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cpu功能

CPU是电脑的心脏，一台电脑所使用的CPU基本决定了这台电脑的性能和档次。

CPU发展到了今天，频率已经到了2GHZ。

在我们决定购买哪款CPU或者阅读有关CPU的文章时，经常会见到例如外频、倍频、缓存等参数和术语。

下面我就把这些常用的和CPU有关的术语简单的给大家介绍一下。

CPU（CentralPocessingUnit）

中央处理器，是计算机的头脑，90%以上的数据信息都是由它来完成的。

它的工作速度快慢直接影响到整部电脑的运行速度。

CPU集成上万个晶体管，可分为控制单元（ControlUnit；CU）、逻辑单元（ArithmeticLogicUnit；ALU）、存储单元（MemoryUnit；MU）三大部分。

以内部结构来分可分为：

整数运算单元，浮点运算单元，MMX单元，L1Cache单元和寄存器等。

主频

CPU内部的时钟频率，是CPU进行运算时的工作频率。

一般来说，主频越高，一个时钟周期里完成的指令数也越多，CPU的运算速度也就越快。

但由于内部结构不同，并非所有时钟频率相同的CPU性能一样。

外频

即系统总线，CPU与周边设备传输数据的频率，具体是指CPU到芯片组之间的总线速度。

倍频

原先并没有倍频概念，CPU的主频和系统总线的速度是一样的，但CPU的速度越来越快，倍频技术也就应允而生。

它可使系统总线工作在相对较低的频率上，而CPU速度可以通过倍频来无限提升。

那么CPU主频的计算方式变为：

主频=外频x倍频。

也就是倍频是指CPU和系统总线之间相差的倍数，当外频不变时，提高倍频，CPU主频也就越高。

缓存（Cache）

CPU进行处理的数据信息多是从内存中调取的，但CPU的运算速度要比内存快得多，为此在此传输过程中放置一存储器，存储CPU经常使用的数据和指令。

这样可以提高数据传输速度。

可分一级缓存和二级缓存。

一级缓存

即L1Cache。

集成在CPU内部中，用于CPU在处理数据过程中数据的暂时保存。

由于缓存指令和数据与CPU同频工作，L1级高速缓存缓存的容量越大，存储信息越多，可减少CPU与内存之间的数据交换次数，提高CPU的运算效率。

但因高速缓冲存储器均由静态RAM组成，结构较复杂，在有限的CPU芯片面积上，L1级高速缓存的容量不可能做得太大。

二级缓存

即L2Cache。

由于L1级高速缓存容量的限制，为了再次提高CPU的运算速度，在CPU外部放置一高速存储器，即二级缓存。

工作主频比较灵活，可与CPU同频，也可不同。

CPU在读取数据时，先在L1中寻找，再从L2寻找，然后是内存，在后是外存储器。

所以L2对系统的影响也不容忽视。

内存总线速度：

（Memory-BusSpeed）

是指CPU与二级（L2）高速缓存和内存之间数据交流的速度。

扩展总线速度：

（Expansion-BusSpeed）

是指CPU与扩展设备之间的数据传输速度。

扩展总线就是CPU与外部设备的桥梁。

地址总线宽度

简单的说是CPU能使用多大容量的内存，可以进行读取数据的物理地址空间。

数据总线宽度

数据总线负责整个系统的数据流量的大小，而数据总线宽度则决定了CPU与二级高速缓存、内存以及输入/输出设备之间一次数据传输的信息量。

生产工艺

在生产CPU过程中，要进行加工各种电路和电子元件，制造导线连接各个元器件。

其生产的精度以微米（um）来表示，精度越高，生产工艺越先进。

在同样的材料中可以制造更多的电子元件，连接线也越细，提高CPU的集成度，CPU的功耗也越小。

这样CPU的主频也可提高，在0.25微米的生产工艺最高可以达到600MHz的频率。

而0.18微米的生产工艺CPU可达到G赫兹的水平上。

0.13微米生产工艺的CPU即将面市。

工作电压

是指CPU正常工作所需的电压，提高工作电压，可以加强CPU内部信号，增加CPU的稳定性能。

但会导致CPU的发热问题，CPU发热将改变CPU的化学介质，降低CPU的寿命。

早期CPU工作电压为5V，随着制造工艺与主频的提高，CPU的工作电压有着很大的变化，PIIICPU的电压为1.7V，解决了CPU发热过高的问题。

MMX（MultiMediaExtensions，多媒体扩展指令集）英特尔开发的最早期SIMD指令集，可以增强浮点和多媒体运算的速度。

SSE（StreamingSIMDExtensions，单一指令多数据流扩展）英特尔开发的第二代SIMD指令集，有70条指令，可以增强浮点和多媒体运算的速度。

3DNow!

（3Dnowaiting）AMD公司开发的SIMD指令集，可以增强浮点和多媒体运算的速度，它的指令数为21条。

CPU:

CPU接口类型

CPU接口类型：

CPU需要通过某个接口与主板连接的才能进行工作。

CPU经过这么多年的发展，采用的接口方式有引脚式、卡式、触点式、针脚式等。

而目前CPU的接口都是针脚式接口，对应到主板上就有相应的插槽类型。

CPU接口类型不同，在插孔数、体积、形状都有变化，所以不能互相接插。

CPU接口：

SocketAM2

   SocketAM2是2006年5月底发布的支持DDR2内存的AMD64位桌面CPU的接口标准，具有940根CPU针脚，支持双通道DDR2内存。

虽然同样都具有940根CPU针脚，但SocketAM2与原有的Socket940在针脚定义以及针脚排列方面都不相同，并不能互相兼容。

目前采用SocketAM2接口的有低端的Sempron、中端的Athlon64、高端的Athlon64X2以及顶级的Athlon64FX等全系列AMD桌面CPU，支持200MHz外频和1000MHz的HyperTransport总线频率，支持双通道DDR2内存，其中Athlon64X2以及Athlon64FX最高支持DDR2800，Sempron和Athlon64最高支持DDR2667。

。

按照AMD的规划，SocketAM2接口将逐渐取代原有的Socket754接口和Socket939接口，从而实现桌面平台CPU接口的统一。

CPU接口：

SocketS1

   SocketS1是2006年5月底发布的支持DDR2内存的AMD64位移动CPU的接口标准，具有638根CPU针脚，支持双通道DDR2内存，这是与只支持单通道DDR内存的移动平台原有的Socket754接口的最大区别。

目前采用SocketS1接口的有低端的MobileSempron和高端的Turion64X2。

按照AMD的规划，SocketS1接口将逐渐取代原有的Socket754接口从而成为AMD移动平台的标准CPU接口。

CPU接口：

SocketF

   SocketF是AMD于2006年第三季度发布的支持DDR2内存的AMD服务器/工作站CPU的接口标准，首先采用此接口的是SantaRosa核心的LGA封装的Opteron。

与以前的Socket940接口CPU明显不同，SocketF与Intel的Socket775和Socket771倒是基本类似。

SocketF接口CPU的底部没有传统的针脚，而代之以1207个触点，即并非针脚式而是触点式，通过与对应的SocketF插槽内的1207根触针接触来传输信号。

SocketF接口不仅能够有效提升处理器的信号强度、提升处理器频率，同时也可以提高处理器生产的良品率、降低生产成本。

SocketF接口的Opteron也是AMD首次采用LGA封装，支持ECCDDR2内存。

按照AMD的规划，SocketF接口将逐渐取代Socket940接口。

CPU接口：

Socket771

   Socket771是Intel2005年底发布的双路服务器/工作站CPU的接口标准，目前采用此接口的有采用LGA封装的Dempsey核心的Xeon5000系列和Woodcrest核心的Xeon5100系列。

与以前的Socket603和Socket604明显不同，Socket771与桌面平台的Socket775倒还基本类似，Socket771接口CPU的底部没有传统的针脚，而代之以771个触点，即并非针脚式而是触点式，通过与对应的Socket771插槽内的771根触针接触来传输信号。

Socket771接口不仅能够有效提升处理器的信号强度、提升处理器频率，同时也可以提高处理器生产的良品率、降低生产成本。

Socket771接口的CPU全部都采用LGA封装。

按照Intel的规划，除了XeonMP仍然采用Socket604接口之外，Socket771接口将取代双路Xeon（即XeonDP）目前所采用的Socket603接口和Socket604接口。

CPU接口：

Socket479

   Socket479的用途比较专业，是2003年3月发布的Intel移动平台处理器的专用接口，具有479根CPU针脚，采用此接口的有CeleronM系列（不包括Yonah核心）和PentiumM系列，而此两大系列CPU已经面临被淘汰的命运。

Yonah核心的CoreDuo、CoreSolo和CeleronM已经改用了不兼容于旧版Socket478的新版Socket478接口。

CPU接口:

Socket478

　　最初的Socket478接口是早期Pentium4系列处理器所采用的接口类型，针脚数为478针。

Socket478的Pentium4处理器面积很小，其针脚排列极为紧密。

英特尔公司的Pentium4系列和P4赛扬系列都采用此接口，目前这种CPU已经逐步退出市场。

   但是，Intel于2006年初推出了一种全新的Socket478接口，这种接口是目前Intel公司采用Core架构的处理器CoreDuo和CoreSolo的专用接口，与早期桌面版Pentium4系列的Socket478接口相比，虽然针脚数同为478根，但是其针脚定义以及电压等重要参数完全不相同，所以二者之间并不能互相兼容。

随着Intel公司的处理器全面向Core架构转移，今后采用新Socket478接口的处理器将会越来越多，例如即将推出的Core架构的CeleronM也会采用此接口。

CPU接口:

Socket775（LGA775）

　　Socket775又称为SocketT，是目前应用于IntelLGA775封装的CPU所对应的接口，目前采用此种接口的有LGA775封装的单核心的Pentium4、Pentium4EE、CeleronD以及双核心的PentiumD和PentiumEE等CPU。

与以前的Socket478接口CPU不同，Socket775接口CPU的底部没有传统的针脚，而代之以775个触点，即并非针脚式而是触点式，通过与对应的Socket775插槽内的775根触针接触来传输信号。

Socket775接口不仅能够有效提升处理器的信号强度、提升处理器频率，同时也可以提高处理器生产的良品率、降低生产成本。

随着Socket478的逐渐淡出，Socket775已经成为Intel桌面CPU的标准接口。

CPU接口:

Socket754

　　Socket754是2003年9月AMD64位桌面平台最初发布时的CPU接口，具有754根CPU针脚，只支持单通道DDR内存。

目前采用此接口的有面向桌面平台的Athlon64的低端型号和Sempron的高端型号，以及面向移动平台的MobileSempron、MobileAthlon64以及Turion64。

随着AMD从2006年开始全面转向支持DDR2内存，桌面平台的Socket754将逐渐被SocketAM2所取代从而使AMD的桌面处理器接口走向统一，而与此同时移动平台的Socket754也将逐渐被具有638根CPU针脚、支持双通道DDR2内存的SocketS1所取代。

Socket754在2007年底完成自己的历史使命从而被淘汰，其寿命反而要比一度号称要取代自己的Socket939要长得多。

CPU接口:

Socket939

　　Socket939是AMD公司2004年6月才推出的64位桌面平台接口标准，具有939根CPU针脚，支持双通道DDR内存。

目前采用此接口的有面向入门级服务器/工作站市场的Opteron1XX系列以及面向桌面市场的Athlon64以及Athlon64FX和Athlon64X2，除此之外部分专供OEM厂商的Sempron也采用了Socket939接口。

Socket939处理器和与过去的Socket940插槽是不能混插的，但是Socket939仍然使用了相同的CPU风扇系统模式。

随着AMD从2006年开始全面转向支持DDR2内存，Socket939被SocketAM2所取代，在2007年初完成自己的历史使命从而被淘汰，从推出到被淘汰其寿命还不到3年。

CPU接口:

Socket940

　　Socket940是最早发布的AMD64位CPU的接口标准，具有940根CPU针脚，支持双通道ECCDDR内存。

目前采用此接口的有服务器/工作站所使用的Opteron以及最初的Athlon64FX。

随着新出的Athlon64FX以及部分Opteron1XX系列改用Socket939接口，所以Socket940已经成为了Opteron2XX全系列和Opteron8XX全系列以及部分Opteron1XX系列的专用接口。

随着AMD从2006年开始全面转向支持DDR2内存，Socket940也会逐渐被SocketF所取代，完成自己的历史使命从而被淘汰。

CPU接口:

Socket603

　　Socket603的用途比较专业，应用于Intel方面高端的服务器/工作站平台，采用此接口的CPU是XeonMP和早期的Xeon，具有603根CPU针脚。

Socket603接口的CPU可以兼容于Socket604插槽。

CPU接口:

Socket604

　　与Socket603相仿，Socket604仍然是应用于Intel方面高端的服务器/工作站平台，采用此接口的CPU是533MHz和800MHzFSB的Xeon。

Socket604接口的CPU不能兼容于Socket603插槽。

CPU:

CPU封装技术

CPU封装技术

　　所谓“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。

以CPU为例，我们实际看到的体积和外观并不是真正的CPU内核的大小和面貌，而是CPU内核等元件经过封装后的产品。

　　CPU封装对于芯片来说是必须的，也是至关重要的。

因为芯片必须与外界隔离，以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降。

另一方面，封装后的芯片也更便于安装和运输。

由于封装技术的好坏还直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的PCB（印制电路板）的设计和制造，因此它是至关重要的。

封装也可以说是指安装半导体集成电路芯片用的外壳，它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强导热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁——芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器件建立连接。

因此，对于很多集成电路产品而言，封装技术都是非常关键的一环。

　　目前采用的CPU封装多是用绝缘的塑料或陶瓷材料包装起来，能起着密封和提高芯片电热性能的作用。

由于现在处理器芯片的内频越来越高，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：

1.芯片面积与封装面积之比为提高封装效率，尽量接近1:

1

2.引脚要尽量短以减少延迟，引脚间的距离尽量远，以保证互不干扰，提高性能

3.基于散热的要求，封装越薄越好

　　作为计算机的重要组成部分，CPU的性能直接影响计算机的整体性能。

而CPU制造工艺的最后一步也是最关键一步就是CPU的封装技术，采用不同封装技术的CPU，在性能上存在较大差距。

只有高品质的封装技术才能生产出完美的CPU产品。

CPU芯片的封装技术：

DIP封装

　　DIP封装（DualIn-linePackage），也叫双列直插式封装技术，指采用双列直插形式封装的集成电路芯片，绝大多数中小规模集成电路均采用这种封装形式，其引脚数一般不超过100。

DIP封装的CPU芯片有两排引脚，需要插入到具有DIP结构的芯片插座上。

当然，也可以直接插在有相同焊孔数和几何排列的电路板上进行焊接。

DIP封装的芯片在从芯片插座上插拔时应特别小心，以免损坏管脚。

DIP封装结构形式有：

多层陶瓷双列直插式DIP，单层陶瓷双列直插式DIP，引线框架式DIP（含玻璃陶瓷封接式，塑料包封结构式，陶瓷低熔玻璃封装式）等。

DIP封装具有以下特点：

  1.适合在PCB（印刷电路板）上穿孔焊接，操作方便。

  2.芯片面积与封装面积之间的比值较大，故体积也较大。

　　最早的4004、8008、8086、8088等CPU都采用了DIP封装，通过其上的两排引脚可插到主板上的插槽或焊接在主板上。

QFP封装  

　　这种技术的中文含义叫方型扁平式封装技术（PlasticQuadFlatPockage），该技术实现的CPU芯片引脚之间距离很小，管脚很细，一般大规模或超大规模集成电路采用这种封装形式，其引脚数一般都在100以上。

该技术封装CPU时操作方便，可靠性高；而且其封装外形尺寸较小，寄生参数减小，适合高频应用；该技术主要适合用SMT表面安装技术在PCB上安装布线。

QFP封装   

　　这种技术的中文含义叫方型扁平式封装技术（PlasticQuadFlatPockage），该技术实现的CPU芯片引脚之间距离很小，管脚很细，一般大规模或超大规模集成电路采用这种封装形式，其引脚数一般都在100以上。

该技术封装CPU时操作方便，可靠性高；而且其封装外形尺寸较小，寄生参数减小，适合高频应用；该技术主要适合用SMT表面安装技术在PCB上安装布线。

PFP封装 

　　该技术的英文全称为PlasticFlatPackage，中文含义为塑料扁平组件式封装。

用这种技术封装的芯片同样也必须采用SMD技术将芯片与主板焊接起来。

采用SMD安装的芯片不必在主板上打孔，一般在主板表面上有设计好的相应管脚的焊盘。

将芯片各脚对准相应的焊盘，即可实现与主板的焊接。

用这种方法焊上去的芯片，如果不用专用工具是很难拆卸下来的。

该技术与上面的QFP技术基本相似，只是外观的封装形状不同而已。

PGA封装 

　　该技术也叫插针网格阵列封装技术（CeramicPinGridArrauPackage），由这种技术封装的芯片内外有多个方阵形的插针，每个方阵形插针沿芯片的四周间隔一定距离排列，根据管脚数目的多少，可以围成2～5圈。

安装时，将芯片插入专门的PGA插座。

为了使得CPU能够更方便的安装和拆卸，从486芯片开始，出现了一种ZIFCPU插座，专门用来满足PGA封装的CPU在安装和拆卸上的要求。

该技术一般用于插拔操作比较频繁的场合之下。

BGA封装 

　　BGA技术（BallGridArrayPackage）即球栅阵列封装技术。

该技术的出现便成为CPU、主板南、北桥芯片等高密度、高性能、多引脚封装的最佳选择。

但BGA封装占用基板的面积比较大。

虽然该技术的I/O引脚数增多，但引脚之间的距离远大于QFP，从而提高了组装成品率。

而且该技术采用了可控塌陷芯片法焊接，从而可以改善它的电热性能。

另外该技术的组装可用共面焊接，从而能大大提高封装的可靠性；并且由该技术实现的封装CPU信号传输延迟小，适应频率可以提高很大。

　BGA封装具有以下特点：

1.I/O引脚数虽然增多，但引脚之间的距离远大于QFP封装方式，提高了成品率

2.虽然BGA的功耗增加，但由于采用的是可控塌陷芯片法焊接，从而可以改善电热性能

3.信号传输延迟小，适应频率大大提高

4.组装可用共面焊接，可靠性大大提高

    目前较为常见的封装形式：

OPGA封装   

　　OPGA（OrganicpingridArray，有机管脚阵列）。

这种封装的基底使用的是玻璃纤维，类似印刷电路板上的材料。

此种封装方式可以降低阻抗和封装成本。

OPGA封装拉近了外部电容和处理器内核的距离，可以更好地改善内核供电和过滤电流杂波。

AMD公司的AthlonXP系列CPU大多使用此类封装。

mPGA封装   

　　mPGA，微型PGA封装，目前只有AMD公司的Athlon64和英特尔公司的Xeon（至强）系列CPU等少数产品所采用，而且多是些高端产品，是种先进的封装形式。

CPGA封装   

    CPGA也就是常说的陶瓷封装，全称为CeramicPGA。

主要在Thunderbird（雷鸟）核心和“Palomino”核心的Athlon处理器上采用。

FC-PGA封装   

　  FC-PGA封装是反转芯片针脚栅格阵列的缩写，这种封装中有针脚插入插座。

这些芯片被反转，以至片模或构成计算机芯片的处理器部分被暴露在处理器的上部。

通过将片模暴露出来，使热量解决方案可直接用到片模上，这样就能实现更有效的芯片冷却。

为了通过隔绝电源信号和接地信号来提高封装的性能，FC-PGA处理器在处理器的底部的电容放置区域（处理器中心）安有离散电容和电阻。

芯片底部的针脚是锯齿形排列的。

此外，针脚的安排方式使得处理器只能以一种方式插入插座。

FC-PGA封装用于奔腾III和英特尔赛扬处理器，它们都使用370针。

FC-PGA2封装   

　　FC-PGA2封装与FC-PGA封装类型很相似，除了这些处理器还具有集成式散热器（IHS）。

集成式散热器是在生产时直接安装到处理器片上的。

由于IHS与片模有很好的热接触并且提供了更大的表面积以更好地发散热量，所以它显著地增加了热传导。

FC-PGA2封装用于奔腾III和英特尔赛扬处理器（370针）和奔腾4处理器（478针）。

OOI封装   

　　OOI是OLGA的简写。

OLGA代表了基板栅格阵列。

OLGA芯片也使用反转芯片设计，其中处理器朝下附在基体上，实现更好的信号完整性、更有效的散热和更低的自感应。

OOI有一个集成式导热器（IHS），能帮助散热器将热量传给正确安装的风扇散热器。

OOI用于奔腾4处理器，这些处理器有423针。

PPGA封装   

　“PPGA”的英文全称为“PlasticPinGridArray”，是塑针栅格阵列的缩写，这些处理器具有插入插座的针脚。

为了提高热传导性，PPGA在处理器的顶部使用了镀镍铜质散热器。

芯片底部的针脚是锯齿形排列的。

此外，针脚的安排方式使得处理器只能以一种方式插入插座。

S.E.C.C.封装   

　　“S.E.C.C.”是“SingleEdgeContactCartridge”缩写，是单边接触卡盒的缩写。

为了与主板连接，处理器被插入一个插槽。

它不使用针脚，而是使用“金手指”触点，处理器使用这些触点来传递信号。

S.E.C.C.被一个金属壳覆盖，这个壳覆盖了整个卡盒组件的顶端。

卡盒的背面是一个热材料镀层，充当了散热器。

S.E.C.C.内部，大多数处理器有一个被称为基体的印刷电路板连接起处理器、二级高速缓存和总线终止电路。

S.E.C.C.封装用于有242个触点的英特尔奔腾II处理器和有330个触点