电脑与资讯之应用主要参考文献

按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,Chih-Hung Wang,*,電腦與資訊之應用,主要,參考文獻,1.,新世代計算機概論 第四版，,2006,陳惠貞、陳玄玲著，學貫行銷股份有限公司,2.,計算機概論,-,探索未來,2008,，,陳錦輝著，金禾資訊,3.,最新計算機概論,2008,，,施威銘研究室著,，,旗標出版社,4.,計算機概論,(Peter Nortons: Introduction to Computer 5/E),，第五版，林志敏 編譯，高立圖書,3.,電腦系統單元,1,系統單元,電腦的系統單元,(system unit),包含中央處理器,(CPU),與主記憶體兩個部分,。,Chih-Hung Wang,Chih-Hung Wang,相關元件,機殼內的元件：,主機板,(motherboard),電源供應器,(power supply),散熱風扇,(cooling fan),固定架,(drive bay),連接埠,(ports),Chih-Hung Wang,主機板,GA-8I845GV,序列埠,平行埠,CPU,插槽,電源插槽,軟碟插槽,IDE,插槽,PCI,插槽,主記憶體插槽,PCI,插槽,Chih-Hung Wang,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。,Chih-Hung Wang,控制單元,(CU),控制單元,(control unit),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,(hardwired control),微程式控制,(,microprogrammed,control),Chih-Hung Wang,算術邏輯單元,(ALU),算術邏輯單元,(arithmetic/logic unit),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,Chih-Hung Wang,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。,Chih-Hung Wang,暫存器類別,(1),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,(general purpose register),資料暫存器,(data register),位址暫存器,(address register),條件碼暫存器,(condition code register),Chih-Hung Wang,暫存器類別,(2),控制與狀態暫存器又分成下列幾種：,程式計數器,(program counter),指令暫存器,(instruction register),記憶體位址暫存器,(memory address register),記憶體緩衝暫存器,(memory buffer register),ALU,緩衝暫存器,(ALU buffer register),中斷向量暫存器,(interrupt vector register),程式狀態字組,(program status word),Chih-Hung Wang,電腦的效能,反應時間,(response time),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,(CPU time),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,(CPU clock cycle),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,Chih-Hung Wang,時脈,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,(clock cycle),，電腦就可以完成少量工作。,時脈速度,(clock rate),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,(clock cycle time),。,電腦的效能取決於時脈速度、,CPI,和指令數目等因素,。,Chih-Hung Wang,計算範例,參考課本,3-11,頁,假設一部電腦時脈速度為,100 MHz,，電腦執行,10,000,000,個指令需要,0.25,秒，試問這部電腦之,CPI,為多少,ANS: 2.5,A,、,B,兩台電腦指令集相同，,A,時脈週期,10ns,，,CPI=2,，,B,時脈週期,20ns,，,CPI=1.5,，請問哪台電腦執行較快,?,ANS: A,比,B,快,1.5,倍,Chih-Hung Wang,電腦速度,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。,Chih-Hung Wang,CPU,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。,Chih-Hung Wang,封裝,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,。,Chih-Hung Wang,插槽腳位,插槽腳位：插槽腳位決定了,CPU,如何安插在主機板的,CPU,插槽，不同的腳位有不同的插槽，針腳數目各異。,Chih-Hung Wang,快取記憶體,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,(bus width),愈大，傳送速度愈快。,Chih-Hung Wang,字組,字組大小：字組大小,(word size),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。,Chih-Hung Wang,機器語言,機器語言,(machine language),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,(machine instruction),的編碼方式通常包含運算碼,(op-code),和運算元,(operand),兩個部分。,Chih-Hung Wang,Chih-Hung Wang,運算碼,運算元,說明,1,RXY,LOAD,指令，將主記憶體位址,XY,的資料載入暫存器,R,2,RXY,STORE,指令，將暫存器,R,的資料儲存到主記憶體位址,XY,3,RST,ADD,指令，將暫存器,S,的資料與暫存器,T,的資料相加，再將結果儲存到暫存器,R,4,RST,OR,指令，將暫存器,S,的資料與暫存器,T,的資料進行,OR,運算，再將結果儲存到暫存器,R,5,RST,AND,指令，將暫存器,S,的資料與暫存器,T,的資料進行,AND,運算，再將結果儲存到暫存器,R,6,RST,XOR,指令，將暫存器,S,的資料與暫存器,T,的資料進行,XOR,運算，再將結果儲存到暫存器,R,7,RXY,JUMP,指令，若暫存器,R,的資料與暫存器,R0,的資料相同，就跳到主記憶體位址,XY,去執行，否則依序執行,8,000,HALT,指令，使程式暫時停止執行，例如機器指令,8000,是將程式暫停,Chih-Hung Wang,11BA(,將主記憶體位址,BA,的資料載入暫存器,R1),12BB(,將主記憶體位址,BB,的資料載入暫存器,R2),3312(,將暫存器,R1,的資料與暫存器,R2,的資料相加， 再將結果儲存到暫存器,R3),23B0(,將暫存器,R3,的資料儲存到主記憶體位址,B0),10B0(,將主記憶體位址,B0,的資料載入暫存器,R0),73FF(,若暫存器,R3,的資料與暫存器,R0,的資料相同， 就跳到主記憶體位址,FF,去執行，否則依序執行,),Chih-Hung Wang,機器循環週期,CPU,執行一個指令的過程叫做機器循環週期,(machine cycle),，包含下列四個步驟：,指令擷取,指令解碼,指令執行,結果存回,Chih-Hung Wang,CPU,的設計架構與技術,CISC V.S. RISC,RISC,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。,Chih-Hung Wang,3-3-2,管線,Chih-Hung Wang,Chih-Hung Wang,超純量處理器,Chih-Hung Wang,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。,Chih-Hung Wang,記憶體,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 (dynamic RAM,，動態隨機存取記憶體,),SRAM (static RAM,，靜態隨機存取記憶體,),SRAM,存取速度較,DRAM,快，但價格高。因此通常用途為快取記憶體。,ROM,又分成下列三種：,PROM (programmable ROM),EPROM (erasable PROM),EEPROM (electronically EPROM),Chih-Hung Wang,DDR SDRAM,SDRAM (Synchronize DRAM),：同步動態隨機存取記憶體,DDR SDRAM,（,Double Data Rate SDRAM,）,DDR,開放標準,目前記憶體主流,DDR,、,DDRII,、,DDRIII,Chih-Hung Wang,CMOS,與,BIOS,CMOS,Complementary Metal-Oxide Semiconductor,（互補金氧半導體）,主要是儲存系統參數的晶片,硬碟型態、軟碟規格、系統日期時間等,CMOS,要外加電池,BIOS,Basic Input/Output System,讓電腦或作業系統和應用程式輸入,/,輸出裝置溝通的低階程式,掌管整個主機板上面資源,Chih-Hung Wang,記憶體的階層,暫存器,(register),快取記憶體,(cache memory),主記憶體,(main memory),Chih-Hung Wang,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，依照順序編號。,Chih-Hung Wang,電腦與週邊通訊,電腦內部的電子訊號是由匯流排進行傳送，由下列三組電路所組成：,資料線,(data line),位址線,(address line),控制線,(control line),匯流排又分為下列兩種：,系統匯流排,擴充匯流排,Chih-Hung Wang,Chih-Hung Wang,擴充匯流排,PC,常見的擴充匯流排：,ISA (Industry Standard Architecture),MCA,EISA (Extended Industry Standard Architecture),VL (VESA local bus),PCI (Peripheral Component Interconnect),AGP (Accelerated Graphics Port),Chih-Hung Wang,PCI Express & Others,PCI Express,硬碟控制介面,(IDE),、軟碟控制介面、光碟控制介面,PS/2,埠,序列埠,平行埠,USB (Universal Serial Bus),Chih-Hung Wang,IEEE 1394,IEEE 1394,紅外線傳輸埠,(IrDA),其它擴充插槽,PS/2,PS/2,USB,序列埠,平行埠,Chih-Hung Wang,輸入,/,輸出的定址方式,隔離,I/O,在隔離,I/O (isolated I/O),中，每個週邊均有唯一的位址，但這些位址卻可能和主記憶體的記憶體單元重複，為了避免混淆，於是得設計兩組不同的指令來進行主記憶體的讀寫及週邊的讀寫。,Chih-Hung Wang,記憶體映射,I/O,在記憶體映射,I/O (memory-mapped I/O),中，每個週邊均有唯一的位址，這些位址是從主記憶體的部分定址空間配置出來，不會和主記憶體的記憶體單元重複。,Chih-Hung Wang,輸入,/,輸出介面,輸入,/,輸出介面主要的工作有：,與週邊溝通；,與,CPU,和主記憶體溝通；,做為資料緩衝區；,錯誤偵測與回報。,Chih-Hung Wang,程式控制,I/O,Chih-Hung Wang,中斷式,I/O,Chih-Hung Wang,直接記憶體存取,(DMA),Chih-Hung Wang,