353
cpu工作原理簡析
但你不要以為，隻有簡單的“0”和“1”兩種狀態的晶體管的原理很簡單，其實它們的發展是經過科學家們多年的辛苦研究得來的。在晶體管之前，計算機依靠速度緩慢、低效率的真空電子管和機械開關來處理信息。後來，科研人員把兩個晶體管放置到一個矽晶體中，這樣便創作出第一個集成電路，再後來才有了微處理器。
看到這裏，你一定想知道，晶體管是如何利用“0”和“1”這兩種電子信號來執行指令和處理數據的呢？其實，所有電子設備都有自己的電路和開關，電子在電路中流動或斷開，完全由開關來控製，如果你將開關設置為OFF，電子將停止流動，如果你再將其設置為ON，電子又會繼續流動。晶體管的這種ON與OFF的切換隻由電子信號控製，我們可以將晶體管稱之為二進製設備。這樣，晶體管的ON狀態用“1”來表示，而OFF狀態則用“0”來表示，就可以組成最簡單的二進製數。眾多晶體管產生的多個“1”與“0”的特殊次序和模式能代表不同的情況，將其定義為字母、數字、顏色和圖形。舉個例子，十進位中的1在二進位模式時也是“1”，2在二進位模式時是“10”，3是“11”，4是“100”，5是“101”，6是“110”等等，依此類推，這就組成了計算機工作采用的二進製語言和數據。成組的晶體管聯合起來可以存儲數值，也可以進行邏輯運算和數字運算。加上石英時鍾的控製，晶體管組就像一部複雜的機器那樣同步地執行它們的功能。
CPU的內部結構
現在我們已經大概知道CPU是負責些什麼事情，但是具體由哪些部件負責處理數據和執行程序呢？
1.算術邏輯單元ALU(Arithmetic Logic Unit)
ALU是運算器的核心。它是以全加器為基礎，輔之以移位寄存器及相應控製邏輯組合而成的電路，在控製信號的作用下可完成加、減、乘、除四則運算和各種邏輯運算。就像剛才提到的，這裏就相當於工廠中的生產線，負責運算數據。
2.寄存器組 RS(Register Set或Registers)
RS實質上是CPU中暫時存放數據的地方，裏麵保存著那些等待處理的數據，或已經處理過的數據，CPU訪問寄存器所用的時間要比訪問內存的時間短。采用寄存器，可以減少CPU訪問內存的次數，從而提高了CPU的工作速度。但因為受到芯片麵積和集成度所限，寄存器組的容量不可能很大。寄存器組可分為專用寄存器和通用寄存器。專用寄存器的作用是固定的，分別寄存相應的數據。而通用寄存器用途廣泛並可由程序員規定其用途。通用寄存器的數目因微處理器而異。
3.控製單元(Control Unit)
正如工廠的物流分配部門，控製單元是整個CPU的指揮控製中心，由指令寄存器IR(Instruction Register)、指令譯碼器ID(Instruction Decoder)和操作控製器0C(Operation Controller)三個部件組成，對協調整個電腦有序工作極為重要。它根據用戶預先編好的程序，依次從存儲器中取出各條指令，放在指令寄存器IR中，通過指令譯碼(分析)確定應該進行什麼操作，然後通過操作控製器OC，按確定的時序，向相應的部件發出微操作控製信號。操作控製器OC中主要包括節拍脈衝發生器、控製矩陣、時鍾脈衝發生器、複位電路和啟停電路等控製邏輯。
4.總線(Bus)
就像工廠中各部位之間的聯係渠道，總線實際上是一組導線，是各種公共信號線的集合，用於作為電腦中所有各組成部分傳輸信息共同使用的“公路”。直接和CPU相連的總線可稱為局部總線。其中包括: 數據總線DB(Data Bus)、地址總線AB(Address Bus) 、控製總線CB(Control Bus)。其中，數據總線用來傳輸數據信息；地址總線用於傳送CPU發出的地址信息；控製總線用來傳送控製信號、時序信號和狀態信息等。
CPU的工作流程
由晶體管組成的CPU是作為處理數據和執行程序的核心，其英文全稱是:Central Processing Unit，即中央處理器。首先，CPU的內部結構可以分為控製單元，邏輯運算單元和存儲單元(包括內部總線及緩衝器)三大部分。CPU的工作原理就像一個工廠對產品的加工過程:進入工廠的原料(程序指令)，經過物資分配部門(控製單元)的調度分配，被送往生產線(邏輯運算單元)，生產出成品(處理後的數據)後，再存儲在倉庫(存儲單元)中，最後等著拿到市場上去賣(交由應用程序使用)。在這個過程中，我們注意到從控製單元開始，CPU就開始了正式的工作，中間的過程是通過邏輯運算單元來進行運算處理，交到存儲單元代表工作的結束。
數據與指令在CPU中的運行
剛才已經為大家介紹了CPU的部件及基本原理情況，現在，我們來看看數據是怎樣在CPU中運行的。我們知道，數據從輸入設備流經內存，等待CPU的處理，這些將要處理的信息是按字節存儲的，也就是以8位二進製數或8比特為1個單元存儲，這些信息可以是數據或指令。數據可以是二進製表示的字符、數字或顏色等等。而指令告訴CPU對數據執行哪些操作，比如完成加法、減法或移位運算。
我們假設在內存中的數據是最簡單的原始數據。首先，指令指針(Instruction Pointer)會通知CPU，將要執行的指令放置在內存中的存儲位置。因為內存中的每個存儲單元都有編號(稱為地址)，可以根據這些地址把數據取出，通過地址總線送到控製單元中，指令譯碼器從指令寄存器IR中拿來指令，翻譯成CPU可以執行的形式，然後決定完成該指令需要哪些必要的操作，它將告訴算術邏輯單元(ALU)什麼時候計算，告訴指令讀取器什麼時候獲取數值，告訴指令譯碼器什麼時候翻譯指令等等。
假如數據被送往算術邏輯單元，數據將會執行指令中規定的算術運算和其他各種運算。當數據處理完畢後，將回到寄存器中，通過不同的指令將數據繼續運行或者通過DB總線送到數據緩存器中。
基本上，CPU就是這樣去執行讀出數據、處理數據和往內存寫數據3項基本工作。但在通常情況下，一條指令可以包含按明確順序執行的許多操作，CPU的工作就是執行這些指令，完成一條指令後，CPU的控製單元又將告訴指令讀取器從內存中讀取下一條指令來執行。這個過程不斷快速地重複，快速地執行一條又一條指令，產生你在顯示器上所看到的結果。我們很容易想到，在處理這麼多指令和數據的同時，由於數據轉移時差和CPU處理時差，肯定會出現混亂處理的情況。為了保證每個操作準時發生，CPU需要一個時鍾，時鍾控製著CPU所執行的每一個動作。時鍾就像一個節拍器，它不停地發出脈衝，決定CPU的步調和處理時間，這就是我們所熟悉的CPU的標稱速度，也稱為主頻。主頻數值越高，表明CPU的工作速度越快。
如何提高CPU工作效率
既然CPU的主要工作是執行指令和處理數據，那麼工作效率將成為CPU的最主要內容，因此，各CPU廠商也盡力使CPU處理數據的速度更快。
根據CPU的內部運算結構，一些製造廠商在CPU內增加了另一個算術邏輯單元(ALU)，或者是另外再設置一個處理非常大和非常小的數據浮點運算單元(Floating Point Unit，FPU)，這樣就大大加快了數據運算的速度。
而在執行效率方麵，一些廠商通過流水線方式或以幾乎並行工作的方式執行指令的方法來提高指令的執行速度。剛才我們提到，指令的執行需要許多獨立的操作，諸如取指令和譯碼等。最初CPU在執行下一條指令之前必須全部執行完上一條指令，而現在則由分布式的電路各自執行操作。也就是說，當這部分的電路完成了一件工作後，第二件工作立即占據了該電路，這樣就大大增加了執行方麵的效率。
另外，為了讓指令與指令之間的連接更加準確，現在的CPU通常會采用多種預測方式來控製指令更高效率地執行。
CPU的工作原理淺析
一個完整的微型計算機係統包括硬件係統和軟件係統兩大部分。 計算機硬件是指組成一台計算機的各種物理裝置,
它們是由各種實在的器件所組成，是計算機進行工作的物質基礎。計算機硬件係統中最重要的組成部分是中央處理器(CPU ) 。
（一）CPU的基本概念和組成
中央處理器簡稱CPU(Central Processing Unit),它是計算機係統的核心,主要包括運算器和控製器兩個部件。如果把計算機比作一個人，那麼CPU就是心髒，其重要作用由此可見一斑。CPU的內部結構可以分為控製單元、邏輯單元和存儲單元三大部分，三個部分相互協調，便可以進行分析，判斷、運算並控製計算機各部分協調工作。
計算機發生的所有動作都是受CPU控製的。其中運算器主要完成各種算術運算(如加、減、乘、除)和邏輯運算( 如邏輯加、邏輯乘和非運算);
而控製器不具有運算功能,它隻是讀取各種指令,並對指令進行分析,作出相應的控製。通常,在CPU中還有若幹個寄存器,它們可直接參與運算並存放運算的中間結果。
我們常說的CPU都是X86係列及兼容CPU ,所謂X86指令集是美國Intel公司為其第一塊16位CPU（i8086）專門開發的，美國IBM公司1981年推出的世界第一台PC機中的CPU— i8088（i8086簡化版）使用的也是X86指令，同時電腦中為提高浮點數據處理能力而增加的X87芯片係列數學協處理器則另外使用X87指令，以後就將X86指令集和X87指令集統稱為X86指令集。雖然隨著CPU技術的不斷發展，Intel陸續研製出更新型的i80386、i80486直到今天的Pentium Ⅲ係列，但為了保證電腦能繼續運行以往開發的各類應用程序以保護和繼承豐富的軟件資源，Intel公司所生產的所有CPU仍然繼續使用X86指令集。
另外除Intel 公司之外，AMD和Cyrix等廠家也相繼生產出能使用X86指令集的CPU，由於這些CPU能運行所有的為Intel CPU所開發的各種軟件，所以電腦業內人士就將這些CPU列為Intel的CPU兼容產品。由於Intel X86係列及其兼容CPU都使用X86指令集，就形成了今天龐大的X86係列及兼容CPU陣容。
（二）CPU主要技術參數
CPU品質的高低直接決定了一個計算機係統的檔次，而 CPU的主要技術特性可以反映出CPU的大致性能。
1、位、字節和字長
CPU可以同時處理的二進製數據的位數是其最重要的一個品質標誌。人們通常所說的16位機、32位機就是指該微機中的C
PU可以同時處理16位、32位的二進製數據。早期有代表性的IBM PC/XT、IBM PC/AT與
286機是16位機,386機和486機是32位機,586機則是64位的高檔微機。
CPU按照其處理信息的字長可以分為：八位微處理器、十六位微處理器、三十二位微處理器以及六十四位微處理器等。
位：在數字電路和電腦技術中采用二進製，代碼隻有“0”和“1”，其中無論是 “0”或是“1”在CPU中都是一“位”。
字節和字長：電腦技術中對CPU在單位時間內(同一時間)能一次處理的二進製數的位數叫字長。所以能處理字長為8位數據的CPU通常就叫8位的CPU。同理32位的CPU就能在單位時間內處理字長為32位的二進製數據。由於常用的英文字符用8位二進製就可以表示，所以通常就將8位稱為一個字節。字節的長度是不固定的，對於不同的CPU、字長的長度也不一樣。8位的CPU一次隻能處理一個宇節，而32位的CPU一次就能處理4個宇節，同理字長為64位的
C PU一次可以處理8個字節。
2、CPU外頻
CPU外頻也就是常見特性表中所列的CPU總線頻率，是由主板為CPU提供的基準時鍾頻率，而CPU的工作主頻則按倍頻係數乘以外頻而來。在Pentium時代，
CPU的外頻一般是60／66MHz，從Pentium II
350開始，CPU外頻提高到1O0MHz。由於正常情況下CPU總線頻率和內存總線頻率相同，所以當CPU外頻提高後，與內存之間的交換速度也相應得到了提高，對提高電腦整體運行速度影響較大。
3、前端總線(FSB)頻率
前端總線也就是以前所說的CPU總線，由於在目前的各種主板上前端總線頻率與內存總線頻率相同，所以也是 CPU與內存以及L2
Cache（僅指Socket
7主板）之間交換數據的工作時鍾。由於數據傳輸最大帶寬取決所同時傳輸的數據位寬度和傳輸頻率，即數據帶寬=（總線頻率(數據寬度）/8。例如Intel公司的PⅡ
333使用6 6MHz的前端總線，所以它與內存之間的數據交換帶寬為528MB/s =（66×64）/8，而其PⅡ
350則使用100MHz的前端總線，所以其數據交換峰值帶寬為800MB/s=（100×64）/8。由此可見前端總線速率將影響電腦運行時CPU與內存、（L2
Cache）之間的數據交換速度，實際也就影響了電腦的整體運行速度。因此目前 Intel正開始將其P
Ⅲ的前端總線頻率從100MHz向133MHz過渡。 AMD公司新推出的K7雖然使用20 0MHz的前端總線頻率，但有資料表明K7
CPU內核與內存之間數據交換時鍾仍然是100MHz，主頻也是以100 MHz為基頻倍頻的。
4、CPU主頻
CPU主頻也叫工作頻率，是CPU內核(整數和浮點運算器)電路的實際運行頻率。在486 DX2
CPU之前。CPU的主頻與外頻相等。從486DX2開始，基本上所有的CPU主頻都等於“外頻乘上倍頻係數”了。CPU的主要技術特征
。主頻是CPU內核運行時的時鍾頻率，主頻的高低直接影響CPU的運算速度。
我們知道僅Pentium就可以在一個時鍾周期內執行兩條運算指令，假如主頻為100MHz的Penti
um可以在1秒鍾內執行2億條指令，那麼主頻為200MHz的Pentium每秒鍾就能執行4億條指令，因此CPU主頻越高，電腦運行速度就越快。
需要說明的是Cyrix的CPU對主頻這項指標是采用PR性能等級參數（Performance Rat
ing）來標稱的，表示此時CPU性能相當於Intel某主頻CPU的性能。用PR參數標稱的CPU實際運行時鍾頻率與標稱主頻並不一致。例如MⅡ-300的實際運行頻率為233MHz（66×3.5），但PR參數主頻標為300MH
z，意思就是MⅡ-300相當於Intel的PⅡ-300。不過事實上也僅是MⅡ-300的Business Win
ston指標（整數性能）能與PⅡ-300相當而已。
5、L1和L2 Cache的容量和速率
L1和L2 Cache的容量和工作速率對提高電腦速度起關鍵作用，尤其是L2 Cache對提高運行2 D圖形處理較多的商業軟件速度有顯著作用。
設置L2 Cache是486時代開始的，目的是彌補L1 Cache（一級高速緩存）容量的不足，以最大程度地減小主內存對CPU運行造成的延緩。
CPU的L2 Cache分芯片內部和外部兩種。設在CPU芯片內的L2 Cache運行速度與主頻相同，而采用PⅡ方式安裝在CPU芯片外部的L2
Cache運行頻率一般為主頻的二分之一，因此其效率要比芯片內的L2 Cache要低，這就是賽揚隻有128KB片內Cache但性能卻幾乎超過同主頻P
Ⅱ（有512KB但工作時鍾為主頻一半的片外L2Cache）的重要原因。
（三）CPU主要技術術語淺析
1、流水線技術
流水線(pipeline)是
InteI首次在486芯片中開始使用的。流水線的工作方式就象工業生產上的裝配流水線。在CPU中由5~6個不同功能的電路單元組成一條指令處理流水線，然後將一條X86指令分成5~6步後再由這些電路單元分別執行，這樣就能實現在一個CPU時鍾周期完成一條指令，因此提高CPU的運算速度。由於486CP
U隻有一條流水線，通過流水線中取指令、譯碼、產生地址、執行指令和數據寫回五個電路單元分別同時執行那些已經分成五步的指令，因此實現了486CPU設計人員預期的在每個時鍾周期中完成一條指令的目的(按筆者看法，CPU實際上應該是從第五個時鍾周期才達到每周期能完成一條指令的處理速度)。到了Pentium時代、設計人員在CPU中設置了兩條具有各自獨立電路單元的流水線，因此這樣CPU在工作時就可以通過這兩條流水線來同時執行兩條指令，因此在理論上可以實現在每一個時鍾周期中完成兩條指令的目的。
2、超流水線和超標量技術
超流水線是指某些CPU內部的流水線超過通常的5~6步以上，例如Pentium pro的流水線就長達14
步。將流水線設計的步(級)數越多，其完成一條指令的速度越快，因此才能適應工作主頻更高的CPU。超標量(supe rscalar)是指在
CPU中有一條以上的流水線，並且每時鍾周期內可以完成一條以上的指令，這種設計就叫超標量技術。
3、亂序執行技術
亂序執行(out-of-orderexecution)是指CPU采用了允許將多條指令不按程序規定的順序分開發送給各相應電路單元處理的技術。比方說程序某一段有7條指令，此時CPU將根據各單元電路的空鬧狀態和各指令能否提前執行的具體情況分析後，將能提前執行的指令立即發送給相應電路執行。當然在各單元不按規定順序執行完指令後還必須由相應電路再將運算結果重新按原來程序指定的指令順序排列後才能返回程序。這種將各條指令不按順序拆散後執行的運行方式就叫亂序執行(也有叫錯序執行)技術。采用亂序執行技術的目的是為了使CPU內部電路滿負荷運轉並相應提高了CP
U的運行程序的速度。
4、分技預溯和推測執行技術
分枝預測(branch prediction)和推測執行(speculatlon execution)
是CPU動態執行技術中的主要內容，動態執行是目前CPU主要采用的先進技術之一。采用分枝預測和動態執行的主要目的是為了提高CPU的運算速度。推測執行是依托於分枝預測基礎上的，在分枝預測程序是否分枝後所進行的處理也就是推測執行。
5、指令特殊擴展技術
自最簡單的計算機開始，指令序列便能取得運算對象，並對它們執行計算。對大多數計算機而言，這些指令同時隻能執行一次計算。如需完成一些並行操作，就要連續執行多次計算。此類計算機采用的是“單指令單數據”（SISD）處理器。在介紹CPU性能中還經常提到“擴展指令”或“特殊擴展”一說，這都是指該CPU是否具有對X86指令集進行指令擴展而言。擴展指令中最早出現的是InteI公司自己的“MMX”，其次是AMD公司的“3D
Now!”，最後是最近的Pentium III中的“SSE”。
MMX和SSE：MMX是英語“多媒體指令集”的縮寫。共有57條指令，是Intel公司第一次對自1985 年就定型的
X86指令集進行的擴展。MMX主要用於增強CPU對多媒體信息的處理，提高CPU處理3D圖形、視頻和音頻信息能力。但由於隻對整數運算進行了優化而沒有加強浮點方麵的運算能力。所以在3D圖形日趨廣泛，因特網3D網頁應用日趨增多的情況下，MMX已心有餘而力不足了。MMX指令可對整數執行SIMD運算，比如-40、0、1、469
或32766等等；SSE指令則增加了對浮點數的SIMD運算能力，比如-40.2337，1.4355或87734
3226.012等等。利用MMX和SSE，一條指令可對2個以上的數據流執行計算。就前麵的例子來說，再也不必每秒執行529000條指令了，隻需執行264600條即可。因為同樣的指令可同時對左、右聲道發生作用。顯示時，每秒也不需要70778880條指令，隻需23592960條，因為紅、綠、藍通道均可用相同的指令控製。
SSE：SSE是英語“因特網數據流單指令序列擴展／Internet Streaming SIMDExt
ensions”的縮寫。它是InteI公司首次應用於 Pentium III中的。實際就是原來傳聞的MMX2以後來又叫KNI(Katmai
NewInstruction)， Katmai實際上也就是現在的Pentium III。SSE共有70條指令，不但涵括了原MMX和3D
Now!指令集中的所有功能，而且特別加強了SIMD浮點處理能力，另外還專門針對目前因特網的日益發展，加強了CPU處理3D網頁和其它音、象信息技術處理的能力。CPU具有特殊擴展指令集後還必須在應用程序的相應支持下才能發揮作用，因此，當目前最先進的Penthm
III 450和 Pentium II 450運行同樣沒有擴展指令支持的應用程序時，它們之間的速度區別並不大。
SSE除保持原有的MMX指令外，又新增了70條指令，在加快浮點運算的同時，也改善了內存的使用效率，使內存速度顯得更快一些。對遊戲性能的改善十分顯著，按Intel的說法，SSE對下述幾個領域的影響特別明顯：3D幾何運算及動畫處理；圖形處理（如Photoshop）；視頻編輯／壓縮／解壓（如MPEG和DVD）；語音識別；以及聲音壓縮和合成等。
3D
NOW!：AMD公司開發的多媒體擴展指令集，共有27條指令，針對MMX指令集沒有加強浮點處理能力的弱點，重點提高了AMD公司K6係列CPU對3D圖形的處理能力，但由於指令有限，該指令集主要應用於3D遊戲，而對其他商業圖形應用處理支持不足。
（四） CPU的生產工藝及產品構架
1、CPU的生產工藝
表明CPU性能的參數中常有“工藝技術”一項，其中有“0.35um”或“0.25um”等。一般來說“工藝技術”中的數據越小表明CPU生產技術越先進。目前生產CPU主要采用CMOS技術。CMOS是英語“互補金屬氧化物半導體”的縮寫。采用這種技術生產CPU時過程中采用“光刀”加工各種電路和元器件，並采用金屬鋁沉澱在矽材料上後用
“光刀”刻成導線聯接各元器件。現在光刻的精度一般用微米(um)表示，精度越高表示生產工藝越先進。因為精度越高則可以在同樣體積上的矽材料上生產出更多的元件，所加工出的聯接線也越細，這樣生產出的CPU工作主頻可以做得很高。正因為如此，在隻能使用0.65
u m工藝時生產的第一代Pentium
CPU的工作主頻隻有60／66MHz，在隨後生產工藝逐漸發展到0.35um、0.25um時、所以也相應生產出了工作主額高達266MHz的Pentium
MMX和主頻高達500MHz的Pentium II CPU。由於目前科學技術的限製，現在的CPU生產工藝隻能達到0．25 u
m，因此Intel、AMD、
Cyrix以及其它公司正在向0.18um和銅導線(用金屬銅沉澱在矽材料上代替原來的鋁)技術努力，估計隻要生產工藝達到0.18um後生產出主頻為l000MHz的CPU就會是很平常的事了。
AMD為了跟Intel繼續爭奪下個世紀的微處理器發展權，已經跟摩托羅拉(Motorola)達成一項長達七年的技術合作協議。Motorola將把最新開發的銅導線工藝技術(Copper
Interconnect)
授權給AMD。AMD準備在2000年之內，製造高達1000MHz(1GHz)的K7微處理器。CPU將向速度更快、64位結構方向前進。CPU的製作工藝將更加精細，將會由現在0.25微米向0.18微米過渡，到2000年中大部分CPU廠商都將采用0.18微米工藝，2001年之後，許多廠商都將轉向0.13微米的銅製造工藝，製造工藝的提高，味著體積更小，集成度更高，耗電更少。銅技術的優勢非常明顯。主要表現在以下方麵：銅的導電性能優於現在普遍應用的鋁，而且銅的電阻小，發熱量小，從而
可以保證處理器在更大範圍內的可靠性；采用0．13微米以下及銅工藝芯片製造技術將有效的提高芯片的工作頻率；能減小現有管芯的
體積。與傳統的鋁工藝技術相比，銅工藝製造芯片技術將有效地提高芯片的速度，減小芯片的麵積，從發展來看銅工藝將最終取代鋁工藝。
各廠家所生產的每一種CPU都有名稱（商標名）、代號（研製代號）和標誌（專用圖案）。其中In
tel公司的早期產品以i80x86命名，即以前的286、386、486等，到Intel開發出第5代產品586時由於商標注冊上的麻煩改為Pentium並同時為其注冊中文商標名“奔騰”，由此也就有了後來的Pentium
Pr o（高能奔騰）、Pentium Ⅱ（奔騰2代）、Pentium
Ⅲ（奔騰3代）以及Celeron（賽揚），目前名稱並不能反映出同類型中CPU的規格，這點將從Intel正式推出前端總線為133MHz的PⅢ後開始改進，以後隻要看見CPU的名稱就可以了解這塊CPU的大致技術特性。
另外廠家對每一種CPU包括同名但技術規格不同的產品都另有一個研製代號，例如Intel公司使用0.3
5和0.25工藝生產的PⅡ就各有一個代號分別為:Klamath和Destrutes。同時Itel每一種名稱的C
PU都有還一個專用商標圖案作為標誌。AMD和Cyrix公司的情況與Intel相近，它們的每一種CPU也都有一個名稱、代號和標誌，但都還沒有正式的中文名稱。
2、CPU的內部結構
當前我們使用的CPU內部結構實際可分為單總線和雙總線兩種結構，由於CPU內部結構特征決定CPU的封裝形式和安裝規範，所以在此作些簡單的介紹。
在Intel公司研製出Pentium Pro之前，
各種486以上CPU,如經典Pentium內部由主處理器、數學協處理器、控製器、各種寄存器和L1
Cache組成。至今為止仍然有大量的CPU繼續以這種內部結構模式進行生產，例如AMD的K6-2、Cyrix的MⅡ以及IDT-C6等CPU。從P6（Pen-tium
Pr o的研製代號）起，Intel為進一步提高CPU與L2 Cache間的數據交換速度，將原來設置在電腦主板上的高速緩存控製電路和L2
Cache（二級高速緩存）采用在同一塊矽材料上製作的方法集成到CPU芯片上，這樣CPU內核與高速緩存之間的數據交換就無需經過外部總線而直接通過CPU內部的緩存總線進行，由於CPU內核與內存和CPU與高速緩存之間的數據交換通道分離而形成首創的P6雙總線架構模式（見圖1）。從Pentium
Pro 的實際應用效果看這一技術措施非常成功，是CPU研製技術上的一次重大改進。由於P6雙總線結構的優越性，因此凡是內部具有L2 C ache
和高速緩存控製器的CPU都由傳統的單總線模式過渡到雙總線模式，例如Intel公司的P Ⅱ、新賽揚和P Ⅲ;AMD公司的K6-Ⅲ和K7等。
3、CPU的構架和封裝方式
CPU架構是按CPU的安裝插座類型和規格確定的。目前常用的CPU按其安裝插座規範可分為Socket x和Slotx兩大架構。
其中Socket x架構CPU中又分Socket 7和Socket 370兩種，分別使用321針的So cket
7和370針的Socket370插座進行安裝。Socket 7和Socket 370插座在外形上非常相似尺寸也相同，但Socket
370插座上比Socket7多了一圈針插孔。在Slot x架構CPU中可分為S lot 1、Slot 2和Slot
A三種，分別使用對應規格的Slot槽進行安裝。其中Slot 1和Slot A都是242線插槽，但在機械和電氣標準上都不相同，所以互不兼容。Slot
2是尺寸較大的插槽，專門用於安裝P Ⅱ和P Ⅲ序列中的Xeon。Xeon是一種專用於工作組服務器上的CPU。
封裝是CPU生產過程中的最後一道工序，封裝是采用特定的材料將CPU芯片或CPU模塊固化在其中以防損壞的保護措施，一般必須在封裝後CPU才能交付用戶使用。
CPU的封裝方式取決於CPU安裝形式和器件集成設計，通常采用Socket插座進行安裝的CPU隻能使用PGA（柵格陣列）方式封裝，而采用Slot
x槽安裝的CPU則全部采用SEC（單邊接插盒）的形式封裝。
目前采用PGA封裝的CPU主要有Intel公司的賽揚，AMD的K6-2、K6-Ⅲ和Cyrix公司的MⅡ，以前賽揚曾采用SEC封裝，現已逐漸全部改用PGA封裝（見圖4）。采用SEC封裝的CPU有Intel的PⅡ、PⅢ和AM
D公司的K7。其中Intel的Slot架構CPU實際上分別使用SEPP、SECC和SECC2三種單邊接插盒進行封裝。
以上CPU中雖然賽揚和K6-Ⅲ內部分別集成了128KB和256KB的L2
Cache和高速緩存控製器，但由於它們是采用在同一片矽材料上一次製造出CPU內核和L2
Cache、高速緩存控製器的方法製造，所以它們的體積較小並能采用PGA方式進行封裝。不過賽揚采用PGA封裝的主要原因是降低生產成本，而K6-Ⅲ采用PGA封裝的主要原因則是因為Intel對其開發的Slot
1、Slot 2和Socket 370插座進行專利保護，所以A MD隻能沿用Socket 7架構和采用PGA封裝方式生產K6-Ⅲ。
目前Slot架構的CPU有兩種製造方法，一是將分別製造的CPU內核芯片、高速Cache控製器芯片和 L2
Cache芯片安裝在一塊PCB（電路板）上，然後再安裝上單邊接插盒和風扇以完成CPU的最終製作。采用這類結構和方法製作的CPU有Intel的PⅡ、PⅢ和AMD的K7。二是將完整的CPU（內含CPU內核、高速Cach
e控製器芯片和L2Cache芯片）芯片安裝在電路板上，此時電路板純粹隻起Slot接口的安裝作用。最後同樣再安裝單邊接插盒和風扇也就形成完整的CPU。采用這種結構和方法製作的CPU隻有Intel公司的部分賽揚。
Slot與Socket：CPU插槽簡介
Slot1是Intel PⅡ等CPU同主板的接口方式，采用的是SEC(單邊接觸插槽)接口。
Slot2是近期才出現的專用於PⅡ服務器的一種CPU同主板的接口。
Socket7是目前Pentium、Pentuim MMX、AMD K6、Cyrix
6x86以及IDT的WinChip等處理器廣泛使用的接口方式。
Super7是AMD公司提出的一種新的CPU接口，支持100MHz的總線頻率和AGP技術,並與Socket7完全兼容。主要用於配合AMD的K6-2及最新推出的K6-3
CPU。
Socket370是INTEL專為賽揚配備的具有370條針狀引線(與Socket 7插座不兼容)的CPU插槽。
SlotA是AMD一種同Intel PⅡ在尺寸和結構上兼容的接口方式，與AMD推出的K7處理器配合。
最後更新：2017-04-03 08:26:21