和5X86，237个脚Socket4：60-66MHzPentium，273个脚Socket5：75-133MHzPentium，320个脚Socket6：3.3V486，235个脚Socket7：75MHz开始的所有Pentium321个脚Socket8：PentiumPro专用的插座，387个脚CPU与插座北京信息职业技术学院16Socket370：赛扬ASocket423：早期的奔腾4Socket478：奔腾43.2GSocket775：Intel915/925、IntelCore2CPU与插座北京信息职业技术学院17775插座北京信息职业技术学院18Windows采用图形化界面，工作时需要计算大量的图像数据，需要很大内存空间存储图像信息，往往造成内存空间的不够，为了使程序能够继续进行，只能在外存硬盘中开辟一块空间模拟内存。(即虚拟内存，默认为C:\pagefile.sys，称为页面文件，容量默认为内存的1.5倍)。虚拟内存的速度大大低于真实内存。故一旦使用虚拟内存数据的处理速度大大降低。若要避免使用虚拟内存，就必须加大物理内存使其能够满足信息处理的需要。满足需要后再加大内存不会再提高处理速度。内存容量和整机速度的关系北京信息职业技术学院19存取周期：对存储器连续启动两次读或写操作所需间隔的最小时间，单位为纳秒ns。DRAM的存取周期一般为40ns-120ns。由于有电容充放电时间的限制，DRAM速度很难再提高。SRAM的存取周期一般为5ns-7ns，由于没有电容充放电限制，速度还有很大的提升潜力。内存速度：从存储器读取一个字节所需时间的最小平均值时间，单位为纳秒ns。当前CPU通常一次可读写64位数据(8字节)，所以内存速度=存取周期/8，如：6ns,写作-6内存的速度指标：存取周期北京信息职业技术学院20内存频率是内存速度的倒数。例：内存速度6ns,内存频率＝1/6*10-9=167MHz目前DRAM的极限存取周期40ns内存速度＝40/8=5ns内存频率=1/5*10-9=200MHzCPU主频目前已超过3GHz，而存储器的工作频率远低于CPU主频，CPU高速处理速度受到内存低速存取的制约，内存速度成为提高计算机系统性能的瓶颈。内存的速度指标：内存频率北京信息职业技术学院21SDRAM：SynchronousDRAM(同步动态随机存储器)，可实现一个时钟脉冲完成一次数据的存取。DDR：时钟的上升沿和下降沿都可读写数据，故可认为速度提高一倍，频率标称400MHz。DDR2：改良了I/OBuffer部份，DDR2一个时钟传送4Bit的数据给I/OBuffer，比DDR传送2Bit多一倍，故DDR2的内存会比DDR速度快一倍。DDR3的标准：已经基本成型，8bit预取设计，较DDR24bit的预取设计提升一倍，其运算频率介于800MHz-1600MHz之间。常见内存组织方式北京信息职业技术学院22SDRAM的基本原理北京信息职业技术学院23SDRAM的发展过程北京信息职业技术学院24采取各种技术手段将内存速度提高到800MHz后，仍然无法与CPU高达数Ghz时钟相匹配，只能插入“等待”。解决方法：加入高速缓存。CPU读取内存是以数据块为基本单位。可以把读来的数据块存入与CPU频率相匹配的SRAM缓存中。读下一个数据时直接从缓存中读取即可。高速缓存CACHE北京信息职业技术学院25CACHE的容量越大，可存储的数据就越多，CPU从中读到可用数据的可能性就越大，速度提高越明显（如果CACHE容量过小，可能反而会降低系统速度）CPU从CACHE中读到可用数据的概率称为“命中率”，CACHE容量越大，命中率越高，速度提高的越明显。目前CPU命中率可达90%以上。CPU每次读取的数据越多，需要缓存的容量越大。CACHE容量与速度的关系北京信息职业技术学院26CACHE的有效解决了高低速设备之间的速度匹配问题，广泛应用于高低速设备之间。CPU内核与CPU接口之间高速CPU和低速内存之间内存与硬盘、光盘、U盘之间CACHE的应用北京信息职业技术学院27内存发展简史早期微机所使用的内存是一块块的IC，必须焊接到主机板上才能使用，升级和维修都很困难。后来，电脑设计人员发明了模块化的条装内存，每一条上集成了多块内存IC，相应地，在主板上设计了内存插槽，这样，内存条就可随意拆卸了，从此，内存的维修和扩充都变得非常方便。内存条北京信息职业技术学院28种类名称频率电压引线数特征台式笔记本SDRAM同步内存66/100/1333.3V1681442个缺口DDR双倍数据速率同步内存时钟×22.5V1842001个缺口RDRAMRambus1842个缺口DDRII第二代同步双倍速率时钟×41.8V2401个缺口内存条的种类北京信息职业技术学院29内存延迟时间从CPU发出读写指令到数据稳定的写入或读出需要一定的时间延迟。静态SRAM的延迟时间为数纳秒。通常可以和CPU的前端总线相匹配。动态DRAM的延迟时间为数十纳秒。通常无法和CPU的前端总线相匹配，需要插入等待时间。内存的延迟时间也被称为存储速度。存储速度60nS（纳秒）的内存往往用-6表示。北京信息职业技术学院30内存延迟的设置为了保证数据能够可靠地写入或读出，系统延迟时间应大于内存延迟时间，这可以在CMOS中进行设置，设置值应大于实际值。内存延迟时间通常用4个连着的阿拉伯数字来表示，表示对内存不同操作时插入的等待时间。例如“3-4-4-8”，这4个数字越小，表示延迟时间越少。第一个数字最为重要，表示注册读取命令到第一个输出数据之间的延迟CL（CASLatency），是纵向地址脉冲的反应时间。北京信息职业技术学院31内存的速度计算机实际应用中，往往用带宽表示内存速度。内存带宽：每秒中传输的字节数。即：前端总线频率×内存位数/8＝内存频率×8。例：DDR266内存带宽＝266*64/8＝2128M（约为2.1GB/S）PC值：总线频率或带宽，小于800是频率，大于800是带宽。例：PC133（频率），PC3200（带宽）双通道的带宽是单通道带宽的2倍。例：双通道DDR266带宽=266*8*2=4256MHz北京信息职业技术学院32内存条通过内存插槽安装到主板上，可使用内存条的类型由主板上芯片组决定。如果芯片组使用双通道结构，内存条需要成对(偶数条)使用。内存插槽北京信