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1、第2章中央處理單元1本章提要2-1CPU的功用2-2CPU的工作原理2-3CPU的分類22-1CPU的功用什麼是CPUCPU在電腦中扮演的角色3什麼是CPUCPU的全名是CentralProcessingUnit(中央處理單元),也就是一般人俗稱的處理器(Processor)；它在整部電腦的重要性,就宛如大腦之於人的地位一般！CPU負責系統中資料的運算(例如：加、減、乘、除)與邏輯判斷(例如大於、等於、小於)等核心工作,是電腦中最重要、最複雜的一個元件,電腦若沒有了CPU,將無法正常運作！4什麼是CPUCPU除了計算的工作外,還必
2、須指揮、協調其它元件之間執行、搭配的步調,我們也才得以順利操作、使用電腦上的所有軟硬體。所以CPU的能力往往是用來評斷電腦執行效能的主要指標！5什麼是CPU6CPU在電腦中扮演的角色在第一章我們曾經提過電腦的五大單元,其中CPU就包含了控制單元及算術/邏輯單元兩大單元,其地位可見一斑！我們再來複習一下電腦的五大單元：7CPU在電腦中扮演的角色8CPU在電腦中扮演的角色電腦的運作必定包含輸入→運算→輸出這3個過程。舉例來說,我們將自己的名字用鍵盤輸入到電腦,電腦螢幕便將名字顯示出來,這些輸入與輸出的過程對我們而言很容易理解,但是運算
3、呢？我們的操作(如按滑鼠左鈕2下這個動作)要怎麼『運算』呢？9CPU在電腦中扮演的角色其實對CPU而言,我們對電腦的操作會轉成一連串的指令,而探究指令的本質,其實就是數字資料(0和1)的組合,實際上在電腦中的所有的資料、指令都是數字。而將『數字』拿來做數學運算本來就是再正常不過的了!接下來我們會一探CPU的內部結構,並理解電腦的運作是怎麼從輸入、經過運算、到最後產生輸出。102-2CPU的工作原理在了解CPU的工作原理之前,我們先從CPU的結構開始認識起。112-2-1CPU的構造CPU的構造包含了控制單元(CU,ControlU
4、nit)、算術/邏輯單元(ALUArithmetic/LogicUnit)、暫存器(Register)等,並透過匯流排(Bus)來溝通：12CPU的構造快取記憶體(CacheMemory)雖然也會設置在CPU內部,不過就傳統CPU的結構(Architecture)來說,快取記憶體並不屬於CPU的一部份。13控制單元控制單元(ControlUnit)負責控制資料流和指令流。當我們輸入指令(如鍵盤或滑鼠的操作)時,控制單元會讀取並解譯指令,以便將需要運算的資料送到算術/邏輯單元進行運算,並將運算完成的資料流或指令流,送到輸出或輸入單元
5、。其實說穿了,控制單元的主要任務就是在『控制』輸出與輸入而已。14算術/邏輯單元算術/邏輯單元(Arithmetic/LogicUnit),從字面上來理解就是負責算術運算及邏輯運算。簡單地說,算術運算就是加、減、乘、除等運算,而邏輯運算則是AND、OR、NOT等運算,這些都是數學上再熟悉不過的運算方法了。15暫存器暫存器(Register)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。16暫存器雖然暫存器的存取速度相當快,但因成本太
6、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。字組(Word)是一個單位,表示CPU在一個指令週期(詳細後述)所處理的資料量。若CPU一次能處理32位元大小的字組,則這個CPU就稱為32位元CPU。17暫存器CPU裏的暫存器有很多個,依功能的不同會分別配置在控制單元及算術/邏輯單元中。通常,對程式設計者而言,一個CPU可以看成是一群暫存器的組合,只要學習CPU的指令,並且熟習暫存器的用法,便可以順利的控制CPU動作了。18暫存器19暫存器不同架構的CPU其
7、暫存器種類、數量都不同,以下介紹x86系列CPU中幾種較常見的暫存器：一般用途暫存器(GeneralPurposeRegister)：一般用途暫存器是用來存放運算的資料、指令或位址。一般用途暫存器依其功能而有不同的名稱,以下是幾種常見的一般用途暫存器：20暫存器資料暫存器(DataRegister)：資料暫存器即用來存放資料的地方。累加器(Accumulator)：累加器通常會被單獨拿出來介紹,因為累加器是算術/邏輯運算單元中相當重要的部份,是用來存放運算過程及運算結果的資料。指令暫存器(InstructionRegister)：
8、通常設置在控制單元內,用來存放目前被執行的指令。程式計數器(ProgramCounter)：用來記錄CPU下一個要執行指令所存放的位址。21暫存器位址暫存器(AddressRegister)：用來記錄資料存放在記憶體的位址,也稱為指位器(Point
