Processor

CPU

Processor 外主要元件

Register 暫存器

CPU性能之衡量

Storage Device

Clock

電腦程式之執行

電腦程式之執行

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CPU

⊕ What is Processor/CPU (Centrol Processing Unit)?

    Processor 是電腦裡面相當重要的元件，幾乎大大小小的工作， 都要靠 Processor 來打理； 舉凡運算、控制、邏輯處理等，無一不經過 Processor。 因此選用的 Processor 速度越快，電腦的整體效率自然越高；

    其作用就是當電腦系統開始運作時，CPU從記憶體內， 讀取操作它的軟體的指令與資料，透過ALU運算出結果後存回記憶體， 同時由主機板，與外界的I/O週邊溝通，達到資料處理的目的。

♦ 當系統只有一個 processor 時，通常稱為CPU

♦ 平行電腦 (Parallel Compuer)可能有多個 processor

⊕ Processor/CPU 內主要元件

    CPU為控制整部電腦運作的中心樞紐， 其內部包括控制單元 (Control Unit)、算術及邏輯單元(ALU)、 暫存器或記憶單元。

♦ 控制單元 (Control Unit ) 負責指揮各元件的運作

    翻譯程式中的指令的解碼功能及協調控制各部門依指令執行使電腦自動化處理資料。

♦ ALU (Arithmetic and Logic Unit) 算術及邏輯運算單元

    接受 Control Unit 的指揮做算術及邏輯運算

      加、減、乘、除及比較、選擇、判斷等運算

+-x/ =!=<><=>=

♦ Register（ 暫存器）

    類似計算紙一般，儲存運算所需資料

    最重要者為用來儲存運算的累積器(Accumulator)，幾乎所有運算都在此進行

    所有 processor 都有 Address Register

    有些 processor 有 general purpose register

⊕ 以樂團比擬 CPU，

♦ Program 像樂譜，

♦ Control Unit 像指揮

♦ 而樂手則為 ALU

Sat Feb 5 07:24:46 CST 2011

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Processor 外主要元件

⊕ 記憶單元：

    儲存目前正要被處理運算的程式或資料，容量以KB為單位。

⊕ 輸入單元(Input,I/P)：

    接受輸入的資料或程式，以供進一步處理。 如：鍵盤、滑鼠等。

⊕ 輸出單元(Output,O/P)：

    負責將CPU處理結果輸出，輸出於各種輸出設備上，如：印表機、磁碟機等。

⊕ 位址匯流排 (Address Bus)：

    負責傳送CPU所要存取資料的位址，它可以決定CPU所能處理的記憶體容量， Ｎ條位址線可以擁有2的N次方的記憶空間，而其位址為0至2的N次方來減1。

⊕ 資料匯流排 (Data Bus)：

    負責傳送CPU所要存取的資料，其線數的多少代表CPU的字組Word， 亦即CPU一次所能存取資料的基本單位，常稱N位元CPU亦就是此CPU有N條資料線。

⊕ 控制匯流排 (Control Bus)：

    負責傳送CPU所發出的控制訊號。

　
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Register 暫存器

    類似計算紙一般，儲存運算所需資料

    最重要者為用來儲存運算的累積器(Accumulator)，幾乎所有運算都在此進行

⊕ CPU內部較重要的暫存器

程式計數器PC (Program Counter) 負責儲存CPU下一次所要執行的 記憶體位址。
指令暫存器IR (Instruction Register) 負責儲存CPU所要執行的指令。
堆疊指標器SP (Stack Pointer) 負責儲存CPU目前使用的堆疊位址。
位址暫存器MAR 負責儲存CPU所要存取記憶體資料的位址。
Sat Feb 5 07:24:47 CST 2011 Untitled Document
CPU性能之衡量

⊕ 內部運算架構(Architecture)

    例如說這顆CPU的內部設計，是scalar，還是超純量(superscalar)的設計； 有無內建快取記憶體，指令、資料與記憶體的讀寫設計等，都會影響整個 CPU的運作效能。

⊕ 位元處理能力

    例如8位元、16位元的CPU。通常這跟CPU內部暫存器、資料匯流排或指令 寬度有關。就Intel的定義，8086/286的通用暫存器(General Purpose Registers)GPR是16位元，所以它們算是16位元的CPU； 386/486以至於Pentium、Pentium Pro，也是32位元的CPU， 因為CPU核心的GPR只有32位元。

⊕ 記憶體容量

    我們說這顆CPU的記憶體控制範圍有多少MB，像386/486等32位元的CPU， 其最大記憶體容量有2的32次方等於4096MB=4GB。

⊕ 工作時脈(clock)

    每個CPU工作時脈越高，執行指令的單位時間(cycle)越小，速度就越快。 例如說Intel 486DX-33，是以33MHz(=33,000,000Hz/每秒鐘)為工作時脈， 它其與同類型的486DX-25(24MHZ工作時脈)相比較，前者速度就比後者快上約33%。

⊕ IC 製程

    目前有BiCMOS與CMOS兩類。一般是以若依線路精密度來分，是以微米 (micron,=10的負6次方M, 也就是百萬分之一公尺)。 目前的CPU製程，已經進化到0.25um，將來還會拓展到0.18um。

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Storage Device

⊕ 主儲存區 (Primary storage)

♦ 通常稱為記憶體 (Memory)

♦ 通常為半導體製品，速度高，容量小，暫時性，價格高。

♦ Program 和 data 必須放在 memory 內才能執行

♦ 半導體記憶體

    速度 (Access time: 50 - 100ns)

    價格 ( NT$500 per Mbyte)

♦ ROM: Read-Only Memory, nonvolatile, non-writable

♦ RAM: Random-Access Memory, Volatile

    DRAM: Dynamic RAM,

    SRAM: Static RAM, 速度較 DRAM 快，價錢較貴

⊕ 副儲存區 Secondary Storage (Disk)

♦ 速度慢 (Access time: 10ms-40ms)

♦ 價格便宜( NT$2000 @ 40-80 Gbyte)

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Clock

⊕ Computer 的運行是由 clock 所推動

♦ 類似於人類的心臟，或是音樂中的節拍

♦ 一部電腦中數百萬個元件必須步調一致的工作

♦ 否則無法正常運行。

♦ 此種協調工作係由 clock來作，

♦ 所有的元件均隨著 clock之振盪進行運算

⊕ clock speed:

♦ 每秒所產生的 clock cycle 以 Hz 為單位

    例：66 MHz = 每秒 66*10 6 clock cycle

♦ 同一種類的電腦(例 PC 486)中， clock 速度愈高運行速度愈快。

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電腦程式之執行

⊕ 一系列的指令，要求 CPU 循序執行：

♦ Load: 取得 Memory 中的 Data

♦ Compute: 運算

♦ Store: 存回 Memory

⊕ 撰寫程式之要訣，

♦ 事先把指令及 Data 放在特定的 Memory 內， 以便交由電腦執行

♦ 像是在撰寫尋寶遊戲中的藏寶圖一般

♦ 像軍中的地圖訓練

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電腦程式之執行
Sat Feb 5 07:24:48 CST 2011