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中央处理器
阅读:7819时间:2010-11-22 16:26:57

  CPU是组成微型计算机的核心部件,承担着的运算和控制任务。

控制器的功能

  取指令:发出指令地址和访存控制信号

  分析指令:或叫解释指令,指令译码,指出要作什么操作,并产生相应的操作控制命令;如数据在存储器中,需形成操作数地址.

  执行指令:根据“操作命令”和“操作数地址”形成操作控制信号序列,通过CPU或I/O设备执行,还包括对运算结果的处理和下条指令地址的形成.

  控制程序和数据的输入和输出

  对异常情况和某些请求进行处理:即异常和中断的处理.

  总线控制逻辑

CPU的基本组成

  ALU:功能:操作数来源(1个)

  指令译玛器:功能;输入;输出

  操作控制器:功能;输入;输出

  时序产生器:功能

  寄存器

  通用寄存器

  PSW:信息来源(1个);信息去向(操作控制器);保存由算术指令和逻辑指令运算或测试结果建立的各种条件码,例如8086的PSW:进位标志(CF)、溢出标志(OF),运算结果为0标志(ZF),运算结果为负标志(SF),是否允许外部中断(IF)等。

  DR:信息来源(3个);信息去向(1个);

  IR:功能;信息来源;信息去向

  PC:功能;信息去向

  AR:功能;信息去向

CPU 的制造工艺流程

  ● 光刻蚀

  这是目前的CPU制造过程当中工艺非常复杂的一个步骤,为什么这么说呢?光刻蚀过程就是使用一定波长的光在感光层中刻出相应的刻痕, 由此改变该处材料的化学特性。这项技术对于所用光的波长要求极为严格,需要使用短波长的紫外线和大曲率的透镜。刻蚀过程还会受到晶圆上的污点的影响。每一步刻蚀都是一个复杂而精细的过程。设计每一步过程的所需要的数据量都可以用10GB的单位来计量,而且制造每块处理器所需要的刻蚀步骤都超过20步(每一步进行一层刻蚀)。而且每一层刻蚀的图纸如果放大许多倍的话,可以和整个纽约市外加郊区范围的地图相比,甚至还要复杂,试想一下,把整个纽约地图缩小到实际面积大小只有100个平方毫米的芯片上,那么这个芯片的结构有多么复杂,可想而知了吧。

  单晶硅锭和最初的核心架构

  当这些刻蚀工作全部完成之后,晶圆被翻转过来。短波长光线透过石英模板上镂空的刻痕照射到晶圆的感光层上,然后撤掉光线和模板。通过化学方法除去暴露在外边的感光层物质,而二氧化硅马上在陋空位置的下方生成。

  英特尔技术人员在监测自动湿刻蚀工具中的晶圆,该工艺可清除晶圆上多余的操作助剂或者污染物。

  ● 掺杂

  在残留的感光层物质被去除之后,剩下的就是充满的沟壑的二氧化硅层以及暴露出来的在该层下方的硅层。这一步之后,另一个二氧化硅层制作完成。然后,加入另一个带有感光层的多晶硅层。多晶硅是门电路的另一种类型。由于此处使用到了金属原料(因此称作金属氧化物半导体),多晶硅允许在晶体管队列端口电压起作用之前建立门电路。感光层同时还要被短波长光线透过掩模刻蚀。再经过一部刻蚀,所需的全部门电路就已经基本成型了。然后,要对暴露在外的硅层通过化学方式进行离子轰击,此处的目的是生成N沟道或P沟道。这个掺杂过程创建了全部的晶体管及彼此间的电路连接,没个晶体管都有输入端和输出端,两端之间被称作端口。

  ● 重复这一过程

  从这一步起,你将持续添加层级,加入一个二氧化硅层,然后光刻一次。重复这些步骤,然后就出现了一个多层立体架构,这就是你目前使用的处理器的萌芽状态了。在每层之间采用金属涂膜的技术进行层间的导电连接。今天的P4处理器采用了7层金属连接,而Athlon64使用了9层,所使用的层数取决于最初的版图设计,并不直接代表着最终产品的性能差异。

  ● 封装测试过程

  接下来的几个星期就需要对晶圆进行一关接一关的测试,包括检测晶圆的电学特性,看是否有逻辑错误,如果有,是在哪一层出现的等等。而后,晶圆上每一个出现问题的芯片单元将被单独测试来确定该芯片有否特殊加工需要。

  技术人员正在检查各个晶圆,确保每个晶圆都处于状态。每个晶圆中可能包含数百个芯片。

  晶圆在测试过程中旋转时的特写

  而后,整片的晶圆被切割成一个个独立的处理器芯片单元。在最初测试中,那些检测不合格的单元将被遗弃。这些被切割下来的芯片单元将被采用某种方式进行封装,这样它就可以顺利的插入某种接口规格的主板了。大多数intel和AMD的处理器都会被覆盖一个散热层。在处理器成品完成之后,还要进行全方位的芯片功能检测。这一部会产生不同等级的产品,一些芯片的运行频率相对较高,于是打上高频率产品的名称和编号,而那些运行频率相对较低的芯片则加以改造,打上其它的低频率型号。这就是不同市场定位的处理器。而还有一些处理器可能在芯片功能上有一些不足之处。比如它在缓存功能上有缺陷(这种缺陷足以导致绝大多数的CPU瘫痪),那么它们就会被屏蔽掉一些缓存容量,降低了性能,当然也就降低了产品的售价,这就是Celeron和Sempron的由来。

  在CPU的包装过程完成之后,许多产品还要再进行一次测试来确保先前的制作过程无一疏漏,且产品完全遵照规格所述,没有偏差。

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