第2章中央处理单元

1、第 2 章 中央處理單元一、選擇題( 4 )1. CPU 對於電腦的重要性, 宛如人的什麼部位？(1)大腸(2)神經(3)骨頭(4)大腦( 3 )2. 下列那一項不是 CPU 的任務？(1)將我們輸入的指令做運算(2)將資料輸出到螢幕上(3)提高電腦主機的溫度, 以維持電腦各元件的正常運作(4)將資料存入硬碟中( 2 )3. CPU 的組成不包含哪一項？(1)暫存器(2)快取記憶體(3)控制單元(4)匯流排( 3 )4. 下列關於暫存器的敘述何者正確？(1)作業系統是安裝在暫存器中(2)控制單元和算術/ 邏輯單元使用暫存器來傳遞資料(3)暫存器位於 CPU 內部, 屬於電腦五大單元裏的記憶單元

2、(4)暫存器是 CPU 內部的記憶體, 也就是快取記憶體( 1 )5. 用來計算 CPU 運算速度的單元是(1)MIPS(2)FSB(3)GHz(4)USB( 4 )6. 下列關於匯流排的敘述何者為是？(1) CPU 和主機板上都有設置匯流排, 以便於散熱(2)電腦主機內的線路稱為內部匯流排, 連接到主機外 (USB 線、網路線等) 的線路稱為外部匯流排(3) CPU 內部使用的匯排稱為系統匯流排(4)擴充匯流排是晶片組和主機板上各元件傳送資料的通道( 3 )7. 下列關於快取記憶體的敘述, 何者為是？(1)目前快取記憶體的規格, 以 DDR2 最普遍(2)由於快取記憶體的價格降低, 現在通常

3、都會配置 256 MB 1 GB的快取記憶體(3)目前使用的快取記憶體通常有 L1 L2 兩個階層(4)我們可以自行加裝 L1 快取記憶體, 以提高電腦效能( 2 )8. 下列關於雙核心 CPU 的敘述, 何者正確？(1)雙核心 CPU 就是指加入了 Hyper-Threading 技術的 CPU(2)雙核心 CPU 是利用平行運算的概念來提高效能(3)雙核心 CPU 就是 32 位元 X 2, 也就是所謂的 64 位元 CPU(4)雙核心 CPU 的時脈計算方式, 就是單核心的時脈 X 2( 1 )9. 下列關於雙核心 CPU 的說明, 何者為非？(1)雙核心 CPU 因為有 2 個核心,

4、所以耗電量是單核心 CPU 的 2 倍(2)雙核心 CPU 所使用的程式必須經過特別設計, 才能發揮效能(3)雙核心 CPU 內, 共有 2 組的控制單元和算術/邏輯運算單元(4)雙核心 CPU 若加上了 Hyper-Threading 技術, 電腦將會辦識為 4 顆CPU( 3 )10. 下列關於 CPU 指令集的敘述, 何者為是？(1) CPU 的指令集其實一種應用軟體, 電腦開機時會讀入暫存器供CPU 使用(2) CPU 廠商會不斷研發新的 CPU 指令集, 供我們下載更新(3) CPU 指令集可以用來增加 CPU 運算的效能(4)為了因應寬頻網路的使用, 所以設計了 CPU 指令集來加

5、快網路的速度二、問答題1. 請解釋下列各名詞：暫存器 (Register)、機器週期 (Machine cycle)、CPU 時脈。Ans：暫存器是 CPU 內部用來暫時存放資料的地方, 是相當重要的一個元件。暫存器其實就是記憶體, 也是位於記憶體階層的最上層, 主要是為了配合 CPU 的高速運算而設置。雖然暫存器的存取速度相當快, 但因成本太高, 所以通常只能配置幾個位元組 (Bytes) 的容量。每個暫存器的大小(寬度)也決定了 CPU 所能處理的字組 (Word) 大小。機器週期當我們操作電腦而產生指令時, 指令會放在記憶體中, 接著 CPU 會讀取指令, 再由控制單位進行解譯指令的工作

6、。指令解譯完成後, 會由控制單位或算術/邏輯單元執行指令。而在上述過程中, CPU 會使用暫存器來存放處理前及處理後的資料。上述 CPU 執行指令的一連串過程, 就稱之為機器週期 (Machine Cycle),亦可稱為指令週期 (Instruction Cycle)。CPU 時脈一般描述 CPU 的效能時, 都是以 CPU 運作的 時脈頻率, 也稱為 工作時脈來描述, 早期其單位為 MHz (每秒百萬次)；如 Celeron 950、Duron800 就是指其時脈頻率分別為 950 MHz 與 800 MHz 。近來則發展到 GHz (每秒十億次) 的速度, 像是 Pentium 4 3.2

7、 G、Duron 1.8G 等；當然頻率愈高、執行效能愈快, 但相對價格也愈貴。2. 請簡單說明北橋和南橋晶片的功用為何？Ans：早期主機板必須佈滿許多電阻、電容、IC 晶片、與複雜的電子線路, 才能供應主機板所需的各項功能, 不但製造成本高, 維修時更是困難重重。不過, 拜半導體科技突飛猛進之賜, 現在只要以2、3 顆晶片便能取代原先眾多的元件與線路, 在功能上更是有過之而無不及。這幾顆晶片必須整組運用在同一塊板子上, 因此便稱為晶片組。通常晶片組是由北橋(North Bridge)與南橋(South Bridge)晶片所組成的。3. 請簡述 CPU 的組成。Ans：CPU 的構造包含了控制

8、單元 (CU, Control Unit)、算術/邏輯單元 (ALUArithmetic/Logic Unit)、暫存器 (Register) 等, 並透過匯流排 (Bus) 來溝通。4. 請簡述匯流排的功能及分類。Ans：電腦上各元件傳送資料的管道就是匯流排(Bus)。從字面上解讀, 取其匯流之意, 就大致可以明白這個傳送資料的管道, 是由許多不同的管道整合在一起的。而這樣做的好處在於管道(也就是主機板上的電子線路) 容易安排, 也能確保所有元件都能互相傳送資料。舉例來說, 就像高速公路也是採用匯流的概念一樣, 不同的地點都以交流道和高速公路銜接, 而不是地點和地點之間各自連接。如此, 就算

9、新增加了一個地點, 只要此地點有交流道連上高速公路,還是可以確保我們一定能到達該處。在電腦中匯流排主要分為三大類：內部匯流排(Internal Bus)：CPU 內部用來傳送資料的通道。控制單元、算術/邏輯單元及暫存器在讀取、存放資料時, 都是經過內部匯流排。系統匯流排(System Bus, 或Processor System Bus)：CPU 與主機板上晶片組傳送資料的通道, 在2-2-2 節會詳細介紹。擴充匯流排(Expansion Bus)：晶片組和主機板上除了CPU 之外的各元件傳送資料的通道。5. 請比較 MIPS 和 GHz 兩種計算單位的意義為何？Ans：通常我們用指令週期衡量

10、CPU 運算的速度。一個指令週期所需的時間,大約幾百萬分之一秒, 也就是說一秒鐘可以執行幾百萬個的指令。而用來計量CPU 運算速度的單位稱為MIPS (Millions of Instruction Per Second, 每秒百萬個指令), 意即CPU 一秒鐘可以執行幾百萬個的指令。MIPS 值越高, 代表CPU 的運算速度越快。一般描述CPU 的效能時, 都是以CPU 運作的時脈頻率, 也稱為工作時脈來描述, 早期其單位為MHz (每秒百萬次)；如Celeron 950、Duron800 就是指其時脈頻率分別為950 MHz 與800 MHz 。近來則發展到GHz (每秒十億次) 的速度,

11、 像是Pentium 4 3.2 G、Duron 1.8G 等；當然頻率愈高、執行效能愈快, 但相對價格也愈貴！6. 請簡單說明快取記憶體如何提高系統效能？Ans：CPU 利用暫存器來進行資料的存取和運算, 但暫存器和主記憶體的速度差異實在太大, 若從暫存器直接和主記憶體進行輸出或輸入, 可能造成CPU 長時間的閒置, 只為了等待主記憶體將資料送進來。為了提升系統的效能, 於是在暫存器和主記憶體之間, 配置了快取記憶體(Cache Memory)。快取記憶體是位於記憶體階層的第二層, 相較於主記憶體, 仍是屬於速度快、成本高的記憶體, 因此通常也只能配置容量遠少於主記憶體的容量。快取記憶體的容

12、量雖然小, 但可以存放較常使用的指令或資料。由於CPU讀取需要的指令或資料時, 會直接到快取記憶體尋找, 若找不到需要的資料才會到主記憶體中讀取。因此, 若CPU 在快取就能找到需要的資料, 便無需再到主記憶體讀取, 而資料傳送的時間就便能大幅縮短了；這樣的工作方式正是快取記憶體能夠提高效能的最主要原因。7. 請簡單比較 RISC 和 CISC 的優缺點。Ans：關於 RISC 和 CISC 的比較如下：8. 請簡述何謂 CPU 的指令集？Ans：指令集 (Instruction Set) 是一群指令的集合；而指令則是CPU 提供的服務。系統只要說明：請執行xxxx 服務, 所需的相關資料有：yyy, zzz, www, ., CPU 就會依序執行。不過這是系統內部的運作, 當中的執行細節完全由CPU 廠商來決定, 指令集提供的服務是影響CPU 效能的重要關鍵。9.