项目2 第1节：认识CPU及CPU风扇（课件）-《计算机组装与维护》（高教版第二版）【上好课】

2.1：认识CPU及CPU风扇 计算机组装与维护（第2版） 高等教育出版社 掌握CPU的主频、字长、缓存等核心性能参数含义 熟悉CPU风扇的接口类型、散热方式及轴承分类 能准确识别不同品牌CPU的外观特征及型号标识 能使用CPU-Z等软件检测并读取CPU的关键性能数据 培养规范操作意识，养成爱护精密电子元件的职业习惯 树立严谨的科学态度，能够客观分析硬件性能优劣 知识目标 能力目标 素养目标 01 01 01 学习目标 目录 Part 01 教学导入 Part 02 知识讲授 Part 03 师生互动 Part 04 课堂练习 Part 05 课堂小结 教学导入 挑战： 观察右图，找出你认识的各个部件并说出其功能，指出CPU与CPU风扇的位置。 教学导入：CPU的重要性 教学导入 中央处理器（Central Processing Unit，CPU）是一台计算机的运算核心和控制核心，负责执行计算机程序中的指令并处理数据，它相当于计算机的大脑，所有程序运行时，它们的指令都需要通过CPU来执行。所以CPU的性能基本代表了计算机的性能，了解CPU的各种技术参数，对于配置、组装计算机非常重要。 知识讲授 认识CPU及CPU风扇 认识CPU及其性能参数 认识CPU风扇及其关键参数 知识讲授 第一部分 认识CPU及其性能参数 知识讲授：了解CPU的功能 知识讲授：认识CPU的外观 CPU在整个计算机系统中就像人的大脑一样，是整个计算机系统的指挥中心。它的主要功能是负责执行系统指令、数据存储、逻辑运算、传输并控制输入或输出操作指令。 知识讲授：认识CPU生产厂商 CPU 的生产厂商主要有 Intel（英特尔）、AMD（超威） 和龙芯（Loongson），市场上主要销售的是 Intel 和AMD 的产品。 INTEL CORE i7-8700K AMD Ryzen 5 2600X 知识讲授：认识CPU生产厂商 知识讲授：了解Intel常见处理器系列 处理器系列 市场定位 常见插槽/封装类型 主要适用场景 酷睿 (Core i3/i5/i7/i9) 消费级主流（入门到旗舰） 桌面端：LGA1700等 移动端：BGA 家用办公、主流游戏、专业视频剪辑与3D渲染 酷睿 Ultra 新一代AI PC与高端轻薄本 移动端：BGA 高端轻薄本、AI创作、长续航与高性能兼顾场景 酷睿 X 系列 发烧级桌面 (HEDT) LGA2066 极致多任务处理、专业工作站、发烧友超频 至强 (Xeon) 服务器与专业工作站 LGA4710/LGA7529等 数据中心、云计算、科学计算、7×24小时高负载 奔腾 (Pentium) 入门级桌面/移动 LGA1151等 基础办公、教育设备、软路由、收银机 赛扬 (Celeron) 超低端入门 BGA/LGA1151等 极低成本电脑、工业控制、简单网页浏览 凌动 (Atom) 超低功耗/物联网/嵌入式 BGA封装 迷你主机、平板电脑、自动售货机、工控设备 知识讲授：了解AMD常见处理器系列 处理器系列 市场定位 常见插槽/封装类型 主要适用场景 / 历史特点 锐龙 (Ryzen 3/5/7/9) 消费级主流（入门到旗舰） 桌面：AM4/AM5 移动：BGA 家用办公、主流游戏、专业视频剪辑与3D渲染 锐龙 X3D系列 游戏发烧级 桌面：AM5 3A游戏大作（拥有超大3D V-Cache缓存，游戏帧率极高） 霄龙 (EPYC) 服务器与数据中心 SP5 / SP3 云计算、大型数据中心、AI模型训练与推理 速龙 (Athlon) 入门级桌面/移动 AM4 极低成本电脑、基础办公、收银机、教育设备 羿龙 (Phenom) 早期高端与主流桌面处理器 AM2+/AM3 AMD早期的真四核/六核处理器，曾是当年与Intel正面竞争的主力 闪龙 (Sempron) 早期入门级低端处理器 Socket 754/AM2 专供极低成本的电脑，已被入门级锐龙/速龙取代 炫龙 (Turion) 早期的64位移动端处理器 Socket S1 专为轻薄型笔记本设计，强调长续航与64位计算，已被移动端锐龙取代 皓龙 (Opteron) 早期的服务器处理器 Socket 940/AM2+ AMD首款支持64位计算的服务器CPU，多路服务器先驱，已被霄龙取代 知识讲授：了解CPU的命名方式 知识讲授：了解CPU的命名方式 知识讲授：了解CPU的命名方式 知识讲授：认识CPU的性能参数 知识讲授：认识CPU的性能参数 ①字长 字长指CPU一次能处理的二进制位数，目前主流为32位或64位。64位CPU一次可处理8字节数据，是32位的两倍，打破了4GB内存寻址限制。理论上，CPU字长越大越好。 （注：1GHz = 1000MHz = 1000000KHz） 知识讲授：认识CPU的性能参数 ②主频、倍频和外频 主频：又称为“时钟频率”，单位是兆赫兹（MHZ）或者千兆赫兹（GHZ），用来表示CPU运算、处理数据的速度。理论上来说，主频越高，CPU处理数据的速度就越快。 外频：外频是CPU工作的基准频率，也称为总线频率。CPU的外频须和主板总线频率一致。 倍频，全称是倍频系数。CPU的主频与外频之间存在着一个比值关系，这个比值就是倍频系数，即主频 = 外频 × 倍频。 知识讲授：认识CPU的性能参数 知识讲授：认识CPU的性能参数 ③核心类型及数量 　　简称“内核”，是CPU最重要的组成部分，是由单晶硅以一定的生产工艺制造出来的，CPU所有的计算、接受、存储命令、处理数据都由核心执行。现在主流CPU至少都是双核心的，有些达到了四核、六核、高端的已经可达到八核了，而同一个CPU中核心数量越多，CPU的性能就越好。 知识讲授：认识CPU的性能参数 知识讲授：认识CPU的性能参数 ④CPU缓存（Cache Memory） CPU缓存（Cache）是位于CPU与内存之间的临时存储器，它的容量比内存小的多，但是交换速度却比内存要快得多。 CPU在调用内存数据时，采用特殊的算法，将使用频率较高的数据，临时存储在CPU缓存中，需要时，CPU就可以直接从缓存中调用，从而加快读取速度。 知识讲授：认识CPU的性能参数 知识讲授：认识CPU的性能参数 ⑤封装形式（Packaging） 封装，是一种将集成电路用绝缘的塑料或陶瓷材料打包的技术。通过封闭技术，使CPU芯片上的接点用导线连接到基体外壳的引脚上，这些引脚与印刷电路板上的导线或其他器件建立连接。 现在流行的是LGA封装技术，它的革命性变化是，将针状引脚改为触点状引脚，为如触点数为775\1155的Intel CPU。 知识讲授：认识CPU的性能参数 ⑥接口类型 CPU经过这么多年的发展，采用的接口方式有引脚式、卡式、针脚式、触点式等。目前用户中的CPU的接口还有相当部分是都是针脚式接口，对应到主板上为针孔式插槽类型。这样的接口形式快要被淘汰，而改用更容易安装的触点式接口。Intel封装为LGA 775/1155/1366的CPU，其接口均为触点式。 背诵记忆 字长：CPU一次处理的二进制位数。主流为64位，相比32位能处理更多数据且突破4GB内存限制。 主频：即时钟频率（单位GHz），决定运算速度。公式：主频 = 外频 × 倍频。支持睿频/Turbo Core技术自动加速。 缓存：位于CPU与内存间的高速存储器。分为L1/L2/L3三级，容量越大、层级越高，数据调用越快。 核心：执行计算控制的单元。同架构下核心数越多性能越强；新架构（如Skylake/Zen）优于旧架构。 封装与接口： Intel：采用LGA（触点式）封装，常见接口有LGA 1151、LGA 2066等。 AMD：采用Socket（插针式）封装，常见接口有AM4、TR4等。 课堂问答 思考：CPU的制造工艺（纳米数）对CPU的性能和功耗有什么具体影响？ 思考：什么是CPU的扩展指令集？请举例说明它的作用。 答案：CPU的制造工艺通常以纳米（nm）为单位，代表芯片内部电路之间的距离。制造工艺越小（如从7nm进化到3nm），意味着在同等面积的芯片上可以集成更多的晶体管。这不仅能显著提升CPU的运算性能，还能有效降低工作时的功耗和发热量。 答案：扩展指令集是CPU在设计时增加的一系列与其硬件电路相配合的底层运算指令。它的主要作用是提高微处理器在特定领域的执行效率。例如，Intel的SSE或AMD的3DNow!等扩展指令集，可以大幅增强CPU在多媒体处理、图形图像渲染以及互联网数据处理方面的能力。 课堂问答 思考：CPU的缓存（Cache）分为哪几个层级？它的主要作用是什么？ 思考：目前主流CPU的工作电压大致在什么范围？为什么现代CPU的工作电压有逐步下降的趋势？ 答案：CPU缓存通常分为一级缓存（L1）、二级缓存（L2）和三级缓存（L3）。它的主要作用是作为CPU和内存之间的“高速中转站”，因为缓存的存取速度远快于内存，所以它可以极大减少CPU等待数据的时间，降低延迟，提升系统的整体运行效率。 答案：现代主流CPU的工作电压通常在0.8V到1.5V之间；降低工作电压可以有效降低芯片的总功耗并减少发热量，从而提升设备的稳定性并延长移动设备的电池续航时间。 例题分析 思考：仔细阅读右图，完成教材表2-1的填写。 课堂练习 练习题1：已知某型号CPU的主频为800MHZ，倍频系数为8，那么外频为（ ） A. 800MHZ B.100MHZ C.133MHZ D. 1600MHZ 答案：B 解析：CPU的主频（即时钟频率）可以通过外频和倍频系数相乘得到。公式为：主频 = 外频 × 倍频系数。根据题目，主频为800MHZ，倍频系数为8。将已知数值代入公式：800MHZ = 外频 × 8。解方程得：外频 = 800MHZ / 8 = 100MHZ。 课堂练习 练习题2：下列选项中所描述的指标，与计算机处理精度有关的是（ ） A. 主频 B. 内存容量 C. 字长 D. 运算速度 答案：C 解析：字长是指计算机一次能处理的二进制数据的位数。字长越长，计算机处理数据的精度就越高，因此字长与计算机处理精度直接相关。 课堂练习 练习题3：下列选项中，属于CPU正常工作电压的是（ ） A. 220V B. 110V C. 12V D. 3.3V 答案：D 解析：3.3V是现代CPU常见的工作电压之一，许多低功耗和高性能的CPU都采用3.3V或更低的电压工作，以确保稳定性和降低能耗。 课堂练习 练习题4：如果计算机的字长为8个字节，那么（ ） A. CPU一次运算的结果不能超过2^64 B. 计算机可以处理的数值最大为十进制 C. 计算机能处理的字符最多为8个字符 D. CPU一次性能传送的二进制代码为64位 答案：D 解析：字长为8个字节（64位）意味着CPU一次可以处理、存储或传输64位的二进制数据。 知识讲授 第二部分 认识CPU风扇及其关键参数 知识讲授：认识CPU风扇 知识讲授：认识CPU风扇的外观 知识讲授：认识CPU风扇的外观 知识讲授：认识CPU风扇的外观 知识讲授：CPU风扇的技术参数 ①接口类型 接口类型指的是CPU风扇所适用的主板CPU接口类型。例如，Intel酷睿i3 CPU风扇和AMD速龙II X4 640的风扇完全不一样。目前也有厂商设计出了“万能”底座，加装底座增加风扇的适用性。 知识讲授：CPU风扇的技术参数 ②散热方式 风冷散热是最简单、最直接、最经济的方式，除此之外，还有水冷、半导体制冷、氟制冷、氮制冷等多种方法。目前市面上销售的大多数是风冷式的散热风扇。 知识讲授：CPU风扇的技术参数 ③散热原理和材料 吸热（热传导）：CPU热量→导热硅脂→散热底座→导热铜管→散热鳍片。 排热（热对流）：风扇吸入冷空气→吹过鳍片带走热量→排出热空气。 CPU风扇散热片使用的材料一般以铜和铝为主，铜的导热性能好但价格高，铝的导热性能相对弱一些，但成本较低。 知识讲授：CPU风扇的散热原理与材料 知识讲授：CPU风扇的技术参数 ④风扇功率：风扇功率越大，转速越高，风扇的风力也就越强，散热的效果就越好。风扇转速的单位用RPM来表示，最好选择转速为3500～5200rpm的风扇。 知识讲授：CPU风扇的技术参数 ⑤风扇轴承：高档风扇采用磁浮轴承，工作寿命长（>10万小时），噪声低。一般用户选用滚珠轴承或油封轴承。 背诵记忆 基本构造与来源 组成：电机、叶片、电源插头、插销、散热片。 来源：盒装CPU自带原装风扇；散装CPU需单买。 关键参数（必背） 转速：单位 rpm，推荐范围 3500~5200 rpm。功率越大，风力越强。 接口：Intel与AMD接口不同，需注意匹配或使用“万能”底座。 方式：风冷最普及、经济；另有水冷、半导体等。 材质与轴承 散热片：铜（导热好、贵）；铝（导热弱、便宜）。 轴承分类：磁浮轴承寿命长（>10万小时）且静音；一般用户选用滚珠或油封轴承即可。 课堂问答 思考：CPU风扇主要由哪写核心部件组成？ 思考：CPU风扇转速的单位是什么？为保证散热效果，建议一般转速范围是多少？ 思考：散热片常用的材料是铜和铝，请简述它们的优缺点区别。 答案：单位是 rpm；建议选择 3500 ~ 5200 rpm。 答案：电机、叶片、电源插头、插销、散热片。 答案：铜导热性能好但价格高；铝导热性能相对弱一些但成本较低。 ～ 课堂问答 思考：哪种轴承的工作寿命最长且噪音最低？一般用户通常选用什么轴承？ 思考：目前市面上销售的大多数散热风扇属于哪种散热方式？除了这种方式还有哪些？ 思考：不同品牌的CPU（如Intel和AMD）风扇可以直接通用吗？如何解决兼容问题？ 答案：大多数是风冷式（最简单、直接、经济）；其他方式还有水冷、半导体制冷和氟（氮）制冷等。 答案：磁浮轴承寿命最长（>10万小时）且噪音低；一般用户选用滚珠轴承或油封轴承。 答案：原生接口不一样，不能直接通用。部分厂商设计了“万能”底座，加装后可适配大多数CPU。 例题分析 【题目】小李原本使用的是AMD平台，现在他升级了主板和CPU，换成了Intel酷睿i7平台。他直接将旧电脑上的AMD原装风扇拆下来，试图安装到新的Intel主板上，却发现螺丝孔位完全对不上，无法固定。请解释导致该现象的根本原因，并提供两种解决方案。 【分析与解答】 1. 根本原因： Intel与AMD在主板插槽的物理结构上存在根本性差异。两者在主板背板开孔间距、螺丝孔位以及受力支撑点上完全不同，因此原生扣具无法跨平台直接通用。 2. 解决方案： 方案一（替换扣具）： 购买该风扇品牌官方提供的“Intel平台专用扣具”进行替换安装。 方案二（万能底座）： 购买市面上带有“万能底座”设计的第三方散热器，通过转换支架来适配Intel主板的孔位。 课堂练习 练习题1：关于购买CPU与风扇的搭配，下列说法正确的是（ ） A. 购买散装CPU通常会附带原装风扇 B. 购买盒装CPU必须单独购买风扇 C. 购买盒装CPU一般会附带原装风扇 D. 无论盒装还是散装，都需要单独购买风扇 答案：C 解析：盒装CPU定位为完整零售方案，包含原厂质保与原装散热器；散装CPU面向OEM市场，不含包装及散热器，需用户自行选购。 课堂练习 练习题2：下列关于CPU风扇接口类型的说法，错误的是（ ） A. Intel酷睿i3的风扇和AMD速龙II的风扇接口可能不一样 B. 所有的CPU风扇接口都是通用的，可以直接互换 C. 接口类型指风扇适用的主板CPU接口类型 D. 市面上有加装“万能”底座的风扇可以适配大多数CPU 答案：B 解析：Intel与AMD在主板的背板开孔间距、螺丝孔位及受力支撑点上存在根本的物理结构差异，原生扣具无法跨平台直接通用互换。 课堂练习 练习题3：关于散热片材质的特性对比，下列描述正确的是（ ） A. 铜的导热性能好且价格低 B. 铝的导热性能比铜强 C. 铜的导热性能好但价格高 D. 铝的成本比铜高 答案：C 解析：纯铜热导率（约401 W/m·K）远高于纯铝，吸热传热极快；但铜密度大、加工难且造价高昂，故业界常采用“铜底吸热+铝鳍片散热”的复合方案。 课堂小结 课后任务 作业布置： 1.请在计算机上安装并运行最新版 CPU-Z 软件，观察当前电脑的硬件信息，并将检测结果填入下表（参考教材表2-1）。 2.场景分析： 小明去电脑城买CPU，商家向他推荐了一款“散装”的Intel酷睿i7处理器，价格比“盒装”便宜很多。小明买回来后发现自己无法点亮机器，检查发现缺少了散热风扇。 问题： 请结合教材知识解释，为什么购买“散装”CPU容易出现这种情况？如果小明要单独购买风扇，他需要注意哪些关键参数（至少列举3个）？ 3.预习项目2（任务2、任务3），要求在网购平台查询并了解不同品牌和不同价格的CPU与CPU风扇，在视频平台查找CPU及风扇的安装视频教程。 谢谢观看 THANKS $