新世代计算机概论PPT课件.ppt

新世代計算機概論 1 1系統單元 電腦的系統單元 systemunit 包含中央處理器 CPU 與主記憶體兩個部分 2 機殼內的元件 主機板 motherboard 電源供應器 powersupply 散熱風扇 coolingfan 固定架 drivebay 連接埠 ports 3 3 2中央處理器 CPU CPU負責算術運算 邏輯運算與程式執行 又稱為 微處理器 microprocessor 或 處理器 processor CPU是由控制單元 算術邏輯單元及部分的記憶體單元 暫存器 所組成 4 3 2 1控制單元 CU 控制單元 controlunit 是負責控制資料流向與指令流向的電路 控制單元的製作方式有下列兩種 硬體線路控制 hardwiredcontrol 微程式控制 microprogrammedcontrol 5 3 2 2算術邏輯單元 ALU 算術邏輯單元 arithmetic logicunit 是負責算術運算與邏輯運算的電路 電腦的機器指令有下列三種類型 資料傳送類型算術邏輯類型控制類型 6 3 2 3暫存器 暫存器 register 是位於CPU內部的記憶體 用來暫時存放目前正在進行運算的資料或目前正好運算完畢的資料 要注意的是暫存器和主記憶體不同 暫存器位於CPU內部 主記憶體位於CPU外部 中間透過匯流排來存取 匯流排 bus 是主機板上面的鍍銅電路 負責傳送電腦內部的電子訊號 7 暫存器通常分成兩大類 其一是程式設計人員能夠存取的可見暫存器 其二是程式設計人員無法存取的控制與狀態暫存器 可見暫存器又分成下列幾種 通用暫存器 generalpurposeregister 資料暫存器 dataregister 位址暫存器 addressregister 條件碼暫存器 conditioncoderegister 8 3 2 4電腦的效能 反應時間 responsetime 是一個工作從開始做到結束所花費的時間工作量 throughput 是在固定時間內所能完成的工作CPU時間 CPUtime 是CPU執行一個程式所花費的時間 不包括等待輸入 輸出或執行其它程式的時間CPU時脈週期 CPUclockcycle 是CPU執行一個程式所花費的時脈週期CPU時間 CPU時脈週期 時脈週期時間 9 時脈 clock 是電腦內部一個類似時鐘的裝置 它每計數一次 稱為一個時脈週期 clockcycle 電腦就可以完成少量工作 時脈速度 clockrate 指的是時脈計數的速度 單位為MHz 百萬赫茲 或GHz 十億赫茲 也就是每秒鐘幾百萬次或每秒鐘幾十億次 而時脈每計數一次所經過的時間稱為時脈週期時間 clockcycletime 電腦的效能取決於時脈速度 CPI和指令數目等因素 10 除了MHz GHz之外 電腦的速度也可以使用MIPS MFLOPS TPS來描述 MIPS意指每秒鐘可以完成幾百萬個指令 適用於PC 工作站或大型主機 MFLOPS意指每秒鐘可以完成幾百萬個浮點數運算 適用於需要大量浮點數運算的機器 例如超級電腦 TPS意指每秒鐘可以完成幾個交易 適用於商業交易機器 11 3 2 5CPU相關規格 外頻 CPU外部的工作頻率 也就是CPU存取主記憶體的速度 單位為MHz 倍頻 CPU核心所採用的頻率通常是外頻的倍數 而這個倍數就叫做倍頻 內頻 內頻是CPU工作時所採用的頻率 工作頻率 也就是倍頻乘上外頻 12 封裝 CPU其實是一個晶片 chip 需要將它包裝起來以玆保護 並提供腳座與外界溝通 這個包裝的過程就叫做封裝 封裝方式有很多種 例如DIP PGA FC PGA SECC LGA 13 快取記憶體 快取記憶體是介於CPU與主記憶體之間的記憶體 存取速度較快 成本也較高 又分為二至三種層次 稱為L1快取 L2快取 L3快取 匯流排寬度匯流排 bus 是主機板上面的鍍銅電路 匯流排決定了電腦一次可以同時傳送多少位元 電路愈多 匯流排寬度 buswidth 愈大 傳送速度愈快 14 字組大小 字組大小 wordsize 是CPU在固定時間內能夠解譯並執行多少位元 所謂8 16 32或64位元CPU指的就是一次最多可以處理8 16 32或64位元的CPU 相容性 由於不同的CPU各有唯一的指令集 因此 廠商在推出新的CPU晶片之前 必須考慮相容性 compatibility 特別是新的晶片能否與舊的晶片具有向下相容性 15 3 2 6機器語言 機器語言 machinelanguage 是程式與電腦溝通的介面 定義了程式可以使用的指令與編碼方式 機器指令 machineinstruction 的編碼方式通常包含運算碼 op code 和運算元 operand 兩個部分 16 17 3 2 7機器循環週期 CPU執行一個指令的過程叫做機器循環週期 machinecycle 包含下列四個步驟 指令擷取指令解碼指令執行結果存回 18 3 3CPU的設計架構與技術 3 3 1CISCV S RISCRISC所提供的指令較為精簡 每個指令的執行時間都很短 完成的動作也很單純 若要做複雜的事情 就要由多個指令來完成 CISC則提供了豐富的指令 每個指令的執行時間較長 能夠完成的動作也較複雜 19 3 3 4平行處理 平行處理是一部電腦裡面有多個處理器 每個處理器都像一個CPU 可以獨立執行工作 至於主記憶體及輸入 輸出裝置則是共用 20 3 4記憶體 3 4 1記憶體的種類記憶體有RAM 隨機存取記憶體 與ROM 唯讀記憶體 兩種 RAM又分成下列兩種 DRAM dynamicRAM 動態隨機存取記憶體 SRAM staticRAM 靜態隨機存取記憶體 ROM又分成下列三種 PROM programmableROM EPROM erasablePROM EEPROM electronicallyEPROM 21 3 4 2記憶體的階層 暫存器 register 快取記憶體 cachememory 主記憶體 mainmemory 22 3 4 3主記憶體的定址方式 主記憶體是由許多記憶體單元 cell 所組成 不同機器可能有不同數目的記憶體單元 為了加以辨識 每個記憶體單元都有唯一的位址 address 同時這些位址是從0開始 依照順序編