Transcript 中央處理單元與主記憶體
4 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 光碟、紙張用得少 你我讓地球更美好 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 光碟、紙張用得少 你我讓地球更美好 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 光碟、紙張用得少 你我讓地球更美好 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 光碟、紙張用得少 你我讓地球更美好 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 4-4 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 光碟、紙張用得少 你我讓地球更美好 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。 光碟、紙張用得少 你我讓地球更美好 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 4-6 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 光碟、紙張用得少 你我讓地球更美好 （http://www.hardcore-hardware.com/） Ultrabook使用的CPU 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 4-7 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 光碟、紙張用得少 你我讓地球更美好 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 4-8 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 光碟、紙張用得少 你我讓地球更美好 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 03243BA適用 4-9 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 光碟、紙張用得少 你我讓地球更美好 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 4-10 中央處理單元－CPU(9/11) CPU包裝盒上的規格標示 速率 光碟、紙張用得少 你我讓地球更美好 名稱 快取記憶體 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 4-11 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 光碟、紙張用得少 你我讓地球更美好 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 4-12 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 光碟、紙張用得少 你我讓地球更美好 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 4-13 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。 光碟、紙張用得少 你我讓地球更美好 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 4-14 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。 光碟、紙張用得少 你我讓地球更美好 第4章 中央處理單元與主記憶體 / 4-2 主記憶體 03243BA適用 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 光碟、紙張用得少 你我讓地球更美好 第4章 中央處理單元與主記憶體 / 4-2 主記憶體 03243BA適用 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。 光碟、紙張用得少 你我讓地球更美好 第4章 中央處理單元與主記憶體 / 4-2 主記憶體 03243BA適用 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 光碟、紙張用得少 你我讓地球更美好 第4章 中央處理單元與主記憶體 / 4-2 主記憶體 03243BA適用 4-18 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 光碟、紙張用得少 你我讓地球更美好 第4章 中央處理單元與主記憶體 / 4-2 主記憶體 03243BA適用 4-19 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） 光碟、紙張用得少 你我讓地球更美好 DDR2 3.2GB/sec ~ 5.3GB/sec DDR3 8.5GB/sec ~ 12.8GB/sec 256MB ~ 4GB 1GB ~ 16GB 高 低 較貴 便宜 第4章 中央處理單元與主記憶體 / 4-2 主記憶體 03243BA適用 4-20 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 光碟、紙張用得少 你我讓地球更美好 第4章 中央處理單元與主記憶體 / 4-2 主記憶體 03243BA適用 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 光碟、紙張用得少 你我讓地球更美好 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 03243BA適用 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 光碟、紙張用得少 你我讓地球更美好 大 第4章 中央處理單元與主記憶體 / 4-2 主記憶體 03243BA適用 4-23 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 光碟、紙張用得少 你我讓地球更美好 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 4-24