系統單元
黑盒子
❖ 放置電腦元件
› 主機板 › 儲存設備 › 連線
❖ 有些Apple Macintosh電腦則是把系統單元放在螢 幕外殼裡
系統單元
黑盒子
主機板包含
微處理器晶片 記憶體晶片 與其它硬體部分的連線 其它可能加入的晶片 – 如
數學輔助處理器
系統單元
黑盒子
儲存設備
硬碟機 軟碟機 CD-ROM 光碟機 DVD-ROM光碟機
ALU (Arithmetic / Logic Unit)
負責執行算術運算動作 負責執行邏輯運算動作
算術運算
加法 減法 乘法 除法
邏輯運算
❖ 評估條件值 ❖ 進行比較 ❖ 可以比較
數字 字母 特別字元
暫存器
各有特殊的用途 速度快
是個暫時存放的地方 位於 CPU 中
指令暫存器
資料暫存器
儲存目前正在執行的指令 儲存正等著被處理的資料
❖ 每一個 CPU 指令至少必須要花一個脈波才 能完成
❖ 每一種類型的 CPU 都有一組指令集 – 也就 是它能了解與處理的指令
在記憶體中尋找資料
❖ 記憶體中的每個位置都會被標示一個獨一無二 的位址 (address)
位址不會改變 內容可能會改變
❖ 每個記憶體位置可以保存一條指令或一個資料 ❖ 程式設計師會使用符號位址
資料表示法
開 /關 (On/Off)
使用二進位系統來表示電路 的狀態
位元、位元組、字組
❖ 位元 (BIT)
Binary DigIT 電路開或關 (On/off) 1 或 0
❖ 位元組 (BYTE)
8 個 bit 每一個位元組可儲存一個字元
❖ 字組 (WORD)
暫存器的大小 CPU在處理時當做一個單位的位元個數
›有些磁片
• 硬碟
›快取記憶體
• CD 和 DVD
MB – megabyte
TB – terabytes
›約百萬個位元組 ›RAM
• 約一兆個位元組 • 大型硬碟
記憶體
它有許多名稱
主要儲存體 (primary storage) Primary memory Main storage Internal storage
編碼機制
❖ ASCII
使用一個包含8個位元的位元組 28 = 256 種可能的組合或字元 用在幾乎所有的 PC 和許多較大型的電腦
❖ EBCDIC
使用一個包含8個位元的位元組 28 =256種可能的組合或字元 主要用 IBM 相容的大型主機
❖ Unicode
使用兩個包含8個位元的位元組 (16 個位元) 216 = 65,536 種可能的組合或字元 可支援世界上所有語言所需要的字 與 ASCII 回溯相容
CPU
CPU
❖ 將資料轉換成資訊 ❖ 控制中心 ❖ 執行儲存在記憶體中程式指令的一組電路 ❖ 分成兩個主要部分
›控制單元 (CU) ›算術邏輯單元 (ALU)
控制單元
CU (Control Unit)
❖ 硬體的一部分，負責控制 ❖ 指示電腦系統執行程式指令 ❖ 負責與硬體其它部分的溝通
算術邏輯單元
❖ CU 將此指令解碼
❖ CU 通知硬體相關部分 準備採取行動
❖ 將控制權轉移到硬體的 相關部分
❖ 執行工作
❖ 控制權回到 CU
機器循環週期
I-time
CU 從記憶體中擷取 (fetch)指令，然後放進 暫存器中
CU 將此指令解碼 (decode)，並決定所需 要的資料在記憶體中的 位置
機器循環週期
儲存處理過後的結果
儲存體類型
❖ 輔助儲存體
儲存以後要用到的資料 長期儲存
❖ 記憶體
儲存最近要使用的資料 暫時儲存 存取速度比輔助儲存體快
❖ 暫存器
儲存與目前正在執行的指令立即相關的資料 存取速度記憶體快
儲存體容量的測量單位
KB – kilobyte
GB – gigabyte
›1024 個位元組
• 約十億個位元組
E-time
❖ 執行 ›CU 將資料從記憶體搬移到 ALU 內的暫存器中 ›由 ALU 負責控制與執行指令 ›控制權回到 CU
❖ CU 將運算後的結果存放在記憶體或暫存器中
系統時鐘
❖ 系統時鐘以固定的速率製造脈波
❖ 每個脈波就是一個機器循環週期
❖ 一個程式指令可能是由一串給 CPU 的小指 令所組成
微處理器
❖ CPU 是蝕刻在一個晶片上 ❖ 晶片大小是 ¼ x ¼ 吋 ❖ 由矽元素組成 ❖ 包含數百萬個電晶體
›它是可控制電流通過的電子閘門
微處理器的組成元件
❖ 控制單元 – CU ❖ 算術邏輯單元 – ALU ❖ 暫存器 ❖ 系統時鐘
發明出更好的微處理器
❖ 將整個電腦的電路放進一片微晶片中
Intel 相容
❖ Cyrix ❖ AMD
微處理器的種類
❖ PowerPC
由 Apple、IBM 和 Motorola 所合作設計 主要是用在Apple Macintosh個人電腦家族上 它也可以用在伺服器與內嵌式系統中
更便宜 更快
❖ 執行先前由其他硬體所負責的功能
數學輔助處理器現在是微處理器的一部分 多媒體指令現在也成了微處理器的一部分
發明出更好的微處理器
合併到微處理器上的功能越多：
❖ 電腦跑得更快 ❖ 造價更便宜 ❖ 更穩定
微處理器的種類
Intel
Pentium Celeron Xeon 和 Itanium
RAM 裡有什麼?
❖ 作業系統 ❖ 目前正在執行中的程式 ❖ 上述程式需要的資料 ❖ 等著要輸出的中間結果
ROM
❖ 非揮發性 (Non-volatile) ❖ 負責開機的指令 ❖ 裡面的指令和資料可以讀取，但不能修改 ❖ 這些指令通常是在工廠裡燒錄進去的
執行程式
❖ CU 擷取指令放進記憶 體中
學習目的
講解中央處理器的各個組成元件，說明他們彼 此間如何運作以及與記憶體的溝通
描述電腦如何執行程式指令 解釋電腦如何表示資料 描述電腦如何找到指令和資料 講解微電腦系統單元上的主機板的各個元件 明瞭電腦處理速度的計量方式以及增加速度的
方法
內容
CPU 儲存體類型 執行程式 在記憶體中尋找資料 系統單元 微處理器 半導體記憶體 匯流排 速度和能力
主記憶體 (Main memory)
記憶體的主要類型
RAM 隨機存取記憶體 (Random Access Memory)
ROM 唯讀記憶體 (Read Only Memory)
RAM
❖ 需要電流才能保持資料 ❖ 揮發性 (Volatile) ❖ 可以讀取及修改裡面的指令和資料 ❖ 使用者通常是指這種記憶體