第5章 中央處理單元與主記憶體 5-1 中央處理單元－CPU 5-2 主記憶體

中央處理單元－CPU（1/10） CPU的組成 存放運算中的指令、資料，及指令被執行後的狀態 存放最常被用到 的資料或指令 資料的算術運算與邏輯判斷 控制、協調電腦各 單元間的相互運作 第5章 中央處理單元與主記憶體 / 5-1 中央處理單元－CPU

暫存器的種類 累加器（accumulator） 存放運算的結果 位址暫存器（address register） 暫存器名稱 用途說明 累加器（accumulator） 存放運算的結果 位址暫存器（address register） 存放指令或資料在主記憶體中的位址 一般用途暫存器 （general-purpose register） 暫存一般運算資料及位址資料 指令暫存器 （instruction register） 暫存正在執行中的指令 程式計數器（program counter） 存放下一個要執行的指令位址 旗標暫存器（flag register） 存放CPU執行指令後的各種狀態 第5章 中央處理單元與主記憶體 / 5-1 中央處理單元－CPU

檢定考題 CPU必先將要存取的位址存入何處，才能到主記憶體中存取資料？ (A)資料暫存器 (B)位址暫存器 (C)輸出單元 (D)指令暫存器 「程式計數器(PC)」的作用為何？ (A)存放錯誤指令的個數 (B)存放資料處理的結果 (C)存放程式指令 (D)存放下一個要被執行的指令位址

中央處理單元－CPU（2/10） 快取記憶體：存取速度比主記憶體快，常分為L1、L2、L3等3種 快 速 度 慢

補充 CPU的功能與結構測驗

中央處理單元－CPU（3/10） CPU執行一個指令的過程稱為一個機器週期（machine cycle） 主要包含擷取、解碼、執行、儲存 1.控制單元從記憶體中擷取指令及資料 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 解碼 算術/邏輯 單元 記憶體 儲存 4.控制單元將運算或處理結果存至暫存器或記憶體 執行 3.算術/邏輯單元進行資料的運算 CPU執行指令的步驟示意圖 第5章 中央處理單元與主記憶體 / 5-1 中央處理單元－CPU

中央處理單元－CPU 機器週期（machine cycle）： CPU執行一個指令的過程稱為一個 指令週期=擷取 + 解碼 執行週期=執行 + 儲存 MIPS(每秒百萬個指令)： 每秒執行百萬個指令 MIPS值越高，表示CPU執行速度越快

補充 以書架取書與讀書的生活實例，說明指令週期 指令週期的測驗

中央處理單元－CPU（4/10） 個人電腦內常見的CPU Intel及AMD是生產個人電腦CPU的主要廠商 CPU有分許多不同效能等級，如適用於文書處理、網頁瀏覽等需求的一般CPU；適用於玩3D遊戲、進行影音處理的較高階CPU等 第5章 中央處理單元與主記憶體 / 5-1 中央處理單元－CPU

統測、檢定考題 在電腦中，下列哪一個單元負責指令的解碼？ (A)控制單元 (B)輸入單元 (C)記憶單元 (D)算術與邏輯單元 CPU中的控制單元主要功能在控制電腦的動作，下列何者不是控制單元所執行的動作？ (A)控制 (B)解碼 (C)執行 (D)計算

統測、檢定考題 電腦的那一個部份負責從主記憶體讀取並解釋指令？ (A)控制單元 (B)主記憶體 (C)輸出/入單元 (D)算術邏輯單元 「MIPS」為下列何者之衡量單位？ (A)印表機之印字速度 (B)CPU之處理速度 (C)螢幕之解析度 (D)磁碟機之讀取速度

中央處理單元－CPU（5/10） 多核心CPU 多核心CPU是指含有多個運算核心的CPU 我們可以透過CPU的型號或規格表，來瞭解CPU的核心數 ex：AMD CPU： Phenom II X4 =>四核心 Phenom II X6 =>六核心 Ex：Intel CPU核心數要上網查詢 目前「十六核心」CPU已問世 第5章 中央處理單元與主記憶體 / 5-1 中央處理單元－CPU

中央處理單元－CPU（6/10） 四核心CPU及運作示意圖 時間 … 單核 四核 2*4=8 7-2=5 4/4=1 1+6=7 8+5=13 四核 2*4=8 7-2=5 4/4=1 1+6=7 8+5=13 1+7=8 13+8=21 第5章 中央處理單元與主記憶體 / 5-1 中央處理單元－CPU

多核心 vs.多CPU 多核心CPU就像是一個廚房裡有多位廚師，可同時烹煮多道菜，烹煮速度自然比一個廚房裡只有1位廚師（單核心）來得快

補充－CPU CPU製作過程影片

中央處理單元－CPU（7/10） CPU包裝盒上的規格標示 速率 名稱 快取記憶體容量

中央處理單元－CPU（8/10） CPU的規格 名稱：CPU的製造廠商及產品型號 速率：CPU的工作頻率（clock rate）(或稱內頻)，單位為GHz 快取記憶體容量：市售的CPU通常都內建有512KB ~ 12MB的快取記憶體 第5章 中央處理單元與主記憶體 / 5-1 中央處理單元－CPU

中央處理單元－CPU 1秒內有33.3億次震盪 1次震盪 3.33GHz的CPU工作頻率示意圖

內頻與外頻 內頻：CPU內部的工作頻率 外頻：CPU與晶片組之間的 資料傳輸頻率 倍頻係數：CPU出廠時所設定的內頻 與外頻間的倍數 三者關係：內頻 = 外頻 × 倍頻係數 第5章 中央處理單元與主記憶體 / 5-1 中央處理單元－CPU

統測考題 下列有關微處理器的敘述，何者正確？ (A)時脈(clock)是時脈頻率的倒數 (B)位址暫存器可用以存放各種狀態或運算的結果 (C)相較於多核心微處理器，單核心微處理器更適合多工環境 (D)執行週期包括擷取、解碼、執行三個主要步驟

統測考題 某微處理器時脈頻率為100MHz，假設執行1個指令需要3個時脈，則執行該指令需要多少時間？ (A)0.3ns (B)3ns (C)30ns (D)300ns

中央處理單元－CPU（9/10） 影響CPU效能的因素 工作頻率：頻率越高，電腦執行速度 越快 工作頻率：頻率越高，電腦執行速度 越快 字組的大小：字組（word）即一般用途暫存器的位元數。 64位元電腦，即是指CPU的字組大小為64位元 字組的大小，早期常以資料匯流排寬度來決定， 應該以一般用途暫存器的位元數來衡量才正確 第5章 中央處理單元與主記憶體 / 5-1 中央處理單元－CPU

中央處理單元－CPU（10/10） 快取記憶體的大小： 存放常被CPU使用的資料或指令，容量越大，CPU的執行效能越高 採用的指令集：可分CISC及RISC 種類 型號代表 單一指令長度 指令集 數目 單一指令執行速度 CISC Intel Pentium 較長 （長度不一） 較多 較慢 RISC Apple PowerPC 較短 （長度固定） 較少 較快 第5章 中央處理單元與主記憶體 / 5-1 中央處理單元－CPU

節練習 一般衡量電腦執行速率，主要是比較下列哪一個單元？ (A)輸入單元 (B)輸出單元 (C)記憶單元 (D)中央處理單元 暫存器(register)是在電腦的哪一個單元中？ (A)輸入單元 (B)中央處理單元 (C)記憶單元 (D)輸出單元

節練習 CPU欲至主記憶體中存取資料，必先將所欲存取之位址存入下列何者之中？ (A)控制單元 (B)資料暫存器 (C)輸出或輸入單元 (D)位址暫存器

節練習 下列何種技術即所謂雙核心技術？ (A)將2個微處理器安裝於同一主機板內 (B)將南橋晶片及北橋晶片製作在同一晶片內 (C)將2個運算核心安置在同一微處理器內 (D)將L1及L2快取記憶體製作在同一晶片內

節練習 下列哪一種單位是用來表示CPU的執行速度？ (A)GHz (B)CPS (C)LPM (D)Mbytes 若某CPU的執行速度為5MIPS，則執行5百萬個指令共需花費 1 秒

主記憶體（1/7） 記憶體分類 RAM ROM 硬碟 光碟 隨身碟 軟碟 記憶體 CD DVD 藍光 主記憶體 輔助記憶體 SRAM DRAM 第5章 中央處理單元與主記憶體 / 5-2 主記憶體

主記憶體（2/7） 隨機存取記憶體（RAM）：電腦關機時，資料會隨著電源一起消失，又稱為揮發性記憶體 一顆記憶體晶片 條狀的銅色金屬即為針腳（pin），插入插槽後與主機板電路連接 筆記型電腦用 桌上型電腦用 （courtesy of 旗標） 第5章 中央處理單元與主記憶體 / 5-2 主記憶體

主記憶體（3/7） 隨機存取記憶體分為動態隨機存取記憶體（DRAM）及靜態隨機存取記憶體（SRAM） DRAM須持續充電更新，儲存於其內的資料才不會消失。個人電腦的「記憶體」指的就是DRAM SRAM不需持續充電更新，即可保存儲存於其內的資料，常被用來作為快取記憶體 第5章 中央處理單元與主記憶體 / 5-2 主記憶體

主記憶體（4/7） DRAM與SRAM的比較 項目 DRAM SRAM 是否需持續充電 是 否 存取速度 較慢 較快 應用 主記憶體 快取記憶體 價格 便宜 較貴 第5章 中央處理單元與主記憶體 / 5-2 主記憶體

DDR 2 vs. DDR 3 類別 項目 DDR 2 DDR 3 皆為240 pins，但缺口位置不同 DDR 2 DDR 3 由標籤上分辨 類別 項目 DDR 2 DDR 3 傳輸速度 3.2 GB/sec ~ 5.3 GB/sec 8.5 GB/sec ~ 12.8 GB/sec 單條記憶體容量 256 MB ~ 4 GB 1 GB ~ 16 GB 耗電量 高 低 價格（1GB） 較貴 便宜 第5章 中央處理單元與主記憶體 / 5-2 主記憶體

主記憶體（5/7） 唯讀記憶體 只能讀取而不能寫入資料，儲存於其內的資料不會隨電腦電源的關閉而消失 通常用來存放永久性的程式或資料，例如BIOS程式 （courtesy of 旗標） BIOS晶片 第5章 中央處理單元與主記憶體 / 5-2 主記憶體

主記憶體（6/7） 可修改內容的ROM 可程式唯讀記憶體（PROM） 可抹除可程式唯讀記憶體（EPROM） 電子可抹除可程式唯讀記憶體（EEPROM） 第5章 中央處理單元與主記憶體 / 5-2 主記憶體

主記憶體（7/7） 快閃記憶體（flash memory）：被廣泛地運用在智慧型手機、智慧IC卡、隨身碟、記憶卡等產品上 隨身碟 記憶卡 第5章 中央處理單元與主記憶體 / 5-2 主記憶體

各類記憶體存取速度及容量比較 慢 大 快 小 暫存器 L1 L2 L3 ROM DRAM 速度 容量 USB 3.0裝置 硬碟 光碟 軟碟 USB 2.0/3.0裝置 第5章 中央處理單元與主記憶體 / 5-2 主記憶體

節練習 下列記憶體類型中，哪一種需要週期性充電？ (A)快閃記憶體 (B)唯讀記憶體 (C)靜態隨機存取記憶體 (D)動態隨機存取記憶體

統測考題 電腦要執行任何軟體，首先要將可執行碼載入下列何種儲存媒體中？ (A)輔助記憶體 (B)ALU (C)主記憶體 (D)cache 下列有關RAM(隨機存取記憶體)的敘述何者正確？ (A)RAM可以寫入 (B)RAM屬於非揮發性記憶體 (C)RAM專門用來存放開機系統程式 (D)RAM的資料在電腦關閉後不會消失。