cpu由哪些組成

cpu的組成是：1、CPU的核心分為運算器和控制器；2、CPU的外核分為解碼器、一級快取和二級快取；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的核心

從結構上講CPU核心分為兩部分：運算器和控制器。

（一）運算子

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

ALU主要完成對二進位資料的定點算術運算（加減乘除）、邏輯運算（與或非異或）以及移位運算。在某些CPU中還有專門用來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所能處理的資料的位數。

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，有些則有專門的向量處理單元。

3、通用暫存器組

通用暫存器組是一組最快的記憶體，用來保存參加運算的運算元和中間結果。

對於x86指令集只支援8個通用暫存器的缺點，Intel最新CPU採用了一種稱為「暫存器重新命名」的技術，這種技術使x86CPU的暫存器可以突破8個的限制，達到32個甚至更多。

4、 專用暫存器

專用暫存器通常是一些狀態暫存器，不能透過程式改變，由CPU自己控制，表示某種狀態。

（二） 控制器

運算子只能完成運算，而控制器用於控制整個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，然後交給執行單元（ALU或FPU）來執行，同時還要形成下一指令的位址。

2、 時序控制器

時序控制器的作用是為每個指令依時間順序提供控制訊號。時序控制器包含時脈產生器和倍頻定義單元，其中時脈產生器由石英晶體振盪器發出非常穩定的脈衝訊號，就是CPU的主頻；而倍頻定義單元則定義了CPU主頻是記憶體頻率（總線頻率）的數倍。

3、 匯流排控制器

匯流排控制器主要用來控制CPU的內部和外部匯流排，包括位址匯流排、資料匯流排、控制匯流排等等。

4、中斷控制器

中斷控制器用於控制各種各樣的中斷請求，並根據優先順序的高低對中斷請求進行排隊，逐一交給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，並交由核心處理。解碼分為硬體解碼和微解碼，對於簡單的x86指令只要硬體解碼即可，速度較快，而遇到複雜的x86指令則需要進行微解碼，並把它分成若干條簡單指令，速度較慢且很複雜。還好這些複雜指令很少會用到。

2、一級快取和二級快取（Cache）

一級快取和二級快取是為了緩解較快的CPU與較慢的記憶體之間的矛盾而產生的，以及快取通常整合在CPU內核，而二級快取則以OnDie或OnBoard的方式以較快於記憶體的速度運作。對於一些大數據交換量的工作，CPU的Cache顯得格外重要。

三、指令系統

要說CPU，還要了解指令系統。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能夠運作什麼樣的程式。我們常說的CPU都是X86系列及相容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陸續研製出更新型的i80386、i80486直到今天的Pentium4系列，但為了確保電腦能繼續運行以往開發的各類應用程式以保護和繼承豐富的軟體資源（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等廠商也相繼生產出能使用X86指令集的CPU，由於這些CPU能運作所有的為Intel CPU所開發的各種軟體，所以電腦業內人士就將這些CPU列為Intel的CPU相容產品。

四、CPU主要技術淺析

1、管線技術

管線(pipeline)是 InteI首次在486晶片中開始使用的。流水線的工作方式像工業生產上的組裝流水線。在CPU中由5~6個不同功能的電路單元組成一條指令處理管線，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時脈週期完成一條指令，從而提高了CPU的運算速度。

2、超管線和超標量技術

超流水線是指某些CPU內部的管線超過通常的5~6步以上，例如Intel Pentium 4的管線就長達20步。將管線設計的步(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較高的CPU。超標量(supe rscalar)是指在 CPU中有一條以上的管線，且每時脈週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採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。比方說程式某一段有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。當然在各單元不依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。這種將各條指令不依序拆散後執行的運作方式就叫亂序執行(也有叫錯序執行)技術。採用亂序執行技術的目的是為了使CPU內部電路滿載運轉並相應提高了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主要採用的先進技術之一。採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。推測執行是依託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，這些指令同時只能執行一次計算。如需完成一些並行操作，就要連續執行多次計算。此類計算機採用的是「單指令單資料」（SISD）處理器。在介紹CPU效能中也常提到「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”，然後是Pentium III中的“SSE”，以及現在Pentium 4中的SSE2指令集。

五、CPU的架構和封裝方式

（一） CPU的架構

CPU架構是依CPU的安裝插座型別與規格來決定的。目前常用的CPU依其安裝插座規格可分為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/Celeron處理器、P4 Socket 423處理器和P4 Socket 478/Celeron處理器、P4 Socket 423處理器和P4 Socket 478/Celeron處理器、P4 Socket 423處理器和P4 Socket 478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處理器所採取的架構方式，Slot 2是尺寸較大的插槽，專門用於安裝PⅡ和P Ⅲ序列中的Xeon。 Xeon是一種專用於工作群組伺服器上的CPU。

（二） CPU的封裝方式

所謂封裝是指安裝半導體積體電路晶片用的外殼，透過晶片上的接點用導線連接到封裝外殼的引腳上，這些引腳又透過印刷電路板上的插槽與其他元件連接。它起著安裝、固定、密封、保護晶片及增強電熱性能等方面的作用。

CPU的封裝方式取決於CPU安裝形式，通常採用Socket插座安裝的CPU使用PGA(柵格陣列)的形式進行封裝，而採用Slot X槽安裝的CPU則全部採用SEC(單邊接插盒)的形式進行封裝。

1. PGA(Pin Grid Arrax)腳網格陣列封裝

目前CPU的封裝方式基本上是採用PGA封裝，在晶片下方圍著多層方陣形的插針，每個方陣形插針是沿晶片的四周，間隔一定距離進行排列的。它的引腳看起來呈針狀，是用插件的方式和電路板結合。安裝時，將晶片插入專門的PGA插座。 PGA封裝具有插拔操作較方便，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封裝適用於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，適用於Intel Pentium MMX 、AMD K6、AMD K6－2、AMD K6 Ⅲ、VIA Cxrix Ⅲ處理器；PPGA(Plastic Pin Grid Arrax，塑膠針狀矩陣)封裝，適用於Intel Celeron處理器(Socket 370)；FC－PGA(Flip Chip Pin Grid Arrax，反轉晶片針腳柵格陣列)封裝，適用於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，而是採用了一塊帶金屬外殼的印刷電路板，該印刷電路板整合了處理器元件。 SEC卡的塑膠封裝外殼稱為SEC(Single Edgecontact Cartridge)單邊接插卡盒。這種SEC卡設計是插到Slot X(尺寸大約相當於一個ISA插槽那麼大)插槽中。所有的Slot X主機板都有一個由兩個塑膠支架組成的固定機構，一個SEC卡可以從兩個塑膠支架之間插入Slot X槽。

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

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