新世代計算機概論

３-1　系統單元 電腦的系統單元 (system unit) 包含中央處理器 (CPU) 與主記憶體兩個部分。

機殼內的元件： 主機板 (motherboard) 電源供應器 (power supply) 散熱風扇 (cooling fan) 固定架 (drive bay) 連接埠 (ports)

3-2　中央處理器 (CPU) CPU 負責算術運算、邏輯運算與程式執行，又稱為「微處理器」(microprocessor) 或「處理器」(processor)。 CPU是由控制單元、算術邏輯單元及部分的記憶體單元 (暫存器) 所組成。

3-2-1 控制單元 (CU) 控制單元 (control unit) 是負責控制資料流向與指令流向的電路。 控制單元的製作方式有下列兩種： 硬體線路控制 (hardwired control) 微程式控制 (microprogrammed control)

3-2-2 算術邏輯單元 (ALU) 算術邏輯單元 (arithmetic/logic unit) 是負責算術運算與邏輯運算的電路。 電腦的機器指令有下列三種類型： 資料傳送類型 算術邏輯類型 控制類型

3-2-3 暫存器 暫存器 (register) 是位於CPU內部的記憶體，用來暫時存放目前正在進行運算的資料或目前正好運算完畢的資料。 3-2-3　暫存器 暫存器 (register) 是位於CPU內部的記憶體，用來暫時存放目前正在進行運算的資料或目前正好運算完畢的資料。 要注意的是暫存器和主記憶體不同，暫存器位於CPU內部，主記憶體位於CPU外部，中間透過匯流排來存取，匯流排 (bus) 是主機板上面的鍍銅電路，負責傳送電腦內部的電子訊號。

暫存器通常分成兩大類，其一是程式設計人員能夠存取的可見暫存器，其二是程式設計人員無法存取的控制與狀態暫存器。 可見暫存器又分成下列幾種： 通用暫存器 (general purpose register) 資料暫存器 (data register) 位址暫存器 (address register) 條件碼暫存器 (condition code register)

3-2-4 電腦的效能 反應時間 (response time) 是一個工作從開始做到結束所花費的時間 3-2-4　電腦的效能 反應時間 (response time) 是一個工作從開始做到結束所花費的時間 工作量 (throughput) 是在固定時間內所能完成的工作 CPU時間 (CPU time) 是CPU執行一個程式所花費的時間，不包括等待輸入/輸出或執行其它程式的時間 CPU時脈週期 (CPU clock cycle) 是CPU執行一個程式所花費的時脈週期 CPU時間 = CPU時脈週期 * 時脈週期時間

時脈 (clock) 是電腦內部一個類似時鐘的裝置，它每計數一次，稱為一個時脈週期 (clock cycle)，電腦就可以完成少量工作。 時脈速度 (clock rate) 指的是時脈計數的速度，單位為MHz (百萬赫茲) 或GHz (十億赫茲)，也就是每秒鐘幾百萬次或每秒鐘幾十億次，而時脈每計數一次所經過的時間稱為時脈週期時間 (clock cycle time)。 電腦的效能取決於時脈速度、CPI和指令數目等因素 。

除了MHz、GHz之外，電腦的速度也可以使用MIPS、MFLOPS、TPS來描述： MIPS 意指每秒鐘可以完成幾百萬個指令，適用於PC、工作站或大型主機。 MFLOPS 意指每秒鐘可以完成幾百萬個浮點數運算，適用於需要大量浮點數運算的機器 (例如超級電腦)。 TPS 意指每秒鐘可以完成幾個交易，適用於商業交易機器。

3-2-5 CPU相關規格 外頻：CPU外部的工作頻率，也就是CPU存取主記憶體的速度，單位為MHz。

封裝：CPU其實是一個晶片 (chip)，需要將它包裝起來以玆保護，並提供腳座與外界溝通，這個包裝的過程就叫做封裝。封裝方式有很多種，例如DIP 、PGA 、 FC-PGA 、 SECC 、 LGA 。

快取記憶體：快取記憶體是介於CPU與主記憶體之間的記憶體，存取速度較快，成本也較高，又分為二至三種層次，稱為L1快取、L2快取、L3快取。 匯流排寬度 匯流排 (bus) 是主機板上面的鍍銅電路。 匯流排決定了電腦一次可以同時傳送多少位元，電路愈多，匯流排寬度 (bus width) 愈大，傳送速度愈快。

字組大小：字組大小 (word size) 是CPU在固定時間內能夠解譯並執行多少位元，所謂8、16、32或64位元CPU指的就是一次最多可以處理8、16、32或64位元的CPU。 相容性：由於不同的CPU各有唯一的指令集，因此，廠商在推出新的CPU晶片之前，必須考慮相容性 (compatibility)，特別是新的晶片能否與舊的晶片具有向下相容性。

3-2-6 機器語言 機器語言 (machine language) 是程式與電腦溝通的介面，定義了程式可以使用的指令與編碼方式。 3-2-6　機器語言 機器語言 (machine language) 是程式與電腦溝通的介面，定義了程式可以使用的指令與編碼方式。 機器指令 (machine instruction) 的編碼方式通常包含運算碼 (op-code) 和運算元 (operand) 兩個部分。

3-2-7 機器循環週期 CPU執行一個指令的過程叫做機器循環週期 (machine cycle)，包含下列四個步驟： 指令擷取 指令解碼 3-2-7　機器循環週期 CPU執行一個指令的過程叫做機器循環週期 (machine cycle)，包含下列四個步驟： 指令擷取 指令解碼 指令執行 結果存回

3-3 CPU的設計架構與技術 3-3-1 CISC V.S. RISC

3-3-4　平行處理 平行處理是一部電腦裡面有多個處理器，每個處理器都像一個CPU，可以獨立執行工作，至於主記憶體及輸入/輸出裝置則是共用。

3-4 記憶體 3-4-1 記憶體的種類 記憶體有RAM (隨機存取記憶體) 與ROM (唯讀記憶體) 兩種。 RAM又分成下列兩種： 3-4　記憶體 3-4-1　記憶體的種類 記憶體有RAM (隨機存取記憶體) 與ROM (唯讀記憶體) 兩種。 RAM又分成下列兩種： DRAM (dynamic RAM，動態隨機存取記憶體) SRAM (static RAM，靜態隨機存取記憶體) ROM又分成下列三種： PROM (programmable ROM) EPROM (erasable PROM) EEPROM (electronically EPROM)

3-4-2　記憶體的階層 暫存器 (register) 快取記憶體 (cache memory) 主記憶體 (main memory)

3-4-3 主記憶體的定址方式 主記憶體是由許多記憶體單元 (cell) 所組成，不同機器可能有不同數目的記憶體單元。 3-4-3　主記憶體的定址方式 主記憶體是由許多記憶體單元 (cell) 所組成，不同機器可能有不同數目的記憶體單元。 為了加以辨識，每個記憶體單元都有唯一的位址 (address)，同時這些位址是從0開始，依照順序編號。

3-5 電腦與週邊通訊 電腦內部的電子訊號是由匯流排進行傳送，由下列三組電路所組成： 匯流排又分為下列兩種： 資料線 (data line) 3-5　電腦與週邊通訊 電腦內部的電子訊號是由匯流排進行傳送，由下列三組電路所組成： 資料線 (data line) 位址線 (address line) 控制線 (control line) 匯流排又分為下列兩種： 系統匯流排 擴充匯流排

3-7-3　直接記憶體存取 (DMA)