中央处理器cpu电脑内部是怎麽运作

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1、中央處理器(CPU)電腦內部是怎麼運作的第四章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CPUCPU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

2、(ControlUnit)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ALU(Arithmetic/LogicUnit)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NOTANDOR>=<=<>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中指令暫存器儲存目前正在執行的指令資料暫存器儲存正等著被處理的資料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

3、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–kilobyte1024個位元組有些磁片快取記憶體MB–megabyte約百萬個位元組RAMGB–gigabyte約十億個位元組硬碟CD和DVDTB–terabytes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(primarystorage)PrimarymemoryMainstorageInternalstorage主記憶體(Mainmemory)記憶體的主要類型R

4、AM隨機存取記憶體(RandomAccessMemory)ROM唯讀記憶體(ReadOnlyMemory)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

5、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-timeCU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CUCU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

6、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ONOFF位元、位元組、字組位元(BIT)BinaryDigIT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編碼機

7、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在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回溯相容系統單元黑盒子放置電腦元件主機板儲存設備連線有些AppleMacintosh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

8、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光碟機微處理器CPU是蝕刻在一個晶片上晶片大小是¼x¼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