第4章习题参考答案 4-1【习题】目前能够生产x86系列CPU产品的厂商有哪些。 答：只有ntel、AMD、VIA三家公司。 4-2【习题】Intel公司的CPU产品有哪些类型。 答：Itel公司的CPU产品按照市场应用可分为：桌面型、移动型和服务器型三大类型：每 个类型又分为不同的大系列和子系列：不同系列的CPU产品在软件上是相互兼容的。 43【习题】说明CPU的基本组成： 答：CPU由半导体硅芯片(die)、基板、针脚或无针脚触点、导热材料(TM)、金属外壳 (HS)等部件组成。 44【习题】说明CMOS电路的基本特点。 答：CMOS电路由PMOS晶体管和NMOS晶体管互补配对构成。PMOS晶体管和NMOS 晶体管具有相反的特性，即当其中一个MOS晶体管为断开(OFF,关)状态时，另一个 MOS晶体管则为接通(ON,开)状态。 4-5【习题】说明CPU节距和制程线宽。 答：节距为集成电路内第1层两个平行单元之间的距离(P),半节距为节距的一半。制程 线宽是指CPU栅极半节距，而不是金属线路的半节距。 4-6【习题】说明半导体产品重大工艺改进的规律。 答：每代产品的线宽大约实现0.7倍的缩小。例如，上一代CPU产品制程工艺为65m线宽 时，则下一代产品线宽为45nm。 4-7【习题】说明CPU内部有哪些基本系统单元。 答：CPU主要功能单元有：存储单元(Cache)、指令预取单元(IF)、指令译码单元(DEC)、 指令调度单元、执行单元(EXE)、回退单元(RU)等。 4-8【习题】说明存储器局部性原理。 答：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比较少的现象，称为存 储器局部性原理。 49【习题】说明CPU发热的主要原因。 答：CPU制程工艺是造成CPU发热的主要原因。CPU内部硅晶体管的栅极氧化物绝缘层制 作得越薄，晶体管开关的状态转换速度就会越快，但是电流泄漏也越大。栅极氧化物绝缘层 电流泄漏产生的能耗，已经成为CU发热的最大来源之一。 4-10【习题】绘制CPU温度升高与程序性能的关系简图。 答：
第 4 章 习题参考答案 4-1【习题】目前能够生产 x86 系列 CPU 产品的厂商有哪些。 答：只有 Intel、AMD、VIA 三家公司。 4-2【习题】Intel 公司的 CPU 产品有哪些类型。 答：Intel 公司的 CPU 产品按照市场应用可分为：桌面型、移动型和服务器型三大类型；每 个类型又分为不同的大系列和子系列；不同系列的 CPU 产品在软件上是相互兼容的。 4-3【习题】说明 CPU 的基本组成。 答：CPU 由半导体硅芯片（die）、基板、针脚或无针脚触点、导热材料（TIM）、金属外壳 （IHS）等部件组成。 4-4【习题】说明 CMOS 电路的基本特点。 答：CMOS 电路由 PMOS 晶体管和 NMOS 晶体管互补配对构成。PMOS 晶体管和 NMOS 晶体管具有相反的特性，即当其中一个 MOS 晶体管为断开（OFF，关）状态时，另一个 MOS 晶体管则为接通（ON，开）状态。 4-5【习题】说明 CPU 节距和制程线宽。 答：节距为集成电路内第 1 层两个平行单元之间的距离（P），半节距为节距的一半。制程 线宽是指 CPU 栅极半节距，而不是金属线路的半节距。 4-6【习题】说明半导体产品重大工艺改进的规律。 答：每代产品的线宽大约实现 0.7 倍的缩小。例如，上一代 CPU 产品制程工艺为 65nm 线宽 时，则下一代产品线宽为 45nm。 4-7【习题】说明 CPU 内部有哪些基本系统单元。 答：CPU 主要功能单元有：存储单元（Cache）、指令预取单元（IF）、指令译码单元（DEC）、 指令调度单元、执行单元（EXE）、回退单元（RU）等。 4-8【习题】说明存储器局部性原理。 答：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比较少的现象，称为存 储器局部性原理。 4-9【习题】说明 CPU 发热的主要原因。 答：CPU 制程工艺是造成 CPU 发热的主要原因。CPU 内部硅晶体管的栅极氧化物绝缘层制 作得越薄，晶体管开关的状态转换速度就会越快，但是电流泄漏也越大。栅极氧化物绝缘层 电流泄漏产生的能耗，已经成为 CPU 发热的最大来源之一。 4-10【习题】绘制 CPU 温度升高与程序性能的关系简图。 答：
程序性能 程序性能下降 135℃ 94℃ 85℃ CPU温度上升 72℃ 系统死机 CPU核心温度 4-11【讨论】CPU引脚为什么越来越多？ 参考意见： 1、CPU的功率越来越大，需要更多的引脚来分担电流，避免发热： 2、CPU的频率越来越高，需要更多的地线引脚消除干扰，CPU中的地线引脚的数量几 乎占到了总引脚数量的一半： 3、CPU集成内存控制器、图形控制器后，需要更多的引脚作为外部接口。 4-12【讨论】说明CPU的几个典型温度点。 参考意见： 1、当CPU内核温度达到72℃时，CPU会降频运行： 2、当CPU升高到94℃时，会出现系统死机现象： 3、当CPU温度升高到135℃时，CPU将自动关闭系统。 4、根据测试，CPU如果没有保护措施，温度达到350℃左右时，CPU将会冒烟。 413【讨论】除常见的风冷、热管和水冷散热外，还有哪些新型散热技术？ 参考意见： 1、半导体散热，优点：能将CPU温度降到-10℃左右，散热效果好，无噪音：缺点： 出现冷凝水； 2、压缩机散热，优点：最低能将温度降到-60℃：缺点：成本高，容易出现冷凝水： 3、液氮或液氦散热，优点：液氮的温度可达到-196℃，液氢的温度可达到-268C,散 热效果非常好。缺点：操作复杂，有一定的危险性，成本高： 4、固态风扇散热，基本原理是利用“电晕风”自然现象，即两个相邻高压电极之间发生 电晕放电时，因离子运动而产生的空气流动，形成用于散热的风流。处于研究之中。 5、纯液冷技术，将计算机关键部件浸泡在纯液体环境中进行散热，处于研究之中。 6、BM公司尝试在CPU内核中进行纯液体循环散热，处于研究之中。 4-14【实验】利用CPU-Z等软件测试CPU基本技术参数。 4-15【课程论文】讨论CPU系统结构或制程工艺或散热技术方面的问题。 参考论点： 1、流水线结构的优点与缺点： 2、程序相关性对流水线结构的影响： 3、流水线的长度与CPU性能： 4、乱序执行与流水线的关系
4-11【讨论】CPU 引脚为什么越来越多？ 参考意见： 1、CPU 的功率越来越大，需要更多的引脚来分担电流，避免发热； 2、CPU 的频率越来越高，需要更多的地线引脚消除干扰，CPU 中的地线引脚的数量几 乎占到了总引脚数量的一半； 3、CPU 集成内存控制器、图形控制器后，需要更多的引脚作为外部接口。 4-12【讨论】说明 CPU 的几个典型温度点。 参考意见： 1、当 CPU 内核温度达到 72℃时，CPU 会降频运行； 2、当 CPU 升高到 94℃时，会出现系统死机现象； 3、当 CPU 温度升高到 135℃时，CPU 将自动关闭系统。 4、根据测试，CPU 如果没有保护措施，温度达到 350℃左右时，CPU 将会冒烟。 4-13【讨论】除常见的风冷、热管和水冷散热外，还有哪些新型散热技术？ 参考意见： 1、半导体散热，优点：能将 CPU 温度降到-10°C 左右，散热效果好，无噪音；缺点： 出现冷凝水； 2、压缩机散热，优点：最低能将温度降到-60°C；缺点：成本高，容易出现冷凝水； 3、液氮或液氦散热，优点：液氮的温度可达到-196°C，液氦的温度可达到-268°C，散 热效果非常好。缺点：操作复杂，有一定的危险性，成本高； 4、固态风扇散热，基本原理是利用“电晕风”自然现象，即两个相邻高压电极之间发生 电晕放电时，因离子运动而产生的空气流动，形成用于散热的风流。处于研究之中。 5、纯液冷技术，将计算机关键部件浸泡在纯液体环境中进行散热，处于研究之中。 6、IBM 公司尝试在 CPU 内核中进行纯液体循环散热，处于研究之中。 4-14【实验】利用 CPU-Z 等软件测试 CPU 基本技术参数。 4-15【课程论文】讨论 CPU 系统结构或制程工艺或散热技术方面的问题。 参考论点： 1、流水线结构的优点与缺点； 2、程序相关性对流水线结构的影响； 3、流水线的长度与 CPU 性能； 4、乱序执行与流水线的关系