CPU的分类和结构

硬件基础知识——中央处理器分类和特性主讲：刘亚琦《办公自动化》中央处理器（CPU，英语：CentralProcessingUnit），是电子计算机最核心设备。其功能主要是解释计算机指令以及处理计算机中的数据。中央处理器、内部存储器和输入／输出设备是现代电脑的三大核心部件。20世纪70年代以前，中央处理器是由多个独立单元构成。随着集成电路的出现而加速。积体电路使得更为复杂的中央处理器可以在很小的空间中设计和制造（在微米和纳米的量级）。中央处理器的标准化和小型化都使得这一类电子设备在现代生活中的出现频率远远超过有限应用的专用计算机。现代微处理器出现在包括从汽车到手机到儿童玩具在内的各种物品中。下图中分别为Intel不同年代的CPU：从左至右依次为4004（1971年）、80386（1985年）、pentiumⅢ（1999年）、pentium4（2001年）。1CPU的分类CPU有多重分类方法。1.按生产厂家分类目前Intel和AMD两家公司是台式机、服务器、笔记本类计算机CPU最大的两家供应商，其他厂商还有VIA、IBM、Apple等，移动设备CPU的著名制造商有高通、德州仪器、英伟达等。2.按CPU的位数分类这个位数指的是CPU通用寄存器的数据宽度，位数越大CPU可以进行更大范围的整数运算，可以支持更大的内存寻址空间。可分为4位、8位、16位、32位、64位CPU。现在市场上的CPU都是64位的。3.按CPU接口分类CPU的接口是指CPU与主板CPU插槽的链接部分，一般都是导电针脚和触电，不同品牌，同品牌不同型号的CPU接口有所不同，体现在针脚或者触角的数量上不同。Intel的有Socket478、SocketLGA775、LGA1366、LGA1156、LGA1155等，AMD的分为SocketAM2/AM2+、AM3、FM1等。4.按核心数量分类CPU从最初的单核心已向多核心发展，目前有单核、三核、四核、六核、八核、甚至十核。如单核的有Intel赛扬G440、AMD闪龙SP145；双核的有Intel奔腾G620、AMD速龙IIX2245；四核Intel酷睿i52320、AMD羿龙IIX4955；六核Intel酷睿i73930、AMDFX6100等。5.按CPU型号或标称频率分类CPU尤其是单核时代，标称频率往往是决定CPU性能和价格的重要因素，目前CPU的标称工作频率一般都在3GHz左右。6.按CPU的核心代号（架构）分类同一系列的CPU按其研发或核心代号的不同，又分为多种版本或代号。不同的代号采用不同的技术，直接影响CPU的性能。如Intel目前的主流结构代号为2011年SandyBridge又被称作“沙桥”，是英特尔第二代智能酷睿处理器（酷睿i32100、酷睿i72600等）的架构名称，常简写为SNB。SandyBridge架构采用了全新的32nm制程，将原来分开放置的北桥和CPU核心部分彻底融合在一起，同时，还融入了英特尔新设计的核芯显卡，整体效能和能耗比比上代45nm产品有了相当明显的改进。第三代架构为2012年4月推出的22nmIvyBridge。AMD最著名的架构莫过于APU，主流架构目前是“Bulldozer”（推土机），采用32nm制作工艺。7.按适合安装的主板芯片组分类Intel和AMD的CPU只能分别安装在支持对应各自品牌的主板上，同时同品牌不同型号的CPU对应的主板芯片又不同，有时候不能通用。8.按应用场合分类可分为桌面（台式机）版、移动版和服务器版。2CPU的外部结构台式机的CPU外观和结构都非常的相似，从外部结构看主要由两个部分组成：一个是内核，还有一个是基板。下图是CPU的外部机构：触点（CPU与主板的接口）三角防安反标记

图2-3CPU内核外观（酷睿i3）

CPU内核

集成显卡、集成内存控制器

3.CPU内部结构目前绝大多数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。这种技术也被使用在当今绝大多数的CPU上。而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都有以千万计算的晶体管，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。CPU内核的工作强度很大，发热量也很大，同时又非常脆弱，所以为保护和散热核心，上面都要加装一个金属盖，金属盖上安装散热器和风扇。CPU的核心是铺设在铜或者导体上的数以千万计的晶体管，他们在外加电场通电或断电，如同开关，从而形成0和1的数字信号，这种数字信号就是计算机中最小的bit，下图是内核在紫外线照射形成的的电路图：2.CPU的基板（PCB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。内存、主板等实用印刷电路的设备都会使用到PCB板，在它上面，有我们经常在电脑主板上见到的电容、电阻，以及CPU与主板连接的接触点、各种接口。比较早期的CPU基板都是采用陶瓷制成的，目前都转用了有机物制造（PCB板），它