1、微机组成与维护 微机组成与维护讲义 微机组成与维护 第 2 页 一、课程性质 微机组装与维护是计算机应用专业的一门专业必修课。 是理论与实践相结合的一门课程。通过该课程的学习，让学生能够对计算机进行组装、维护和维修，并能够掌握计算机系统维护中一些常用软件的操作。 二、课程任务 微机组装与维护是计算机应用专业的学生必须具备的技能。因此该课程在计算机应用专业的学习中具有相当重要的地位。本课程以实践为主体，理论和实践相结合开展教学。主要介绍了最新微型计算机系统的 各个组成部件的组成、工作原理、常见型号、选购及硬件组装，多媒体计算机的组成及工作原理，安装调试和常见故障的检测与维修技巧等内容。目的是使学
2、生了解微机的组成部件及其工作原理， 让学生掌握计算机的组装，计算机系统故障的判断，系统维护和维修的方法以及一些常用的计算机系统维护的软件的使用。 三、参考教材 本课程的参考教材为：广东、北京、广西中等职业技术学校教材编写委员会组 编的 微机组成与维护 广东教育出版社。 四、课程的目标和要求 课程目标：学生应该掌握计算机系统的组装方法，能进行计算机的维护、熟练使用计算机外设、诊断计算机系统的故障、对常见故障进行排除和维修。 课程要求： （ 1）、掌握计算机系统的组装方法 （ 2） 、掌握计算机系统的故障诊断方法 （ 3） 、掌握计算机系统故障排除的一般方法 （ 4）、掌握计算机维护过程中一些常用
3、软件的操作 微机组成与维护 第 3 页 1、计算机的发展 1.1 微型计算机的发展 1.早期微型计算机 （ 1）诞生： 1971 年 Intel 4004 MCS-4 （ 2）其它： Intel 80808085 MC6800 Z80 Apple 2.IBM-PC 机及各种兼容机 （ 1） 16 位机发展： Intel 8086 MC68000 Z8000 （ 2） PC 机诞生： 1981 年， IBM 公司使用 Intel 8088 生产了第一台个人计算机 IBM PC/XT，所用操作系统是 Microsoft 的 MS-DOS。 （ 3）兼容机 3.高性能微型机 （ 1） Pentium
4、 时代 （ 2）多媒体时代 1.2 微型计算机基本组成 1.主机系统 （ 1）机箱 （ 2）电源 （ 3）主板 （ 4） CPU （ 5）内存 （ 6）显卡 （ 7）硬盘 （ 8）视频 （ 9）光驱 （ 10）声卡 （ 11）软驱 2.外部设备 （ 1）显示器 （ 2）键盘 （ 3）鼠标 （ 4）音箱 （ 5）打印机 （ 6）扫描仪 （ 7）上网设备 3、软件系统 （ 1）系统软件：操作系统 （ 2）应用软件 1.3 微型计算机系统的硬件资源管理 1、中断请求 2、 DMA 3、 I/O 地址 微机组成与维护 第 4 页 1.4 微型机配置的一般原则 1、配置与用途相适应 2、总体配置的先进性
5、与合理性 3、兼容性或可扩充性 4、性价比高 微机组成与维护 第 5 页 2、 CPU 2.1 CPU 概述 CPU 的英文全 称是 Central Processing Unit，中文名称即中央处理器。 CPU 作为是整个微机系统的核心， CPU 的性能大致上反映出了一 台计算机的性能，因此它的性能指标十分重要。 2.1.1 CPU 的结构 CPU 内部结构可以分为控制单元、运算单元、存储单元和时序电路等几个主要部分。运算单元是计算机对数据进行加工处理的中心，它主要由算术逻辑部件（ ALU： Arithmetic and Logic Unit）、寄存器组和状态寄存器组成。 控制单元是计算机的
6、控制中心，它不仅要保证指令的正确执行，而且要 能够处理异常事件。控制器一般包括指令控制逻辑、时序控制逻辑、总线控制逻辑、中断控制逻辑等几个部分。 CPU 控制整个系统指令的执行、数学与逻辑的运算、数据的存储和传送、以及对内对外输入输出的控制，是整个系统的核心。 2.1.2 CPU 的发展 1971 年， Intel 公 司推出了世界上第一个微处理器 4004。它含有 2300 个晶体管，主频为108Khz。 1982 年， Intel 推出了划时代的最新产品 80286 芯片，时钟频率由最初的 6MHz 逐步提高到 20MHz。 1985 年 Intel 推出了 80386 芯片，它是 80X
7、86 系列中的第一种 32 位微处理器。 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。 1993 年 3 月 Intel 公司推出 Pentium CPU。 1997 年 Intel 公司 Pentium MMX（ Mult-Media-Extension，多媒体扩展）微处理器推出，这是第一款使用 MMX 指令集的 CPU， 0.35 微米制造工艺。同期AMD 公司和 Cyrix 公司分别推出 K5 和 6X86 微处理器 。 1997 年 5 月 Intel 公司在推出 Pentium II CPU， Pentium
8、II 采用了新的 slot 1 插槽接口、 SEC 板卡封装。同期 AMD 也推出性能相当的 K6、 K6-2、 K6-3 和 K7 微处理器。 K7 是第一款主频超过 1GHz的微处理器。 2000 年 6 月 Intel 公司推出全新 NetBurst 构架 Pentium 4 微处理器，它仍采用 X86 结构。AMD 公司推出了采用 Palomino 核心的 Athlon XP。 2001 年 1 月， Intel 发布 IA-64 位技术处理器 - Itanium，这是第一款 IA体系 64 位 CPU。 2003 年 9 月 25 日， AMD 公司推出了 Athlon 64 微处理
9、器，这是第一款 64 位 X86 结构 CPU。2005 年二月， Intel 推出 64 位 X86 结构 CPU-P4 EM64T。 2.1.3 CPU 的性能指标 通常 CPU 的主要性能指标如下： 1. 主频、外频、倍频 CPU 主频又称为 CPU 工作频率，即 CPU 内核运行时的时钟频率。 CPU 外频是由主板为 CPU 提供的基准时钟频率，也称为系统总线频率。 前端总线（ FSBFront System Bus）指的是 CPU 和北桥芯片间数据 传输的总线。 CPU 内部的时钟信号是由外部输入的，在 CPU 内部采用了时钟倍频技术。按一定比例微机组成与维护 第 6 页 提高输入时
10、钟信号的频率，这个提高时钟频率的比例称为倍频系数。这三者之间的关系为：主频 =外频倍频。 2. 字长 电脑技术中对 CPU 在单位时间内 (同一时间 )能一次处理的二进制数的位数叫字长。所以能处理字长为 8 位数据的 CPU 通常就叫 8 位的 CPU。同理 32 位的 CPU 就能在单位时间内处理字长为 32 位的二进制数据。当前的 CPU 大部分是 32 位的 CPU，但是字长的最佳是CPU 发展的一个趋势。 AMD 已经将推出 64 位的 CPU-Atlon64。未来必然是 64 位 CPU 的天下。计算机的每个字所包含的位数称为字长。根据计算机的不同，字长有固定的和可变的两种。固定字长
11、，即字长度不论什么情况都是固定不变的；可变字长，则在一定范围内，其长度是可变的。计算的字长是指它一次可处理的二进创数字的数目。计算机处理数据的速率，自然和它一次能加工的位数以及进行运算的快慢有关。如果一台计算机的字长是另一台计算机的两倍，即使两台计算机的速度相同，在相同的时间内，前者能做的工作是后者的两倍。一般地，大型计算机的字长为 32 64 位，小型计算机为 12 32 位，而微型计算机为 4 一16 位。字长是衡量计算机性能的一个重要因素。 3. 工作电压 是指 CPU 正常工作所需的电压，提高工作电压，可以加强 CPU 内部信号，增加 CPU的稳定性能。但会导致 CPU 的发热问题，
12、CPU 发热将改变 CPU 的化学介质，降低 CPU 的寿命。早期 CPU 工作电压为 5V，随着制造工艺与主频的提高， CPU 的工作电压有着很大的变化， PIIICPU 的电压为 1.7V，解决了 CPU 发热过高的问题。 4. L1/L2 高速缓存 CPU 缓存（ Cache Memory）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。缓存的出现主要是为了解决 CPU 运算速度与内存读写速度不匹配的矛盾，因为 CPU 运算速度要比内存读写速度快很多，这样会使 CPU 花费很长时间等待数据到来或把数据写入内存。在缓存中的数据是内存中的一小部分，
13、但这一小部分是短时间内 CPU 即将访问的，当 CPU 调用大量数据时，就可避开内存直接从缓存中调用，从而加快读取速度。 2.1.4 CPU 的封装方式 所谓“封装技术”是一种将集成电路用绝缘的塑料或陶瓷材料打包的技术。以 CPU 为例，我们实际看到的体积和外观并不 是真正的 CPU 内核的大小和面貌，而是 CPU 内核等元件经过封装后的产品。 封装对于芯片来说是必须的，也是至关重要的。因为芯片必须与外界隔离，以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降。另一方面，封装后的芯片也更便于安装和运输。由于封装技术的好坏还直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的 PCB（印制电路板）的设计和
14、制造，因此它是至关重要的。封装也可以说是指安装半导体集成电路芯片用的外壳，它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强导热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁 芯片上的接 点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器 件建立连接。因此，对于很多集成电路产品而言，封装技术都是非常关键的一环。 目前采用的 CPU 封装多是用绝缘的塑料或陶瓷材料包装起来，能起着密封和提高芯片电热性能的作用。由于现在处理器芯片的内频越来越高，功能越来越强，引脚数越来越多，封装的外形也不断在改变。封装时主要考虑的因素： 芯片面积与封装面积之比为提高封装效率，尽量接近 1:1。
15、引脚要尽量短以减少延迟，引脚间的距离尽量远，以保证互不干扰，提高性能基于散热的要求，封装越薄越好。 微机组成与维护 第 7 页 作为计算机的重要组成部分， CPU 的性能直接影响计算机的整体性能。而 CPU 制造工艺的最后一步也是最关键一步就是 CPU 的封装技术，采用不同封装技术的 CPU，在性能上存在较大差距。只有高品质的封装技术才能生产出完美的 CPU 产品。 CPU 芯片的封装技术： DIP 封装 QFP 封装 PFP 封装 PGA 封装 BGA 封装 OPGA 封装 mPGA 封装 CPGA 封装 FC-PGA 封装 目前 CPU 按其安装插座规范可分为 Socket x 和 Slo
16、t x 两大架构。 1. Socket 370 Intel 为 P的简化版本 Celeron（赛扬）系列微处理器而开发的。 2. Socket 423 Intel 最初推出 P4 时，重新开发的一种 Socket 423 架构。 3. Socket 478 Intel 推出第二种架构 Socket 478 架构的 P4。 4. Socket 775 2004 年， Intel 推出了 Socket 775 架构的 CPU。 5. Socket 462（ Socket A） 2000 年 7 月， AMD 推出了 Socket 462-Socket A。 6. Socket 754、 Socke
17、t 939 和 Socket 940 2003 年， AMD 公司推出的 Athlon 64 系列和部分 Sempron 处理器分别采用上述三种架构。 2.2 CPU 新技术简介 1.双总线模式的 CPU 内部结构 2. CPU 的生产工艺技术 3. CPU 的扩展指令集 (1) MMX 指令集 (2) 3DNOW! 指令集 (3) SSE 指令集： (4) SSE2 指令集： （ 5） SSE3 指令集 : 4. 超线程技术（ Hyper-Threading Technology） 微机组成与维护 第 8 页 5.多核心处理器技术 6.新型材料技术的应用 7.变频节能技术 8.硬件病毒防护技
18、术 2.3 主流 CPU 简介 2.3.1 Intel 系列 1. Pentium 4 CPU P 4 具有以下新的特性： （ 1）超级流水线技术 （ 2）改进的浮点运算能力 （ 3）快速执行引擎 （ 4） FSB总线 的提升： 400MHz-1066MHz FSB 总线的使用。 （ 5）高度动态执行 （ 6）数据流单指令多数据扩展指令（ SSE2） （ 7）高速缓存 （ 8）超线程技术 （ 9） SSE3 指令集 ： Intel 为 Prescott 内核新增加的 13 条命令。 （ 10） 64 位扩展技术（ EM64T） 2. Celeron CPU Intel 的 Celeron 系列
19、 CPU 是面向低端市场的产品，最初于 1998 年推出。 目前， Intel 的 Celeron CPU 有 Socket370 构架 Tualatin 核心的 Celeron、 Socket 478 构架Northwood 核心的 Celeron 和 Prescott 核心的 Celeron D 以及 LGA 775 封装的 Celeron D。 微机组成与维护 第 9 页 3. Intel 双核心 Pentium 4 处理器 2005 年 Intel 推出了 Pentium D 和 Pentium EE（ Extreme Edition）两个系列的双核心Pentium 4 处理器，并且支
20、持 EM64T（ 64 位扩展技术）。两个系列的区别是 Pentium XE 系列加入 HT（超线程技术）。 2.3.2 AMD 系列 1. Athlon XP CPU AMD 公司于 2001 年 10月推出的 CPU，正式名称是 Athlon XP。 2. Duron CPU AMD 的 Duron 系列 CPU 是 AMD 面向低端市场的产品。 Duron系列 CPU 基本是同期的 Athlon XP 的简化版本。 3. Sempron CPU AMD 公司于 2004 年 7 月推出了 Sempron CPU。目前 AMD共推出了 Socket 462、 Socket 754 和 So
21、cket 939 三种接口的Sempron CPU。 4. Athlon 64 系列 CPU AMD 公司 2003 年 9 月推出的 Athlon 64 CPU 是第一种支持 64 位计算的 X86 处理器，它 “向下兼容 ”32 位计算 。 Athlon 64 使用的接口有以下几种： Socket 754。 Socket 939。 Athlon 64 CPU 具有以下新的特性： X86-64 技术 HzHyper Transport 总线 集成的内存控制器 “CoolnQuiet”节能技术 硬件病毒防护技术 5.AMD 双核心处理器 Athlon 64 X2 AMD 在 2005 年 6
22、月份推出了双核心桌面处理器 Athlon 64 X2。 2.3.3VIA(威盛 ) CPU 1999 年 6 月，台湾威盛电子分别从美商国家半导体（ NS）以及 IDT 公司买下了 Cyrix与 Centaur（从 IDT）微处理器设计团队，正式跨入了个人计算机运算核心 CPU 的研发领域。 2.4CPU 的性能测试 理论上说， CPU 主频越高，运行速度越快，其性能越好。假如从检测的方面来说，应该重点检测 CPU 基本性能和 CPU 的超频能力。 CPU 基本性能能够通过测试软件来实现，比如能够通过 SiSoftSandra2004 来检测 CPU BenchMark 和 CPU Multi
23、-Media BenchMark这两项确定其性能。 CPU 超频能力的检测能够通过硬超频或软超频来检测。硬超频能够采用主板硬跳线的方法来实现，软超频能够通过 BIOS 免跳线超频或使用超频软件SoftFSB。 SoftFSB 通过软件改变时钟芯片部分寄存器的工作参数，从而让该芯片根据这些数值产生相应的系统总线频率达到改变系统总线频率的目的，这种方法更简单实用。 2.5CPU 的选用和安装 2.5.1CPU 的选用 CPU 是计算机的核心部件，一些人常用 CPU 的型号来标称一台计 算机。通常可按下面的原则选用 CPU： 微机组成与维护 第 10 页 1. 按微机的用途来选用 CPU 2. 综合
24、考虑微型机的总体性能均衡性 3. 注意 Remark CPU 2.5.2CPU 的安装 1. 安装前的注意事项 2. 散热风扇支架的安装 Intel Pentium 4 微处理器风扇支架的安装步骤如下： （ 1）将白色的按钉从黑色的塑料扣件中取出； （ 2）将风扇支架放在主板上，并使四角的安装孔对齐，把四个黑色的塑料扣件分别插入对应的四个安装孔内； （ 3）将白色按钉插入黑色塑料扣件中，固定风扇支架。 3. 安装微处理器和散热风扇 4微处理器的拆卸 （ 1）关闭计算机，拆除主板上的电源线； （ 2）拆除散热风扇的电源线； （ 3）松开风扇夹上的压杆，用一字螺丝刀从上面插入风扇夹扣钩和支架之间，轻轻用力将扣钩与脱离； （ 4）依次把风扇夹上的四个扣钩 打开，然后将散热器连同风扇一并取下。 2.6CPU 的常见故障处理 1、使用不当 2、设置故障 3、匹配故障
