cpu由什么組成的

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cpu的組成是：1、CPU的內核分為運算器和控制器；2、CPU的外核分為解碼器、一級緩存和二級緩存；3、指令系統，是一個CPU所能夠處理的全部指令的集合，是一個CPU的根本屬性。

cpu的組成是：

一、CPU的內核

從結構上講CPU內核分為兩部分：運算器和控制器。

（一）運算器

1、 算術邏輯運算單元ALU（Arithmetic and Logic Unit）

ALU主要完成對二進制數據的定點算術運算（加減乘除）、邏輯運算（與或非異或）以及移位操作。在某些CPU中還有專門用于處理移位操作的移位器。

通常ALU由兩個輸入端和一個輸出端。整數單元有時也稱為IEU（Integer Execution Unit）。我們通常所說的“CPU是XX位的”就是指ALU所能處理的數據的位數。

2、 浮點運算單元FPU（Floating Point Unit）

FPU主要負責浮點運算和高精度整數運算。有些FPU還具有向量運算的功能，另外一些則有專門的向量處理單元。

3、 通用寄存器組

通用寄存器組是一組最快的存儲器，用來保存參加運算的操作數和中間結果。

對于x86指令集只支持8個通用寄存器的缺點，Intel最新CPU采用了一種叫做“寄存器重命名”的技術，這種技術使x86CPU的寄存器可以突破8個的限制，達到32個甚至更多。

4、 專用寄存器

專用寄存器通常是一些狀態寄存器，不能通過程序改變，由CPU自己控制，表明某種狀態。

（二） 控制器

運算器只能完成運算，而控制器用于控制著整個CPU的工作。

1、 指令控制器

指令控制器是控制器中相當重要的部分，它要完成取指令、分析指令等操作，然后交給執行單元（ALU或FPU）來執行，同時還要形成下一條指令的地址。

2、 時序控制器

時序控制器的作用是為每條指令按時間順序提供控制信號。時序控制器包括時鐘發生器和倍頻定義單元，其中時鐘發生器由石英晶體振蕩器發出非常穩定的脈沖信號，就是CPU的主頻；而倍頻定義單元則定義了CPU主頻是存儲器頻率（總線頻率）的幾倍。

3、 總線控制器

總線控制器主要用于控制CPU的內外部總線，包括地址總線、數據總線、控制總線等等。

4、中斷控制器

中斷控制器用于控制各種各樣的中斷請求，并根據優先級的高低對中斷請求進行排隊，逐個交給CPU處理。

二、CPU的外核

1、解碼器（Decode Unit）

這是x86CPU特有的設備，它的作用是把長度不定的x86指令轉換為長度固定的指令，并交由內核處理。解碼分為硬件解碼和微解碼，對于簡單的x86指令只要硬件解碼即可，速度較快，而遇到復雜的x86指令則需要進行微解碼，并把它分成若干條簡單指令，速度較慢且很復雜。好在這些復雜指令很少會用到。

2、一級緩存和二級緩存（Cache）

一級緩存和二級緩存是為了緩解較快的CPU與較慢的存儲器之間的矛盾而產生的，以及緩存通常集成在CPU內核，而二級緩存則是以OnDie或OnBoard的方式以較快于存儲器的速度運行。對于一些大數據交換量的工作，CPU的Cache顯得尤為重要。

三、指令系統

要講CPU，還要了解一下指令系統。指令系統指的是一個CPU所能夠處理的全部指令的集合，是一個CPU的根本屬性，因為指令系統決定了一個CPU能夠運行什么樣的程序。我們常說的CPU都是X86系列及兼容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，雖然隨著CPU技術的不斷發展，Intel陸續研制出更新型的i80386、i80486直到今天的Pentium4系列，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（如Windows系列），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，由于這些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。

四、CPU主要技術淺析

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，然后將一條X86指令分成5~6步后再由這些電路單元分別執行，這樣就能實現在一個CPU時鐘周期完成一條指令，從而提高了CPU的運算速度。

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Intel Pentium 4的流水線就長達20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，并且每時鐘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后，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后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后才能返回程序。這種將各條指令不按順序拆散后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并相應提高了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。推測執行是依托于分枝預測基礎上的，在分枝預測程序是否分枝后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，并對它們執行計算。對大多數計算機而言，這些指令同時只能執行一次計算。如需完成一些并行操作，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公司的“MMX”，然后是Pentium III中的“SSE”，以及現在Pentium 4中的SSE2指令集。

五、CPU的構架和封裝方式

（一） CPU的構架

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按其安裝插座規范可分為Socket x和Slot x兩大架構。

以Intel處理器為例，Socket 架構的CPU中分為Socket 370、Socket 423和Socket 478三種，分別對應Intel PIII／Celeron處理器、P4 Socket 423處理器和P4 Socket 478處理器。Slot x架構的CPU中可分為Slot 1、Slot 2兩種，分別使用對應規格的Slot槽進行安裝。其中Slot 1是早期Intel PII、PIII和Celeron處理器采取的構架方式，Slot 2是尺寸較大的插槽，專門用于安裝PⅡ和P Ⅲ序列中的Xeon。Xeon是一種專用于工作組服務器上的CPU。

（二） CPU的封裝方式

所謂封裝是指安裝半導體集成電路芯片用的外殼，通過芯片上的接點用導線連接到封裝外殼的引腳上，這些引腳又通過印刷電路板上的插槽與其他器件相連接。它起著安裝、固定、密封、保護芯片及增強電熱性能等方面的作用。

CPU的封裝方式取決于CPU安裝形式，通常采用Socket插座安裝的CPU使用PGA(柵格陣列)的形式進行封裝，而采用Slot X槽安裝的CPU則全部采用SEC(單邊接插盒)的形式進行封裝。

1. PGA(Pin Grid Arrax)引腳網格陣列封裝

目前CPU的封裝方式基本上是采用PGA封裝，在芯片下方圍著多層方陣形的插針，每個方陣形插針是沿芯片的四周，間隔一定距離進行排列的。它的引腳看上去呈針狀，是用插件的方式和電路板相結合。安裝時，將芯片插入專門的PGA插座。PGA封裝具有插拔操作更方便，可靠性高的優點，缺點是耗電量較大。PGA也衍生出多種封裝方式，最早的PGA封裝適用于Intel Pentium、Intel Pentium PRO和Cxrix/IBM 6x86處理器； CPGA(Ceramic Pin Grid Arrax，陶瓷針形柵格陣列)封裝，適用于Intel Pentium MMX、AMD K6、AMD K6－2、AMD K6 Ⅲ、VIA Cxrix Ⅲ處理器；PPGA(Plastic Pin Grid Arrax，塑料針狀矩陣)封裝，適用于Intel Celeron處理器(Socket 370)；FC－PGA(Flip Chip Pin Grid Arrax，反轉芯片針腳柵格陣列)封裝，適用于Coppermine系列Pentium Ⅲ、Celeron Ⅱ和Pentium4處理器。

2. SEC(單邊接插卡盒)封裝

Slot X架構的CPU不再用陶瓷封裝，而是采用了一塊帶金屬外殼的印刷電路板，該印刷電路板集成了處理器部件。SEC卡的塑料封裝外殼稱為SEC(Single Edgecontact Cartridge)單邊接插卡盒。這種SEC卡設計是插到Slot X(尺寸大約相當于一個ISA插槽那么大)插槽中。所有的Slot X主板都有一個由兩個塑料支架組成的固定機構，一個SEC卡可以從兩個塑料支架之間插入Slot X槽中。

其中，Intel Celeron處理器(Slot 1)是采用(SEPP)單邊處理器封裝；Intel的PentiumⅡ是采用SECC(Single Edge Contact Connector，單邊接觸連接)的封裝；Intel的PentiumⅢ是采用SECC2封裝。

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