电脑内部是怎麽运作的.ppt
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1、國立清華大學資訊工程學系电脑内部是怎麽运作的 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望國立清華大學資訊工程學系學習目的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 2009/09/292國立清華大學資訊工程學系電腦的五大單元輸入單元(Input unit)控制單元(CU un
2、it)算術與邏輯單元(ALU unit)記憶單元(Memory)輸出單元(Output Unit)2009/09/293國立清華大學資訊工程學系ALU unitCU unit MemoryInput unitOutput unit電腦的五大單元2009/09/294國立清華大學資訊工程學系CPUCentral Processing Unit主要功能:抓取指令和執行指令執行儲存在記憶體(RAM)中的程式指令分成兩個主要部分控制單元(CU)算術邏輯單元(ALU)2009/09/295國立清華大學資訊工程學系控制單元控制單元 CU(Control Unit)硬體的一部分,負責控制控制資料流向,例如資
3、料或指令進出CPU控制ALU的動作指示電腦系統執行程式指令負責CPU與硬體其它部分的溝通2009/09/296國立清華大學資訊工程學系算術邏輯單元算術邏輯單元ALU(Arithmetic/Logic Unit)負責執行算術運算動作負責執行邏輯運算動作2009/09/297國立清華大學資訊工程學系算術運算算術運算加法(ADD)減法(SUB)乘法(MUL)除法(DIV)2009/09/298國立清華大學資訊工程學系算術運算的例子算術運算算術運算(cont.)A(0100)B(0010)ALU(+)Y(0110)兩個運算子(0100和0010)分別放在暫存器(register)A和B中,而結果(01
4、10)就放在暫存器Y中例如:4+2=62009/09/299國立清華大學資訊工程學系邏輯運邏輯運算算評估條件值進行比較可以比較數字字母特別字元2009/09/2910國立清華大學資訊工程學系邏輯運邏輯運算算(cont.)邏輯運算例子 A(0100)B(0010)ALU()Y(0000)兩個運算子(0100和0010)分別放在暫存器(register)A和B中,而結果(0000)就放在暫存器Y中例如:If A B then Y=0例如:If A!=B then Y=02009/09/2911國立清華大學資訊工程學系真值表真值表 Truth tableABA and BNot AA or BTTT
5、FTFTFTTTFFFTFFFTF2009/09/2912國立清華大學資訊工程學系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2009/09/2913國立清華大學資訊工程學系Instruction Cycle一個指令通常分成四步驟來執行一個指令通常分成四步驟來執行1.擷取擷取2.解碼解碼3.執行執行4.儲存結果儲存結果5.(1)(2)稱為稱為I-time cycle(3)(4)稱為稱為E-time cycle2009/09/2914國立清華大學資訊工程學系執行指令流程執行指令流程CU 從記憶體擷
6、取指令放進CPU中CU 將此指令解碼 CU 通知硬體相關部分準備採取行動執行工作將計算結果寫回記憶體2009/09/2915國立清華大學資訊工程學系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機器循環週期2009/09/2916國立清華大學資訊工程學系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機器循環週期機器循環週期2009/09/2917國立清華大學資訊工程學系電腦系統5 大部分
7、ALU unitCU unitMemory 介紹Input unitOutput unit2009/09/2918國立清華大學資訊工程學系儲存體容量的測量單位KB kilobyte1024(210)個位元組有些磁片快取記憶體MB megabyte約百萬(220)個位元組RAMGB gigabyte約十億(230)個位元組硬碟CD 和 DVDTB terabytes約一兆(240)個位元組大型硬碟Q:1 G bytes=?M bytes 2009/09/2919國立清華大學資訊工程學系例如512M RAM 表示 此RAM 可儲存512*220 bytes 大小資料250G 硬碟 表此硬碟 可存放
8、 250*230 bytes 資料儲存體容量的測量單位Remark:0/1:1 bit 00110011:8 bits=1 byte2009/09/2920國立清華大學資訊工程學系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2009/09/2921國立清華大學資訊工程學系記憶體(memory)介紹階層式記憶體由不同的記憶裝置所組成的,非由單一記憶裝置所構成的CPUCacheMain memorySecondary memory目前電腦系統至少有這三層:cache,main memory,se
9、condary memory速度:Cache main memorysecondary memory容量大小:Cache main memorysecondary memory2009/09/2922國立清華大學資訊工程學系階層式記憶體輔助儲存體(secondary memory)儲存以後要用到的資料長期儲存例如硬碟,光碟片記憶體(main memory)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例如 RAM/ROMCache memory它是一塊小但非常快速的記憶體存放著最近用過或最常被使用到的資料和指令存取速度記憶體快CPUCacheMain memorySecondary mem
10、ory2009/09/2923國立清華大學資訊工程學系快取(Cache memory)第第 1 步步處理器要求擷取資料或指令第第 2 步步到主記憶體中的該位址去讀取第第 3 步步傳送到 CPU 和快取中下一次微處理器需要資料或指令時先到記憶體快取中尋找找不到再到記憶體中尋找 處處理理器器RAM快取快取2009/09/2924國立清華大學資訊工程學系CPUCacheMain memorySecondary memoryregisterCacheMain memorySecondary memoryCPU暫存器(Register)2009/09/2925國立清華大學資訊工程學系暫存器(regist
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