a. 主記憶體

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第5章 CPU與主記憶體
主講人:董美明
5-1.1
CPU的組成
1. CPU又稱為微處理器
(microprocessor),包含以下幾個元件:
a. 控制單元:控制與協調各單元間的相互運
作。
b. 算術/邏輯單元(ALU):負責資料的運算
與邏輯判斷。
c. 快取記憶體(cache memory):存放常
用的指令或資料。
d. 暫存器(register):存放CPU運算中的
資料,以及記錄程式執行的狀態。
暫存器的種類:累加器、位址暫存器、指令暫存
器、程式計數器、旗標暫存器、一般用途暫存器。
累加器:暫存運算的結果。
位址暫存器:存放指令或資料在記憶
體中的位址。
指令暫存器: 暫存正在執行中的指令。
程式計數器:存放下一個要執行的指
令所在之記憶體位址。
旗標暫存器:存放CPU運算後的狀態。
一般用途暫存器:暫存一般運算資料
及位址資料等。
快取記憶體
1.是一種存取速度比主記憶體快的記憶體。
2. 用來存放CPU經常使用的資料或指令,分
為L1 cache、L2 cache及L3 cache等三種。
3. L1、L2位於CPU內部;L3位於主記憶體與
CPU之間。
4.存取速度比較:暫存器>L1 > L2 > L3 >
1. CPU又稱為____________,包含以下幾個
微處理器
元件:
暫存器
___________:存放常用的指令或資料。
控制單元
_____________:控制與協調各單元間的相互
運作。
算術/邏輯單元
________________(ALU):負責資料的運算
與邏輯判斷。
快取記憶體
____________:存放CPU運算中的資料,
以及記錄程式執行的狀態。
程式計數器
____________: 存放下一個要執行的指
令所在之記憶體位址。
旗標暫存器
____________ :存放CPU運算後的狀態。
一般用途暫存器:暫存一般運算資料及
位址資料等。
( D ) 1.下列哪一個項目位於中央處理單元
中?
(A)輔助記憶體
(B)主記憶體
(C)光碟機 (D)快取記憶體。
( B )2. CPU必須先將要存取的位址存入
下列何處,才能到主記憶體中存取資料?
(A)資料暫存器 (B)位址暫存器
單元
(D)指令暫存器。
(C)輸出
( D ) 3. 一般衡量電腦執行速度,主要是
比較下列那一個單元?(A)輸入單元(B)輸出
單元 (C)記憶體單元
(D)中央處理單元。
( B )2.暫存器是在電腦的那一個單元
中 ?(A)輸入單元(B)中央處理單元
憶體單元(D)輸出單元。
(C)記
圖書分類
一位男子到圖書館借書,他問圖書館的女職員:
「請問『婚姻的幸福生活』這本書放在那裡?」
職員回答:「是幻想小說,到右邊第三排櫃子去
找。
男子又問:「那麼『夫妻的相處之道』這本書又
放在那裡?」
職員回答:「是武俠小說,到左邊第一排櫃子找
吧!」
5-1.2
CPU的運作
1. C P U 執 行 一 個 指 令 的 過 程 稱
為機 器 週 期(machine cycle),包
含以下 4 個步驟:
a. 擷取指令(fetch instruction)
b. 解碼指令(decode instruction)
c. 執行指令(execute instruction)
d. 儲存結果(store results)
2. MIPS(Million of Instructions
Per Second,每秒百萬個指令)用來
表示CPU每秒可執行多少百萬個指令。
MIPS值越高,CPU執行速度越快。
5-1.2
CPU的運作
1. C P U 執 行 一 個 指 令 的 過 程 稱 為
機 器 週 期(machine cycle),包
_____________
含以下______個步驟:
4
擷取指令、解碼指令、執行指令、
儲存結果
MIPS
2.________用來表示CPU每秒可執行多少百
萬個指令。
假設CPU的執行速度為5MIPS,執行
一億個指令共需多少時間?
5MIPS表示每秒可執行5百萬個指令
執行一個指令的時間 =1/5,000,000秒
執行一億個指令的時間
= 100,000,000 × (1/5,000,000)秒
= 20秒
( D ) 1.中央處理器(CPU)在處理指令
時,運作的先後步驟依序為:
(A)擷取→解碼→儲存→執行
(B)解碼→擷取→執行→儲存
(C)擷取→執行→解碼→儲存
(D)擷取→解碼→執行→儲存。
( A ) 2.微 處 理 機 的 工 作 頻 率 為 1 0
MHz,執行某一個指令需要10
個 時 脈 週期 , 則 此 微 處 理 機 的 執
行速度為
( A ) 1M I P S
( B ) 2M I P S
( C ) 5M I P S
(D)10MIPS。
5-1.3 個人電腦內常見的CPU
 Intel 與AMD是生產個人電腦CPU的
主要廠商。
 GPU(繪圖處理器 ):負責繪圖運算的
處理器,常整合至顯示卡或主機板上,
目前多趨向整合至CPU,以提供更佳
的繪圖運算效能。
多核心CPU
 多核心CPU是指含有多個運算核心的
CPU,目前「十六核心」的CPU已問
世。
 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。
先睹為快 - 2014 科技
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5-1.4
Intel
CPU的規格
Core 2 Quad Q9650
A. 製造廠商
B. 名稱
從名稱中可得知CPU
的核心數
製造廠商
Intel
AMD
雙核心
Duo
X2
3GHz
C. 速率
CPU的工作頻率,
為電腦衡量速度
的指標
四核心
Quad
X4
1. 多核心處理器是將多個運算核心整
合在單一晶片內的CPU。
2. 個人電腦CPU的工作頻率,俗稱為
內頻,常用的單位為GHz(十億赫
茲),如3.5GHz表示CPU內部的石
英震盪器每秒產生35億次的震盪。
3. 工作頻率(又稱時脈頻率)的倒數
即時脈週期(clock cycle),也就
是CPU內部的石英震盪器每震盪一次
所需花費的時間。
4. CPU執行一個指令通常需花用1至多
個時脈週期。
若CPU的工作頻率為3.5GHz,則其時
脈週期應為多少秒?
3.5GHz表示每秒震盪35億次
時脈週期 = 震盪1次所花用的時間
= 1/(3.5 × 10 9) 秒
= 0.29奈秒
( A )1. 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。
2. 若某CPU的執行速度為5MIPS,則執行
1
5百萬個指令共需花費________秒。
5MIPS:每秒5百萬個指令。
6
時脈週期 =1/(800x10 )秒
=0.00125x10-6秒
-9
=1.25x10 秒
= 1.25奈秒(ns)
沙漠加油站
進入沙漠區之前的小鎮上,第一家加
油站站前的巨型廣告版上寫著:
「此去即是沙漠地區,除本站外,
您舉目所見的加油站皆為 海市蜃樓。
務請即刻加滿油箱以策安全。」
5-1.5 影響CPU效能的因素
1. 時脈頻率
2. 字組的大小
字組(word)是CPU一次能處理的資
料量,也就是一般用途暫存器的位元數,
單位為位元(bit),表示:
a. 市售的64的電腦,即是指CPU的字組
大小為64位元。
3.快取記憶體的大小
4.採用的指令集
5-1.5 影響CPU執行效能的因素
指令集是指CPU所能執行的所有運算指
令之組合。
a. CISC(複雜指令集)
內建指令較多,但CPU中的電路設計
較複雜,因此指令的執行速度較慢。
b. RISC(精簡指令集)
內建指令較少但功能單純,CPU中的
電路設計較簡單,因此指令的執行速
度較快。
( C ) 1.一 部 6 4 位 元 電 腦 的 字 組
(Wo r d)長 度 為 ( A ) 6 4 B y t e s
( B ) 1 6 B y t e s(C)8Bytes (D)4Bytes。 。
( B ) 2.下 列 哪 一 個 因 素 , 最 不 可 能
會影響CPU的執行速度?
(A)F
S B 的 速 度(B)CPU的包裝方式
(C)核心
數
(D)字組的長度。
https://www.youtube.com/watch?v=L5e-VmCTFh4
5-2 主記憶體
一、認識記憶體
1. 記憶體(memory)是電腦存放程式與
資料的地方,分為:
a. 主記憶體(內部記憶體):儲存暫時性資料。
b. 輔助記憶體(外部記憶體) :存放必須長久
保留的資料。
2. 記憶體的類別:
RAM
(隨機存取記憶體)
主記憶體
DRAM
SRAM
Mask ROM
PROM
ROM
記憶體
EPROM
(唯讀記憶體)
EEPROM
軟碟
硬碟
輔助記憶體
光碟
隨身碟、記憶卡
Flash Memory
記憶體
1. ____________是電腦存放程式與資料的地方,
可分為:
主記憶體
A. 儲存暫時性資料:____________。
ROM
其類別有:_________、________。
RAM
輔助記憶體
B. 存放必須長久保留的資料:_____________。
其類別有:________、_______等。
光碟
磁碟
5-2.1、RAM(隨機存取記憶體)
1. RAM(Random Access Memory):
可讀可寫,電源關閉後儲存在其內的資料
會消失,故稱揮發性記憶體(volatile
memory)。
2. 儲存在輔助記憶體中的程式或資料,必須
先載入至RAM中,電腦才能執行。
3. RAM依製作元件的電子特性,又可分為
DRAM與SRAM兩類:
a. DRAM(動態隨機存取記憶體)
b. SRAM(靜態隨機存取記憶體)
DRAM種類:
SDRAM、DDR、 DDR2、
DDR3 (現今)。
項目
使用的電子元件
DRAM
SRAM
(動態隨機存取記 (靜態隨機存取
憶體)
記憶體)
電容器
正反器
否
是否需持續充電
是
存取速度
較慢
較快
單位成本
便宜
貴
主要應用
個人電腦的記憶體
快取記憶體
RAM
1. ________:可讀可寫,電源關閉後儲存在
揮發性記憶體
其內的資料會消失,故稱__________。
2. 儲存在_____________中的程式或資料,必
輔助記憶體
須先載入至________中,電腦才能執行。
RAM
3. 可分為 __________與__________兩類,
前
DRAM
SRAM
正反器 , 後者為
者使用的元件為__________
電容器 。
________
( D ) 1.下列記憶體類型中,那一種需要週
期性充電?
(A)快閃記憶體 (B)唯讀記憶體(C)隨機存取
記憶體(D)動態隨機存取記憶體。
( A ) 2.下列何者為快取記憶體所使用的元
件?
(A)SRAM(B)DRAM
(C)EPROM(D)EEPROM 。
( A ) 2.下列關於DRAM(動態隨機存取記
憶體)與SRAM(靜態隨機存取記憶體)
的敘述,何者正確?
(A) DRAM是一種電容器
(B) DRAM比SRAM貴
(C) DRAM不需要充電
(D) DRAM是一種輔助記憶體。
( D ) 3.下列有關記憶體RAM之描述,何
者有誤? (A)在切斷電源後,RAM中的
資料會消失 (B)RAM屬於揮發性記憶體
(C) RAM為隨機存取記憶體
(D)資料一旦
寫入RAM之後,其內容不能再被修改。
咽不下去
老漢身體不舒服,去醫院看病。
醫生對老漢說:“你要驗血,驗小便,驗
大便!”
老漢聽後,急忙跑到廁所去。
一會,老漢回來對醫生說:
“咽血,咽小便都可以,大便實在咽不下
去!
三、ROM(唯讀記憶體)
1. ROM(Read-Only Memory):可讀取
但不能任意寫入,電源關閉後,儲存在其
內的資料不會消失,故稱非揮發性記憶體。
2. 韌體:燒錄在ROM中的程式,如電腦開
機時第一個執行的程式(BIOS)。韌體可
省去將程式由輔助記憶體載入主記憶體的
時間,加快電腦執行速度。
韌體(firmware):
a. BIOS(Basic Input/Output System,
基本輸入輸出系統):儲存電腦的開機程
式,並負責自我測試、設定由光碟或硬碟
開機、載入作業系統及設定系統時間。
b. CMOS晶片:儲存BIOS的設定值,如在
BIOS中所設定的開機裝置之優先順序。
1. ____________:可讀取但不能任意寫入,電
ROM
源關閉後,儲存在其內的資料不會消失,
故稱___________________。
非揮發性記憶體
2. __________:燒錄在ROM中的程式,如電
韌體
BIOS
腦開機時第一個執行的程式(_______)。
3.___________
CMOS :儲存電腦的開機程式,並負
責自我測試、設定由光碟或硬碟開機、載
入作業系統及設定系統時間。
類別
唯
讀
式
可
重
複
寫
入
PROM
說明
可程式唯讀記憶體
可利用專用燒錄機將資料寫入
ROM,但只能寫入一次。
EPROM
利用紫外線的照射抹除資料,
以重複寫入資料。
可抹除可程式唯讀記憶體
EEPROM
利用電流訊號寫入或抹除資料。
電子可抹除可程式唯讀記憶體
Flash Memory/
Flash ROM
(快閃記憶體)
利用電流訊號增刪資料,
讀 寫 速 度 較EEPROM快。
( C ) 1.下 列 何 者 會 在 個 人 電 腦 開 機
時進行「開機自我測試(Power
O n S e l f Test)」的工作?
(A) IDE (B)AGP
(C) BIOS
(D)PCI 。
( C ) 2. 下列何種記憶體,具有可雙向讀寫,
以及電源關閉時資料仍保留的特性?
(A)DRAM (B)SRAM
(D)Mask ROM。
(C)Flash ROM
( A ) 3.下列關於主記憶體的敘述何者錯誤?
(A)主記憶體中的資料只能讀不可寫
(B)RAM與ROM是屬於主記憶體
(C)主記憶體存取資料的速度比輔助記憶
體快 (D)主記憶體多以半導體為其製造的
元件。
( C ) 4. 下列敘述何者錯誤?
(A)使用者可從RAM讀取資料,亦可將資
料寫入於此 (B)SRAM可當作快取記憶體
(Cache Memory)
料的速度比SRAM快
(C) DRAM存取資
(D)當電腦電源關閉
時,ROM的資料不會隨之消失。
超棒的名詞解釋
實歲,虛歲的區分...............
實歲,是你從媽媽身體出來的那天開始算
的。
虛歲,是你從爸爸身體出來的那天開始算
的。
這個人真聰明,會想到這個解釋!

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