CPU结构学习

CPU经过多年的发展，其物理结构也经过许多变化，现在的CPU物理结构可分为内核、基板、填充物、封装以及接口五部分。基板上还有控制逻辑、贴片电容等。

一、内核

1.CPU内核的物理结构： CPU中间的长方形或者正方形部分就是CPU内核的地方，由单晶硅做成的芯片，所有的计算、接受/存储命令、处理数据都在这里进行。CPU核心的另一面，也就是被盖在陶瓷电路基板下面的那面要和外界的电路相连接。现在的CPU都有数以千万计的晶体管，它们都要连到外面的电路上，而连接的方法则是将每若干个晶体管焊上一根导线连到外电路上。例如Duron核心上面需要焊上3000条导线，而奔腾4的数量为5000条，用于服务器的64位处理器Itanium则达到了7500条。这么小的芯片要安放那么多的焊点，焊点就必须非常小，设计起来也要非常小心。

由于所有的计算都要在很小的芯片上进行，所以CPU内核会散发出大量的热，核心内部温度可以达到上百度，而表面温度也会有数十度，一旦温度过高，就会造成CPU运行不正常甚至烧毁的情况，因此很多电脑书籍或者杂志都会常常强调对CPU散热的重要性。 CPU内核的内部结构就更为复杂了，CPU的基本运算操作有三种：读取数据、对数据进行处理、然后把数据写回到存储器上。对于由最简单的信息构成的数据，CPU只需要四个部分来实现它对数据的操作：指令、指令指示器、寄存器、算术逻辑单元，此外，CPU还包括一些协助基本单元完成工作的附加单元等。

2.CPU内核的发展：随着CPU技术的不断发展，IC设计技术也越来越先进。目前的CPU晶体管数目都有几千万，Athlon XP达到了5000万之多。晶体管的增多需要IC技术的进步，因为只有更高集成度的工艺，才能降低晶体管增加带来的功耗，而且更高的集成度意味着制作成本的降低。目前主流CPU制作工艺是0.13微米，未来的CPU将达到0.09微米。

二、基板

CPU基板就是承载CPU内核用的电路板，它负责内核芯片和外界的一切通讯，并决定这一颗芯片的时钟频率，在它上面，有我们经常在电脑主板上见到的电容、电阻，还有决定了CPU时钟频率的电路桥（俗称金手指），在基板的背面或者下沿，还有用于和主板连接的针脚或者卡式接口。

比较早期的CPU基板都是采用陶瓷制成的，目前AMD的Duron仍然采用这种材料，而新型的CPU，例如P3、Celeron2，Palomino内核的AthlonXP，都转用了有机物制造，它能提供更好的电气和散热性能。

三、填充物

CPU内核和CPU基板之间往往还有填充物，填充物的作用是用来缓解来自散热器的压力以及固定芯片和电路基板，由于它连接着温度有较大差异的两个方面，所以必须保证十分的稳定，它的质量的优劣有时就直接影响着整个CPU的质量。

四、封装

 1.封装过程设计制作好的CPU硅片将通过几次严格的测试，若合格就会送至封装厂切割成用于单个CPU的硅模并置入到封装中。"封装"不但是给CPU穿上外衣，更是它的保护神，否则CPU的核心就不能与空气隔离、避免尘埃的侵害。此外，良好的封装设计还能有助于CPU芯片散热，并很好地让CPU与主板连接，因此封装技术本身就是高科技产品的组成部分。

2.封装的发展随着CPU集成度及发热量的提高，CPU封装技术也在不断进步。目前最常见的是PGA(Pin－Grid Array，针栅阵列)封装，通常这种封装呈正方形或长方形，在CPU的边缘周围均匀的分布着三、四排甚至更多排的引脚，引脚能插入主板CPU插座上对应的插孔，从而实现与主板的连接。

 绝大多数CPU都采用了一种翻转内核的封装形式，也就是说平时我们所看到的CPU内核其实是这颗硅芯片的底部，它是翻转后封装在陶瓷电路基板上的，这样的好处是能够使CPU内核直接与散热装置接触。随着CPU总线带度的增加、功能的增强，CPU的引脚数目也在不断地增多，同时对散热和各种电气特性的要求也更高，这就演化出了SPGA(Staggered Pin－Grid Array，交错针栅阵列)，PPGA(Plastic Pin－Grid Array，塑料针栅阵列)等封装方式。

五、接口

 1.接口类型 PC的各个配件都是通过某个接口与主板连接的，例如AGP显示卡是通过AGP接口与主板连接，声卡通过PCI接口连接。CPU也不例外，CPU的接口有针脚式、引脚式、卡式、触点式等。现在CPU的接口都是针脚式接口，有Socket478和Socket462等。

 2.接口的发展接口的发展也随着CPU的发展而发展。未来有Socket T以及Socket754、940等接口。其中Socket T接口是Intel下一代处理器的接口，用触点连接方式代替现在的针脚式接口。而Socket754、940是AMD的64位处理器的接口方式，和现在的Socket462针脚式接口一样，不过集成度十分高，布局紧密。