第 4 章中央處理單元與主記憶體

光碟、紙張用得少你我讓地球更美好

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第 4 章中央處理單元與主記憶體

4-1 中央處理單元－ CPU

4-2 主記憶體


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中央處理單元－ CPU(1/11)

CPU 的組成

第 4 章中央處理單元與主記憶體 / 4-1 中央處理單元 -CPU

存放最常被用到的資料或指令

資料的算術運算與邏輯判斷

存放運算中的資料，以及記錄程式執行的狀態

控制、協調電腦各單元間的相互運作


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控制單元：控制與協調電腦各單元間的運作算術 / 邏輯單元：負責資料的運算與邏輯

判斷暫存器：內建在 CPU 中的記憶體，容量小、

存取速度快，用來存放 CPU 運算過程中的資料及程式執行的狀態



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快取記憶體：存取速度比主記憶體快，常分為 L1 、 L2 、 L3 等 3 種


快

慢

速度


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CPU 執行一個指令的過程稱為機器週期


算術 / 邏輯單元

控制單元

記憶體

擷取解

碼

執行

儲存

1. 控制單元從記憶體中擷取指令及資料

4. 控制單元將運算或處理結果存至暫存器或記憶體

2. 控制單元將指令解碼並將運算所需的資料，傳送到算術 / 邏輯單元

3. 算術 / 邏輯單元進行資料的運算


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每一個機器週期的執行時間，通常只需幾百萬分之一秒，因此也有人使用 MIPS為單位，來表示 CPU 每秒可執行多少百萬個指令。



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CPU 主要生產廠商： Intel 與 AMD若要玩 3D 遊戲、進行

影音處理，通常需要較高階的 CPU

廠商常針對筆記型電腦、平板電腦等設備，設計較小型的CPU


（ http://www.hardcore-hardware.com/ ）

Ultrabook 使用的 CPU


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多核心 CPU ：含有多個運算核心的 CPU每個運算核心都包含有控制單元、算

術 / 邏輯單元、快取記憶體及暫存器例：四核心 CPU 即含有四個運算核心多核心 CPU 內的多個運算核心，可同時進

行不同的運算工作，因此多核心 CPU 的效能較單核心 CPU 高



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四核心 CPU 的運作及與單核心的比較

運算核心（包含控制單元、算術 / 邏輯單元、快取記憶體及暫存器）



時間 C1 C2 C3 C4 C5 …

單核 2*4=8 7-2=5 4/4=1 1+6=7 8+5=13 …

4 核2*4=87-2=54/4=11+6=7

8+5=131+7=8

13+8=21


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多核心 vs. 多 CPU以廚房比喻 CPU ，多核心就像一個廚房裡有多位廚師，可同時烹煮多道菜，速度自然比只有 1 位廚師（單核心）來得快市售個人電腦多半以多核心為主；而伺服器專用機種則多半配有多個 CPU

如果電腦安裝有多顆 CPU ，且每顆 CPU皆為多核心，那麼運算效能就會更佳



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CPU 包裝盒上的規格標示速率名稱快取記憶體



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名稱：是 CPU 的製造廠商及產品型號快取記憶體容量：目前市售的 CPU 通常都

內建有 512KB ～ 12MB 的快取記憶體速率：單位為 GHz ，如 3GHz CPU 表示石

英震盪器每秒會產生 30 億次的震盪。石英震盪器產生一次震盪所花用的時間稱為時脈週期


1 秒內有 30 億次震盪

CPU 利用這一連串的電壓變化來改變其內部元件的電路狀態，以進行資料運算及邏輯判斷等工作

1 次震盪


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內頻與外頻內頻：是 CPU 內部的時脈頻率外頻：是 CPU 與晶片組之間的資料傳輸頻率，常見的有 200 、 266 、 333MHz等內頻除以外頻所得的數值，稱為倍頻係數



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影響 CPU 效能的因素：時脈頻率：時脈頻率越高， CPU 所能處理

的指令數量就越多。字組的大小：字組（ word ）是 CPU 一次

能處理的資料量，也就是資料匯流排的寬度；字組越大，處理效能越好。 64 位元的電腦，即是指 CPU 的字組大小為 64 位元。

快取記憶體的大小：容量越大， CPU 的執行效能越高。



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主記憶體 (1/8)

主記憶體（又稱內部記憶體）：用來儲存暫時性資料。輔助記憶體（又稱外部記憶體）：用來儲存長久性資料。

第 4 章中央處理單元與主記憶體 / 4-2 主記憶體


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主記憶體 (2/8)

記憶體的分類


軟碟

硬碟

隨身碟

ROM

DRAM

SRAMRAM

光碟

CD

DVD

藍光光碟

記憶體

主記憶體

輔助記憶體


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主記憶體 (3/8)

主記憶體分為隨機存取記憶體（ RAM ）及唯讀記憶體（ ROM ）隨機存取記憶體：用來儲存電腦正在執行中的程式和資料；當電腦關機時，資料會消失，又稱為揮發性記憶體。



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隨機存取記憶體大多製作成記憶體模組的型式

主記憶體 (4/8)


筆記型電腦用桌上型電腦用

一顆記憶體晶片

條狀的銅色金屬即為針腳（ Pin ），插入插槽後與主機板的相關電路連接


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主記憶體 (5/8)

隨機存取記憶體依製作元件的特性，分為動態隨機存取記憶體（ DRAM ）及靜態隨機存取記憶體（ SRAM ）兩種DRAM 與 SRAM 的比較

項目 DRAM SRAM

是否需持續充電是否

存取速度較慢較快

應用主記憶體快取記憶體

價格便宜較貴



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DDR 2 vs. DDR 3

類別項目 DDR2 DDR3

傳輸速度 3.2GB/sec ~ 5.3GB/sec 8.5GB/sec ~ 12.8GB/sec

單條記憶體容量 256MB ~ 4GB 1GB ~ 16GB

耗電量高低價格（ 1GB ）較貴便宜


DDR3

DDR2

由標籤可分辨是DDR2 或 DDR3

防呆缺口位置不同，使用的記憶體插槽規格也不同


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主記憶體 (6/8)

唯讀記憶體：只能讀取不能寫入資料，儲存的資料不會隨主機電源的關閉而消失，又稱為非揮發性記憶體

韌體：指燒錄在 ROM 中的程式，如BIOS


（ courtesy of 旗標）

BIOS 晶片


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主記憶體 (7/8)

快閃記憶體（ flash memory ）：是利用電流訊號來刪除或寫入資料，常應用於智慧 IC卡、隨身碟、記憶卡等產品

智慧型手機隨身碟記憶卡



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常見記憶體存取速度及容量比較


慢大

快小

暫存器

L1L2

L3

硬碟光碟

ROMDRAM

速度

暫存器

L1L2

L3

DRAMROM

容量

光碟硬碟


資料寫入記憶體的運作過程

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主記憶體 (8/8)


1. 傳送位址　CPU透過位址匯流排傳送位址訊號，例如圖中以紅色表示的 01010

2. 傳送資料　CPU 利用資料匯流排傳送要寫入的資料訊號，例如圖中以綠色表示的 10010

3. 寫入資料　當資料訊號抵達記憶格後，會根據訊號來決定電容器是否應儲存電量

電容器

電晶體

資料匯流排

位址匯流排

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第 4 章 中央處理單元與主記憶體

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