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《计算机组装与维护课程》电子教案（叶冬）【课题】计算机CPU与散热器【教学目标】（一）思政目标陶冶计算机文化（二）知识目标1.了解CPU的基本知识、工作原理、结构特点和性能参数。2.掌握CPU的识别、选购方法。（三）能力目标掌握CPU的维护技能和性能测试【教学重点】掌握CPU的工作原理、性能参数、识别、选购方法【教学难点】掌握CPU的工作原理、性能参数、识别、选购方法【课时安排】2课时【教学过程】教学阶段教学过程设计意图情景导入众所周知，人的大脑是计算的核心，那计算机的大脑计算的核心是什么通过人的大脑，用迁移的方式让学生联想思考一下计算机的大脑讲授新知中央处理器教学阶段教学过程设计意图简称为CPU（CentralProcessingUnit）又称为微处理器，（Micro—Processor）是计算机的核心的部件，决定着计算机的整体性能。人们依此来判断计算机的档次和评价计算机的运行稳定性。一、CPU的结构和工作原理：1、CPU的外观：CPU是一个经过封装的由单晶硅做成的长方形或正方形的陶瓷芯片。在陶瓷芯片内部的硅晶片上集成了上千万个晶体管。在CPU的背面，有一些用于插接在主板CPU插座上的插针。CPU型号不同，插针的数量和布局方式也有所不同。CPU核心——CPU中间凸起的一片指甲大小的、薄薄的硅晶片部分，密布着数以千万计的晶体管，相互配合协调，完成着各种复杂的运算和操作。金属盖——避免CPU脆弱的核心受到意外伤害，增加了核心的散热面积。CPU基板——用于CPU内部的信号引到CPU引脚上。基板的背面有许多密密麻麻的镀金的引脚，是CPU与外部电路连接的通道，并起着固定CPU的作用。CPU散热器——通常由合金散热片和散热风扇组成，用来将CPU核心产生的热量快速散发掉。2、CPU内部组成：CPU由运算器和控制器组成，从内部可以分为控制单元，逻辑单元，存储单元（寄存器）三大部分，它们相互协调，共同完成对数据的分析、介绍CPU相关知识，全面了解计算机的大脑的重要性教学阶段教学过程设计意图判断和运算功能，并控制其它部件协调工作。运算器：完成算术运算和逻辑运算。控制器：控制计算机各部件协调工作；按顺序从RAM中取出指令，并放到特殊的寄存器中。控制器控制部件翻释指令后，根据翻释结果给总线发出信号，从RAM中读取数据后，再发送信号到运算器进行处理。在CPU中还有若干个寄存器，它们直接参与运算并存放运算的中间结果。3、CPU的工作原理：控制单元对指令进行调度分配后，送到逻辑运算单元进行加工处理，处理后的数据存储在存储器中，最后交应用程序使用。二、CPU的主要性能指标：1、频率：频率分为：主频、倍频和外频。三者关系：主频＝外频*倍频系数。主频对CPU而言，即CPU运算的工作频率或CPU内部总线频率，是CPU内核电路的实际运行频率，反映了CPU的运算速度。主频越高，一个时钟周期里完成的指令数越多，CPU的速度越快。单位是GHz（或MHz）。例如：Pentium43.2GHz之CPU主频为3.2GHz。外频是系统总路线的工作频率，也就是从主板上获得的基准频率，是主板与CPU间同步运行的速度，单位MHz；CPU的外频直接影响到CPU与其它部件间的数据传输速度。主板的工作频率主要分为：33MHZ、66MHZ、100MHZ、133MHZ、450MHZ、850MHZ等。外频越高，计算机的整体性能就越好。倍频是CPU主频与外频的倍数（称为倍频系教学阶段教学过程设计意图数），通过主板上的跳线或CMOS设置，可以对外频和倍频系数进行设置。2、前端总线频率FSB：总线是将信息从一个或多个源部件传送到一个或多个目的部件的信号传输线，也就是说，总线是多个部件间的公共连线，总线频率以MHz表示。前端总线FSB（FrontSideBus），是CPU与主板北桥芯片间的数据通道。CPU通过前端总线连接到北桥芯片，再通过北桥芯片和内存、显卡交换数据。前端总线频率由CPU和北桥芯片共同决定，其频率高低直接影响CPU访问内存的速度。前端总线频率越大，CPU与北桥芯片间的数据传输能力越大，越能发挥CPU的功能。目前PC机所能达到的前端总线频率有400MHz、533MHz、800MHz、1000MHz、1066MHz等几种。说明：外频和前端总线的区别：外频是CPU与主板间同步运行的速度；前端总线频率是CPU与内存间数据传输的速度。例如：型号为IntelP4631的CPU，前端总线频率800MHz，外频200MHz，倍频系数15；其主频为：200MHz＊15＝3GHz。在内存数据位宽度为64位的系统中，800MHz的前端总线频率是指每秒CPU可接受的数据传输量是800MHz＊64bit／8bit／Byte＝6.4GB／s。3、高速缓存：教学阶段教学过程设计意图高速缓存又称为Cache，是一种速度比内存条更快的静态RAM芯片，可与CPU进行高速的数据传输。为减少CPU因等待低速的设备所导致的延迟，提高系统性能，目前CPU内部都集成了一定量的Cache，位于CPU与寄存器和内存单元之间。CPU的Cache越大，系统速度越大。CPU与存储器交换数据通道为：CPU内部寄存器L1CacheL2Cache内存外部存储器L1Cache（一级缓存）：采用与CPU相同的半导体工艺，制作在CPU内部，容量不是很大（32～256KB），与CPU同频运行，无需通过外部总线来交换数据，所以大大节省了存取时间。L2Cache（二级缓存）：CPU内的运行速度与CPU主频相同，称为全速运行，CPU外的运行速度是CPU主频的一半，称为半速运行。L2Cache的容量十分灵活（256～2MB），容量越大，CPU档次越高。L3Cache（三级缓存）：在主板上或者CPU上再外置的大容量缓存，被称为三级缓存。4、扩展指令集：作用是CPU增加的多媒体或者3D处理指令，这些扩展指令可以提高CPU处理多媒体和3D图形的能力。常见的有：MMX：多媒体扩展指令；SSE：因特网数据流单指令扩展；SSE2：数据流单指令多数据扩展指令集2；教学阶段教学过程设计意图SSE3：数据流单指令多数据扩展指令集3；3DNow！：3D图形处理；3DNow！＋：3D图形处理＋指令集。5、CPU内核电压和I／O工作电压：从Pentium开始，CPU的工作电压分为内核电压和I／O工作电压。内核电压：指CPU内核芯片正常工作所需的电压，大小取决于CPU的制作工艺，越小损耗越小。例如Pentium43.4GHz采用0.13工艺内核电压为1.525V，采用0.09工艺时为1.25V。I／O工作电压：指驱动I／O电路的电压。CPU的内核电压小于等于I／O工作电压。CPU的工作电压超过正常工作电压会造成死机或烧毁CPU芯片。6、制造工艺：制作工艺指在硅材料上生产CPU时内部各元件连线宽度，用um表示。值越小越先进，CPU集成的晶体管越多，功耗和散热量越低。现在大多为0.09～0.065um的制作工艺。7、封装形式：封装形式通常采用Socket插座和Slot插槽两大类；Socket插座是现在比较流行的，Slot插槽主要支持前期的PII／PIIICPU的Slot1和Slot2插槽，以及支持AMDCPU的SlotA插槽。8、IA－32、IA－64架构：IA是Intel体系架构。分别是指符合Intel体系结构字长为32或64位的CPU。9、双核技术：教学阶段教学过程设计意图双核处理器是指在一个处理器上集成两个运算核心，从而提高计算能力。10、超线程技术：超线程技术利用特殊的硬件指令，把两个逻辑内核模拟成两个物理芯片，让单个处理器能使用线程级并行计算，进而兼容多线程操作系统和软件，减少了CPU的闲置时间，提高CPU的运行频率。但并不等于有两颗CPU。11、CPU的位和字长：CPU的位和字长：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。在单位时间内能处理字长为8bit数据的cpu通常称为8bit的cpu。同理在单位时间内能处理字长为32bit数据的cpu通常称为32bit的二进制cpu。字节和字长的区别：字节：通常将8bit二进制数成为一个字节。它的长度是固定的。字长：cpu在单位时间内能一次处理的二进制数的位数叫字长。因此字长的长度是不定的。如：32位的cpu一次能处理4个字节，64位的cpu一次能处理8个字节.三、主流CPU简介：CPU可以分为桌面、移动、服务器三种类型。有Intel和AMD两大产品。四、CPU的选购：1、按需选购；2、考虑兼容性；3、真假CPU的辨别：造假手段：Remark、以次充好、以散包充原包三种方法。识别方法：教学阶段教学过程设计意图（1）、软件识别法；（2）、手工识别法：刮磨法、相面法、揉搓法、看封线、比价格。五、CPU的散热器：CPU工作产生热量，热量由CPU源源不断的散发出来，由于散热片接触到CPU表面，热量由CPU传到散热片上，再由散热风扇转动所产生的气流将热带走，如此循环，形成整个散热的过程。为保证良好的散热效果，还要用扣具将它们组装起来。散热器组成散热片——散热片的热是经由流动的冷空气带走，跟空气接触的面积越多，散热的速率就越快。散热风扇——送风的部分；其扇叶的数量、形状和倾斜程度都影响着散热效果。扣具——扣具设计是随CPU而定，不同的CPU要选用对应的扣具。选购CPU散热器时应考虑以下几个方面：1、散热片材料：铜和铝；铜太贵，多用铝。2、散热片热交换效果：越薄、越密集、表面积越大效果越好。3、风扇：转速高、风量大、噪声小、电压小越好，以及采用轴承好坏和使用寿命长短。4、适用CPU范围：教学阶段教学过程设计意图附注：测试CPU的温度的方法：在CPU附近安装热敏电阻作为温度探头。其中插槽式CPU的温度探头位于插座旁边，针脚式插座CPU的温度探头位于插座底部的中心位置。补充：地址总线速度：地址总线速度决定了CPU可以直接寻址的内部空间的大小，位数越大，则可以直接寻址空间就越大。例如：一台计算机的地址总线是32位，可以直接寻址的内存空间为4GB，请问4GB的内存空间是如何计算出来的？你从本题中能得出什么结论？寻址空间＝232＝210×210×210×22B＝4GB强化练习例1：Socket478中478表示的含义是（）A、478元B、478MHzC、478GHzD、478个引脚分析：Socket插座是主板上的一个正方形的插座，插座四周分布着数量不等的管脚，是目前较为流行的CPU接口，Socket后面的数字478表示插座上有478个信号管脚。答案：D例2：下面选项中，不在CPU的内部。A、L1CacheB、L2CacheC、L3CacheD、寄存器分析：高速缓存又称Cache，是一种速率比内存条更快的静态RAM芯片。为减少CPU因等待低速教学阶段教学过程设计意图的设备所导致的延迟，提高系统性能，在CPU芯片内部集成了一定容量的Cache，他们先于CPU内部寄存器与内存变换数据。CPU内部的Cache可以分为L1Cache和L2Cache，L3Cache一般集成在CPU外部，如主板、硬盘上。答案：C例3：CPU正常工作电压可能是（）A、220VB、110VC、12VD、1.5V分析：CPU正常工作电压是1.5V左右，市电压为220V，12V是为P4CPU专设的。答案：D例4：下列各选项中，属于CPU插座型号的是（）A、Socket370B、SLOTC、PCID、INTEL810分析：Socket是的CPU插座，SLOT是的CPU插槽，PCI是一种局部总线标准，INTEL810是一种CPU型号。答案：A例5：CPU外频指的是的频率。分析：CPU主频指的是CPU的时钟频率，CPU外频指系统总线的时钟频率。答案：系统总线例6：在P4机中，CPU与主板之间同步运行的速率是（）A、前端总线频率B、外频C、主频D倍频教学阶段教学过程设计意图分析：本题主要考查了CPU的几个性能指标。主频又叫CPU的工作频率或CPU内部总线频率。外频是系统总线的工作频率，是CPU与主板之间同步运行的速率。倍频系数是指CPU主频与外频的倍数。前端总线频率FSB