計算機概論（ Ⅰ ）

計算機概論（Ⅰ） 單元名稱：CPU的認識與解析資處科吳小純老師

CPU的意義與重要性。 • CPU的歷史。 • CPU的組成。 • CPU→微處理機。 • CPU如何運作溝通。 • CPU 的內部暫存器。 • CPU 的位址線與定址能力。 • CPU的工作時脈與執行速度。 • CPU的性能評比。認識什麼？資處科吳小純老師

CPU的意義與重要性： 電腦的心臟 CPU是Central Processing Unit 「中央處理器」之簡稱，它是使整部電腦能夠運作的最核心、最重要的元件。號稱電腦的心臟，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。資處科吳小純老師

CPU的歷史。 1978 年，美國 Intel 公司首次生產出 16 位的微處理器，並命名為 i8086。以後， Intel 陸續生產出更先進和更快速的新型 CPU，這些新型的 CPU 都兼容原來的 x86 指令集，被稱為「 x86 系列 CPU」。從1981年個人電腦(Personal Computer)興起至今，已經有十六、七年歷史了，而PC的CPU也經過數個世代的演進：第一代 8086、8088、AT/XT 第二代 80286 第三代 80386 第四代 80486 第五代 Pentium、Pentium MMX、AMD K5/K6、Cyrix 6x86 MX 第六代 Pentium Pro、Pentium Ⅱ、Celeron、AMD K6-2、Cyrix M2、第七代 Intel Merced、AMD K7、IDT WinChip-3 資處科吳小純老師

CPU的組成 • CPU為控制整部電腦運作的中心樞紐，其內部包括控制單元、算術及邏輯單元、暫存器或記憶單元。 • 算術及邏輯運算單元(ALU)：加、減、乘、除及比較、選擇、判斷等運算。 • 控制單元(CU)：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。 • 記憶單元（MU）：儲存目前正要被處理運算的程式或資料，容量以KB為單位。 • 暫存器(Register)：暫時儲存資料，如用來儲存運算的累積器。其功能與記憶體相似。資處科吳小純老師

CU 控制單元 ALU 算術邏輯單元 MU 記憶單元輸出單元輸入單元中央處理單元 CPU 由CU、ALU及MU所組成的中央處理單元資處科吳小純老師

CPU→微處理機 在以前中、大型電腦時期, 它們電腦的CPU , 通常是一塊由數十、數百個IC所組成的電路版, 後來有廠商將這個部份, 運用VLSI大型積體電路的技術, 濃縮成一顆IC 晶片。也有人稱這種CPU 晶片為微處理機(MicroProcessor), 微處理機的應用範圍就廣多了, 事實上除了個人電腦之外, 在一般自動化控制的領域, 都是微處理機的天下。我們可以將要控制的程序寫到ROM 裡面, 然後借助微處理機來運作。資處科吳小純老師

CPU如何運作溝通 它是透過一種叫匯流排(Bus)來傳輸資料。匯流排可說是CPU 、記憶體與I/O 裝置的訊號傳遞的共同通道。一次只能有一個裝置去使用匯流排, 所以當同時有兩個以上的裝置使用時, 必須由主機板上的 I/O 控制電路加以協調, 先將優先權較高的裝置使用; 等該裝置使用完畢後, 才輪到其他裝置使用。資處科吳小純老師

CPU透過匯流排列（Bus）來傳輸資料 ROM RAM I/O週邊裝置 I／O 控制電路或晶片組 CPU 匯流排（Bus）資處科吳小純老師

CPU上的公路 1.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。 2.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。 3.控制匯流排（Control Bus）：負責傳送CPU所發出的控制訊號。資處科吳小純老師

CPU 的位址線與定址能力 CPU 的位址線數目, 決定它選取記憶體的能力。CPU 定址能力, 可以透過CPU 的位址線計算出來。像8086/8088 有20條位址線, 所以能選取220 =1,048,576Bytes =1MB的記憶體。資處科吳小純老師

Intel X86 家族CPU 與定址空間的演進 資處科吳小純老師

CPU 的內部暫存器 • CPU 利用暫存器(Register)來指示程式執行流程, 追蹤並記錄程式的運算結果。一個典型的CPU , 最少有下列暫存器： • 累加器(Accumulator) ：它負責讀取運算元做運算, 並且將結果轉移到其它暫存器或記憶體內。 • 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。資處科吳小純老師

CPU的速度 指內部處理指令的頻率，也就是時脈，單位為MHZ或GHZ。資處科吳小純老師

CPU的性能評比 衡量CPU的性能有下列幾項 1.內部運算架構(Architexture) 2.位元處理能力 3.記憶體容量 4.工作時脈(clock) 5.IC製程資處科吳小純老師

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