第2章 2.1～2.2 CPU 及 CPU 的性能指标 (1. 什么是 CPU、CPU 的核心数频率、工作电压、制造工艺)（课件）-《计算机组装与维修》（电工版第四版）【上好课】

CPU 及 CPU 的性能指标 (1. 什么是 CPU、CPU 的核心数频率、工作电压、制造工艺) 计算机组装与维修 -第5课时- 电工版第四版 学习目标 了解 CPU 组成部分及作用，深入理解各项技术参数的含义与影响。 理解 CPU 逻辑构成与核心作用，通过软件检测参数判断其市场定位。 培养对计算机核心部件的深入认知能力，激发探索硬件技术的兴趣。 1 2 3 知识目标 能力目标 素养目标 目录 教学引入 知识讲授 师生互动 课堂练习 课堂小结 基础知识认知 让我们一起开启单片机的学习之旅。 教学引入 计算机能快速处理各种任务，CPU 起到了怎样的关键作用？ 思考：不同 CPU 性能差异很大，是由哪些因素决定的呢？ 知识讲授 CPU (中央处理器) CPU（中央处理器）是指集成在一块半导体芯片上，兼具运算与控制核心功能的计算机硬件，是整个计算机系统的运算和控制中心，负责执行指令、处理数据，协调计算机各硬件部件有序协同工作。 CPU 相关术语可指导计算机硬件的选配、组装与维护，便于硬件领域的专业交流，保障计算机硬件配置的标准化与兼容性，为计算机整机及相关数字硬件产业发展提供核心技术支撑。 知识讲授 CPU 及 CPU 的性能指标 CPU 的组成与结构 CPU 的性能指标 CPU的组成与结构 第一部分 知识讲授 CPU 的组成与结构 我们通过显微镜来看一看CPU内部是什么样子的 知识讲授 CPU 定义与组成 定义与核心地位 CPU 是计算机的“大脑”，作为核心运算与控制单元，其性能直接决定了整台计算机的运行速度和数据处理能力。 逻辑功能组成 从逻辑功能上划分，CPU 主要由运算器（ALU）和控制器（CU）两大部分构成，二者协同工作完成指令执行。 图示：CPU 简化逻辑结构（运算器、控制器与寄存器） 知识讲授 CPU 封装与内部构成 封装结构 (Package) CPU成品的外部保护层，常见材料为塑胶或陶瓷。封装不仅保护核心免受物理损坏，还承担着关键的散热功能。 内部构成 (Internal Structure) 剥开封装后，内部主要由四部分组成： 基板 (Substrate)：承载核心并连接主板 内核 (Die)：CPU真正进行计算的核心芯片 填充物与金属盖：辅助散热与物理支撑 图示：CPU封装结构拆解图 知识讲授 CPU 的组成与结构 - 基板 基板作用：核心承载与通信 基板是CPU的“底板”，主要作用是承载内核，并负责内核与主板之间的电气信号通信，确保数据传输的高效与准确。 知识讲授 CPU 的组成与结构 - 内核 核心功能：运算的心脏 内核（Die）是CPU真正进行运算的地方。其内部密布着数以亿计的晶体管，所有的数据处理、逻辑判断和计算指令都在这里完成，是处理器的灵魂所在。 知识讲授 CPU 填充物与金属盖 填充物用途：缓冲与减震 在内核和金属盖之间填充的特殊材料，主要用于缓解安装和使用过程中产生的压力，保护脆弱的内核不受损坏。 金属盖作用：防护与散热 CPU最外层的金属盖，一方面可以保护内部核心免受物理损伤，另一方面也能增大散热面积，辅助散热。 背诵记忆 序号 名称 核心说明与记忆要点 1 定义与地位 计算机核心，决定性能，记作用 2 组成部件 运算器和控制器，记构成 3 封装结构 塑胶或陶瓷封装，记材质 4 内部构成 基板、内核等，记部分 5 基板作用 承载内核，负责通信，记功能 6 基板材质 陶瓷或有机材料，记种类 7 内核功能 密布晶体管，完成运算，记任务 8 内核材质 单晶硅制成，记成分 9 填充物用途 缓解压力，保护内核，记目的 10 金属盖作用 保护核心，辅助散热，记功效 课堂练习 单选题 1、CPU 是由（ ）组成的。 A. 运算器和存储器 B. 运算器和控制器 C. 控制器和存储器 D. 运算器、控制器和存储器 【答案】B 【解析】计算机的 CPU 又称微处理器，它由运算器和控制器组成。 课堂练习 单选题 2、CPU 基板的作用不包括（ ） A. 承载 CPU 内核 B. 负责内核芯片和外界的通信 C. 缓解来自散热器的压力 D. 固定 CPU 【答案】C 【解析】CPU 基板负责内核芯片和外界的一切通信，并起着固定 CPU 的作用，缓解来自散热器压力的是 CPU 内核与基板之间的填充物。 CPU的性能指标 第二部分 知识讲授 CPU的性能指标 知识讲授 CPU 的性能指标 - 核心数 核心数定义 核心数指的是CPU内部集成的独立运算核心的数量，是衡量CPU并行处理能力的重要指标。核心越多，理论上同时处理的任务越多。 发展趋势 随着软件对多线程优化的支持越来越好，CPU的发展趋势是集成更多的核心，以满足日益增长的多任务处理需求。 知识讲授 CPU 的性能指标 - 多核CPU 主流多核产品格局 市场现状： Intel 酷睿与 AMD 锐龙系列均全面普及多核架构。 核心数选择丰富，从入门级 4 核到高性能 8 核及以上。 核心功能与优势 工作原理： 每个核心是独立的运算单元，可并行执行指令。 通过操作系统调度，同时处理多任务或拆分单任务，显著提升整体效率。 知识讲授 CPU 的性能指标 - 频率 核心三要素：主频、外频、倍频系数。 计算公式：主频 = 外频 × 倍频系数。这是决定CPU运行速度的基础公式。 知识讲授 CPU 的性能指标 - 外频与倍频 外频作用 (External Frequency) 外频是CPU与主板之间同步工作的时钟频率，它是整个计算机系统的基准频率，决定了数据传输的基础速度。 知识讲授 CPU 的性能指标 - 工作电压 工作电压定义 工作电压是指CPU正常稳定工作时所需的供电电压。它是CPU运行的基础保障，直接关系到处理器能否发挥其设计性能。 知识讲授 CPU 的性能指标 - 制造工艺 什么是制造工艺？ 单位定义：通常用纳米（nm）表示，代表晶体管之间的最小间距。 衡量标准：数字越小，代表工艺制程越先进，晶体管体积越小。 知识讲授 CPU 的性能指标 - 制造工艺 密度与性能：相同面积集成更多晶体管，支持更多核心与更高频率。 能效优化：显著降低CPU的功耗和发热量，提升整体能效比。 知识讲授 CPU 的性能指标 - 制造工艺 背诵记忆 序号 名称 核心说明与记忆要点 1 核心数定义 CPU 重要部分，记地位 2 发展方向 多核心等趋势，记方向 3 主流产品 Intel、AMD 多核，记品牌 4 核心功能 执行运算处理，记任务 5 频率指标 主频、外频、倍频，记类型 6 主频影响 主频高运算快，记关系 7 外频作用 系统基准频率，记用途 8 倍频技术 提升主频方法，记原理 9 工作电压 正常工作所需电压，记含义 10 制造工艺 晶体管间距指标，记参数 看图说话 以上这张图片体现了Cpu制作工艺的哪些流程？ 课堂练习 单选题 1、CPU 的主频等于（ ） A. 外频 + 倍频系数 B. 外频 - 倍频系数 C. 外频 × 倍频系数 D. 外频 ÷ 倍频系数 【答案】C 【解析】 CPU 的主频 = 外频 × 倍频系数。 课堂练习 判断题 1、制造工艺的提高不能使 CPU 的销售价格降低。（ ） 【答案】× 【解析】制造工艺提高可以使处理器的核心面积进一步减小，在相同面积的晶圆上可以制造出更多的 CPU 产品，直接降低 CPU 的产品成本，从而降低 CPU 的销售价格。 2、CPU 的所有算术运算与逻辑运算、数据处理都由核心执行。（ ） 【答案】√ 【解析】 CPU 所有的算术运算与逻辑运算、数据处理都由核心执行。 师生互动 师生互动 1 随着技术发展，未来 CPU 的性能指标可能会有哪些新的突破和变化？除了传统的核心数和主频，还会有哪些新的维度来衡量 CPU 的综合性能？ 知识拓展 异构计算架构 CPU将与GPU、AI加速器等紧密结合，形成异构计算平台，以更高效地处理多样化的计算任务。 制程极限与新材料 面对硅基工艺的物理极限，未来将探索石墨烯等新材料以及量子计算等颠覆性架构，突破性能瓶颈。 课堂小结 知识点总结 课后任务 布置作业： 绘制一张 CPU 组成结构和性能指标的思维导图。 默写 CPU 各项性能指标的含义和计算公式。 谢谢观看 THANKS Lavf59.14.100 Lavf59.14.100 Lavf59.14.100 $