CPU处理器的基本结构

CPU 是计算机的运算和控制核心，其作用堪比人的大脑。新型 CPU 已将传统的中央处理器与显卡中的图形处理单元（GPU）集成在一起，在一个 CPU 芯片中集成了多个 CPU核心以及若干个 GPU。

CPU 主要由运算器、控制器、寄存器组、高速缓冲存储器（Cache）和内部总线构成。CPU 作为计算机的核心，负责整个计算机系统的协调、控制以及程序运行，随着大规模集成电路技术以及微电子技术的进步，CPU 中集成的电子元件越来越多。从外部物理构造角度看，CPU 主要由基板、内核、针脚、基板之间的填充物以及散热器装置支撑垫等组成。

1．CPU 内核

内核（Die）又称为核心，是 CPU 最重要的组成部分。图 3-20（a）中 CPU 中心那块隆起的芯片就是内核，是由单晶硅以一定的生产工艺制造出来的，CPU 所有的计算、存储命令、处理数据操作都由内核执行。

为了便于 CPU 设计、生产以及销售管理，CPU 制造商会对各种 CPU 核心给出相应的代号，这就是所谓的 CPU 核心类型。

CPU 核心的发展趋势：更低的电压、更低的功耗、更先进的制造工艺、集成更多的晶体管、更小的核心面积、更先进的流水线架构和更多的指令集、更高的前端总线频率、集成更多的功能（例如集成内存控制器等）以及多核心、集成图形处理功能，与多个图形处理单元（GPU）整合等。

2．基板

CPU 基板是承载 CPU 内核的电路板，是核心和针脚的载体。负责内核芯片和外界的通信，并决定这一颗芯片的时钟频率，上面有电容、电阻，还有决定 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。早期 CPU 基板采用陶瓷，新型 CPU 基板用有机物制造，能提供更好的电气和散热性能。

3．填充物

CPU 内核和 CPU 基板之间有填充物，作用是缓解散热器的压力、固定芯片和电路基板，它的优劣直接影响整个 CPU 的质量。

4．CPU 封装

封装是指安装半导体集成电路芯片用的外壳，CPU 封装技术是一种将集成电路用绝缘的塑料或陶瓷材料打包的技术。其作用是固定、密封、保护芯片和增强导热性能。封装还是沟通芯片内部与外部电路的桥梁：芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚通过印刷电路板上的导线与其他器件连通。

由于处理器芯片的工作频率越来越高，功能越来越强，引脚数越来越多，封装的外形也不断在改变。封装时主要考虑的因素如下：

（1）为提高封装效率，芯片面积与封装面积之比尽量接近 1 1∶ 。

（2）为减小传输延迟，引脚尽量短；为减少相互干扰，引脚间距离尽量远。

（3）为确保散热，封装越薄越好。

基于以上因素，随着 CPU 集成度的提高以及越来越突出的散热问题，CPU 的封装形式也在不断变化。从 DIP、QFP、PGA、BGA 到 S.E.C.C 再到 LGA，芯片面积与封装面积的比例越来越趋近于 1∶1，承受的频率越来越高，耐热越来越好，引脚越来越多，引脚间距越来越小，重量越来越轻，可靠性越来越高，操作便宜性越来越体现出人性化。

CPU 的封装方式取决于 CPU 安装形式和器件集成设计，从大的分类来说，采用 Socket插座进行安装的 CPU 使用 PGA（栅格阵列）方式封装，而采用 Slot x 槽安装的 CPU 则采用 SEC（单边接插盒）的形式封装。现在还有 PLGA（Plastic Land Grid Array）、OLGA（Organic Land Grid Array）等封装技术。

5．接口类型

CPU 和主板连接的接口类型主要有引脚式、卡式、针脚式、触点式等，对应到主板上有相应的插槽（Slot）或插座（Socket）。

Slot 接口（也称为卡式接口）的 CPU 外观像常见的各种扩展卡（显卡、声卡、网卡等），竖立插到主板上，当然主板上必须有对应 Slot 插槽。

Socket 接口的 CPU 有数百（千）个针脚或者触点一一对应插在主板的 CPU 插座上。CPU 的接口和主板插座必须完全吻合。例如，Slot 1 接口的 CPU 只能安装在具备 Slot 1 插槽的主板上，Socket 478 接口的 CPU 只能安装在具备 Socket 478 插座的主板上。

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