中央處理單元與主記憶體

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第 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
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03243BA適用
4-1
中央處理單元-CPU(1/11)
CPU的組成
控制、協調電腦各
單元間的相互運作
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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
存放運算中的資料,以
及記錄程式執行的狀態
第4章 中央處理單元與主記憶體 / 4-1 中央處理單元-CPU
03243BA適用
4-2
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
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第4章 中央處理單元與主記憶體 / 4-1 中央處理單元-CPU
03243BA適用
4-3
中央處理單元-CPU(3/11)
 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
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4-4
中央處理單元-CPU(4/11)
CPU執行一個指令的過程稱為機器週期
擷
取
1.控制單元從記憶體
中擷取指令及資料
記
憶
體
4.控制單元將運算
或處理結果存至暫
存器或記憶體
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控制單元
儲
存
解
碼
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
算術/邏輯
單元
執
行
3.算術/邏輯單元
進行資料的運算
第4章 中央處理單元與主記憶體 / 4-1 中央處理單元-CPU
03243BA適用
4-5
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。
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中央處理單元-CPU(6/11)
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
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(http://www.hardcore-hardware.com/)
Ultrabook使用的CPU
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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
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中央處理單元-CPU(8/11)
四核心CPU的運作及與單核心的比較
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)
時間
C1
C2
單核 2*4=8 7-2=5
4核
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C3
4/4=1
C4
C5
…
1+6=7 8+5=13 …
2*4=8 8+5=13 13+8=21
7-2=5 1+7=8
4/4=1
1+6=7
第4章 中央處理單元與主記憶體 / 4-1 中央處理單元-CPU
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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
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中央處理單元-CPU(9/11)
CPU包裝盒上的規格標示
速率
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名稱
快取記憶體
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中央處理單元-CPU(10/11)
 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
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
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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
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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。
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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。
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第4章 中央處理單元與主記憶體 / 4-2 主記憶體
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4-15
主記憶體(2/8)
記憶體的分類
DRAM
RAM
SRAM
主記憶體
ROM
記
憶
體
軟碟
硬碟
CD
光碟
DVD
隨身碟
藍光光碟
輔助記憶體
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第4章 中央處理單元與主記憶體 / 4-2 主記憶體
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4-16
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。
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第4章 中央處理單元與主記憶體 / 4-2 主記憶體
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4-17
主記憶體(4/8)
隨機存取記憶體大多製作成記憶體模組
的型式
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
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第4章 中央處理單元與主記憶體 / 4-2 主記憶體
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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
項目
DRAM
SRAM
是否需持續充電
是
否
較慢
較快
應用
主記憶體
快取記憶體
價格
便宜
較貴
存取速度
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第4章 中央處理單元與主記憶體 / 4-2 主記憶體
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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
項目
類別
傳輸速度
單條記憶體容量
耗電量
價格(1GB)
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DDR2
3.2GB/sec ~ 5.3GB/sec
DDR3
8.5GB/sec ~ 12.8GB/sec
256MB ~ 4GB
1GB ~ 16GB
高
低
較貴
便宜
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主記憶體(6/8)
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
(courtesy of 旗標)
BIOS晶片
韌體:指燒錄在ROM中的程式,如BIOS
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第4章 中央處理單元與主記憶體 / 4-2 主記憶體
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4-21
主記憶體(7/8)
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
智慧型手機
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隨身碟
記憶卡
第4章 中央處理單元與主記憶體 / 4-2 主記憶體
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4-22
常見記憶體存取速度及容量比較
速度
快
小
容量
暫存器
暫存器
L1
L2
L3
L1
L2
L3
DRAM
ROM
ROM
DRAM
硬碟
光碟
光碟
硬碟
慢
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大
第4章 中央處理單元與主記憶體 / 4-2 主記憶體
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主記憶體(8/8)
資料寫入記憶體的運作過程
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
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資料匯流排
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
第4章 中央處理單元與主記憶體 / 4-2 主記憶體
03243BA適用
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