第5章《CPU故障维修》

第5章CPU故障维修5.1CPU发展与分类1971年11月，英特尔公司的特德·霍夫（TedHoff）设计出世界上第一个微处理器芯片4004。4004CPU用8位指令处理4位数据，指令和数据存储是分开的，分别有4096个4位宽的指令存储单元和1KB4位宽的数据存储单元，最大寻址范围是640字节。4004CPU有46条指令，工作时钟为108KHz。核心大小为3×4mm，有2250个晶体管，晶体管的线宽为10um，每秒运算6万次，市场售价200美元左右。CPU组成：Pentium4CPU由半导体硅芯片、转接基板、有机底板、针脚、电容、导热材料、散热金属壳等部件组成。Northwood核心的Pentium4CPU由5500万个硅晶体管组成，核心尺寸为12×12×1mm，CPU内部线宽为0.13um，线路之间采用铜线连接，核心内部共有6层线路。英特尔目前将同一代CPU产品细分为：赛扬（Celeron）、奔腾（Pentium）、至强（Xeon）、迅驰（Centrino）它们在设计技术上差异不大，主要用于不同的商业市场。5.2CPU基本结构Pentium4CPU包含：总线接口单元、一级高速缓存、二级高速缓存、指令关联存储器、分支预测单元、解码单元、算术逻辑单元、浮点处理单元等。5.3CPU系统设计技术CPU指令系统·X86指令集，1978年，166条汇编指令。·MMX指令集，1997年，主要用于多媒体信息处理。·SIMD技术，使用一条指令对多个数据进行同时处理。·SSE指令集，1999年，并行处理多个浮点数据。·SSE2指令集，引入了新的数据格式。·3DNow!扩展指令集，1998年，AMD公司推出。高速缓存技术对局部范围的内存地址频繁访问，而对此范围以外的地址则访问则较少，称为存储器局部性原理。高速缓存（Cache）是基于程序访问的局部性原理。流水线技术将一条指令的执行过程分解为多个工步，当CPU完成了第一条指令的第1个工步后，CPU马上进行第二条指令的第1个工步操作，并不需要等待指令执行完成后再进行，这就形成了一条流水线作业系统。超线程技术超线程技术使一个物理CPU当做两个逻辑CPU来使用，这种技术能将CPU性能提高30%左右。5.4CPU主要技术性能CPU始终围绕着速度与兼容两个目标进行设计。CPU的技术指标相当多，如各种性能参数、电气参数、工艺参数、兼容指标等。从用户的角度看，主要有：工作频率、工作电压、插座类型等几个主要参数。CPU工作频率8088CPU工作频率只有4.77MHz，Pentium4CPU工作频率可达3.8GHz，提高CPU工作频率主要受到生产工艺的限制。高速缓存容量微机从80486开始采用Cache技术。Cache容量从4KB增加到目前的1MB，甚至更高。Cache已经成为评价CPU的一个重要性能指标。CPU工作电压CPU工作电压指CPU核心正常工作所需的电压。80486及以下CPU工作电压为5V。从Pentium75开始，CPU工作电压为3.3V。Pentium4CPU的核心工作电压仅为1.6V或更低。CPU工作功率CPU工作频率越高，它的工作功率越大。这会造成CPU温度升高，工作不稳定等一系列问题，CPU的工作功率实际上就是发热功率。CPU线宽它指在硅材料上内部各元器件间的连接线宽度，线宽越小，生产工艺越先进，CPU内部功耗和发热量就越小。目前生产工艺已经达到90nm的加工精度。CPU插座CPU插座有DIP（双列直插）、Slot、Socket、LGA等形式。5.5CPU散热技术英特尔公司对微机的散热要求：在室温35℃下，机箱内部温度不超过45℃。根据测试，英特尔Pentium4的最大稳定工作温度为72℃，高于这个温度时，将导致系统降频运行。温度达到95℃时，将导致系统死机。CPU发热的原因硅晶体管的栅极氧化物绝缘层制作得越薄，晶体管开关状态转换速度越快，但是电流泄漏也越厉害。栅极氧化物绝缘层电流泄漏产生的能耗，已经成为目前CPU发热的最大来源之一。为了检测到准确的CPU核心温度，所有主板都在CPU插座中设计了热敏电阻。风冷散热系统热有三种传递方式：传导、对流、辐射。散热片表面积越大，散热效果越好。风扇风力越强，越能加速热循环运动。热管散热系统水冷散热系统5.6CPU故障案例分析【案例5.1】：CPU风扇散热不良，导致运行小软件正常，运行大软件死机。故障现象：微机配置为Pentium4@2.0GHz的CPU，Intel845主板，128MBDDR内存。不料几天后运行速度开始降低，开机时一切正常，运行大约1个小时后，不但WindowsXP启动缓慢，而且运行大型软件和3D游戏更是和开始时大不相同，但是运行小软件正常。【案例5.3】：错误安装的CPU标签导致死机。故障现象：一台兼容机，用户反映机器运行不稳定，在使用过程中经常出现蓝屏，报告“Adressxxx:xxx”出错信息后死机。讨论1讨论CPU发明的意义。2讨论赛扬、奔腾、至强、迅驰系列CPU的市场应用。3讨论CPU主要功能单元的作用。4讨论高速缓存技术对CPU线路的影响。5讨论长流水线技术的优点与缺点。6讨论超线程技术与双CPU技术的区别。7风冷散热系统有哪些优点与缺点。8讨论水冷散热系统的发展前途。【本章结束】