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第 4 章 中央處理單元與主記憶體

第 4 章 中央處理單元與主記憶體. 4-1 中央處理單元－ CPU 4-2 主記憶體. 中央處理單元－ CPU (1/11). 資料的算術運算與邏輯判斷. 存放最常被用到 的資料或指令. 控制、協調電腦各 單元間的相互運作. 存放運算中的資料，以及記錄程式執行的狀態. CPU 的組成. 第 4 章 中央處理單元與主記憶體 / 4-1 中央處理單元 -CPU. 中央處理單元－ CPU (2/11). 控制單元 ：控制與協調電腦各單元間的運作 算術 / 邏輯單元 ：負責資料的運算與邏輯判斷

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第 4 章 中央處理單元與主記憶體

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  1. 第4章 中央處理單元與主記憶體 4-1中央處理單元－CPU 4-2主記憶體

  2. 中央處理單元－CPU(1/11) 資料的算術運算與邏輯判斷 存放最常被用到 的資料或指令 控制、協調電腦各 單元間的相互運作 存放運算中的資料，以及記錄程式執行的狀態 • CPU的組成 第4章 中央處理單元與主記憶體 / 4-1 中央處理單元-CPU

  3. 中央處理單元－CPU(2/11) • 控制單元：控制與協調電腦各單元間的運作 • 算術/邏輯單元：負責資料的運算與邏輯判斷 • 暫存器：內建在CPU中的記憶體，容量小、存取速度快，用來存放CPU運算過程中的資料及程式執行的狀態 第4章 中央處理單元與主記憶體 / 4-1 中央處理單元-CPU

  4. 中央處理單元－CPU(3/11) 快 速度 慢 • 快取記憶體：存取速度比主記憶體快，常分為L1、L2、L3等3種 第4章 中央處理單元與主記憶體 / 4-1 中央處理單元-CPU

  5. 中央處理單元－CPU(4/11) 2.控制單元將指令解碼並將運算所需的資料，傳送到算術/邏輯單元 控制單元 擷取 1.控制單元從記憶體中擷取指令及資料 解碼 算術/邏輯 單元 記憶體 儲存 執行 4.控制單元將運算或處理結果存至暫存器或記憶體 3.算術/邏輯單元進行資料的運算 • CPU執行一個指令的過程稱為機器週期 第4章 中央處理單元與主記憶體 / 4-1 中央處理單元-CPU

  6. 中央處理單元－CPU(5/11) • 每一個機器週期的執行時間，通常只需幾百萬分之一秒，因此也有人使用MIPS為單位，來表示CPU每秒可執行多少百萬個指令。 第4章 中央處理單元與主記憶體 / 4-1 中央處理單元-CPU

  7. 中央處理單元－CPU(6/11) （http://www.hardcore-hardware.com/） Ultrabook使用的CPU • CPU主要生產廠商：Intel與AMD • 若要玩3D遊戲、進行影音處理，通常需要較高階的CPU • 廠商常針對筆記型電腦、平板電腦等設備，設計較小型的CPU 第4章 中央處理單元與主記憶體 / 4-1 中央處理單元-CPU

  8. 中央處理單元－CPU(7/11) • 多核心CPU：含有多個運算核心的CPU • 每個運算核心都包含有控制單元、算術/邏輯單元、快取記憶體及暫存器 • 例：四核心CPU即含有四個運算核心 • 多核心CPU內的多個運算核心，可同時進行不同的運算工作，因此多核心CPU的效能較單核心CPU高 第4章 中央處理單元與主記憶體 / 4-1 中央處理單元-CPU

  9. 中央處理單元－CPU(8/11) 運算核心（包含控制單元、算術/邏輯單元、快取記憶體及暫存器） • 四核心CPU的運作及與單核心的比較 第4章 中央處理單元與主記憶體 / 4-1 中央處理單元-CPU

  10. 多核心 vs. 多CPU • 以廚房比喻CPU，多核心就像一個廚房裡有多位廚師，可同時烹煮多道菜，速度自然比只有1位廚師（單核心）來得快 • 市售個人電腦多半以多核心為主；而伺服器專用機種則多半配有多個CPU • 如果電腦安裝有多顆CPU，且每顆CPU皆為多核心，那麼運算效能就會更佳 第4章 中央處理單元與主記憶體 / 4-1 中央處理單元-CPU

  11. 中央處理單元－CPU(9/11) 速率 名稱 快取記憶體 • CPU包裝盒上的規格標示 第4章 中央處理單元與主記憶體 / 4-1 中央處理單元-CPU

  12. 中央處理單元－CPU(10/11) 1秒內有30億次震盪 CPU利用這一連串的電壓變化來改變其內部元件的電路狀態，以進行資料運算及邏輯判斷等工作 1次震盪 • 名稱：是CPU的製造廠商及產品型號 • 快取記憶體容量：目前市售的CPU通常都內建有512KB～12MB的快取記憶體 • 速率：單位為GHz，如3GHz CPU表示石英震盪器每秒會產生30億次的震盪。石英震盪器產生一次震盪所花用的時間稱為時脈週期 第4章 中央處理單元與主記憶體 / 4-1 中央處理單元-CPU

  13. 內頻與外頻 • 內頻：是CPU內部的時脈頻率 • 外頻：是CPU與晶片組之間的資料傳輸頻率，常見的有200、266、333MHz等 • 內頻除以外頻所得的數值，稱為倍頻係數 第4章 中央處理單元與主記憶體 / 4-1 中央處理單元-CPU

  14. 中央處理單元－CPU(11/11) • 影響CPU效能的因素： • 時脈頻率：時脈頻率越高，CPU所能處理的指令數量就越多。 • 字組的大小：字組（word）是CPU一次能處理的資料量，也就是資料匯流排的寬度；字組越大，處理效能越好。64位元的電腦，即是指CPU的字組大小為64位元。 • 快取記憶體的大小：容量越大，CPU的執行效能越高。 第4章 中央處理單元與主記憶體 / 4-1 中央處理單元-CPU

  15. 主記憶體(1/8) • 主記憶體（又稱內部記憶體）：用來儲存暫時性資料。 • 輔助記憶體（又稱外部記憶體）：用來儲存長久性資料。 第4章 中央處理單元與主記憶體 / 4-2 主記憶體

  16. 主記憶體(2/8) DRAM RAM SRAM 主記憶體 ROM 記憶體 軟碟 硬碟 CD 輔助記憶體 光碟 DVD 隨身碟 藍光光碟 • 記憶體的分類 第4章 中央處理單元與主記憶體 / 4-2 主記憶體

  17. 主記憶體(3/8) • 主記憶體分為隨機存取記憶體（RAM）及唯讀記憶體（ROM） • 隨機存取記憶體：用來儲存電腦正在執行中的程式和資料；當電腦關機時，資料會消失，又稱為揮發性記憶體。 第4章 中央處理單元與主記憶體 / 4-2 主記憶體

  18. 主記憶體(4/8) 一顆記憶體晶片 筆記型電腦用 桌上型電腦用 條狀的銅色金屬即為針腳（Pin），插入插槽後與主機板的相關電路連接 • 隨機存取記憶體大多製作成記憶體模組的型式 第4章 中央處理單元與主記憶體 / 4-2 主記憶體

  19. 主記憶體(5/8) • 隨機存取記憶體依製作元件的特性，分為動態隨機存取記憶體（DRAM）及靜態隨機存取記憶體（SRAM）兩種 • DRAM與SRAM的比較 第4章 中央處理單元與主記憶體 / 4-2 主記憶體

  20. DDR 2 vs. DDR 3 防呆缺口位置不同，使用的記憶體插槽規格也不同 由標籤可分辨是DDR2或DDR3 DDR2 DDR3 第4章 中央處理單元與主記憶體 / 4-2 主記憶體

  21. 主記憶體(6/8) （courtesy of 旗標） BIOS晶片 • 唯讀記憶體：只能讀取不能寫入資料，儲存的資料不會隨主機電源的關閉而消失，又稱為非揮發性記憶體 • 韌體：指燒錄在ROM中的程式，如BIOS 第4章 中央處理單元與主記憶體 / 4-2 主記憶體

  22. 主記憶體(7/8) 智慧型手機 隨身碟 記憶卡 • 快閃記憶體（flash memory）：是利用電流訊號來刪除或寫入資料，常應用於智慧IC卡、隨身碟、記憶卡等產品 第4章 中央處理單元與主記憶體 / 4-2 主記憶體

  23. 常見記憶體存取速度及容量比較 快 小 速度 容量 暫存器 暫存器 L1 L1 L2 L2 L3 L3 DRAM ROM ROM DRAM 硬碟 光碟 光碟 硬碟 慢 大 第4章 中央處理單元與主記憶體 / 4-2 主記憶體

  24. 主記憶體(8/8) 電晶體 1.傳送位址CPU透過位址匯流排傳送位址訊號，例如圖中以紅色表示的01010 電容器 位址匯流排 3.寫入資料當資料訊號抵達記憶格後，會根據訊號來決定電容器是否應儲存電量 2.傳送資料CPU利用資料匯流排傳送要寫入的資料訊號，例如圖中以綠色表示的10010 資料匯流排 • 資料寫入記憶體的運作過程 第4章 中央處理單元與主記憶體 / 4-2 主記憶體

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