Chapter 05 電腦元件

學習目標 閱讀有關電腦的廣告並了解它的專業用話 列出Von Neumann machine的元件以及它們的功能 描述Von Neumann machine的 擷取-解碼-執行 (fetch-decode-execute) 週期

學習目標(續) 描述電腦記憶體如何組織與如何存取 寫出輔助記憶體的名稱以及描述它們 定義三種不同的平行電腦配置方式

5.1 電腦元件 參考下列廣告 1.4GHz 133MHz

電腦元件 中文廣告 http://www.tkec.com.tw/tkec/product/showProduct.jsp?pid=077973

電腦元件 有關記憶體或硬碟大小時，K 表示 1024 (210)，M 表示 220，G 表示 230 ROM 為 read-only memory (唯讀記憶體)，資料不會因為電源關閉而消失，常用來存放作業系統的開機程式 RPM 為 rotations per minute 的縮寫，表示每分鐘旋轉多少周，目前單速的CD-ROM的傳輸率為150KB/S V.90 56K 指 56K bps 每秒 56K 位元組

電腦元件(補充) 硬體簡介 http://www.dres.tc.edu.tw/w3c/temp/e_learn/hardware_intro.ppt 電腦系統相關圖片及說明： http://sbsd.psjh.cy.edu.tw/~su/computer/hard/hard1.htm http://sbsd.psjh.cy.edu.tw/~su/computer/hard/hard2.htm http://www.as.nchu.edu.tw/lab/309/chi/computer_public.htm 硬體新知 http://www.tomshardware.tw/theme,77.html http://www.oc.com.tw 硬體疑難使用問題討論區 http://forum.slime.com.tw/f12.html

有關大小（size ) Admiral Grace Murray Hopper 接近 1,000 呎長的電線 一小段電線(約一個手臂長度) 電子在此電線行進路程的時間計量單位是微秒（microsecond） 一小段電線(約一個手臂長度) 電子在此電線行進路程的時間計量單位是奈秒（nanosecond） 一個辣椒粒大小長度的電線(IC 晶片內) 電子在此電線行進路程的時間計量單位是皮秒（picosecond）

有關大小（size）的觀點

5.2 程式儲存化概念 (Stored-Program Concept) 圖 5.1 范紐曼 (von Neumann) 架構

記憶體 (Memory) 記憶體是記憶位置（每個都擁有獨一無二的實體位址）的集合體

算術邏輯單元 (Arithmetic/Logic Unit, ALU) 完成像加法、減法、乘法以及除法等兩個數字的基本運算 完成像AND、OR以及NOT等二進制字組的邏輯運算 大部份的現代算術/邏輯單元都有少量稱為暫存器（register ) 的特殊儲存單元

輸入/輸出單元 輸入單元（input unit）是一種讓資料與程式由外面世界進入電腦的裝置 鍵盤、滑鼠以及掃瞄裝置 輸出單元（output unit）是一種讓儲存於記憶體內的運算結果可以傳送到外面世界的裝置 印表機以及視訊顯示終端機

控制單元 (Control Unit) 控制單元是組織電腦各單元的主力 控制單元至少有以下兩個暫存器 指令暫存器（instruction register, IR）含有正在執行中的指令 程式計數器（program counter, PC）含有即將執行的指令的主記憶體位址 算術邏輯單元 (ALU) 與控制單元合起來稱為中央處理單元（Central Processing Unit 或 CPU）

資訊的流動 各單元經由一組稱為匯流排（bus）的排線連接到其他單元 圖 5.2 資料流過范紐曼機器

擷取－執行週期 擷取下一個指令 (fetch) 將指令解碼 (decode) 取得資料（如果有需要，有些指令不需要額外資料） 執行指令 (execute)

圖 5.3 擷取－執行週期

RAM 與 ROM RAM 是 Random Access Memory 的縮寫，代表 動態存取記憶體 可以直接存取每個位置，也表示有能力改變每個位置的內容 ROM 是 Read Only Memory 的縮寫，代表唯讀記憶體 ROM 內位置的內容是不能改變的 RAM 是揮發性的， ROM 則不是 當電源關閉時 RAM 不會保留它的位元配置內容，但 ROM 會保留

次級 (Secondary)儲存裝置 因為大部份的主記憶體都是揮發性且有一定的大小，因此有必要使用其他類型的儲存裝置來讓程式不再執行或資料不再被處理 (或機器關閉時)，程式與資料可以被儲存起來 次級儲存裝置可以當電腦還在製造廠時便安裝在電腦機殼內部，或於往後需要時再增加

磁帶 第一部真正的輔助儲存裝置是磁帶機（magnetic tape drive） 圖 5.4 磁帶

磁碟 藉由 讀/寫頭 (read/write head) 橫越旋轉中的磁碟來讀取或寫入資料 磁柱：Cylinder 區塊：Block 磁軌：Track 磁區：Sector 圖 5.5 磁碟的組織

磁碟 搜尋時間 (seek time) 潛伏時間 (latency) 存取時間 (access time) 磁臂到達指定磁軌上方位置所需時間 潛伏時間 (latency) 指定的磁區轉到讀寫頭位置所需時間 存取時間 (access time) 搜尋時間與潛伏時間的和 傳輸率 (transfer rate) 資料從磁片傳至記憶體的速率，一般以 Mbps 表示

光碟(Compact Disks, CD) 光碟機使用雷射來讀取以光學方式儲存於塑膠碟片上的資訊 CD-ROM 是唯讀記憶體（ Read-Only Memory ） DVD 是 Digital Versatile Disk 的縮寫

5.3 非 von Neumann 架構 同步處理：一種平行處理的方法是使用多重處理器，並分別對多重資料集合執行相同的程式 圖 5.6 同步計算環境的處理器

生產線化 (Pipelining) 將處理器以串列的方式排列，各個處理器都對整個計算貢獻一部分 圖 5.7 以生產線方式排列的處理器

共享記憶體配置 不同處理器取用不同資料來做不同事情 P.130 圖 5.8

5.4 個人電腦廣告的詮釋 CPU 速度要多快? 記憶體要多少才夠? CD-ROM 的速度越快越好?

道德的議題 臉部辨識/隱私權 身分驗證技術是將個人臉部構造與他/她的相片作比對 這樣侵犯了隱私權嗎？ 照相機掃描面部特徵的 凸峰（peak）與凹谷（valley） 這樣侵犯了隱私權嗎？ 批評者反對暗中拍攝（未經同意就掃描臉部）與追蹤（使用這種技術監視一個人的行動）

第 5 章勘誤 P114，廣告，參考講義第 4 頁 P115，第4列，Gega 應為 Giga P116，第3段第3列，位元組 應為 位元