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计算机CPU论文

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计算机CPU的主要性能指标分析及常见故障的排除

摘要:

CPU是计算机进行运算的核心,主要性能指标有字长、频率、高速缓存、前端总线频率、超线程技术的应用、支持的扩展指令集等对整个计算机的性能起着至关重要的作用。

在计算机的使用中常见的CPU超频故障、计算机感染病毒使CPU性能大幅度下降,偶伴随死机等现象,逐步掌握CPU主要性能与故障的排除技巧,达到举一反三的效果。

关键词:

CPU;性能指标;高速缓存;显示器黑屏;故障排除

1计算机CPU的主要性能指标

CentralProcessingUnit,CPU通常也称“微处理器”或“中央处理器”,是计算机进行运算的核心,在计算机系统中相当于“大脑”,主要负责计算机的数据运算和发出计算机的控制指令,是控制计算机中其他设备运行的“总指挥”。

在计算机的发展过程中,CPU技术的发展一直是计算机技术发展的重点,在计算机的使用中CPU的故障排除也是一个难点,有待我们认真地研究,以加深对CPU的了解,逐步掌握CPU常见故障的排除方法与技巧,配合CPU工作,协调CPU的处理速度,在使用中达到举一反三的效果。

1.1CPU“字长”是表示运算器性能的主要技术指标:

在计算机技术中,把CPU在单位时间内一次处理的二进制数的位数称为“字长”。

一般情况下,把单位时间内能处理为8位数据的CPU叫8位CPU。

同理,64位的CPU在单位时间内能处理字长为64位的二进制数据。

字长是表示运算器性能的主要技术指标,通常等于CPU数据总线的宽度。

CPU字长越长,运算精度越高,信息处理速度越快,CPU性能也就越高。

1.2CPU的频率与CPU的外频和倍频的关系:

CPU的频率是指计算机运行时的工作频率,也称为“主频”或“时钟频率”。

CPU的频率表示CPU内部数字脉冲信号振荡的速度,代表了CPU的实际运算速度,单位是Hz。

CPU的频率越高,在一个时钟周期内所能完成的指令数也就越多,CPU的运算速度也就越快。

1.2.1倍频越高,CPU的频率就越高,CPU实际运行的频率与CPU的外频和倍频有关,CPU的实际频率=外频!

倍频。

外频即CPU的基准频率,是CPU与主板之间同步运行的速度。

外频速度越高,CPU就可以同时接受更多来自外围设备的数据,从而使整个系统的速度进一步提高。

倍频是CPU运行频率与系统外频之间差距的参数,也称为“倍频系数”,通常简称为“倍频”。

在相同的外频下,倍频越高,CPU的频率就越高。

1.2.2主频越高,CPU的速度也就越快,当我们使用CPU时,通常会说到“奔腾Ⅲ600”、“奔腾43.0”等等,其实,这些型号里面的数字“600”和“3.0”就是指CPU的主频。

CPU的主频一般以MHz为单位,通常所说的“奔腾Ⅲ600”中的“600”实际上就是指该CPU的主频是600MHz。

但随着CPU主频的提高,一般以GHz（1GHz=1000MHz）为单位,如“奔腾43.0”中的3.0即指该CPU的工作频率是3.0GHz,即3000MHz。

一般说来,一个时钟周期完成的指令数是固定的,因此主频越高,CPU的速度也就越快。

1.3缓存容量越大,性能也就越高：

1.3.1缓存（Cache）的作用是为CPU和内存进行数据交换时提供一个高速的数据缓冲区。

当CPU要读取数据时,首先会在缓存中寻找,如果找到了则直接从缓存中读取,如果在缓存中未能找到,那么CPU就从主内存中读取数据。

CPU缓存一般分为L1高速缓存和L2高速缓存。

1.3.2一级高速缓存与二级高速缓存对CPU的性能影响L1高速缓存也称为一级高速缓存（L1Cache）用于暂存部分指令和数据,以使CPU能迅速地得到所需要的数据。

L1高速缓存与CPU同步运行,其缓存容量大小对CPU的性能影响较大。

__L2高速缓存也称为二级高速缓存（L2Cache）的容量和频率对CPU的性能影响也较大,其作用就是协调CPU的运行速度与内存存取速度之间的差异。

L2高速缓存是CPU晶体管总数中占得最多得一部分,由于L2高速缓存得成本很高,因此L2高速缓存得容量大小一般用来作为高端和低端CPU产品得分界标准。

目前CPU的L2高速缓存有低至64KB的,也有高达4MB的。

1.4前端总线频率比外频更具代表性：

前端总线频率是AMD公司在推出K7CPU时提出的概念,一直以来很多人都误认为这个名词是外频的一个别称。

其实,通常所说的外频是指CPU与主板的连接速度,这个概念建立在数字脉冲信号振荡速度的基础之上,而前端总线频率指的是数据传输的实际速度,即每秒钟CPU可以接收的数据传输量。

例如100MHz外频是指数字脉冲信号在每秒钟振荡1000万次,而1001MHz前端总线频率则是指CPU每秒钟可接受的数据传输量是100MHz!

64bit/8bit/Byte=800MB。

就处理器速度而言,前端总线比外频更具代表性。

1.5CPU的制造工艺直接关系到CPU的电气性能：

1.5.1CPU在更高的频率下工作,线路宽度越小,CPU的功耗和发热量就越低目前Inter公司的主流产品的制造工艺已经达到0.065m级别。

由于CPU制造完成后,是一块不到1cm2的硅晶片（或集成电路）,还要对其进行封装,并安装引脚（或称为“针”）后才能插到主板上、通常所说的Socket478和Socket939中的数值的就是指该CPU的引脚数,CPU的封装一般有陶瓷封装和树脂封装两种。

1.5.2超线程技术的应用超线程（Hyper-Threading,HT）是Inter公司为Pentium4专门设计的一项技术。

超线程是一种同步多线执行技术,一款应用超线程技术的IntelCPU可以在逻辑上被模拟成两个任务。

当计算机系统应用超线程技术后,可使整机性能提高25%以上。

1.6支持的扩展指令集对提高CPU的效率具有重要作用：

指令集是CPU用来计算和控制系统的命令,是与硬件电路相配合的一系列指令。

指令集是评价CPU性能的重要指标之一。

目前指令集有Intel公司的MMX、SSE、SSE2、SSE3和AMD公司的“3DNow!

”等。

MMX（MultiMediaExtensions,多媒体扩展）指令集由Intel公司开发,包括57条多媒体指令,通常这些指令可以同时处理多个数据,提高CPU处理图形、视频和音频的能力。

SSE（StreamingSIMDExtensions,单指令多数据流扩展）指令集是MMX指令集的扩展,是Intel公司在Pentium3处理器中开始使用的。

SSE2支持双精度浮点数的SIMD处理,用在64位CPU中。

SSE3是Intel公司在最新的Pentium4Prescott处理器中为了增强Pentium4CPU在多媒体方面的性能二新增加的一组指令集合,有助于增强IntelCPU的超线程功能。

“3DNow!

”指令集广泛应用于AMD公司的K6-2,K6-3以及Athlon（k7）处理器中。

在软件的配合下,可以大幅度提高3D处理性能。

“3Dnow!

”指令集是最早的三维指令集。

2计算机使用中CPU常见故障的排除

2.1故障现象：

一般说来,CPU是不容易出现故障的,但由于超频或者电压工作不稳定和CPU的制造工艺的不同等原因,会导致CPU不能正常工作,显示器突然黑屏,重启后无效,更严重者会烧坏CPU。

（1）CPU超频是DIY族最喜欢干的事情,有的CPU本身不具备超频能力却硬要超频,有的CPU超频的余量很小,却让它超出额定频率较大的范围工作,其结果将导致电脑工作不正常,经常出现死机现象。

因为CPU超频使用,而且是硬超,有可能是超频不稳定引起的故障。

如开机后用手摸一下CPU,发现非常烫,则故障就可能在此。

解决的方法是:

用户可以找到CPU的外频与倍频跳线,逐步降频后,启动电源,系统恢复正常,显示器也就有了显示。

也有可能是过度超频之后,电脑启动时可能出现散热风扇转动正常,但硬盘指示灯只亮了一下便没有反应了,显示器也维持待机状态的故障。

由于此时不能进入BIOS设置选项,因此只能给CPU降频。

具体方法是打开机箱并在主板上找到给CMOS放电的跳线,给CMOS放电后重启系统即可。

值得注意的是内存大小、硬盘速度、显卡速度,特别是CPU的性能指标,对整个计算机的性能无不起着至关重要的作用,因此盲目追求CPU一级高速缓存与二级高速缓存、前端总线频率的高速并不可取。

（2）电压不正常导致CPU烧坏。

常见的故障现象是开机后黑屏,只听到CPU风扇在转动,没有开机自检。

解决方法:

根据故障现象可以排除电源的故障,开机后风扇在转动,说明计算机是通电的。

但是不能自检,也就不能听到“滴”的一声响,此时怀疑是主板或CPU的故障,初步判断后,采用替换法进行确认。

首先找一台同等配置的好的计算机,把此台计算机的CPU拆下,换到有故障的计算机上,开机后如果能启动并正常进入系统,说明该台计算机的故障就是CPU有问题,仔细查看CPU,发现针角处有发黑的地方,说明是由于电压不稳定导致CPU被烧坏。

2.2计算机感染病毒,CPU性能大幅度下降,偶伴随死机现象：

（1）该故障原因可能是感染了病毒,或磁盘碎片过多或CPU温度过高。

解决方法是首先可以使用杀毒软件查杀病毒,然后使用Windows附带的“磁盘碎片整理”程序进行整理。

如果还不能解决问题,则打开机箱,查看CPU散热器的风扇通电后是否转动,如果不转动,则更换新散热器即可。

（2）蠕虫病毒发作使CPU占用率为何高达100%。

故障现象:

即开机使用一段时间后,硬盘指示灯不停地闪,同时系统运行速度变得非常慢,“任务管理器”窗口中显示CPU地占用率100%。

只有重新启动才能继续使用。

但过一段时间后又是如此。

从故障描述可知,计算机系统感染了某种蠕虫病毒。

在正常情况下,在不运行大型的程序时,CPU在瞬间的占用率不可能为100%。

而蠕虫病毒发作的时候就会将剩余的系统资源占满。

这时,用户可以在“任务管理器”窗口中查看哪个程序占用的CPU资源最多,如果是一个陌生的程序,建议用户使用杀毒软件（最好使用最新的杀毒库）对系统进行彻底的检查。

如果还无法解决该问题,最好重新安装操作系统,并且安装病毒防火墙。

这样,能彻底解决问题。

2.3CPU风扇不转导致计算机死机：

故障现象:

一台计算机开机进入系统后不久就死机,重新启动计算机后故障依旧。

解决方法:

打开机箱,查看机箱内各设备的运行情况,发现CPU风扇转动的很慢,处于似转非转的状态,由此想到造成重启的原因可能是由于CPU风扇不能正常运转而导致CPU无法散热,从而使CPU温度急剧上升,最后出现死机。

因为是突然黑屏,可能是硬件有松动而引起接触不良。

可打开机箱把硬件重新插一遍后开机,有可能是显卡有问题,因为从显示器的指示灯来判断无信号输出,使用“替换法”检查,显卡没问题,那么此时有可能是显示器有故障,使用“替换法”再检查,同样没有发现问题,接着检查CPU,发现CPU的针脚有点发黑和绿斑,这是生锈的迹象。

看来问题就在此处,因为制冷片有结露的现象,一定是制冷片的表面温度过低而结露,导致CPU长期处于潮湿的环境中,日积月累,就会产生太多锈斑,造成接触不良,从而发生此故障。

找到问题的所在点后,要拆掉CPU风扇,给风扇添加润滑油并清理风扇上的灰尘,再重新安装CPU风扇。

开机后CPU风扇转动正常,死机现象也就消除了。

还可以取出CPU,用橡皮仔细地把每一个针脚都擦一遍,然后把散热片上的制冷片取下,清洁干净,最后装好CPU和制冷片开机,即可正常启动。

计算机由于各种原因总会出现一些故障。

特别当遇到CPU常见故障时,我们应该对CPU的主要性能指标有充分的了解,分析故障原因,掌握常用的排除方法与技巧,避免CPU故障造成计算机黑屏、死机等麻烦。

参考文献:

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科学出版社,2007.

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