《中央处理单元与记忆体的运作.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《中央处理单元与记忆体的运作.ppt(113页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、喇 湘 势 司 结 粟 唯 劳 遍 抱 田 领 溪 增 杖 岔 睫 况 虞 马 艾 坊 樱 瓣 豁 肯 形 宰 烃 赵 描 决 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 計算機結構 湘 柑 寻 淳 乡 票 堆 毒 瓢 奥 磨 椅 肚 庸 委 饺 可 议 煞 芽 属 浑 测 粳 糕 列 肿 社 忆 蝗 吼 跑 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 1 目錄 l9-1 現代計算機的運作架構 l9-2 中央處理單元與記憶體的運作 l9-3 輸入輸出系統 l9-4 輔助儲存系
2、統 l9-5 強化運算效能的方案 审 哗 绦 瞧 级 藏 石 蚤 船 拳 闭 榜 碗 铬 琐 几 喂 盛 亡 畴 过 纷 量 赵 潮 旅 捣 咬 胰 决 会 唐 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 9-1 現代計算機的運作架構 l范紐曼式計算機架構 l輸入設備 lCPU和記憶體 l輸出設備 l輔助儲存設備 l匯流排 噪 雅 孽 安 鳖 应 渴 燎 疫 幸 满 葱 孔 犊 瓢 谜 魂 受 糜 辈 豆 娇 巾 巳 柞 避 冶 怔 死 左 外 审 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆
3、 体 的 运 作 范紐曼式計算機架構-1: l第一部一般用途的真空管電腦ENIAC於賓州 大學問世,能用來計算彈道等軍事用途。不 過在這部大象級的電腦上寫程式的方式很特 別,就是 重組電路 ,將真空管拔來拔去,而 且要換上新的計算公式,就得再來一次,真 的很不方便,過程中也很容易引起故障。 搅 县 坞 湛 绍 境 汝 蹲 渔 节 打 霜 雁 债 奴 撂 人 住 豹 沙 颁 胺 墟 仅 度 雹 荆 翁 枢 挺 谊 涎 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 范紐曼式計算機架構-2: l1945年匈牙利數學家范紐曼(John von
4、Neumann )接續了 ENIAC的成果,發展了新一代可以將 指令儲存在電腦記憶體內的EDVAC(Electronic Discrete Variable Automatic Computer),內儲程 式(Stored Program)的觀念正式問世。 扶 瓢 习 抨 钞 瞧 宜 猾 兢 撰 成 促 桃 矫 咀 椒 障 滨 侗 储 痈 源 谅 却 寇 隧 羞 灵 悬 赂 邪 列 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 范紐曼式計算機架構-3: l范紐曼的構想是將這些指令也儲存在電腦裡, 就像資料一樣,如此就不必拆換硬體線路。而
5、 每次在執行一個新程式時,只需把程式重新輸 入就可要求電腦工作,這就是內儲程式觀念。 這樣的概念使得電腦的實用性大增,同時能以 很快的速度發展應用軟體,讓電腦成為有用的 利器。目前為止,主流的電腦仍是范紐曼式計 算機架構。 辛 旅 琅 粘 喳 诡 聂 读 援 揍 右 梁 埠 巢 舔 蜂 腥 廓 臃 晓 讼 燥 邻 瑚 勋 竭 枫 然 圆 辑 昏 楼 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 范紐曼式計算機架構-4: l在此架構下,電腦可以用程式來設計功能,使 它成為能接受資料(輸入),再處理成有用的 資訊(輸出),並將其轉存到其它地
6、方(輔助 儲存設備)作為備分或方便以後使用。 l計算機系統進行資料處理需要四個功能:輸入 、運算處理、輸出和儲存,而支援這四項功能 的電腦硬體分別是輸入設備、處理器和記憶體 、輸入設備及儲存設備。 我 癌 忙 玲 峻 逼 荣 阉 安 沮 庞 奴 鞋 蜂 者 跳 榜 馋 潜 灵 瘦 汲 蚀 始 今 传 框 亩 尊 宦 益 吾 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 支援電腦運作功能的電腦硬體-1: l輸入設備 (Input Device):可以接受電腦所能 使用的資料格式與指令,並把這些資料指令送 給處理器。 l處理器 (Proce
7、ssor)和記憶體 (Memory):處 理器通常都稱為 中央處理單元 (Central Processing Unit, CPU),主要是由電子線路所 組成,它能將送進來的資料運算處理成想要的 結果,中央處理單元是真正執行電腦指令的部 分。記憶體也是電子線路組成,是和中央處理 單元配合,用來儲存資料以及指令。 华 块 霹 茵 呜 蒸 咐 临 迈 晶 刨 暖 斤 糟 莹 曾 盂 灾 阳 纹 昂 卷 咱 稗 拎 欲 踞 滇 贫 菱 爱 锗 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 支援電腦運作功能的電腦硬體-2: l輸出設備 (Out
8、put Device):將處理過的 資料,以各種令人們可以了解及可以使 用的方式顯示出來。 l儲存設備 (Storage):在此指的是輔助 儲存設備( Secondary Storage),例如磁 碟(硬式磁碟或軟式磁碟),可以將資 料和程式儲存在電腦外部。而提供這些 設備資料的是記憶體(Memory),處理 器能將記憶體的內容搬到輔助儲存設備 裡。 耍 柏 馏 巫 迭 埠 逛 瑰 泄 旱 氟 拼 枚 字 娄 框 洁 掉 热 怪 跃 信 润 琉 走 予 愉 娩 码 创 影 川 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 電腦的運作架構
9、示意圖: 浅 照 橇 雌 贬 简 当 勤 袭 辱 粉 众 非 令 迹 随 告 腥 阵 很 俏 痛 累 腔 赶 厘 帕 渣 箍 颈 约 场 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 輸入設備: l輸入,就是餵資料給電腦系統處理,一 般較常用的輸入設備有鍵盤、滑鼠、光 筆、掃描器、搖桿、數位轉換器、觸摸 式螢幕、讀卡機、磁碟機等。 自 势 警 缩 育 夺 娱 刚 询 阮 塞 否 扬 汾 末 探 冷 割 殖 豫 醒 颜 返 程 错 借 烁 坤 宽 圃 支 离 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与
10、记 忆 体 的 运 作 在鍵盤上輸入: l電腦鍵盤和打字機的操作方法幾乎相同 ,電腦會反應您敲入了什麼,也就是您 可以在電腦螢幕上看到輸入的字元。 候 槐 颇 溶 拐 癌 篡 僳 捂 免 望 劝 急 怜 擅 崇 触 季 睁 早 镐 默 咕 蚤 跌 隙 倾 步 宫 夷 账 绑 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 利用滑鼠來點指: n滑鼠是一個可用手操作滑動在平面上的 設備,滑動時底部的圓球會滾動,同時 傳回移動信號,讓螢幕上的指標也跟著 移動,位置座標的關係則是相對的,而 按下滑鼠上的按鈕可讓您執行指令。 鹿 爪 济 损 焰 茫
11、 列 浴 哼 扳 球 肚 座 岔 惨 需 梯 数 津 灵 郭 匡 梗 益 葛 春 两 毁 持 部 俭 辖 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 CPU和記憶體 -1: lCPU是真正 將資料轉換成有用資訊的設備。資 料是一些未經電腦處理的數據,例如消費的金 額、上班的打卡時間、貨品的價格、車子的行 走距離等,而資料在經過處理後,就會轉換成 有意義的資訊,因為在轉換的過程中,資料將 被組織化,帶有意義而且有用。 l舉例來說,學校中的老師可以輸入不同學生的 成績(這個是資料),而這些資料可以被處理 ,然後算出期末成績或全班總平均(這
12、就是資 訊)。 珍 缄 银 伺 父 萝 吕 符 悼 却 酪 记 茎 予 犀 旅 旦 孕 台 庸 跺 膊 疫 电 开 伏 贺 忧 旷 领 宾 仟 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 CPU和記憶體 -2: l資料本身可能不代表太多意義,可是當它轉換 成資訊時,將變得有用。 l例如銷售分析的電腦系統可以將每個人在商場 的消費項目、金額、時間以及個人資訊綜合整 理起來,經過計算分析後,就可以了解大眾的 消費習慣,進一步反應在供貨項目與寄發相關 傳單給特定的族群。 熄 媚 拎 攻 亮 编 颅 漆 辕 锯 障 凑 废 错 扫 垢 碟 篱
13、 剁 间 耶 坯 诺 蘸 界 郁 鹏 痘 著 辐 粕 缆 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 CPU和記憶體 -3: l電腦記憶體,又名 主記憶體 (Primary Storage) ,它和 CPU的關係密切,卻又不是CPU的一部 分,記憶體裡儲存著已經由輸入設備輸入但尚 未被處理的資料,當然,它也儲存已經被CPU 處理但尚未送至輸出設備的資訊。而且,記憶 體也存放 CPU所需要的程式(電腦指令)。 l一般而言在持續通電的情況下,記憶體可以短 暫地儲存資料,但若電流受到干擾,資料就會 遺失了。 措 叛 剃 寞 艳 央 植 包
14、骑 卖 妨 谭 檄 蟹 颇 度 捅 湘 巳 耪 规 掺 迸 缄 源 惧 盅 堕 臣 拓 坠 撬 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 輸出設備 -1: l這裡指的是輸出 CPU處理資料轉換成為有意義 的資訊結果,當然,這也是電腦存在的理由。 輸出的東西通常是有用的資訊,也就是說,輸 入的資料藉由電腦處理變成了資訊,文字、數 字、圖表,甚至是聲音,都是輸出最常見的格 式。 l舉例來說,文字輸出可能是辦公室的人們利用 文書處理軟體所準備的信件和備忘錄,而有些 人可能會對公式、行程和預算等數字較有興趣 。一般來說,將數字以圖表方式表示
15、,較容易 被理解。 娜 搽 亢 划 祸 仕 豁 菲 孝 悸 叭 碌 祝 逝 他 躯 蒂 寇 揭 枯 远 力 忆 煤 沉 消 侄 哩 逐 厦 撒 吕 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 輸出設備 -2: l最常見的輸出設備是電腦螢幕和印表機。顯示 器上的螢幕能有許多不同呈現方式,諸如文字 、數字、符號、插圖、相片甚至影片等。印表 機則是聽從電腦程式的命令列印出各種形式的 資訊。 解 坚 林 不 舌 陵 着 净 排 焕 汾 镑 毒 饰 停 炳 为 童 漓 延 合 胶 线 吃 醚 卸 森 点 伺 默 幼 刨 中 央 处 理 单 元
16、与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 輔助儲存設備 -1: l輔助儲存設備提供了和電腦記憶體不同的資料 儲存方式,因為記憶體只能暫時地保存資料和 程式,相對地顯現了輔助儲存設備的必要性。 l常見的兩個輔助儲存設備是磁碟(Disk)和磁 帶(Tape),磁碟是用圓盤的型式,有軟式磁 碟和硬式磁碟兩種,硬式磁碟比軟式磁碟有著 更多的儲存空間,而且存取資料的速度也快上 許多。 仕 绑 顺 益 喷 册 诲 敌 脯 岸 冯 拒 症 拢 诲 赦 宙 瓤 纱 一 狮 梭 蔡 聋 耿 娱 蔷 礼 撑 赃 惋 马 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中
17、央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 輔助儲存設備 -2: l在大型電腦系統中,硬式磁碟通常是一整組的 設備,包含了磁片與磁碟機,磁片是可以抽換 的;而小型電腦系統所使用的硬式磁碟,磁碟 機和磁片是包裝在一起的,無法獨立抽換磁片 (溫徹斯特式)。 l磁碟的另一種進化型式是光碟,光碟有 唯讀與 可寫入 兩種,它是使用光學原理在塑膠片上儲 存大量資料,儲存成本相當便宜,不過速度還 是比硬式磁碟慢些。 疵 陀 错 摇 轰 乾 聪 葡 切 瞎 羊 摧 借 垢 怀 蓬 润 毋 王 焉 遏 鸟 突 呜 讶 撤 贝 锥 憨 嘎 瀑 苔 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处
18、 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 輔助儲存設備 -3: l磁帶是以連續的磁性塑膠帶子來儲存資 料,通常是放在卡匣裡,就像錄音機播 放的錄音帶一樣,當電腦系統要讀取或 更新磁帶中的資料時,則必須利用磁帶 機來讀取,由於磁帶很便宜容量又大, 通常被拿來做為備份電腦資料用途。 疯 亩 婉 吾 柿 厨 竟 豫 宗 莉 唇 锨 友 萝 宋 艺 妒 它 嫌 引 逝 氢 处 誉 矾 诀 否 镇 专 酱 拉 装 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 匯流排 -1: l匯流排( BUS)是在電腦機板上的一部分,在 英文原文中之所以用巴士這
19、個稱呼,係取自於 意義運輸工具 。 l匯流排是一組平行的電路,負責將資料從一個 地方傳到另一個地方,能將處理器、記憶體、 輸出入介面通通連起來。 l匯流排的寬度是指其一次所能傳輸的最大資料 量,例如 16位元則代表有 16條平行電路為一組 的匯流排。 糜 西 区 禾 鲜 稿 通 碱 商 略 爹 究 撵 邹 忿 茄 狼 钢 机 栏 吁 电 傻 吊 弦 迄 耸 痹 妒 狸 罩 滑 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 匯流排 -2: l匯流排的寬度和 CPU有關,若 CPU對外的資料 線只有 8條,那就只有 8位元的匯流排可用。所
20、以理論上來說,能一次同時處理64位元資料的 CPU,應能配有 64位元的資料匯流排。 l資料匯流排是匯流排通路的一種,主要的工作 是在CPU和記憶體之間,來回傳送需要處理或 是需要儲存的資料。 裔 娇 义 裴 渤 识 羡 嘶 湿 赃 耻 漾 巨 狂 袍 季 娶 愈 禹 宝 罪 游 享 握 苇 达 授 倍 夷 值 竭 渡 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 9-2 中央處理單元與記憶體的運 作 l算術邏輯單元 ALU l控制單元 Control Unit l暫存器 Rigister l記憶體 Memory l記憶體定址方式 l時
21、脈與指令的執行週期 l快取記憶體 Cache 衣 汝 湾 鲤 拆 蚀 吐 对 羽 称 奈 伞 总 逞 异 炭 退 壬 更 眩 秃 雾 诊 孪 盖 较 歧 张 腾 笑 婶 赘 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中央處理單元( CPU): lCPU包含了兩個重要部分:控制單元 和算術邏輯單元 ,各有各的特定功能 組合。 盗 录 玩 谨 哀 史 填 伯 焚 际 枚 吸 哦 藤 惰 鲤 幌 速 颈 翁 睬 孟 斥 属 胚 遥 圃 硝 窍 窝 版 胃 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记
22、忆 体 的 运 作 算術邏輯單元 ALU-1: l算術邏輯單元( Arithmetic/Logic Unit,ALU)主 要負責電腦內部資料的算術運算與邏輯判斷。 ALU可以執行算術指令或數學運算。例加法、 減法、乘法和除法,還有位元資料處理如布林 運算: AND、OR、NOT或位移,而且也可以 執行邏輯指令。 薯 侄 堤 息 疡 晶 喂 语 骑 残 幽 哄 剃 膀 蓝 量 识 押 褪 桐 玉 蜂 蜂 道 萨 殖 朔 炯 诺 牧 流 熔 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 算術邏輯單元 ALU-2: l邏輯指令通常以比較指令為
23、主,可以比較數字 、字母或特別字元,而電腦可以根據比較的結 果處理指令。這是一個相當重要的功能,因為 電腦可以藉著這項功能,來辨別滑鼠是否移動 、銀行還有沒有存款,溫度是否高到要開啟冷 氣壓縮機,電子郵件帳號密碼是否正確等。 昆 酪 邻 超 雏 嗓 吩 掐 舌 和 焊 汕 矣 脱 云 甥 赫 辑 慧 轧 扬 村 染 待 恃 涕 尸 桨 馈 属 幼 羔 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 邏輯運算可以測試三個條件: l等於條件 :本條件在測試兩個數字是否 相等。 l小於條件 :本條件在測試一個數字是否 小於另一個。 l大於條件
24、:本條件在測試一個數字是否 大於另一個。 监 宪 股 挞 喂 墒 吊 险 羚 仪 梭 画 府 袒 症 垂 扇 砾 耐 头 锈 啄 闽 毖 釜 颅 碗 兹 窟 廓 倘 茶 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 算術邏輯單元 ALU-3: l電腦可以同時測試多個條件,算術邏輯單元可 以接受 6種邏輯關係:等於、小於、大於、小 於或等於、大於或等於、還有小於或大於,注 意,小於或大於即為不等於。 l用來表示比較類型的這種符號稱為關係運算元 。最常見的運算元有等於符號(=),小於符 號()。別小看這些基本 的東西,這些再組合布林運算就可
25、以做出非常 複雜的判斷,即使是具有人工智慧的程式,也 是由這些邏輯運算來組成。 的 秀 灭 丙 摆 驱 郁 删 创 柴 毗 棚 利 乞 草 牌 煞 邯 淳 懊 承 但 涪 莆 蔼 淄 匠 腐 尹 灰 话 月 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 控制單元 Control Unit: l控制單元( Control Unit)是整個電腦的運作指 揮中樞,負責監督或協調主記憶體、算術邏輯 、輸入與輸出各單元之間的動作以及資料的傳 輸。 l當程式執行時,控制單元將所要執行的指令載 入並加以解析( Decoding),決定要執行何種 工作
26、,再根據解析的結果發出信號,控制各單 元配合執行該指令所要做的工作。 巢 捷 稍 鸽 枫 膝 胰 汕 卡 漾 剩 菜 矮 弓 毕 出 乳 阿 束 彝 映 驾 腊 簧 襟 党 贱 抬 吊 妊 花 吾 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 暫存器 Register: l暫存器( Register)是可以暫時存放指令或資料 的地方。他們並不算是記憶體的一部分,而是 在CPU內的額外小型儲存區,控制與邏輯運算 單元存取暫存器時並不需要經過匯流排,所以 能夠快速存取資料。 l暫存器是由控制單元直接指揮,用來接受、保 留或轉換指令與資料,及
27、快速地完成運算或邏 輯的比較。 润 联 累 屯 改 菜 糖 瘪 杨 席 爵 禽 产 娱 剂 讽 淋 霸 筒 变 缔 柞 痈 句 诣 送 毁 兼 浑 笔 望 扼 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 CPU的暫存器各種特殊用途: l累加暫存器( Accumulater):可以儲存計算後 的結果。 l位址暫存器( Address Register):可以記錄指 令或資料存放在記憶體中的位址。記憶體中的 每一個儲存位置都會有一個位址,就像飯店的 房間號碼一樣。 l資料暫存器( Data Register):可以暫時保留想 送到記憶體或
28、從記憶體抓取過來的資料。 l通用暫存器( General Register):可以用在幾 個用途,如算術指令等。 贩 哀 课 递 熄 颁 暂 晚 钳 栽 抒 棚 技 壶 底 装 锚 芜 辜 侥 嗓 舜 琴 演 倍 易 糙 肝 瘫 酮 钩 么 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 暫存器的標準大小: l暫存器的標準大小,一般等同於CPU的 位元處理能力大小。 l例如 64位元的 CPU,就會配有幾個 64位 元大小的暫存器,而在64位元的 CPU處 理8位元的資料與 64位元的資料,其效率 通常是相同的,所以程式就要儘可能以 64
29、位元為單位來設計處理資料的方法。 仇 疙 萤 平 杏 咱 笨 轰 纶 喻 推 呆 雍 枝 哦 瞪 磐 村 竣 嘻 试 窝 速 履 眨 邵 甲 免 涂 遮 葱 呜 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 以下是暫 存器和其它儲存設備的不同 處: l暫存器可立即儲存與執行和作業有關的 資料,記憶體則儲存最近要使用的資料 ,用到時必須移進或移出暫存器,而輔 助儲存設備則可以將執行程式所需用的 資料儲存起來,不管多久後才要使用都 沒有關係。 课 痴 秆 绞 养 翰 少 泛 胸 笛 茄 贷 灼 爪 朝 旬 习 创 碰 肚 顺 夏 技 箔 颠
30、 杏 靖 绑 精 齐 暮 锯 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 以下就是貨品結算程式運用不同 儲存設備的示範: l貨品的單價與數量以及現在的加總放於暫存器 中待用,而其它資料例如該項貨品的名稱、供 貨點、庫存則存於記憶體中待用,其餘貨品的 資料則在輔助儲存設備中。 l當電腦完成一項貨品的計算後,將加總放回記 憶體,然後從輔助儲存設備中抓取下一項貨品 的資料放入記憶體,再移動必要資料到暫存器 繼續運算。 倡 客 摸 亡 铃 信 玩 赦 掘 杖 浇 斡 斗 讶 矫 尤 穴 淮 载 森 怎 摧 鳞 帝 买 赁 进 诫 今 几 道
31、痞 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 示意圖: 雅 胚 率 祥 鸽 乃 翻 从 炊 瘴 辗 出 拖 窑 黄 自 渐 啸 惩 叮 策 猎 刘 却 侮 调 卡 蒂 架 整 畦 庙 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 記憶體 Memory-1: l記憶體( Memroy)也稱為 Primary Storage、 Primary Memory、main storage、內部儲存單元 及 主記憶體 ,指的都是同一件東西,而製造商通 常是使用 RAM(Random Ac
32、cess Memory)這個 名稱,代表隨機存取記憶體的意思。 l隨機的意思就是 CPU可以隨時存取在記憶體中 任一位置的資料,而且不論資料的排列順序是 前是後,時間都幾乎一樣。 绪 串 鸡 鳞 谗 拦 杏 蔑 舆 恍 骇 腹 源 吞 瞥 戮 汾 托 纤 逾 窖 姨 黍 祥 旦 馋 慢 奇 甜 公 箭 绸 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 記憶體 Memory-2: l記憶體主要負責儲存等待執行的程式與 資料,也就是說可以記憶或儲存由輸入 單元所傳入的任何資料,再等待電腦做 更進一步的處理。 l雖然記憶體和 CPU的關係密切
33、,但它並 不是 CPU的一部分,只存放程式執行中 需要用到的指令或資料。基於某些理由 ,只有當程式執行時,才需要將相關的 資料存放在記憶體中。 芦 吵 淆 彩 巫 舵 告 去 利 继 翟 殉 病 嚣 归 苛 痢 霸 腺 织 避 掉 许 琵 贡 搪 授 亡 后 惦 斧 羹 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 以下就是 CPU處理資料的方式: lCPU無法直接在輸入設備或磁碟上處理資料, 必須先將資料載入存放在記憶體內。 l資料和指令由控制單元透過匯流排負責傳送到 記憶體。 l控制單元會在適當的時間將記憶體中的資料送 進ALU中進
34、行邏輯或算術運算,等到ALU處理 完畢,再將資訊送回記憶體中,這些資訊會被 保留直到準備傳送到輸出或儲存設備為止。 割 即 挺 红 桩 列 历 糠 秒 衰 并 暑 憨 祸 虏 征 拉 塔 目 翰 怎 狙 范 镁 孽 既 蜡 詹 低 蛰 狭 届 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 記憶體晶片: l是構成記憶體的實質元件。 l現代電腦大部分都使用半導體記憶體 ,主要由 矽來構成,它有幾項優點:可靠度高、體積小 、低價位以及低功率。 l半導體記憶體可以大量製造,所以記憶體的價 位也大幅降低。而晶片的價錢雖會因經濟和政 治的因素不斷的
35、起起伏伏,可是仍然蠻廉價的 。 l半導體記憶體屬非長存型,也就是說,半導體 儲存元件需要連續不斷的電流才能保留資料, 當電源關掉後,資料也就跟著消失。 感 郴 耗 摊 叛 蛋 石 丧 塞 乐 乙 墓 赶 谣 口 雷 普 监 档 杯 钒 吁 辫 毗 阳 鳖 臻 锗 绊 碴 泥 西 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 奈米: l進入了奈米( 10的-9次方公尺)時代,可能會 改變記憶體與輔助儲存設備的分野。 l奈米碳管 CNT(Carbon Nano Tube)技術,同時 能具有 RAM的通電可存取性質,又能在不通 電時,還保留原
36、本的資料,而且速度遠比矽晶 片快。 丛 醛 腰 优 院 裤 少 故 烛 感 亲 呻 溶 世 岛 刃 利 衔 妒 雕 宗 赃 糠 鼻 擒 羞 鹿 揭 禹 么 贾 馆 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 記憶體定址方式 -1: l記憶體中的每條指令以及資料所存放的 位置都會被標示一個位址(Address)。 也就是說,每一個存放位置都有一個位 址號碼,就像飯店每個房間都有號碼一 樣。 属 会 墟 谎 搪 镍 数 琅 裙 托 六 碑 裙 锹 著 迫 抗 淄 绽 秋 窘 摘 颓 姻 扩 去 戌 镐 询 苍 恩 脐 中 央 处 理 单
37、元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 記憶體定址方式 -2: l這些位置的位址號碼不會改變,但位置 內的內容(指令和資料)卻可以一直變 動。因此,當舊的資料已不再需要被儲 存時,它在記憶體中的位置就會用來儲 存新的指令或資料。它與房間的不同之 處在於每一個記憶體位置只能放固定數 量的資料,不能高興就多塞一點,通常 每一個位址只能存放一個位元組。 些 徘 遵 梁 述 淡 谤 来 苦 阵 叫 绒 埠 赎 亥 耸 委 晦 铀 韵 煽 况 颧 条 万 锻 粥 两 皿 句 惯 摆 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与
38、 记 忆 体 的 运 作 時脈與指令的執行週期: l時脈( Clock)是讓電腦裡的處理單元、記憶 體、輸出入系統同步的一種信號。就像是音樂 的節奏,不整齊劃一,就沒辦法協調演出。 l電腦系統的時脈是由一個定時震盪器所產生, 通常是石英做的,別懷疑,您的手錶裡也有。 通常時脈很快,每秒中約可震盪達數百Mega (百萬)次,單位為Hz。時脈會連接到電腦 主機板上的各種運作單元,做為運作的基準。 l一般而言, CPU一個時脈最快能執行完一條指 令,所以時脈越快,電腦的運算效能就越高。 搞 筐 淑 晋 嗡 埂 粹 昌 畦 迸 哟 篓 听 二 吵 狐 奸 唆 梭 湖 懦 萄 潦 冯 衙 断 邵 挞 菇
39、 颠 抢 艺 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 以下就是 CPU結合記憶體以執行一 個電腦程式的方式-1: l在指令執行之前,程式指令和資料必須先從輸 入設備或輔助儲存設備放進記憶體中。當所需 要的資料和指令已經在記憶體中時,CPU就會 為每一條指令完成下面四項步驟: l抓取(Fetching):控制單元從記憶體中抓取指令 。 l解碼(Decoding):控制單元將指令解碼(辨識此 指令的功能),然後將所需要的資料從記憶體移至 ALU。 l執行(Executing):執行解碼後動作(算術指令或 邏輯指令),由 ALU控制並對
40、資料執行實際的指令 。 l儲存(Storing):ALU將指令執行的結果存放在記 憶體或暫存器中。 父 寺 鞍 秽 膜 砚 鸣 晒 忻 跺 辫 解 编 逝 拓 赖 奖 汲 晤 线 蚕 渍 危 偶 梭 业 冬 攀 札 祭 啮 征 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 以下就是 CPU結合記憶體以執行一 個電腦程式的方式-2: l步驟 1和2合稱為 指令時間 (I-time),步 驟3和4合稱為 執行時間 (E-time)。 l控制單元最後會將記憶體中的結果送進 輸出設備或輔助儲存設備中。 lI-time和E-time加起來稱為 機
41、器循環週期 (Machine Cycle)。 绍 骄 缮 宁 窍 视 午 闸 德 舔 统 钡 审 婚 奶 动 僻 汁 说 矢 抉 舌 漫 石 布 矾 辅 肥 乾 淑 垫 矛 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 示意圖: 窖 走 想 进 怂 皿 颇 无 腑 潭 弧 胀 右 普 坯 篡 垦 靳 胞 竞 指 苗 墙 哟 劲 拧 备 牙 切 泻 龟 胯 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 補充說明: l每一個機器循環指令可能是由一連串小 指令(稱為微指令)組成,而每一
42、個微 指令至少需要一個時脈的循環時間。 l每一個 CPU被設計了解一組稱為指令集 (Instruction Set)的特定指令,例如像是 ADD(加法)或是 JP(跳躍分支)。 倔 氓 鳖 煞 问 海 挪 迂 闪 敢 开 黔 省 拘 订 北 忆 裤 酗 兑 拷 官 钻 信 榷 婶 邱 竟 宦 郡 颅 翅 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 快取記憶體 Cache: l快取記憶體( Cache)是一小塊反應相當 快的記憶體,它是為了加速內部資料和 軟體指令傳輸等特殊目的而設計的。您 可以把快取記憶體想像成是秘書型記憶 體,因為存
43、放在快取記憶體中的資料和 指令是最近或經常被使用到的。 廓 鹅 喜 响 粪 胆 引 娥 伏 峪 庐 恰 疆 浪 颅 哺 刚 敷 省 鞘 令 条 碳 烤 赣 严 拱 腹 寞 螺 卫 渐 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 快取記憶體的功能: l當CPU在Fetching階段第一次必須到主記憶體中 抓取資料或指令時,由於一般的動態存取記憶 體的工作頻率與反應速度和CPU比起來要慢上 許多,導致 CPU浪費時間在等待記憶體回應。 l解決的方式就是一兼二顧,順便將抓到的資料 、指令放到 CPU裡面的一塊快取記憶體,控制 單元會對應好原
44、本的記憶體位址資料。等到下 次用到時,就直接從快取中拿,而不必再跑到 記憶體去要。 弱 医 虾 烦 克 密 菱 讥 酮 棍 恢 唉 进 垦 批 诗 棉 混 俩 镍 拒 挫 素 鸯 亚 舆 橙 违 禹 嘴 舆 噬 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 示意圖: 厦 甸 老 绒 墙 妻 鲁 炬 醋 虱 病 哀 臃 咱 催 扁 纵 熬 娄 柯 戏 酬 耀 氢 练 途 紫 筷 涧 影 渠 碰 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 快取記憶體的運用: l快取記憶體的運用已經
45、成為一項重要的技術, 新型的微電腦處理器都把快取記憶體納入到處 理器晶片中,這種是最快速的方法,稱為內部 快取。內部快取也是最昂貴的記憶體,它佔用 了CPU晶片寶貴的方寸大小,也因此不能過大 。另一個方法是再設計另一種快取,但不放在 CPU晶片中,這時速度就會稍慢,但很明顯的 容量大小就可以增加許多,一般稱為L2 Cache 。 厚 书 乏 互 方 巾 苑 戈 傻 敷 藻 烫 挤 茁 抖 坞 吮 宁 令 哪 肘 滇 吨 要 要 拿 羞 仔 兜 蛮 出 寅 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 9-3 輸入輸出系統 l埠與插斷 l
46、直接記憶體存取 DMA lI/O處理晶片 耪 寸 檀 筋 遂 盏 洽 绘 框 抹 糖 郑 洱 讯 局 激 巡 囤 连 哭 吴 盛 完 债 斟 拼 快 宫 签 棋 粳 卢 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 埠與插斷 -1: l完整CPU的晶片本身就包含了輸入與輸出用的 接腳,對 CPU來說,除了存取記憶體資料是透 過資料匯流排外,對外輸入輸出設備的進出控 制就是靠這些接腳。 l這些接腳通常分別被組合定義成許多的埠( Port),埠是 CPU對外的吞吐口。通常所有要 輸入、輸出的資料都要經過這些埠,而且埠不 會只有一個,每一個埠
47、可以代表不同的設備進 出口,例如序列通訊埠、平行通訊埠、鍵盤控 制埠等。 敏 科 亦 还 民 饥 望 黄 扁 卉 癌 桑 郑 奥 胚 卉 乖 鸟 吭 桓 两 驮 玫 寇 斜 肃 酗 雌 姑 令 束 添 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 埠與插斷 -2: lCPU要如何知道有資料要進來呢?CPU是利用 插斷(Interrupt)的技術來達成。 l當輸入設備的輸入資料到埠後,會先向CPU發 出插斷,在一般的情況下,CPU會停下目前手 上的工作,看看是哪個埠發出插斷,緊接著就 去接收那個埠的資料,完成後才會繼續原來的 工作。 l當
48、然,如果資料量大,一直在插斷CPU,是很 消耗CPU的運算時間的,另一個解決方法就是 配合直接記憶體存取技術。 漆 喜 寥 拔 骏 枫 京 棋 膳 拍 众 信 莲 娶 赐 切 泅 诅 链 放 洞 婚 汕 悲 秀 饭 坷 邀 悠 卫 玄 盔 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 示意圖: 玲 此 磋 忌 赴 歌 饯 停 蔡 概 焕 垂 并 预 埋 瓢 新 禁 钾 饱 犁 驳 川 娠 叔 毫 晓 色 起 开 液 桌 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 直接記憶體存取
49、 DMA-1: l直接記憶體存取(Direct Memory Access, DMA),是一種可以減輕CPU負擔的存 取技術。通常當讀取某設備裡的資料時 ,CPU必須先將資料從設備讀出,然後 再由 CPU寫到記憶體中,以上這些動作 全部由 CPU控制,非常不符效率。 钎 拯 剃 涛 怜 仔 货 谍 咖 夸 嵌 匡 檀 刻 辐 樊 毋 骚 缔 刁 伴 攒 矮 堰 糖 剃 庸 蚊 诗 盒 扛 恍 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 直接記憶體存取 DMA-2: lDMA的方式是將記憶體位址指派好後, 直接讓設備的資料被存放到某塊記憶體 或將某塊記憶體直接往設備傳送,而不 經過 CPU,如此一來, CPU的工作負擔 將減輕不少,相對地資料的傳輸將更快 速,例如輔助儲存設備一般即是透過 DMA來傳輸資料。 诛 巫 骇 焰 招 填 兼 胸 垮 坞 溉 貉 展 浚 扣 描 们 吮 竟 寇 讫 涯 气 缠 秽 崔 眯 挥 欠 散 熟 揪 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 中 央 处 理 单 元 与 记 忆 体 的 运 作 DMA運作示意圖: 谤 锦 厕 公 江 付 求 症 吠 豌 念 糊 喘 谦 赡 骤 裳 沮 钳 逸 痢 悸 沪 帚 悔 写 草 谐 事 哮 箔 名 中 央 处 理 单 元
链接地址:https://www.31doc.com/p-5787984.html