CPU結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)

CPU經(jīng)過多年的發(fā)展，其物理結(jié)構(gòu)也經(jīng)過許多變化，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?；迳线€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。現(xiàn)在的CPU都有數(shù)以千萬計(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，而表面溫度也會有數(shù)十度，一旦溫度過高，就會造成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常常強(qiáng)調(diào)對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)、對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、然后把數(shù)據(jù)寫回到存儲器上。對于由最簡單的信息構(gòu)成的數(shù)據(jù)，CPU只需要四個部分來實(shí)現(xiàn)它對數(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)也越來越先進(jìn)。目前的CPU晶體管數(shù)目都有幾千萬，Athlon XP達(dá)到了5000萬之多。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緩解來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)劣有時就直接影響著整個CPU的質(zhì)量。

四、封裝

 1.封裝過程設(shè)計(jì)制作好的CPU硅片將通過幾次嚴(yán)格的測試，若合格就會送至封裝廠切割成用于單個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，也就是說平時我們所看到的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，同時對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的各個配件都是通過某個接口與主板連接的，例如AGP顯示卡是通過AGP接口與主板連接，聲卡通過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。現(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，不過集成度十分高，布局緊密。