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 • 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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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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