1.3 从维修角度认识笔记本电脑的内部硬件
1.3.1 从维修角度认识CPU
1.从维修角度认识CPU在系统中的作用
CPU是笔记本电脑的运算和控制中心，担负着笔记本电脑中大部分的数据处理工作，很大程度上决定着笔记本电脑的整体性能。笔记本电脑使用的CPU英文称为Mobile CPU（移动处理器），其主要生产商是Intel和AMD公司。笔记本电脑采用的CPU与台式电脑采用的CPU相比，更强调低发热量和低耗电量，这是由于笔记本电脑的散热环境和供电方式都比台式电脑差的缘故。
笔记本电脑的CPU自身出现损坏的情况极为少见，其不能正常工作通常是由于CPU供电电路损坏或散热条件差等原因造成的。图1-42所示为笔记本电脑的CPU。
图1-42 笔记本电脑的CPU
2.CPU结构及工作原理
CPU一般由基板、核心芯片和针脚3个部分组成。基板一般为PCB（印制电路板），核心芯片内部是CPU实现各种功能的单元，针脚用于CPU与主板的连接。图1-43所示为笔记本电脑CPU的结构。其中CPU正面为CPU的基板和核心芯片，反面为CPU的连接针脚。
图1-43 笔记本电脑CPU的结构
CPU核心芯片内部的主要组成部件是晶体管。晶体管属于微型电子开关，只有两种状态ON（开）和OFF（关），这两种状态代表了晶体管的导通和截止。晶体管的两种状态产生的电子信号和二进制的“0”和“1”对应，这是CPU能够实现各种功能的基础。
核心芯片需要在硅材料上使用纳米技术制造出上亿乃至几十亿个晶体管，然后覆上二氧化硅等材料作为绝缘层，在绝缘层上布置金属导线，使独立的晶体管连接成一个个工作单元。这些不同的工作单元被设计成实现不同功能的区域，协同完成CPU要处理的各项任务。
CPU核心芯片内部主要分为：控制单元、运算逻辑单元和存储单元三大部分。控制单元主要负责对指令译码，并且发送完成每条指令所要执行的各个操作的控制信号。运算逻辑单元主要负责执行定点或浮点运算操作、移位操作和逻辑操作等。图1-44所示为CPU内部单元概念图。
图1-44 CPU内部单元概念图
控制单元（Control Unit，CU）主要负责程序的流程管理，由指令寄存器IR（Instruction Register）、指令译码器ID（Instruction Decoder）和操作控制器OC（Operation Controller）等组成。控制单元根据程序命令从存储器中取出指令放置在内部指令寄存器中，通过指令译码器确定具体的操作，然后通过操作控制器确定的时序，向相应的部件发出操作控制信号。
运算逻辑单元（Arithmetic Logic Unit，ALU）是CPU中负责执行各种运算操作的电路单元。基本操作包括加、减、乘、除四则运算，与非等逻辑运算以及移位、比较和传送等操作。
存储单元是CPU中暂时存储数据的地方，保存等待处理或已经处理过的数据。
CPU工作过程主要分为4个阶段：提取，从存储器中检索指令；解码，根据对指令的分析确定需要进行的操作；执行，指令解码后的操作实现（比如，一个加法运算）过程；写回，将操作结果（加法运算结果）写入相应的存储器中。
CPU的主要参数包括制造工艺、架构、主频和缓存等。
CPU制造工艺主要是指制造CPU的技术水平。20世纪70年代在微处理器刚刚兴起时，采用的是微米级制造工艺，只能集成几千个晶体管，产品性能也十分有限。目前Intel公司的第三代酷睿i系列处理器采用的是22nm级制造工艺，集成了几十亿个晶体管，性能也变得十分强大。制造工艺越先进，单位面积内集成的晶体管数量也就越多，从而可以使CPU的体积更小、功耗更低、性能更强。CPU的制造工艺在很大程度上决定着CPU的整体性能。
CPU架构是指CPU核心芯片的设计方案。目前市场上个人电脑所使用的CPU基本上都属于X86架构。而Intel公司的第二代酷睿i处理器系列使用的sandy bridge架构和AMD公司速龙2、羿龙2所采用的K10等架构都是基于X86架构下的微架构。CPU架构对CPU的性能具有直接影响，CPU架构越优秀，CPU的整体性能也就越强。
CPU主频指CPU的工作频率，其实这一频率指的是CPU内核工作的时钟频率。主频和CPU实际运算速度有一定的关系，但不是相等或倍数关系。在CPU单核心时代，主频在很大程度上代表了CPU的性能优劣。现在不同制造工艺和不同架构的CPU主频可能数值相差不多，但在性能上可能差距很大。
为了解决内存和硬盘运行速度远低于CPU运行速度的矛盾，引入了缓存。CPU从缓存读取数据要比在内存上快很多，这样就有效地提升了系统性能。目前主流的CPU通常有一级缓存、二级缓存和三级缓存。
3.由CPU问题导致的常见故障
CPU自身损坏的情况很少见，但是由于CPU散热和供电问题导致的故障却比较常见。虽然CPU在制造工艺上不断改善，但其发热量还是相对较大的。特别是对于笔记本电脑这种密封性环境，其散热处理不好将导致CPU无法正常工作，比如出现自动重启、死机或者系统运行缓慢等故障。
CPU对工作电压的要求比较苛刻，主板上会有专门的供电电路为CPU供电。这一供电电路中包括场效应管、储能电感、滤波电容和电源控制芯片等电子元器件。如果这些电子元器件发生短路、漏电或者击穿等问题，将造成CPU供电电压不稳或没有供电等故障，主要表现为开机后自动关机等。