CPU实验报告

微处理器CPU的安装与使用

一、实验目的：

1.掌握CPU的性能参数、安装方法及正确的使用方法。

2.练习辨认不同型号的CPU。

二、实验器材及准备：

不同型号的CPU、主板。

CPU相关知识：

①CPU的位和字长:

位：在数字电路和计算机技术中采用二进制，代码只有“0”

和“1”，其中无论是“0”或是“1”在CPU中都是1“位”。

字长：计算机技术中对CPU在单位时间内（同一时间）能

一次处理的二进制数的位数称为字长。所以能处理字长为

8位数据的CPU通常就叫8位的CPU。同理，32位的CPU

就能在单位时间内处理字长为32位的二进制数据。

字节和字长的区别：由于常用的英文字符用8位二进制数

就可以表示，所以通常就将8位称为一个字节。字节的长

度是固定的，而字长的长度是不固定的，对于不同的CPU，字长的长度也不一样。8位的CPU一次只能处理一个字节，

而32位的CPU一次就能处理4个字节，同理字长为64位

的CPU一次可以处理8个字节。

②主频：

CPU主频也叫时钟频率，是CPU内核（整数和浮点运算器）

电路的实际运行频率，英文全拼为CPU Clock Speed，时钟频率的单位是MHz（兆赫）。但一般来说，主频越高，CPU在一个时钟周期里所能完成的指令数也就越多，CPU的运算速度也就越快。CPU主频的高低与CPU的外频和倍频有关，主频＝外频×倍频。

③内存总线速度与扩展总线：

内存总线速度也叫系统总线速度，一般等于外频，就是指CPU与L2（二级缓存）和内存之间的工作频率。

扩展总线速度,英文全称是Expansion-Bus Speed，扩展总

线就是指局部总线如PCI和VESA总线。PCI局部总线的速

度一般为33.33MHz。所以，在33MHz下，具有32位数据位宽度的扩展总线的带宽为33.33MHz×32b＝1066MB≈

133MBps。由此可见，扩展总线的速度也影响计算机的整体运行速度

④工作电压：

工作电压是指CPU正常工作时所需的电压。早期CPU的工作电压一般为5V，随着CPU主频的提高，CPU工作电压有逐步下降的趋势，以解决发热过高的问题。CPU制造工艺越先进，则工作电压越低，CPU运行时耗电功率就越小。工作电压有两种，分别是输入/输出（I/O）电压和内核（Vcore）电压。

内核电压的高低主要取决于CPU的制造工艺.

⑤地址总线宽度和数据总线宽度：

地址总线宽度:它决定了CPU可以访问的存储器物理地址空

间。对于486上的微机系统，地址总线的宽度为32位，CPU 最多可以直接访问4GB的物理空间。

注意：这里的物理空间的大小指的是内存容量，因为从硬盘等外部存储器中来的数据必需经过内存才能得到CPU的访问。

数据总线宽度:它决定了CPU与二级高速缓存、内存以及输入/输出设备之间一次数据传输的信息量。对于Pentium系列以上级别的CPU来说，数据总线的宽度为64位，这时CPU一次可以同时处理8个字节的数据。

⑥协处理器：一种芯片，用于减轻系统微处理器的特定处理任务。

⑦流水线技术、超标量技术：

流水线（Pipeline）是Intel在486计算机芯片中首次使用。流水线的工作方式就像工业生产上的装配流水线，在CPU中由5～6个不同功能的电路单元组成一条指令处理流水线，然后将一条X86指令分为5～6步后再由这些电路单元分别执行，这样就能在一个CPU时钟周期内完成一条指令，由此提高了CPU的运行速度。目前的Pentium系列CPU 采用了两条具有各自独立电路单元的流水线，这样CPU在工作时就可以通过这两条流水线来同时完成两条指令，因此在理论上可以实现在每一个时钟周期中完成两条指令的目的。

超流水线和超标量技术:超流水线是指某些CPU内部的流水线超过通常的5～6步以上，例如在PentiumII中的流水线就长达14步。流水线设计的步数越多，其完成一条指令的速度越快，因此才能适应工作主频更高的CPU。

超标量（Super Scalar）是指在CPU中有1条以上的流水线，并且每个时钟周期内可以完成一条以上的指令，这种设计就称为超标量技术。

⑧高速缓存：

L1高速缓存（L1 Cache）即一级高速缓存，其容量一般为16KB～64KB，少数可达到128KB，频率与CPU相同。

内置高速缓存可以提高CPU的运行效率，L1高速缓存的容量和结构对CPU的性能影响较大，内部高速缓存越大，系统性能提高越明显。所以这也是目前一些公司力争加大L1 Cache高速缓存器容量的原因。不过高速缓存存储器运行在CPU的时钟频率上，是由静态RAM组成，结构比较复杂，在CPU管芯面积不能太大的情况下，L1高速缓存的容量不可能做得太大。

L2高速缓存（L2 Cache）即二级高速缓存。L2高速缓存的容量和频率对CPU的性能影响也很大。L2 Cache的时钟频率为CPU时钟频率的一半或者全速。L2 Cache一般相当于L1 Cache容量的4～16倍左右。

⑨封装技术：

所谓“封装”，说简单些就是将CPU套上外衣，这样就能保证CPU核心与空气隔离开来，避免尘埃的侵害。好的封装设计还有助于CPU芯片散热，并很好地让CPU与主板连接。CPU封装是采用特定的材料将CPU芯片或CPU模块固化在其中以防损坏的保护措施，一般必须在封装后CPU 才能交付用户使用。CPU的封装方式取决于CPU安装形

式和器件集成设计，从大的分类来看通常采用Socket插座进行安装的CPU使用PGA(栅格阵列)方式封装，而采用

Slot x槽安装的CPU则全部采用SEC(单边接插盒)的形式封装。现在还有PLGA(Plastic Land Grid Array)、

OLGA(Organic Land Grid Array)等封装技术。由于市场竞争日益激烈，目前CPU封装技术的发展方向以节约成本为主。

⑩制造工艺：

制造工艺的微米是指IC内电路与电路之间的距离。制造工艺的趋势是向密集度愈的方向发展。密度愈高的IC电路设计，意味着在同样大小面积的IC中，可以拥有密度更高、功能更复杂的电路设计。现在主要的180nm、130nm、

90nm。最近官方已经表示有65nm的制造工艺了。一般来说“工艺技术”中的数据越小，表明CPU生产技术越先进。

三、实验过程

1.CPU的安装：