,计算机组装与维护, 讲义
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元
二
CPU
介
绍
? CPU主要技术
? 处理器发展历程
? CPU选购与辩别
? 关于超频问题
单元二 CPU介绍
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单
元
二
CPU
介
绍
2.1 CPU概 述
CPU的英文全称是 Central Processing Unit,
中文名称即中央处理单元，也称为微处理器。随着
超大规模集成电路（电阻、电容、三极管、二极管
等等组成的成千上万个复杂电子电路）制造技术的
发展,CPU的主频（ CLK）越来越高（目前以达
到 3.06GHz以上），在其中所集成的电子元件（电
阻、电容、三极管、二极管等等）越来越多，功能
也越来越大。 CPU作为整个微型机系统的核心，已
成为各种档次微型机的代名词，如以往的
386.486.Peneium (奔腾 ).PeneiumⅡ,Peneium Ⅲ,到
目前的 Peneium4.K8等。 CPU的性能大致上反映了
一台计算机的性能，因此它的性能指标十分重要。
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元
二
CPU
介
绍
2.2 CPU 的基本组成
几个重要概念,
1．时钟：
一般时钟脉冲（ CLK）就是最基本的时序
信号，是整个机器的时间基准，称为机器的主
频（也称工作频率）。 T为时钟周期。
t
第 n条指令的指令周期
T
第 n+1条指令的指令周期
T
CLK
图 2-1 CPU的工作频率
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二
CPU
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2．时序：
不同信号线上，在不同时刻的信号，有不同
的波形。可示意如图 2-2、如图 2-3。
时序控制逻辑
CLK
C1
C2
时序控制
逻辑
图 2-2 时序控制逻辑图
C1
C2
t
t2t1
t4t3
t
图 2-3 C1,C2时序图
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二
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3．时序控制逻辑,用于产生不同的控制信号。
如图 2-2。
时序控制逻辑
CLK
C1
C2
时序控制
逻辑
图 2-2 时序控制逻辑图
C1
C2
t
t2t1
t4t3
t
图 2-3 C1,C2时序图
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4．寄存器,如图 2-4中，粗线框所示为寄存器。
为电子线路的示意图，在 C1,C2如图 2-3的时序
控制下二进制数据 10101010从下部传到了上部。
1 01 01 01 0
1 01 01 01 0
C2
1 01 01 01 0
1 01 01 01 0
1 01 01 01 0
C1
图 2-4 寄存器 (电路 )示意图
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5．指令周期,执行一条指令所需要的时间叫做一
个指令周期，不同指令的周期有可能不同（一般
为几个 T）。如图 2-1所示。
6．算术逻辑部件,如图 2-4是一个加法器，可以
进行一位的二进制的加法运算。
Ci-1
Ci +
Ai Bi
Yi
T
图 2-4一位加法器
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7,运算单元,实际上，运算单元是一个多位二
进制运算器，可进行多位加法、减法、乘法、除
法的算术运算及位运算。多位加法的电路原理，
我们可用图 2-6表示。
0
C0 +
A0 B0
Y0
C1 +
A1 B1
Y1
C2 +
A2 B2
Y2
C3 +
A3 B3
Y3
C4 +
A4 B4
Y4
C5 +
A5 B5
Y5
C6 +
A6 B6
Y6
Cy +
A7 B7
Y7
图 2-6八位加法器 ALU
T
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2.3 CPU 的发展
1971年 Intel公司推出了世界上第一个微处
理器 4004。
2.3.1 从 8086到 80486
1971年 Intel公司先后生产出 16位的微处理
器 8086和 8088芯片，同时还生产出与之相配合
的数学协微处理器 i8087.
Zilog公司和 Motorola公司也分别推出功能
大致相当的 16位微处理器 Z8000和 M6800。
从 80286开始,CPU的工作方式也演变正两
种：实模式和保护模式（虚地址模式）。
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。
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图 2-7 8088与 80286
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2.3.2 Pentium(奔腾 )和 Pentium MMX
Pentium 微处理器是 P5家族的第一代微处理
器，由 Intel公司 1993年 3月推出。同期 AMD公司
和 Cyrix公司分别推出 K5和 6x86微处理器与 Intel
公司竞争。
图 2-8 Pentium 微处理器与 AMD-
K5
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2.3.3 Pentium Pro
Pentium Pro是第一个属于第六代 CPU的产品。此款
CPU还是第一款使用独立双总线结构的 CPU。
2.3.4 PentiumⅡ 和 Pentium Ⅲ
1997年 5月 Intel公司又推出一个新的系列产品 Pentium
Pro的改进型，核心其实就是 Pentium Pro + MMX，它支
持 MMX技术，同时将 L1 Cache提高到 32KB，并采用了独
立双重总线结构，在速度上大幅度提高了运行频率。
PentiumⅡ CPU内部的电路板上装有 CPU内部的电路板上
装有 CPU核心芯片,L2 Cache和 Cache控制器。 Intel 公
司 1999年第一季度发布了 Pentium III 新产品，结构上
Pentium III 仍是 32位结构（ IA-32）。同期 AMD也推出
性能相当的 K6,K6-2,K6-3和 K7微处理器。
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图 2-9 PentiumⅡ 和 Pentium Ⅲ
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2.3.5 Pentium 4
Pentium 4 微处理器是 Intel 公司 2000年 6月
全新推出的 IA-32结构微处理器。 AMD 公司也推
出了新一代的微处理器，市场上的正式名称是
Athlon XP.
图 2-10 Pentium 4
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2.3.6 CPU品牌
1,Intel公司产品是全球最大生产 CPU厂商，一
直领导着世界 CPU生产技术新潮流，其产品的
市场份额在 70%以上。
2,AMD公司是当今世界第二大 CPU制造商。
目前 AMD公司的主要产品有 K5,K6,K7、
Athlon（速龙）,Duron（毒龙）、
Thunderbird（雷鸟）系列。下面介绍目前较为
流行 Athlon XP系列 CPU产品。
（ 1）超标量完全管道化微体系结构。
（ 2）超标量完全管道化浮点。
（ 3）专业 3DNow!指令集。
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AMD对 Athlon系列处理器采用了新的命名
规则,Athlon XP处理器型号和实际频率的换
实际频率 = 2× 型号 /3+333（ MHz
根据这个公式计算,AthlonXP2700+的实
际频率是 2× 2700/3+333=2.13GHz。
3.Cyrix公司
Cyrix（发音赛瑞克斯）是一家为个人电脑
和资讯应用产品供应廉价处理器的公司，它和
AMD 与 Intel 争夺低端微处理器市场。位于台
湾的处理器芯片供应商，威盛电子（ VIA
Technologies），收购了 Cyrix公司,Cyrix变成
了 VIA Cyrix MII处理器,VIA同样拥有自己的
VIA C3处理器。
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4.我国的龙芯 CPU的发展
2002年神州龙芯第一款通用 CPU—— 龙芯
一号的问世，打破了长期以来中国信息技术产
业无芯的局面,2005年推出的完全自主产权的
CPU IP核业务，彻底结束了中国信息科技的
“有芯无核”的历史，增强了信息科技产业化
建设的核心竞争力，为中国的集成电路产业发
展奠定了坚实的基础。神州龙芯的系列 CPU和
CPU IP产品具有高可靠性、高安全性、高通用
性的显著特点。
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2.4 CPU的主要技术指标
2.4.1 字长或位数
CPU的字长通常是指 CPU内部数据总线宽度
或位数。我们知道 CPU有内部数据线和外部数据
线之分，比如 8088的 CPU内部数据线为 16位，而
外部数据线为 8位，那么我们就说它的字长为 16位，
仍是 16位处理器，只不过是 CPU与内存交换数据
时是按 8位方式传送数据的。又比如 Pentium4
CPU内部数据线为 32位，而外部地址线是 36位，
外部数据线为 64位，它的字长仍然为 32位，所以
Pentium4还是 32位处理器，而不能称为 64位处理
器。
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2.4.2 CPU主频、外频,FSB频率
CPU主频也叫 CPU的工作频率或 CPU内部总
线频率，是 CPU内核（整数和浮点运算器）电路
的实际运行频率，也就是 CPU自身工作频率。
CPU的外频是指 CPU从主板上获得的工作频
率。它是由主板上晶体震荡电路为 CPU提供的基
准时钟频率，也就是主板的工作频率。
为了提高 CPU的工作频率，就在 CPU内部增
加一个时钟倍频电路，这个时钟倍频电路将从
CPU外部接收到时钟信号，即外频，按照一定的
倍频系数提高，从而获得 CPU实际运行的工作频
率，这个频率就是 CPU的主频。这样 CPU主频、
外频和倍频系数关系如下：
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CPU主频 = CPU外频 × 倍频系数
前端总线（ FSB,Front Side Bus）指主
板芯片组中的北桥芯片与 CPU之间传输数据
的通道，因此也可以称为是 CPU的外部总线。
在 Athlon中使用所谓的 EV6技术,Athlon
的前端总线等效的工作频率是外频的 2倍。
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2.5 CPU新技术
2.5.1 高速缓冲存储器 Cache
Cache就是用来存放 CPU将要处理的数据，
或者说根据 Cache的算法，将程序有可能要执行
的指令或数据先放到 Cache中。当 CPU处理数据
时，首先到 Cache中查找所要读取的数据或指令，
如果找到则直接读取，称为命中。如果没有找到，
再到内存中查找所要读取的数据。在 CPU访问数
据时，能在 Cache中直接找到数据的概率称为
Cache命中率，它是 Cache的一个重要指标，与
Cache的大小,Cache算法、程序特性等因素有关。
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2.5.2 指令特殊扩展技术
指令特殊扩展技术指 CPU有对 x86 指令集
进行指令扩展的技术，目的是提高计算机的性
能。
1,MMX主要用于增强 CPU对多媒体信息的处
理，提高 CPU处理 3D图形、视频和音频信息的
能力。
2,3D NOW!是重点提高了 AMD公司 K6系列
CPU对 3D图形的处理能力。
3,SSE是因特网数据流单指令序列扩展,SSE
包括了原 MMX和 3D Now!指令集中的所有功能，
而且特别加强了 SIMD浮点处理能力。
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2.5.3 CPU的生产工艺
CPU生产工艺是指 CPU制造工艺技术，目
前生产 CPU主要是采用“光刀”加工各种电路
和元器件的，并采用金属铜沉淀在硅材料上后
用“光刀”刻成导线连接各元器件。现在光刻
的精度一般用微米（ um）表示，精度越高表
示生产工艺越先进。因为精度越高则可以在相
同面积的硅材料上生产出更多的元件，所加工
出的连接导线也就越细和越短，这样生产出的
CPU工作频率可以做得更高。
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2.5.4 超线程技术
超线程技术，简称 HTT技术就是在 CPU中
加入两个及多个逻辑处理单元，利用特殊的硬
件指令，挖掘单个物理处理器的潜力，提高处
理器的性能的一种技术。
支持超线程技术需软硬件的支持，硬件方
面需要主板芯片组的支持，软件方面需要
BIOS和操作系统的支持。例如使用超线程技
术的处理器安装完 Windows XP后，在设备管
理器中能看到两个处理器图标。
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2.5.5纳米技术
自从核心频率达到 1GHz后,Intel和 AMD
就不断提升各自的核心频率。与此同时，微处
理器的制造工艺也从原先 0.18μm过渡到 0.13μm。
另外 0.09μm即 90纳米将成为最新的制造工艺。
在此工艺下，芯片的晶体管体积更小，数量更
多，当然性能更强。 AMD首款 90纳米工艺的
芯片会是一款 Clawhammer家族的微处理器，
的第一块 90纳米技术芯片也会是的一员。 Intel
技术分析师宣布,Intel已经开发出 90纳米技术
的芯片。
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2.5.6 光波技术
随着平板印刷技术的提高,Intel,AMD等
公司在 CPU电路设计方便获得了很大的便利。
预计到 2005年,Intel和 AMD公司都会把制造工
艺提升到 65纳米。那时，一种全新的技术即光
波技术可以代替原先的平板印刷。对于 65纳米
技术的芯片，可以使用 193纳米的紫外线在电路
板上进行印刷，印刷的效果可以同时设计的电
路图完全一样。
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2.6 CPU选购与辨别
2.6.1 CPU的选购
目前,CPU选择的范围越来越大，高端有 P4，
实用有 Athlon XP，而且在每一个档次上都有不同
的选择，在这一节我们学习如何为自己选择一款
适合的 CPU。
首先要提醒大家不要盲目追求主频。目前主
流的 CPU工作频率已经是很高了，虽然 Intel的 P4
3.06GHz已经发售。在 Intel没有推出采用 800MHz
外频作为前端总线的 P4以前,AMD的 Athlon XP
系列曾比同频 P4性能要高出一截，因此主频低不
等于性能差。所以在选购 CPU的时候还有很多需
要注意的地方。
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正确划分用户群是合理选购 CPU的前提。这
里大致把消费群体分为四类，以下是对不同消费
群体的选购 CPU的一些建议。
一、学生群,在校学习计算机的初级朋友，买一
块价格在 500元左右的 Athlon XP的 CPU就很好了，
没有必要买高端的 3.06GHz。因为就算买最好的
CPU，经过一年多的时间价格也降到了原来的几
分之一。
二、家庭用户,2.4GHz的 P4在多媒体方面会表
现得非常好,P4赛扬的也不差。现在市场上的 P4
CPU采用 Northwood核心，前端总线为 533MHz，
L2缓存为 512KB；而最新的 P4赛扬也采用
Northwood核心，前端总线为 400MHz,L2缓存
为 128KB的 Socket478接口的处理器。
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在实际应用方面 P4赛扬并不比 P4差许多，它
们最大的区别就是 P4赛扬所采用的二级缓存是
Northwood核心 P4的一半，所以买电脑来学习的
用户有一块 P4赛扬就完全够用。玩一些大型的 3D
游戏 (比如经典的雷神 Ⅲ,极品飞车等 )，并且对
画面的要求相当高的用户也不要以为只有 P4才会
流畅，其实雷鸟 1GHz也绝对够了。
搞图形设计的选一块 P4 2.4GHz也是非常好
的，软件兼容性比 Athlon XP好。 Athlon XP的性
价比高，但兼容性一般，稳定性略差。如果电脑
只是用来玩游戏，最好买个好风扇，这个 CPU也
是您很好的选择。
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三、公司、学校,一般公司和学校买电脑是处理
数据，要求不是很高，但是要求电脑在整天的大
部分时间都开着，基于 AMD CPU的平台不太稳
定，还有万一出现兼容性的问题，出现蓝屏，而
文件又没有保存，那就糟糕了。所以买个赛扬
1.2GHz(Tualatin核心 )左右的就足够了。
四、特殊用户,比如图形处理和超级游戏玩家，
选用 Intel的 P4 2.4GHz左右 (Northwood核心 )也够
了，并且性能很好。
综上所述，并不是 CPU最快就是电脑性能最
好。 P4 和 Athlon XP绝对是现在高端、主流的代
表；赛扬的稳定和 Duron的高性价比也都不错。
所谓“只买对的，不选贵的”应该是我们购买
CPU的准则。
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2.6.2 CPU的辨别
Intel的 CPU制作工艺一向比较先进，发热量很小，
所以超频性能也不俗，市面上大多数被超频 Remark的
CPU都是 Intel的，为了防止这种情况蔓延,Intel发布了一
款 CPU频率测试软件，可以通过简单的测试来分辨出 CPU
是否经过超频，这款软件的名称就是 Processor Frequency
ID Utility，最新版本为 4.0版。
Processor Frequency ID Utility的频率测试功能这个
页面里主要有两个项目：分别为预期的频率和报告的频率。
其中预期频率是 CPU和系统总线的标称频率，即真实频率。
而报告频率则是 CPU和系统总线的实际运行频率。通过对
两者的比较，我们可以很容易地看出 CPU是否已被超频，
两者一致的话，说明 CPU没有超频。如果报告频率比预期
频率高，则说明 CPU已超频，并且软件会给出警告信息。
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AMD的 CPU和 Intel的相比，发热比较大，
超频的难度也增加了不少，但只要是 CPU就总会
有超频的可能，而且由于没有官方的检测软件，
以及 AMD的 CPU能够比较容易地破除倍频进行超
频，因此鉴别 AMD CPU是否被超频 Remark的难
度要比 Intel大很多，不过我们还是可以通过一些
特别的方法来进行鉴别。 图 2-11 AMD CPU 的 L1
桥
虽然没有官方的检测软件，但我们可以通过
第三方的检测软件对 AMD的 CPU进行辨别，例如
WCPUID，它对 CPU的辨别能力是很强的，特别
是对超外频的 CPU，绝对可以做到明察秋毫。
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第二种方法就是通过目测来进行分辨了，这
种方法主要是用来识别被破除了倍频限制的 AMD
CPU，因为要破倍频，就必须修改处理器表面的
L1桥，大家只要细心看看，一定可以看出来的。
图 2-11 AMD CPU 的 L1桥
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2.7 主流 CPU简介
2.7.1 AMD双核心 Opteron CPU
AMD推出的双核心技术，
采用 Socket 940接口核心代号
为 Egypt，据 AMD表示双核心
处理器可以在更新 BIOS下用
于旧主板上，因 AMD的 K8结
构拥有 System Request
Interface及 Crossbar，可让两
内核于芯片内进行运算，而不
需改变主机的结构，对外拥有
3条 Hyper Tranpsort总线。图 2-12 AMD双核心Opteron CPU
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相对于 Intel来说，无疑 AMD于 Dual Core方
面会比较有优势,Intel的 Dual Core和 SMP平行运
算一样，两个核心都必需要通过总线作沟通，利
用外频作沟通，以确保两个核心内部的 Cache资
料是同步更新的，否则可能会导致运算出错。但
AMD核心内部有 System Request Queue和
Crossbar，它们能于处理器内部就能互相沟通以
减低因要占用总线而产生的推迟，加上系统存储
器内建于控制器内，也令 AMD于 Dual Core中，
其结构比 Intel更为优胜。
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注意,需更新 BIOS才能正确认出 AMD的 Dual
Core。现在大部份 Tyan主板都可以通过 BIOS
来支持 Dual Core Opteron，但并不排除一些超
旧的形号因设计上的原因而未能支持 Dual
Core Opteron。
2、正式版型号
AMD已于 2005年 4月正式推出包括了
Opteron 265,270,275及 865,870,875，频
率为 1.8GHz,2.0GHz及 2.2GHz的 CPU，它们
的分别在于支持两路或是最高 8路。而较后的
时间将会推出只支持单路的 Opteron 165,170
及 175。
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2.6.2 Intel主流 CPU
Intel自进入 P4时代已经三易其“芯”，早期
的 Willamette核心基本上已经退出市场，主流市
场仍然以 Northwood为主,Prescott则为新一代处
理器所采用，因此即使是低端市场也存在着三种
截然不同的选择。
Willamette核心的 Intel处理器推出时间较早，
采用 Socket 423或 Socket 478接口,0.18微米，核
心电压为 1.75伏，外频为 100MHz，前端总线最高
400MHz，由于工艺落后，性能提升非常有限，
Willamette核心 Socket 423接口的处理器只是昙花
一现，搭配的芯片组主要以 Intel的 I850为主，如
今在市场已是难觅其踪，我们也就不在对其多加
介绍了。
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图 2-13 Willamette核心的 Intel处理器
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Willamette核心 Socket 423接口的 P4 外形上
比较容易辨别 Willamette核心 Socket 478接口的
P4处理器主频覆盖 1.5G到 2.0G之间，赛扬则主要
有 1.7G和 1.8G两款。
图 2-14 赛扬 1.7G和 1.8G两款
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2.7 关于超频问题
2.7.1 什么是超频
超频就是通过主板跳线或 CMOS程序设置使
得 CPU等硬件的实际工作频率大于标称频率，从
而把计算机硬件的潜在能力充分释放出来的过程。
在生产 CPU时为确保产品的质量，一般均保
留有 20%或更多的余量，这样就为超频留下了空
间。
超频也有两种方法，一种是提高 CPU的外频，
另一种是提高 CPU的倍频系数。
在 CPU超频的同时系统的其它部件也在超频。
必须考虑其它部件的超频承受能力，否则可能会
使超频失败。
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2.7.2 超频条件
CPU超频的成功与否取决于很多方面的因
素，在进行超频之前必须考虑 CPU的质量、周
边硬件的质量、散热和通风环境等超频条件。
与超频有关的部件有：
1,CPU
2．主板
3．硬盘
4．显卡与内存
5,机箱内良好的通风和散热
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2.7.3 超频的危害
超频有时确实能提高计算机整体性能，但
是超频的负面影响也不容忽视。首先超频会带
来系统的不稳定性，计算机在运行过程中会产
生不可预见的错误；其次超频会影响 CPU、显
卡芯片、内存、硬盘等计算机重要部件的使用
寿命；最后超频不当会直接造成 CPU等硬件的
损坏，引起直接的经济损失。
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习题
1,CPU内部结构由几个主要部分组成，
各组成部分的主要功能是什么？
2,CPU的主频和外频，倍频三者之间
的关系是什么？
3、目前微型计算机的 CPU生产商主要
有那几个公司？
4、目前 AMD公司的主流 CPU是什么？
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元
二
CPU
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? CPU主要技术
? 处理器发展历程
? CPU选购与辩别
? 关于超频问题
单元二 CPU介绍
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元
二
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2.1 CPU概 述
CPU的英文全称是 Central Processing Unit,
中文名称即中央处理单元，也称为微处理器。随着
超大规模集成电路（电阻、电容、三极管、二极管
等等组成的成千上万个复杂电子电路）制造技术的
发展,CPU的主频（ CLK）越来越高（目前以达
到 3.06GHz以上），在其中所集成的电子元件（电
阻、电容、三极管、二极管等等）越来越多，功能
也越来越大。 CPU作为整个微型机系统的核心，已
成为各种档次微型机的代名词，如以往的
386.486.Peneium (奔腾 ).PeneiumⅡ,Peneium Ⅲ,到
目前的 Peneium4.K8等。 CPU的性能大致上反映了
一台计算机的性能，因此它的性能指标十分重要。
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2.2 CPU 的基本组成
几个重要概念,
1．时钟：
一般时钟脉冲（ CLK）就是最基本的时序
信号，是整个机器的时间基准，称为机器的主
频（也称工作频率）。 T为时钟周期。
t
第 n条指令的指令周期
T
第 n+1条指令的指令周期
T
CLK
图 2-1 CPU的工作频率
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2．时序：
不同信号线上，在不同时刻的信号，有不同
的波形。可示意如图 2-2、如图 2-3。
时序控制逻辑
CLK
C1
C2
时序控制
逻辑
图 2-2 时序控制逻辑图
C1
C2
t
t2t1
t4t3
t
图 2-3 C1,C2时序图
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3．时序控制逻辑,用于产生不同的控制信号。
如图 2-2。
时序控制逻辑
CLK
C1
C2
时序控制
逻辑
图 2-2 时序控制逻辑图
C1
C2
t
t2t1
t4t3
t
图 2-3 C1,C2时序图
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4．寄存器,如图 2-4中，粗线框所示为寄存器。
为电子线路的示意图，在 C1,C2如图 2-3的时序
控制下二进制数据 10101010从下部传到了上部。
1 01 01 01 0
1 01 01 01 0
C2
1 01 01 01 0
1 01 01 01 0
1 01 01 01 0
C1
图 2-4 寄存器 (电路 )示意图
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5．指令周期,执行一条指令所需要的时间叫做一
个指令周期，不同指令的周期有可能不同（一般
为几个 T）。如图 2-1所示。
6．算术逻辑部件,如图 2-4是一个加法器，可以
进行一位的二进制的加法运算。
Ci-1
Ci +
Ai Bi
Yi
T
图 2-4一位加法器
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7,运算单元,实际上，运算单元是一个多位二
进制运算器，可进行多位加法、减法、乘法、除
法的算术运算及位运算。多位加法的电路原理，
我们可用图 2-6表示。
0
C0 +
A0 B0
Y0
C1 +
A1 B1
Y1
C2 +
A2 B2
Y2
C3 +
A3 B3
Y3
C4 +
A4 B4
Y4
C5 +
A5 B5
Y5
C6 +
A6 B6
Y6
Cy +
A7 B7
Y7
图 2-6八位加法器 ALU
T
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2.3 CPU 的发展
1971年 Intel公司推出了世界上第一个微处
理器 4004。
2.3.1 从 8086到 80486
1971年 Intel公司先后生产出 16位的微处理
器 8086和 8088芯片，同时还生产出与之相配合
的数学协微处理器 i8087.
Zilog公司和 Motorola公司也分别推出功能
大致相当的 16位微处理器 Z8000和 M6800。
从 80286开始,CPU的工作方式也演变正两
种：实模式和保护模式（虚地址模式）。
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。
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图 2-7 8088与 80286
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2.3.2 Pentium(奔腾 )和 Pentium MMX
Pentium 微处理器是 P5家族的第一代微处理
器，由 Intel公司 1993年 3月推出。同期 AMD公司
和 Cyrix公司分别推出 K5和 6x86微处理器与 Intel
公司竞争。
图 2-8 Pentium 微处理器与 AMD-
K5
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2.3.3 Pentium Pro
Pentium Pro是第一个属于第六代 CPU的产品。此款
CPU还是第一款使用独立双总线结构的 CPU。
2.3.4 PentiumⅡ 和 Pentium Ⅲ
1997年 5月 Intel公司又推出一个新的系列产品 Pentium
Pro的改进型，核心其实就是 Pentium Pro + MMX，它支
持 MMX技术，同时将 L1 Cache提高到 32KB，并采用了独
立双重总线结构，在速度上大幅度提高了运行频率。
PentiumⅡ CPU内部的电路板上装有 CPU内部的电路板上
装有 CPU核心芯片,L2 Cache和 Cache控制器。 Intel 公
司 1999年第一季度发布了 Pentium III 新产品，结构上
Pentium III 仍是 32位结构（ IA-32）。同期 AMD也推出
性能相当的 K6,K6-2,K6-3和 K7微处理器。
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图 2-9 PentiumⅡ 和 Pentium Ⅲ
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2.3.5 Pentium 4
Pentium 4 微处理器是 Intel 公司 2000年 6月
全新推出的 IA-32结构微处理器。 AMD 公司也推
出了新一代的微处理器，市场上的正式名称是
Athlon XP.
图 2-10 Pentium 4
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2.3.6 CPU品牌
1,Intel公司产品是全球最大生产 CPU厂商，一
直领导着世界 CPU生产技术新潮流，其产品的
市场份额在 70%以上。
2,AMD公司是当今世界第二大 CPU制造商。
目前 AMD公司的主要产品有 K5,K6,K7、
Athlon（速龙）,Duron（毒龙）、
Thunderbird（雷鸟）系列。下面介绍目前较为
流行 Athlon XP系列 CPU产品。
（ 1）超标量完全管道化微体系结构。
（ 2）超标量完全管道化浮点。
（ 3）专业 3DNow!指令集。
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AMD对 Athlon系列处理器采用了新的命名
规则,Athlon XP处理器型号和实际频率的换
实际频率 = 2× 型号 /3+333（ MHz
根据这个公式计算,AthlonXP2700+的实
际频率是 2× 2700/3+333=2.13GHz。
3.Cyrix公司
Cyrix（发音赛瑞克斯）是一家为个人电脑
和资讯应用产品供应廉价处理器的公司，它和
AMD 与 Intel 争夺低端微处理器市场。位于台
湾的处理器芯片供应商，威盛电子（ VIA
Technologies），收购了 Cyrix公司,Cyrix变成
了 VIA Cyrix MII处理器,VIA同样拥有自己的
VIA C3处理器。
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4.我国的龙芯 CPU的发展
2002年神州龙芯第一款通用 CPU—— 龙芯
一号的问世，打破了长期以来中国信息技术产
业无芯的局面,2005年推出的完全自主产权的
CPU IP核业务，彻底结束了中国信息科技的
“有芯无核”的历史，增强了信息科技产业化
建设的核心竞争力，为中国的集成电路产业发
展奠定了坚实的基础。神州龙芯的系列 CPU和
CPU IP产品具有高可靠性、高安全性、高通用
性的显著特点。
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2.4 CPU的主要技术指标
2.4.1 字长或位数
CPU的字长通常是指 CPU内部数据总线宽度
或位数。我们知道 CPU有内部数据线和外部数据
线之分，比如 8088的 CPU内部数据线为 16位，而
外部数据线为 8位，那么我们就说它的字长为 16位，
仍是 16位处理器，只不过是 CPU与内存交换数据
时是按 8位方式传送数据的。又比如 Pentium4
CPU内部数据线为 32位，而外部地址线是 36位，
外部数据线为 64位，它的字长仍然为 32位，所以
Pentium4还是 32位处理器，而不能称为 64位处理
器。
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2.4.2 CPU主频、外频,FSB频率
CPU主频也叫 CPU的工作频率或 CPU内部总
线频率，是 CPU内核（整数和浮点运算器）电路
的实际运行频率，也就是 CPU自身工作频率。
CPU的外频是指 CPU从主板上获得的工作频
率。它是由主板上晶体震荡电路为 CPU提供的基
准时钟频率，也就是主板的工作频率。
为了提高 CPU的工作频率，就在 CPU内部增
加一个时钟倍频电路，这个时钟倍频电路将从
CPU外部接收到时钟信号，即外频，按照一定的
倍频系数提高，从而获得 CPU实际运行的工作频
率，这个频率就是 CPU的主频。这样 CPU主频、
外频和倍频系数关系如下：
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CPU主频 = CPU外频 × 倍频系数
前端总线（ FSB,Front Side Bus）指主
板芯片组中的北桥芯片与 CPU之间传输数据
的通道，因此也可以称为是 CPU的外部总线。
在 Athlon中使用所谓的 EV6技术,Athlon
的前端总线等效的工作频率是外频的 2倍。
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2.5 CPU新技术
2.5.1 高速缓冲存储器 Cache
Cache就是用来存放 CPU将要处理的数据，
或者说根据 Cache的算法，将程序有可能要执行
的指令或数据先放到 Cache中。当 CPU处理数据
时，首先到 Cache中查找所要读取的数据或指令，
如果找到则直接读取，称为命中。如果没有找到，
再到内存中查找所要读取的数据。在 CPU访问数
据时，能在 Cache中直接找到数据的概率称为
Cache命中率，它是 Cache的一个重要指标，与
Cache的大小,Cache算法、程序特性等因素有关。
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2.5.2 指令特殊扩展技术
指令特殊扩展技术指 CPU有对 x86 指令集
进行指令扩展的技术，目的是提高计算机的性
能。
1,MMX主要用于增强 CPU对多媒体信息的处
理，提高 CPU处理 3D图形、视频和音频信息的
能力。
2,3D NOW!是重点提高了 AMD公司 K6系列
CPU对 3D图形的处理能力。
3,SSE是因特网数据流单指令序列扩展,SSE
包括了原 MMX和 3D Now!指令集中的所有功能，
而且特别加强了 SIMD浮点处理能力。
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2.5.3 CPU的生产工艺
CPU生产工艺是指 CPU制造工艺技术，目
前生产 CPU主要是采用“光刀”加工各种电路
和元器件的，并采用金属铜沉淀在硅材料上后
用“光刀”刻成导线连接各元器件。现在光刻
的精度一般用微米（ um）表示，精度越高表
示生产工艺越先进。因为精度越高则可以在相
同面积的硅材料上生产出更多的元件，所加工
出的连接导线也就越细和越短，这样生产出的
CPU工作频率可以做得更高。
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2.5.4 超线程技术
超线程技术，简称 HTT技术就是在 CPU中
加入两个及多个逻辑处理单元，利用特殊的硬
件指令，挖掘单个物理处理器的潜力，提高处
理器的性能的一种技术。
支持超线程技术需软硬件的支持，硬件方
面需要主板芯片组的支持，软件方面需要
BIOS和操作系统的支持。例如使用超线程技
术的处理器安装完 Windows XP后，在设备管
理器中能看到两个处理器图标。
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2.5.5纳米技术
自从核心频率达到 1GHz后,Intel和 AMD
就不断提升各自的核心频率。与此同时，微处
理器的制造工艺也从原先 0.18μm过渡到 0.13μm。
另外 0.09μm即 90纳米将成为最新的制造工艺。
在此工艺下，芯片的晶体管体积更小，数量更
多，当然性能更强。 AMD首款 90纳米工艺的
芯片会是一款 Clawhammer家族的微处理器，
的第一块 90纳米技术芯片也会是的一员。 Intel
技术分析师宣布,Intel已经开发出 90纳米技术
的芯片。
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2.5.6 光波技术
随着平板印刷技术的提高,Intel,AMD等
公司在 CPU电路设计方便获得了很大的便利。
预计到 2005年,Intel和 AMD公司都会把制造工
艺提升到 65纳米。那时，一种全新的技术即光
波技术可以代替原先的平板印刷。对于 65纳米
技术的芯片，可以使用 193纳米的紫外线在电路
板上进行印刷，印刷的效果可以同时设计的电
路图完全一样。
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2.6 CPU选购与辨别
2.6.1 CPU的选购
目前,CPU选择的范围越来越大，高端有 P4，
实用有 Athlon XP，而且在每一个档次上都有不同
的选择，在这一节我们学习如何为自己选择一款
适合的 CPU。
首先要提醒大家不要盲目追求主频。目前主
流的 CPU工作频率已经是很高了，虽然 Intel的 P4
3.06GHz已经发售。在 Intel没有推出采用 800MHz
外频作为前端总线的 P4以前,AMD的 Athlon XP
系列曾比同频 P4性能要高出一截，因此主频低不
等于性能差。所以在选购 CPU的时候还有很多需
要注意的地方。
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正确划分用户群是合理选购 CPU的前提。这
里大致把消费群体分为四类，以下是对不同消费
群体的选购 CPU的一些建议。
一、学生群,在校学习计算机的初级朋友，买一
块价格在 500元左右的 Athlon XP的 CPU就很好了，
没有必要买高端的 3.06GHz。因为就算买最好的
CPU，经过一年多的时间价格也降到了原来的几
分之一。
二、家庭用户,2.4GHz的 P4在多媒体方面会表
现得非常好,P4赛扬的也不差。现在市场上的 P4
CPU采用 Northwood核心，前端总线为 533MHz，
L2缓存为 512KB；而最新的 P4赛扬也采用
Northwood核心，前端总线为 400MHz,L2缓存
为 128KB的 Socket478接口的处理器。
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在实际应用方面 P4赛扬并不比 P4差许多，它
们最大的区别就是 P4赛扬所采用的二级缓存是
Northwood核心 P4的一半，所以买电脑来学习的
用户有一块 P4赛扬就完全够用。玩一些大型的 3D
游戏 (比如经典的雷神 Ⅲ,极品飞车等 )，并且对
画面的要求相当高的用户也不要以为只有 P4才会
流畅，其实雷鸟 1GHz也绝对够了。
搞图形设计的选一块 P4 2.4GHz也是非常好
的，软件兼容性比 Athlon XP好。 Athlon XP的性
价比高，但兼容性一般，稳定性略差。如果电脑
只是用来玩游戏，最好买个好风扇，这个 CPU也
是您很好的选择。
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三、公司、学校,一般公司和学校买电脑是处理
数据，要求不是很高，但是要求电脑在整天的大
部分时间都开着，基于 AMD CPU的平台不太稳
定，还有万一出现兼容性的问题，出现蓝屏，而
文件又没有保存，那就糟糕了。所以买个赛扬
1.2GHz(Tualatin核心 )左右的就足够了。
四、特殊用户,比如图形处理和超级游戏玩家，
选用 Intel的 P4 2.4GHz左右 (Northwood核心 )也够
了，并且性能很好。
综上所述，并不是 CPU最快就是电脑性能最
好。 P4 和 Athlon XP绝对是现在高端、主流的代
表；赛扬的稳定和 Duron的高性价比也都不错。
所谓“只买对的，不选贵的”应该是我们购买
CPU的准则。
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2.6.2 CPU的辨别
Intel的 CPU制作工艺一向比较先进，发热量很小，
所以超频性能也不俗，市面上大多数被超频 Remark的
CPU都是 Intel的，为了防止这种情况蔓延,Intel发布了一
款 CPU频率测试软件，可以通过简单的测试来分辨出 CPU
是否经过超频，这款软件的名称就是 Processor Frequency
ID Utility，最新版本为 4.0版。
Processor Frequency ID Utility的频率测试功能这个
页面里主要有两个项目：分别为预期的频率和报告的频率。
其中预期频率是 CPU和系统总线的标称频率，即真实频率。
而报告频率则是 CPU和系统总线的实际运行频率。通过对
两者的比较，我们可以很容易地看出 CPU是否已被超频，
两者一致的话，说明 CPU没有超频。如果报告频率比预期
频率高，则说明 CPU已超频，并且软件会给出警告信息。
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AMD的 CPU和 Intel的相比，发热比较大，
超频的难度也增加了不少，但只要是 CPU就总会
有超频的可能，而且由于没有官方的检测软件，
以及 AMD的 CPU能够比较容易地破除倍频进行超
频，因此鉴别 AMD CPU是否被超频 Remark的难
度要比 Intel大很多，不过我们还是可以通过一些
特别的方法来进行鉴别。 图 2-11 AMD CPU 的 L1
桥
虽然没有官方的检测软件，但我们可以通过
第三方的检测软件对 AMD的 CPU进行辨别，例如
WCPUID，它对 CPU的辨别能力是很强的，特别
是对超外频的 CPU，绝对可以做到明察秋毫。
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第二种方法就是通过目测来进行分辨了，这
种方法主要是用来识别被破除了倍频限制的 AMD
CPU，因为要破倍频，就必须修改处理器表面的
L1桥，大家只要细心看看，一定可以看出来的。
图 2-11 AMD CPU 的 L1桥
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2.7 主流 CPU简介
2.7.1 AMD双核心 Opteron CPU
AMD推出的双核心技术，
采用 Socket 940接口核心代号
为 Egypt，据 AMD表示双核心
处理器可以在更新 BIOS下用
于旧主板上，因 AMD的 K8结
构拥有 System Request
Interface及 Crossbar，可让两
内核于芯片内进行运算，而不
需改变主机的结构，对外拥有
3条 Hyper Tranpsort总线。图 2-12 AMD双核心Opteron CPU
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相对于 Intel来说，无疑 AMD于 Dual Core方
面会比较有优势,Intel的 Dual Core和 SMP平行运
算一样，两个核心都必需要通过总线作沟通，利
用外频作沟通，以确保两个核心内部的 Cache资
料是同步更新的，否则可能会导致运算出错。但
AMD核心内部有 System Request Queue和
Crossbar，它们能于处理器内部就能互相沟通以
减低因要占用总线而产生的推迟，加上系统存储
器内建于控制器内，也令 AMD于 Dual Core中，
其结构比 Intel更为优胜。
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注意,需更新 BIOS才能正确认出 AMD的 Dual
Core。现在大部份 Tyan主板都可以通过 BIOS
来支持 Dual Core Opteron，但并不排除一些超
旧的形号因设计上的原因而未能支持 Dual
Core Opteron。
2、正式版型号
AMD已于 2005年 4月正式推出包括了
Opteron 265,270,275及 865,870,875，频
率为 1.8GHz,2.0GHz及 2.2GHz的 CPU，它们
的分别在于支持两路或是最高 8路。而较后的
时间将会推出只支持单路的 Opteron 165,170
及 175。
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2.6.2 Intel主流 CPU
Intel自进入 P4时代已经三易其“芯”，早期
的 Willamette核心基本上已经退出市场，主流市
场仍然以 Northwood为主,Prescott则为新一代处
理器所采用，因此即使是低端市场也存在着三种
截然不同的选择。
Willamette核心的 Intel处理器推出时间较早，
采用 Socket 423或 Socket 478接口,0.18微米，核
心电压为 1.75伏，外频为 100MHz，前端总线最高
400MHz，由于工艺落后，性能提升非常有限，
Willamette核心 Socket 423接口的处理器只是昙花
一现，搭配的芯片组主要以 Intel的 I850为主，如
今在市场已是难觅其踪，我们也就不在对其多加
介绍了。
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图 2-13 Willamette核心的 Intel处理器
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Willamette核心 Socket 423接口的 P4 外形上
比较容易辨别 Willamette核心 Socket 478接口的
P4处理器主频覆盖 1.5G到 2.0G之间，赛扬则主要
有 1.7G和 1.8G两款。
图 2-14 赛扬 1.7G和 1.8G两款
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2.7 关于超频问题
2.7.1 什么是超频
超频就是通过主板跳线或 CMOS程序设置使
得 CPU等硬件的实际工作频率大于标称频率，从
而把计算机硬件的潜在能力充分释放出来的过程。
在生产 CPU时为确保产品的质量，一般均保
留有 20%或更多的余量，这样就为超频留下了空
间。
超频也有两种方法，一种是提高 CPU的外频，
另一种是提高 CPU的倍频系数。
在 CPU超频的同时系统的其它部件也在超频。
必须考虑其它部件的超频承受能力，否则可能会
使超频失败。
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2.7.2 超频条件
CPU超频的成功与否取决于很多方面的因
素，在进行超频之前必须考虑 CPU的质量、周
边硬件的质量、散热和通风环境等超频条件。
与超频有关的部件有：
1,CPU
2．主板
3．硬盘
4．显卡与内存
5,机箱内良好的通风和散热
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2.7.3 超频的危害
超频有时确实能提高计算机整体性能，但
是超频的负面影响也不容忽视。首先超频会带
来系统的不稳定性，计算机在运行过程中会产
生不可预见的错误；其次超频会影响 CPU、显
卡芯片、内存、硬盘等计算机重要部件的使用
寿命；最后超频不当会直接造成 CPU等硬件的
损坏，引起直接的经济损失。
,计算机组装与维护, 讲义
兰州石化职业技术学院计算机系应用教研室
单
元
二
CPU
介
绍
习题
1,CPU内部结构由几个主要部分组成，
各组成部分的主要功能是什么？
2,CPU的主频和外频，倍频三者之间
的关系是什么？
3、目前微型计算机的 CPU生产商主要
有那几个公司？
4、目前 AMD公司的主流 CPU是什么？
