CPU的分類和結(jié)構(gòu)

硬件基礎(chǔ)知識——中央處理器分類和特性主講：劉亞琦《辦公自動化》中央處理器（CPU，英語：CentralProcessingUnit），是電子計算機(jī)最核心設(shè)備。其功能主要是解釋計算機(jī)指令以及處理計算機(jī)中的數(shù)據(jù)。中央處理器、內(nèi)部存儲器和輸入／輸出設(shè)備是現(xiàn)代電腦的三大核心部件。20世紀(jì)70年代以前，中央處理器是由多個獨(dú)立單元構(gòu)成。隨著集成電路的出現(xiàn)而加速。積體電路使得更為復(fù)雜的中央處理器可以在很小的空間中設(shè)計和制造（在微米和納米的量級）。中央處理器的標(biāo)準(zhǔn)化和小型化都使得這一類電子設(shè)備在現(xiàn)代生活中的出現(xiàn)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過有限應(yīng)用的專用計算機(jī)。現(xiàn)代微處理器出現(xiàn)在包括從汽車到手機(jī)到兒童玩具在內(nèi)的各種物品中。下圖中分別為Intel不同年代的CPU：從左至右依次為4004（1971年）、80386（1985年）、pentiumⅢ（1999年）、pentium4（2001年）。1CPU的分類CPU有多重分類方法。1.按生產(chǎn)廠家分類目前Intel和AMD兩家公司是臺式機(jī)、服務(wù)器、筆記本類計算機(jī)CPU最大的兩家供應(yīng)商，其他廠商還有VIA、IBM、Apple等，移動設(shè)備CPU的著名制造商有高通、德州儀器、英偉達(dá)等。2.按CPU的位數(shù)分類這個位數(shù)指的是CPU通用寄存器的數(shù)據(jù)寬度，位數(shù)越大CPU可以進(jìn)行更大范圍的整數(shù)運(yùn)算，可以支持更大的內(nèi)存尋址空間?？煞譃?位、8位、16位、32位、64位CPU?，F(xiàn)在市場上的CPU都是64位的。3.按CPU接口分類CPU的接口是指CPU與主板CPU插槽的鏈接部分，一般都是導(dǎo)電針腳和觸電，不同品牌，同品牌不同型號的CPU接口有所不同，體現(xiàn)在針腳或者觸角的數(shù)量上不同。Intel的有Socket478、SocketLGA775、LGA1366、LGA1156、LGA1155等，AMD的分為SocketAM2/AM2+、AM3、FM1等。4.按核心數(shù)量分類CPU從最初的單核心已向多核心發(fā)展，目前有單核、三核、四核、六核、八核、甚至十核。如單核的有Intel賽揚(yáng)G440、AMD閃龍SP145；雙核的有Intel奔騰G620、AMD速龍IIX2245；四核Intel酷睿i52320、AMD羿龍IIX4955；六核Intel酷睿i73930、AMDFX6100等。5.按CPU型號或標(biāo)稱頻率分類CPU尤其是單核時代，標(biāo)稱頻率往往是決定CPU性能和價格的重要因素，目前CPU的標(biāo)稱工作頻率一般都在3GHz左右。6.按CPU的核心代號（架構(gòu)）分類同一系列的CPU按其研發(fā)或核心代號的不同，又分為多種版本或代號。不同的代號采用不同的技術(shù)，直接影響CPU的性能。如Intel目前的主流結(jié)構(gòu)代號為2011年SandyBridge又被稱作“沙橋”，是英特爾第二代智能酷睿處理器（酷睿i32100、酷睿i72600等）的架構(gòu)名稱，常簡寫為SNB。SandyBridge架構(gòu)采用了全新的32nm制程，將原來分開放置的北橋和CPU核心部分徹底融合在一起，同時，還融入了英特爾新設(shè)計的核芯顯卡，整體效能和能耗比比上代45nm產(chǎn)品有了相當(dāng)明顯的改進(jìn)。第三代架構(gòu)為2012年4月推出的22nmIvyBridge。AMD最著名的架構(gòu)莫過于APU，主流架構(gòu)目前是“Bulldozer”（推土機(jī)），采用32nm制作工藝。7.按適合安裝的主板芯片組分類Intel和AMD的CPU只能分別安裝在支持對應(yīng)各自品牌的主板上，同時同品牌不同型號的CPU對應(yīng)的主板芯片又不同，有時候不能通用。8.按應(yīng)用場合分類可分為桌面（臺式機(jī)）版、移動版和服務(wù)器版。2CPU的外部結(jié)構(gòu)臺式機(jī)的CPU外觀和結(jié)構(gòu)都非常的相似，從外部結(jié)構(gòu)看主要由兩個部分組成：一個是內(nèi)核，還有一個是基板。下圖是CPU的外部機(jī)構(gòu)：觸點(diǎn)（CPU與主板的接口）三角防安反標(biāo)記

圖2-3CPU內(nèi)核外觀（酷睿i3）

CPU內(nèi)核

集成顯卡、集成內(nèi)存控制器

3.CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)目前絕大多數(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。這種技術(shù)也被使用在當(dāng)今絕大多數(shù)的CPU上。而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都有以千萬計算的晶體管，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。CPU內(nèi)核的工作強(qiáng)度很大，發(fā)熱量也很大，同時又非常脆弱，所以為保護(hù)和散熱核心，上面都要加裝一個金屬蓋，金屬蓋上安裝散熱器和風(fēng)扇。CPU的核心是鋪設(shè)在銅或者導(dǎo)體上的數(shù)以千萬計的晶體管，他們在外加電場通電或斷電，如同開關(guān)，從而形成0和1的數(shù)字信號，這種數(shù)字信號就是計算機(jī)中最小的bit，下圖是內(nèi)核在紫外線照射形成的的電路圖：2.CPU的基板（PCB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。內(nèi)存、主板等實用印刷電路的設(shè)備都會使用到PCB板，在它上面，有我們經(jīng)常在電腦主板上見到的電容、電阻，以及CPU與主板連接的接觸點(diǎn)、各種接口。比較早期的CPU基板都是采用陶瓷制成的，目前都轉(zhuǎn)用了有機(jī)物制造（PCB板），它