CPU結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)

CPU經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，其物理結(jié)構(gòu)也經(jīng)過(guò)許多變化，現(xiàn)在的CPU物理結(jié)構(gòu)可分為內(nèi)核、基板、填充物、封裝以及接口五部分。基板上還有控制邏輯、貼片電容等。

一、內(nèi)核

1.CPU內(nèi)核的物理結(jié)構(gòu)： CPU中間的長(zhǎng)方形或者正方形部分就是CPU內(nèi)核的地方，由單晶硅做成的芯片，所有的計(jì)算、接受/存儲(chǔ)命令、處理數(shù)據(jù)都在這里進(jìn)行。CPU核心的另一面，也就是被蓋在陶瓷電路基板下面的那面要和外界的電路相連接?，F(xiàn)在的CPU都有數(shù)以千萬(wàn)計(jì)的晶體管，它們都要連到外面的電路上，而連接的方法則是將每若干個(gè)晶體管焊上一根導(dǎo)線連到外電路上。例如Duron核心上面需要焊上3000條導(dǎo)線，而奔騰4的數(shù)量為5000條，用于服務(wù)器的64位處理器Itanium則達(dá)到了7500條。這么小的芯片要安放那么多的焊點(diǎn)，焊點(diǎn)就必須非常小，設(shè)計(jì)起來(lái)也要非常小心。

由于所有的計(jì)算都要在很小的芯片上進(jìn)行，所以CPU內(nèi)核會(huì)散發(fā)出大量的熱，核心內(nèi)部溫度可以達(dá)到上百度，而表面溫度也會(huì)有數(shù)十度，一旦溫度過(guò)高，就會(huì)造成CPU運(yùn)行不正常甚至燒毀的情況，因此很多電腦書籍或者雜志都會(huì)常常強(qiáng)調(diào)對(duì)CPU散熱的重要性。 CPU內(nèi)核的內(nèi)部結(jié)構(gòu)就更為復(fù)雜了，CPU的基本運(yùn)算操作有三種：讀取數(shù)據(jù)、對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、然后把數(shù)據(jù)寫回到存儲(chǔ)器上。對(duì)于由最簡(jiǎn)單的信息構(gòu)成的數(shù)據(jù)，CPU只需要四個(gè)部分來(lái)實(shí)現(xiàn)它對(duì)數(shù)據(jù)的操作：指令、指令指示器、寄存器、算術(shù)邏輯單元，此外，CPU還包括一些協(xié)助基本單元完成工作的附加單元等。

2.CPU內(nèi)核的發(fā)展：隨著CPU技術(shù)的不斷發(fā)展，IC設(shè)計(jì)技術(shù)也越來(lái)越先進(jìn)。目前的CPU晶體管數(shù)目都有幾千萬(wàn)，Athlon XP達(dá)到了5000萬(wàn)之多。晶體管的增多需要IC技術(shù)的進(jìn)步，因?yàn)橹挥懈呒啥鹊墓に?，才能降低晶體管增加帶來(lái)的功耗，而且更高的集成度意味著制作成本的降低。目前主流CPU制作工藝是0.13微米，未來(lái)的CPU將達(dá)到0.09微米。

二、基板

CPU基板就是承載CPU內(nèi)核用的電路板，它負(fù)責(zé)內(nèi)核芯片和外界的一切通訊，并決定這一顆芯片的時(shí)鐘頻率，在它上面，有我們經(jīng)常在電腦主板上見到的電容、電阻，還有決定了CPU時(shí)鐘頻率的電路橋（俗稱金手指），在基板的背面或者下沿，還有用于和主板連接的針腳或者卡式接口。

比較早期的CPU基板都是采用陶瓷制成的，目前AMD的Duron仍然采用這種材料，而新型的CPU，例如P3、Celeron2，Palomino內(nèi)核的AthlonXP，都轉(zhuǎn)用了有機(jī)物制造，它能提供更好的電氣和散熱性能。

三、填充物

CPU內(nèi)核和CPU基板之間往往還有填充物，填充物的作用是用來(lái)緩解來(lái)自散熱器的壓力以及固定芯片和電路基板，由于它連接著溫度有較大差異的兩個(gè)方面，所以必須保證十分的穩(wěn)定，它的質(zhì)量的優(yōu)劣有時(shí)就直接影響著整個(gè)CPU的質(zhì)量。

四、封裝

 1.封裝過(guò)程設(shè)計(jì)制作好的CPU硅片將通過(guò)幾次嚴(yán)格的測(cè)試，若合格就會(huì)送至封裝廠切割成用于單個(gè)CPU的硅模并置入到封裝中。"封裝"不但是給CPU穿上外衣，更是它的保護(hù)神，否則CPU的核心就不能與空氣隔離、避免塵埃的侵害。此外，良好的封裝設(shè)計(jì)還能有助于CPU芯片散熱，并很好地讓CPU與主板連接，因此封裝技術(shù)本身就是高科技產(chǎn)品的組成部分。

2.封裝的發(fā)展隨著CPU集成度及發(fā)熱量的提高，CPU封裝技術(shù)也在不斷進(jìn)步。目前最常見的是PGA(Pin－Grid Array，針柵陣列)封裝，通常這種封裝呈正方形或長(zhǎng)方形，在CPU的邊緣周圍均勻的分布著三、四排甚至更多排的引腳，引腳能插入主板CPU插座上對(duì)應(yīng)的插孔，從而實(shí)現(xiàn)與主板的連接。

 絕大多數(shù)CPU都采用了一種翻轉(zhuǎn)內(nèi)核的封裝形式，也就是說(shuō)平時(shí)我們所看到的CPU內(nèi)核其實(shí)是這顆硅芯片的底部，它是翻轉(zhuǎn)后封裝在陶瓷電路基板上的，這樣的好處是能夠使CPU內(nèi)核直接與散熱裝置接觸。隨著CPU總線帶度的增加、功能的增強(qiáng)，CPU的引腳數(shù)目也在不斷地增多，同時(shí)對(duì)散熱和各種電氣特性的要求也更高，這就演化出了SPGA(Staggered Pin－Grid Array，交錯(cuò)針柵陣列)，PPGA(Plastic Pin－Grid Array，塑料針柵陣列)等封裝方式。

五、接口

 1.接口類型 PC的各個(gè)配件都是通過(guò)某個(gè)接口與主板連接的，例如AGP顯示卡是通過(guò)AGP接口與主板連接，聲卡通過(guò)PCI接口連接。CPU也不例外，CPU的接口有針腳式、引腳式、卡式、觸點(diǎn)式等?，F(xiàn)在CPU的接口都是針腳式接口，有Socket478和Socket462等。

 2.接口的發(fā)展接口的發(fā)展也隨著CPU的發(fā)展而發(fā)展。未來(lái)有Socket T以及Socket754、940等接口。其中Socket T接口是Intel下一代處理器的接口，用觸點(diǎn)連接方式代替現(xiàn)在的針腳式接口。而Socket754、940是AMD的64位處理器的接口方式，和現(xiàn)在的Socket462針腳式接口一樣，不過(guò)集成度十分高，布局緊密。