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笑舟滑
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5 中央中央處理單元與主記憶體人類是萬物之靈, 主因在於我們有顆能思考計算記憶等的 " 大腦 " 電腦也有 " 大腦 "-CPU,

是電腦進行資料處理及運算的主要元件, 也是整部電腦運作的核心電腦處理速度的快慢, 關鍵就在於 CPU 的效能 5-1.

(register) 快取記憶體 (cache memory) 等, 也是 CPU 內部的重要元件資料的算術運算與邏輯判斷

控制單元算術 / 邏輯單元 - 微處理器控制單元的功能是控制與協調電腦各單元間的運作 ; 算術 / 邏輯單元則負責資料的運算與邏輯判斷,

1 5 中央中央處理單元與主記憶體人類是萬物之靈, 主因在於我們有顆能思考計算記憶等的 " 大腦 " 電腦也有 " 大腦 "-CPU, 讓它也能榮登萬機 ( 機器 ) 之王寶座 CHPTER 第 5 章中央處理單元與主記憶體單元中央處理單元 -CPU CPU 是電腦進行資料處理及運算的主要元件, 也是整部電腦運作的核心電腦處理速度的快慢, 關鍵就在於 CPU 的效能 CPU 的組成 CPU 主要是由控制單元與算術 / 邏輯單元所組成 ( 圖 5-1), 另外用來存放運算時所需使用的指令及資料之暫存器 (register) 快取記憶體 (cache memory) 等, 也是 CPU 內部的重要元件資料的算術運算與邏輯判斷存放最常被用到的資料或指令圖 5-1 CPU 的組成示意圖控制協調電腦各單元間的相互運作存放運算中的指令資料, 及指令被執行後的狀態控制單元算術 / 邏輯單元 - 微處理器控制單元的功能是控制與協調電腦各單元間的運作 ; 算術 / 邏輯單元則負責資料的運算與邏輯判斷, 此兩單元已在第 4 章第 1 節說明 1971 年,Intel 公司將電腦的控制單元與算術 / 邏輯單元整合在一塊稱為微處理器 (microprocessor) 的晶片因此個人電腦的 CPU 常被稱為微處理器 79

計算機概論暫存器暫存器是內建在 CPU 中的記憶體, 容量雖小 ( 約 16 ~ 64bits), 但存取速度很快, 專門用來暫存 CPU 運算過程中的資料及程式執行的狀態 CPU 內部有幾個用途不同的暫存器, 如表 5-1 所示表 5-1 常見的暫存器暫存器名稱用途說明累加器 (accumulator) 位址暫存器 (address register) 一般用途暫存器

3 計算機概論暫存器暫存器是內建在 CPU 中的記憶體, 容量雖小 ( 約 16 ~ 64bits), 但存取速度很快, 專門用來暫存 CPU 運算過程中的資料及程式執行的狀態 CPU 內部有幾個用途不同的暫存器, 如表 5-1 所示表 5-1 常見的暫存器暫存器名稱用途說明累加器 (accumulator) 位址暫存器 (address register) 一般用途暫存器 (general-purpose register) 指令暫存器 (instruction register) 程式計數器 (program counter) 旗標暫存器 (flag register) 存放運算的結果存放指令或資料在主記憶體中的位址暫存一般運算資料及位址資料暫存正在執行中的指令存放下一個要執行的指令位址存放 CPU 執行指令後的各種狀態快取記憶體快取記憶體是一種存取速度比主記憶體快的記憶體, 這種記憶體可用來存放常被 CPU 使用到的資料或指令, 以減少 CPU 到主記憶體讀取資料或指令的次數, 提昇電腦的處理效能但因其製作成本較昂貴, 故快取記憶體容量通常不大快快取記憶體運作的原理是 :CPU 到主記憶體擷取資料時, 會將一整個區塊的連續資料複製到快取記憶體中, 當 CPU 需要再使用此一區塊中的資料時, 即可直接到快取記憶體中讀取快取記憶體常分為 L1 L2 L3 等 3 種, 其中度L1 L2 位於 CPU 內部 ;L3 則位於主記憶體與 CPU 之間 ( 部分新款 CPU 已將 L3 內建在 CPU 中 ) 圖 5-2 為 CPU 到 L1 L2 L3 之間的存取速度比較慢速圖 5-2 CPU 到 L1 L2 L3 之間的存取速度比較 80

第 5 章中央處理單元與主記憶體單元 2 假設某位老師要計算好幾班同學的學期總成績, 他只有紙筆可用如右圖所示, 老師用的計算紙成績單, 及放置其他班成績單的公事包,

2 CPU 的運作統測這樣考 ( )1. 在電腦, 列哪㆒個單元負責指令的解碼?

儲存等 4 個步驟 ( 圖 5-3) 其中擷取及解碼的步驟合稱為指令週期 (Instruction cycle), 又稱擷取週期 (fetch cycle);

單元記憶體擷取 1 2 儲存 4 碼執行 3 控制圖 5-3 CPU 執行指令的步驟示意圖解算術 / 邏輯單元 2 step 控制單元將指令解碼並將運算所需的資料, 傳送到算術 /

5 第 5 章中央處理單元與主記憶體單元 2 假設某位老師要計算好幾班同學的學期總成績, 他只有紙筆可用如右圖所示, 老師用的計算紙成績單, 及放置其他班成績單的公事包, 可比喻成電腦中各類不同的記憶體其他班的成績單主記憶體 : 距離最遠, 取用最慢, 容量最大快取記憶體班成績單計算紙暫存器 : 距離最近, 取用最快, 容量最小 CPU 的運作統測這樣考 ( )1. 在電腦, 列哪㆒個單元負責指令的解碼? () 控制單元 () 輸入單元 (C) 記憶單元 () 算術與邏輯單元 [100] CPU 執行一個指令的過程稱為一個機器週期 (machine cycle), 主要包含擷取解碼執行儲存等 4 個步驟 ( 圖 5-3) 其中擷取及解碼的步驟合稱為指令週期 (Instruction cycle), 又稱擷取週期 (fetch cycle); 執行及儲存的步驟則合稱為執行週期 (Execution cycle) 1 step 控制單元從記憶體中擷取指令及資料 4 step 控制單元將運算或處理結果存至暫存器或記憶體單元記憶體擷取 1 2 儲存 4 碼執行 3 控制圖 5-3 CPU 執行指令的步驟示意圖解算術 / 邏輯單元 2 step 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 step 算術 / 邏輯單元進行資料的運算每一個機器週期通常只需幾百萬分之一秒 ( 甚至更短 ) 的時間, 因此有人使用 MIPS(Million of Instructions Per Second, 每秒百萬個指令 ) 為單位, 來表示 CPU 每秒可執行多少百萬個指令 MIPS 值越高, 表示 CPU 執行的速度越快 81

CPU, 例如輕省筆電 (Netbook) 使用的 tom 系列 Ultrabook 使用的 roadwell 系列平板電腦使用的 Tegra 系列 ( 圖 5-4) 等 CPU - 內建 GPU 的 CPU 圖 5-4 平板電腦使用的 CPU LGEPR GPU(Graphics Processing Unit, 繪圖處理器 ) 是負責繪圖運算的處理器, 常整合至顯示卡或主機板上,

6 計算機概論個人電腦內常見的 CPU 圖解手機內部運作 (1:50) Intel 與 M 是生產個人電腦 CPU 的主要廠商, 生產許多不同效能等級的 CPU, 例如適用於文書處理網頁瀏覽等需求的一般 CPU; 適用於玩 3 遊戲進行影音處理的較高階 CPU 等隨著筆記型電腦 (Notebook) 平板電腦(Tablet PC) 等可攜式設備日趨普及,CPU 廠商也針對可攜式設備設計專用的 CPU, 例如輕省筆電 (Netbook) 使用的 tom 系列 Ultrabook 使用的 roadwell 系列平板電腦使用的 Tegra 系列 ( 圖 5-4) 等 CPU - 內建 GPU 的 CPU 圖 5-4 平板電腦使用的 CPU LGEPR GPU(Graphics Processing Unit, 繪圖處理器 ) 是負責繪圖運算的處理器, 常整合至顯示卡或主機板上, 目前則多趨向整合至 CPU( 稱整合型 CPU), 以提供更佳的繪圖運算效能多核心 CPU Intel 公司已推出號稱史最強的㈩㈧核心 CPU, 不過價格也嚇, 要價約新台幣 22 萬元多核心 CPU 是指含有多個運算核心的 CPU, 例如四核心 CPU 即含有四個運算核心, 目前十六核心的 CPU 已問世我們可以透過 CPU 的型號或規格表, 來瞭解 CPU 的核心數例如 M 生產的 CPU 可透過型號來判斷其核心數, 如型號為 Phenom Ⅱ X6 其核心數為六核心 Phenom Ⅱ X4 其核心數為四核心 ; 而 Intel CPU 的核心數則需連上 Intel 網站來查詢, 才能得知同級 CPU, 效能卻有差? 許多人認為同系列同等級的 CPU 效能一定一樣好, 其實同級的 CPU 有分桌機型筆電型等規格, 其中桌機型的效能通常較高, 例如 Intel Core i7 的桌機通常會比 Intel Core i7 的筆電執行速度快同學可以連上 CPU 廠商的網站, 來了解各系列 CPU 的效能與特色 82

第 5 章中央處理單元與主記憶體單元 2 多核心 CPU 的運作原理多核心 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 高圖 5-5 是以四核心 CPU 為例,

21 假設每 1 個核心在一時間內 ( 如機器週期 ) 只能進行 1 個運算, 四核心執行 3 次即可完成運算, 單核心則需花用更多的時間才能完成 ( 如右 ) 註時間 C1 C2 C3 C4 C5 單核 2 4 =8 7-2 =

7 第 5 章中央處理單元與主記憶體單元 2 多核心 CPU 的運作原理多核心 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 高圖 5-5 是以四核心 CPU 為例, 說明其運作原理將 4 個獨立的運算核心 ( 包含控制單元算術 / 邏輯單元快取記憶體及暫存器 ) 整合在一個 CPU (24) + (7-2) + (4/4) + (1+6) = 21 假設每 1 個核心在一時間內 ( 如機器週期 ) 只能進行 1 個運算, 四核心執行 3 次即可完成運算, 單核心則需花用更多的時間才能完成 ( 如右 ) 註時間 C1 C2 C3 C4 C5 單核 2 4 =8 7-2 = 5 4 / 4 = 1 1+6=7 8+5=13 四核 2 4 =8 7-2 =5 4 / 4 =1 1+6= = = = 21 算完囉! 還有好多要算圖 5-5 四核心 CPU 及運作示意圖多核心多 CPU vs. 多 CPU 若以廚房來比喻 CPU, 多核心 CPU 就像是一個廚房裡有多位廚師, 可同時烹煮多道菜, 烹煮速度自然比一個廚房裡只有 1 位廚師 ( 單核心 ) 來得快目前市售個人電腦的 CPU 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註 C1 代表第 1 個 clock( 時脈 ),C2 代表第 2 個 clock, 以此類推 83

單元記憶統測這樣考 ( )39. 列關微處理器的敘述, 何者正確? () 時脈 (clock) 是時計算機概論脈頻率 (clock frequency) 的倒數 () 位址暫存器可用以存放各種狀態或運算的結果 (C) 相較於多核心微處理器, 單核心微處理器更適合多工環境 () 執行週期 (execution cycle) 包括擷取解碼執行㆔個主要步驟 [101] 5-1.

3 ns ()3 ns (C)30 ns ()300 ns [101] 在購買 CPU 時, 我們應注意標示在產品包裝盒上的名稱速率及快取記憶體容量等 1 3 項主要規格 ( 圖 5-6): 時脈頻率 :100MHz = = 速率 100 10 6 10 10-9 秒名稱 i7-4790k, 4 GHz, 8M Cache, LG1150 Product Code: X8646I74790K

8 單元記憶統測這樣考 ( )39. 列關微處理器的敘述, 何者正確? () 時脈 (clock) 是時計算機概論脈頻率 (clock frequency) 的倒數 () 位址暫存器可用以存放各種狀態或運算的結果 (C) 相較於多核心微處理器, 單核心微處理器更適合多工環境 () 執行週期 (execution cycle) 包括擷取解碼執行㆔個主要步驟 [101] CPU 的規格 ( C )45. 某微處理器時脈頻率為 100 MHz, 假設執行 1 個指令需要 3 個時脈, 則執行該指令需要多少時間? ()0.3 ns ()3 ns (C)30 ns ()300 ns [101] 在購買 CPU 時, 我們應注意標示在產品包裝盒上的名稱速率及快取記憶體容量等 1 3 項主要規格 ( 圖 5-6): 時脈頻率 :100MHz = = 速率秒名稱 i7-4790k, 4 GHz, 8M Cache, LG1150 Product Code: X8646I74790K U P C S/N: E N Intel(R) Core(TM) i7-4790k Processor 圖 5-6 CPU 包裝盒上的規格標示快取記憶體容量 1 個指令須花用 :3 ( ) 秒 = 30 ns S-spec: SR219 MM#: atch#: L418C174 Made in Malaysia 名稱是指 CPU 的製造廠商及產品型號, 例如 Intel(R) Core(TM) i7-4790k Processor; 其中 Intel 代表廠商的名稱, 其餘的字元代表產品的型號速率是指 CPU 的時脈頻率 (clock rate), 俗稱為內頻 (internal clock), 目前多半以 GHz(Giga Hertz, 十億次赫茲 ) 為單位以 4GHz 的 CPU 為例, 其內部的石英震盪器每秒會產生 40 億次的震盪 ( 圖 5-7), 1 每震盪一次所花用的時間約為 0.25 奈秒 ( 秒 ) 石英震盪器產生一次震盪所花用的時間稱為時脈週期 (clock cycle), 時脈週期越短,CPU 的處理速度越快 1 秒內有 40 億次震盪擷取儲存執行解碼控制單元體算術 / 邏輯 84 圖 5-7 4GHz 的 CPU 時脈頻率示意圖 1 次震盪圖 5-3 中,CPU 執行一個指令通常需花用 1 次或多次震盪的時間

9 第 5 章中央處理單元與主記憶體單元 2 快取記憶體容量目前市售的 CPU 通常都內建有 1M ~ 12M 的快取記憶體內頻與外頻些伺服器使用的 CPU 已內建高達 45M 的快取記憶體由於 CPU 運作速度不斷提昇, 週邊設備的速度無法跟上, 只好採用不同的時脈頻率來運作內頻指的是 CPU 內部的時脈頻率 ; 而外頻 (external clock) 指的是 CPU 與晶片組之間的資料傳輸頻率, 在 CPU 出廠時即已設定內頻與外頻之間的倍數, 這個倍數稱為倍頻係數 (clock multiplier factor) 這 3 者間的關係為內頻 = 外頻倍頻係數影響 CPU 效能的因素影響 CPU 效能的因素, 除了核心數之外, 還包含時脈頻率字組的大小快取記憶體的大小採用的指令集等因素 : 時脈頻率 CPU 的時脈頻率是衡量電腦執行速率的主要指標, 通常 CPU 的時脈頻率越高, CPU 在每一單位時間所能處理的指令數量就越多, 電腦執行速度也就越快字組的大小註字組 (word) 是 CPU 一次能處理的資料量, 也就是一般用途暫存器的位元數, 單位為位元 (bit); 一般來說, 字組越大 CPU 的處理效能越好市售的 64 位元電腦, 即是指 CPU 的字組大小為 64 位元快取記憶體的大小快取記憶體是設計用來存放常被 CPU 使用的資料或指令, 容量越大,CPU 的執行效能通常越高採用的指令集指令集是指 CPU 所能執行的所有運算指令的組合採用複雜指令集 (Complex Instruction Set Computing, CISC) 的 CPU, 內建的指令較多, 但 CPU 中的電路設計較複雜, 因此指令的執行速度較慢 ( 如 Intel Core i 系列 ) 註字組的大小, 早期常以資料匯流排寬度來決定, 其實應該以一般用途暫存器的位元數來衡量才正確 85

10 計算機概論採用精簡指令集 (Reduced Instruction Set Computing, RISC) 的 CPU, 內建的指令較少但功能單純,CPU 中的電路設計較簡單, 因此指令的執行速度較快 ( 如 iphone 使用的系列 CPU); 不過若執行到非內建的指令時, 則需組合數個內建指令來完成工作, 執行速度可能較 CISC 的 CPU 慢表 5-2 是 CISC 與 RISC 的比較表 5-2 CISC vs. RISC 種類型號代表單一指令長度指令集數目單一指令執行速度 CISC Intel Core i 系列較長 ( 長度不一 ) 較多較慢 RISC pple 系列較短 ( 長度固定 ) 較少較快 1. 一般衡量電腦執行速率, 主要是比較下列哪一個單元? () 輸入單元 () 輸出單元 (C) 記憶單元 () 中央處理單元統 2. 暫存器 (register) 是在電腦的哪一個單元中? () 輸入單元 () 中央處理單元 (C) 記憶單元 () 輸出單元統 3. CPU 欲至主記憶體中存取資料, 必先將所欲存取之位址存入下列何者之中? () 控制單元 () 資料暫存器 (C) 輸出或輸入單元 () 位址暫存器公 C 4. 下列何種技術即所謂雙核心 (dual core) 技術? () 將 2 個微處理器安裝於同一主機板內 () 將南橋晶片及北橋晶片製作在同一晶片內 (C) 將 2 個運算核心安置在同一微處理器內 () 將 L1 及 L2 快取記憶體製作在同一晶片內公 5. 下列哪一種單位是用來表示 CPU 的執行速度? ()GHz ()CPS (C)LPM ()Mytes 6. CPU 執行指令包含擷取解碼執行儲存等 4 個步驟 7. 若某 CPU 的執行速度為 5 MIPS, 則執行 5 百萬個指令共需花費 1 秒 7. 5 MIPS 表每秒可執行 5 百萬個指令 5-2 主記憶體統測這樣考 ( C )12. 電腦要執行任何軟體, 首先要將可執行碼載入到列何種儲存媒體? () 輔助記憶體 ()LU (C) 主記憶體 ()cache [99] 在日常生活中, 對於需要短暫記憶的事物 ( 如某個商品的價格 ) 通常會默記在大腦中, 對於需要長久記憶的事物 ( 如全班同學的聯絡電話 ), 則通常會記錄在筆記本中電腦的記憶體是電腦存放程式和資料的地方, 可分為用來儲存暫時性資料的主記憶體 (main memory, 又稱內部記憶體 ), 與用來儲存長久性資料的輔助記憶體 (secondary memory, 又稱外部記憶體 ) 兩大類 ( 圖 5-8) 86

記憶體第 5 章中央處理單元與主記憶體單元 2 主記憶體輔助記憶體 RM ROM 軟碟硬碟光碟隨身碟 RM SRM C V 藍光圖 5-8 記憶體的分類主記憶體分為隨機存取記憶體

1 隨機存取記憶體統測這樣考 ( )9. 列關 RM( 隨機存取記憶體 ) 的敘述何者正確?

當電腦關機時, 這些資料就會隨著電源一起消失, 因此又稱為揮發性記憶體 (volatile memory) 市售的隨機存取記憶體大多製作成記憶體模組 (RM module) 的型式 ( 圖 5-9)

11 記憶體第 5 章中央處理單元與主記憶體單元 2 主記憶體輔助記憶體 RM ROM 軟碟硬碟光碟隨身碟 RM SRM C V 藍光圖 5-8 記憶體的分類主記憶體分為隨機存取記憶體 (Random ccess Memory, RM) 及唯讀記憶體 (Read Only Memory, ROM) 兩大類, 分別說明如下 ; 有關輔助記憶體的部分, 將在下一章介紹隨機存取記憶體統測這樣考 ( )9. 列關 RM( 隨機存取記憶體 ) 的敘述何者正確? ()RM 可以写入 ()RM 屬於非揮發性記憶體 (C)RM 專門用來存放開機系統程式 ()RM 的料在電腦關閉後不會消失 [100] 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, 這些資料就會隨著電源一起消失, 因此又稱為揮發性記憶體 (volatile memory) 市售的隨機存取記憶體大多製作成記憶體模組 (RM module) 的型式 ( 圖 5-9) 筆記型電腦用一顆記憶體晶片桌上型電腦用圖 5-9 記憶體模組條狀的銅色金屬即為針腳 (pin), 插入插槽後與主機板電路連接 (courtesy of 旗標 ) 隨機存取記憶體依製作元件的電子特性, 又可分為動態隨機存取記憶體 (ynamic RM, RM) 及靜態隨機存取記憶體 (Static RM, SRM) 兩種 : 87

計算機概論 RM RM 必須持續充電更新, 儲存於其內的資料才不會消失, 所以被稱為動態隨機存取記憶體當我們在購買個人電腦時,

容量越來越大, 存取速度也越來越快目前主流的記憶體模組為 R3, 而新版本的 R4 容量更大耗電量更低, 且傳輸速度更快,

為 240pin 防呆缺口, 不同版本的 R RM 防呆缺口位置不同 R3 圖 5-10 RM 記憶體模組 SRM SRM

常被用來作為快取記憶體統測這樣考 ( )34. 主機板或 CPU 內的快取記憶體, 通常採用列哪㆒種記憶體?

SRM 項目 RM SRM 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單位價格便宜較貴 () 靜態隨機存取記憶體

12 計算機概論 RM RM 必須持續充電更新, 儲存於其內的資料才不會消失, 所以被稱為動態隨機存取記憶體當我們在購買個人電腦時, 所看到的記憶體規格通常指的就是 RM 的規格 R4 概覽 ( 網頁 ) RM 從 SRM R R2 R3 發展至今的 R4, 容量越來越大, 存取速度也越來越快目前主流的記憶體模組為 R3, 而新版本的 R4 容量更大耗電量更低, 且傳輸速度更快, 預期未來將會用在筆電桌機等產品上 R4 284pin 主要用於伺服器, 288pin 主要用於㆒般電腦 R4 為 284pin, R3 為 240pin 防呆缺口, 不同版本的 R RM 防呆缺口位置不同 R3 圖 5-10 RM 記憶體模組 SRM SRM 不需持續充電更新, 即可保存儲存於其內的資料, 所以被稱為靜態隨機存取記憶體此種記憶體的製作成本較高存取速度較快, 常被用來作為快取記憶體統測這樣考 ( )34. 主機板或 CPU 內的快取記憶體, 通常採用列哪㆒種記憶體? 表 5-3 為 RM 與 SRM 的比較表 5-3 RM vs. SRM 項目 RM SRM 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單位價格便宜較貴 () 靜態隨機存取記憶體 (SRM) () 動態隨機存取記憶體 (RM) (C) 快閃記憶體 (Flash ROM) () 可程式化唯讀記憶體 (PROM) [101] 88 RM 和 SRM 斷電後料都會消失, 差別在 RM 須週期性充電才能保持料, 而 SRM 只要保持通電, 料即不會消失

第 5 章中央處理單元與主記憶體統測這樣考 ( C )6. 電腦的基本輸入 / 輸出系統 (IOS) 屬於列何者選項? 5-2.

因儲存於其內的資料不會隨電腦電源的關閉而消失, 又被稱為非揮發性記憶體 (nonvolatile memory);

5-11 IOS 晶片 (courtesy of 旗標 ) 韌體 (firmware) 是指利用微程式規劃 (Micro-programming)

記憶體廠商研發出下列數種可以修改內容的 ROM: 可程式唯讀記憶體 (Programmable Read Only Memory, PROM):

Memory, EPROM): 可利用紫外線的照射來刪除或寫入資料 ( 多次 ) 電子可抹除可程式唯讀記憶體 (Electrically Erasable

因此被廣泛地運用在智慧型手機智慧卡隨身碟記憶卡等產品上 ( 圖 5-12) 智慧型手機內建有快閃記憶體悠遊卡的料即是儲存在 EEPROM

14 第 5 章中央處理單元與主記憶體統測這樣考 ( C )6. 電腦的基本輸入 / 輸出系統 (IOS) 屬於列何者選項? 唯讀記憶體 () 報表軟體 () 套裝軟體 (C) 韌體 () 作業系統 [101] 唯讀記憶體是一種只能讀取而不能寫入資料的記憶體, 因儲存於其內的資料不會隨電腦電源的關閉而消失, 又被稱為非揮發性記憶體 (nonvolatile memory); 此種記憶體通常用來存放永久性的程式或資料, 例如個人電腦主機板上的 ROM, 常用來存放 IOS 開機程式 ( 圖 5-11) - 韌體單元 2 圖 5-11 IOS 晶片 (courtesy of 旗標 ) 韌體 (firmware) 是指利用微程式規劃 (Micro-programming) 技術, 將軟體程式以硬體電路的方式儲存於 ROM 中早期的 ROM 出廠後就無法再寫入資料, 後來為因應市場需求, 記憶體廠商研發出下列數種可以修改內容的 ROM: 可程式唯讀記憶體 (Programmable Read Only Memory, PROM): 可利用專用燒錄機將資料寫入 ROM 中, 但是只能寫入一次可抹除可程式唯讀記憶體 (Erasable Programmable Read Only Memory, EPROM): 可利用紫外線的照射來刪除或寫入資料 ( 多次 ) 電子可抹除可程式唯讀記憶體 (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory, EEPROM): 可利用電流訊號來刪除或寫入資料, 過程較 EPROM 方便統測這樣考 ( )14. 列哪㆒種記憶體, 用於製作 US 隨身碟? 快閃記憶體 (flash memory): 也是利用電流訊號來刪除或寫入資料, 但其讀寫速度較 EEPROM 快, 且製作成本較低, 因此被廣泛地運用在智慧型手機智慧卡隨身碟記憶卡等產品上 ( 圖 5-12) 智慧型手機內建有快閃記憶體悠遊卡的料即是儲存在 EEPROM ()RM ()Flash memory (C)SRM ()PROM [101] 記憶卡隨身碟搞怪隨身碟 ( 網頁 ) 智慧卡統測這樣考 ( C )6. 關於快閃記憶體 (flash memory) 的敘述, 列何者不正確? 圖 5-12 內建有快閃記憶體的產品 () 電源消失料仍然存在 () 記憶體的料可以被重複讀写 (C) 必須利用紫外線的照射才能刪除料 () 可以應用在隨身碟或記憶卡 [100] 89

16 計算機概論各類記憶體存取速度及容量比較不同記憶體的存取速度及容量有所不同, 如圖 5-13 所示統測這樣考 ( )4. 列敘述何者正確? () 暫存器是㆒種主記憶體 () 唯讀記憶體是㆒種主記憶體 (C) 快取記憶體是㆒種輔助記憶體 () 隨機存取記憶體是㆒種輔助記憶體 [100] ( )5. 列哪㆒種記憶體的存取速度最慢? () 暫存器 () 快取記憶體 (C) 靜態隨機存取記憶體 () 動態隨機存取記憶體 [100] 圖 5-13 各類記憶體存取速度及容量比較暫存器 L1 L2 L3 速度 RM ROM 註隨身碟硬碟光碟快 CPU L1 L2 L3 小暫存器 L1 L2 L3 容量 ROM RM 隨身碟光碟硬碟慢大為什麼使用 flash memory 製作而成的隨身碟比 ROM 的存取速度慢呢? 這是因為隨身碟是透過 US 連接埠來與電腦連接, 因此其傳輸速度會受到 US 連接埠的限制 1. 下列記憶體類型中, 哪一種需要週期性充電? () 快閃記憶體 () 唯讀記憶體 (C) 靜態隨機存取記憶體 () 動態隨機存取記憶體統 C 2. 下列關於 RM( 動態隨機存取記憶體 ) 與 SRM( 靜態隨機存取記憶體 ) 的敘述, 何者正確? ()RM 不需要充電 ()RM 比 SRM 貴 (C)SRM 速度較 RM 速度快 ()RM 是一種輔助記憶體 2. RM 需要持續充電, 價格較 SRM 便宜, 屬於主記憶體 3. 下列何者為快取記憶體 (cache memory) 所使用之元件? ()SRM ()RM (C)EPROM ()EEPROM 統 C 4. 下列何種記憶體, 具有可重複讀寫, 以及電源關閉時資料仍保留的特性? ()RM ()SRM (C)flash memory ()PROM 5. 請問下列之記憶體中, 何者存取資料之速度最快? () 快取記憶體 () 唯讀記憶體 (C) 隨機存取記憶體 () 輔助記憶體 5. 料存取速度比較 : 快取記憶體 > 隨機存取記憶體 > 唯讀記憶體 > 輔助記憶體 6. 記憶體是電腦存放程式和資料的地方, 可以概分為用來儲存暫時性資料的主記憶體與用來儲存長久性資料的輔助記憶體兩大類 7. ROM 是主記憶體的一種, 電腦的電源關閉後, 儲存於其內的資料不會消失 90 註隨身碟的存取速度會依其使用的 US 介面不同而有差異, 一般而言速度的快慢比較為 :US 3.0 隨身碟 > 硬碟 > US 2.0 隨身碟另隨身碟的容量規格有很多, 容量較大者甚至可能大於光碟或硬碟目前主流的規格應為 ST-3 硬碟 (6 Gbps)> US 3.0 隨身碟 (5 Gbps)> US 2.0 隨身碟 (480 Mbps)

17 MENU 5-1 選擇題 1. 高雄六龜鄉為了成立社區數位機會中心 (digital opportunity center), 打算將原社區教室的電腦全數移轉至該中心如果你是數位機會中心的電腦管理員, 為了要提升這些電腦的執行效能, 下列何者最不可能是你考慮要更換的設備或元件? ()CPU () 主記憶體 (C) 顯示卡 () 鍵盤 C C 2. 下列何者是中央處理單元中用來存放常用的指令或資料? () 快取記憶體 () 算術邏輯單元 (C) 控制單元 () 暫存器 3. CPU 的組成除了 LU 及 CU 之外, 還包含下列哪些元件? 1cache memory 2flash memory 3register 4EEPROM ()12 ()24 (C)13 ()34 4. 可反應微處理機運算狀態或改變微處理機操作模式的暫存器是? () 累積器 (accumulator) () 旗標暫存器 (flag register) (C) 指令暫存器 (instruction register) () 程式計數器 (program counter) 統 5. 微處理機中有一個暫存器主要用來存放將要執行的指令位址, 這個暫存器是 () 位址暫存器 () 指令暫存器 (C) 堆疊指示器 () 程式計數器統 6. 請問 CPU 執行一個指令的過程稱為? () 機器週期 (machine cycle) () 指令週期 (instruction cycle) (C) 執行週期 (execution cycle) () 等待週期 (wait cycle) 7. 中央處理器 (CPU) 在處理指令時, 運作的先後步驟依序為 : () 擷取解碼儲存執行 () 解碼擷取執行儲存 (C) 擷取執行解碼儲存 () 擷取解碼執行儲存統 8. MIPS 為下列何者之衡量單位? ()CPU 之處理速度 () 印表機之印字速度 (C) 螢幕之解析度 () 磁碟機之讀取速度乙 9. 從日本紅回台灣的 htc utterfly 蝴蝶機, 其內建的 CPU 聲稱只需花用 0.66ns( 奈秒 ), 即可在 1 個時脈週期內處理一個指令工作請根據以上的敘述, 判斷此款 CPU 的時脈頻率為何? ()100MHz ()500MHz (C)1GHz ()1.5GHz 9. 時脈頻率為次震盪 = 1.5 GHz 10. 遊戲機 Xbox 360 內建的 Xenon 處理器, 其運算能力可達 2 MIPS 假設有一款遊戲, 每一個畫面的呈現需執行 2 千萬個指令的工作, 請問此遊戲機大約需花用多少時間才能呈現一個畫面? ()1 秒 ()10 秒 (C)1 分鐘 ()10 分鐘 MIPS 表每秒可執行 2 百萬個指令, 若要執行 2 千萬個指令的工作, 只需 10 秒即可完成 11. 某 CPU 平均執行一個指令需的時間為 10ns, 則 CPU 的執行速度為 : ()100MIPS ()10MIPS (C)1MIPS ()20MIPS 11. 某 CPU 平均執行 1 個指令需要 10 ns, 表該 CPU 的執行速度為 1 = = = 100MIPS 聯想推出搭載 Intel Core i5-3317u 1.7GHz CPU 的變形筆電, 這種筆電的螢幕可以 360 度翻轉, 變身為平板電腦請根據以上敘述判斷下列何者正確? ()Intel 為 CPU 的產品型號 ()Core i5-3317u 為 CPU 的製造廠商 (C)CPU 的時脈頻率為 1.7GHz () 石英震盪器每秒震盪 1.7 億次 12. Intel 為 CPU 的廠牌稱 ;Core i5-3317u 為 CPU 的型號 ; 石英震盪器每秒震盪 17 億次 13. 靖元想將使用兩年的 pple PowerMac 電腦上網拍賣, 為了吸引網友的注意, 他在產品說明頁面寫著 PowerMac G5 採用 RISC 架構, 執行效能較採用 CISC 架構的一般 PC 佳下列有關 RISC 與 CISC 架構的比較, 何者有誤? ()RISC 內建指令功能較單純 ()RISC 內建指令執行速度較慢 (C) 通常 RISC 電路設計成本較低 ()RISC 執行所需指令週期較短 91

18 MENU 5-2 C 14. iphone 5 手機採用 pple 6 處理器, 蘋果公司宣稱, 該處理器的效能比上一代 5 處理器強一倍請問下列何者, 最不可能是影響處理器效能的因素? () 快取記憶體 () 時脈頻率 (C) 核心數 () 電壓 15. 某一 64 位元的個人電腦, 其一個字組 (word) 有 : ()4 個位元組 ()64 個位元組 (C)8 個位元組 ()64 個字組公 16. 為了減少對主記憶體的存取次數, 以提昇電腦整體執行速度, 個人電腦的快取記憶體 (cache memory) 通常以下列何者為材質? ()RM ()EPROM (C)ROM ()SRM 統 17. 報導指出 R3 記憶體模組技術較先進, 資料傳輸速度快, 且較不消耗電力, 因此許多電腦廠商將改採 R3 作為主記憶體請問 R3 記憶體是以下列哪種元件製作而成? ()SRM ()RM (C)PROM ()EPROM 18. 下列有關 RM 的敘述, 何者不正確? () 電源關閉後資料會消失 () 速度比 ROM 快 (C)RM 可分為 SRM 與 RM 兩種 () 又稱為非揮發性記憶體 18. RM 又稱揮發性記憶體 C 19. 下列何者是 SRM 優於 RM 的特點? () 密度較高 () 容量較大 (C) 不需持續充電更新 (refresh) () 價格較低 20. 下列關於 RM 與 SRM 的敘述, 何者不正確? ()RM 須經常充電更新 ()RM 常用來製成快取記憶體 (C)SRM 存取速度較快 ()SRM 的製作成本較高 20. SRM 常用來製成快取記憶體 21. 下列關於隨機存取記憶體 (RM) 的敘述, 何者正確? () 隨機存取記憶體的容量越大, 速度越快 () 隨機存取記憶體的速度, 比輔助記憶體快 (C) 動態隨機存取記憶體 (RM) 的速度, 比靜態隨機存取記憶體 (SRM) 快 () 動態隨機存取記憶體 (RM) 的價格, 比靜態隨機存取記憶體 (SRM) 貴統 21. SRM 的速度較 RM 快, 其價格也較 RM 昂貴 22. 正在使用中的 WOR 檔案一般都暫存在何處? ()ROM ()RM (C)H ()FLOPPY 公 23. 將軟體程式利用硬體電路方式儲存於 ROM PROM 或 EPROM 中, 此種微程式規劃 (microprogramming) 之技術, 我們稱之為 () 硬體 () 軟體 (C) 媒體 () 韌體乙 24. IOS(asic Input/Output System) 是儲存在下列哪一種記憶體中? () 隨機存取記憶體 () 唯讀記憶體 (C) 輔助記憶體 () 快取記憶體 25. 民眾只要持悠遊卡在台鐵剪票口刷卡, 就可以進入月台搭車, 且可隨時在全家超商等處利用儲值設備進行悠遊卡的加值請問悠遊卡最可能是利用下列哪一種元件來儲存資料? ()RM ()flash memory (C)PROM ()H 26. 一般非硬碟型式的隨身碟採用何種記憶體? ()RM ()ROM (C)SRM ()flash memory 統 27. 請問下列記憶體中, 哪些記憶體可重複寫入資料? 1EPROM 2EEPROM 3PROM 4flash memory ()124 ()134 (C)234 () 下列有關記憶體的敘述, 何者不正確? () 暫存器的存取速度比快取記憶體快 () 主記憶體的容量比快取記憶體大 (C) 主記憶體是安裝在主機板上 () 快取記憶體電源關閉後資料會保留統 28. 快取記憶體的料在電源關閉後就會消失

19 C C 29. 大雄在光華商場買了一部桌上型電腦, 此機配備了如選項中的四種記憶或儲存裝置, 請問它們中何者之存取速度最快? () 快取記憶體 (cache) () 輔助記憶體 - 光碟 (V-ROM) (C) 主記憶體 (RM) () 輔助記憶體 - 硬碟 (H) 30. 下列哪一種記憶裝置, 其資料儲存容量最小, 但其資料存取速度最快? () 隨機存取記憶體 (RM) () 快取記憶體 (cache) (C) 暫存器 (register) () 硬碟 (hard disk drive) 統 30. 料存取速度比較 : 暫存器 > 快取記憶體 > 隨機存取記憶體 > 硬碟 31. 下列各式記憶體中, 讀寫速度比 L3 cache 慢的有幾項? 1register 2L2 cache 3RM 4flash memory 5H ()5 項 ()4 項 (C)3 項 ()2 項 32. 學校最近採購了一批新款的電腦設備, 其規格清單如下請根據規格清單內容, 判斷以下敘述何者錯誤? ()CPU 的速率為 3.2GHz () 快取記憶體容量為 4G (C) 主記憶體容量為 4G () 硬碟容量為 500G 32. 快取記憶體 (cache) 的容量應為 12 M 中央處理器 :Intel Core i7-3930k Processor(12M Cache, 3.20 GHz) 記憶體 :4G R 3 硬碟 :500 G( 含 ) 以上,7200 RPM( 含 ) 以上,ST Ⅱ 光碟機 :24 倍數 V 光碟機 33. 有關電腦軟硬體知識的描述, 下列何者正確? ()1G = 1000M ()CPU 是作業系統, 可被視為電腦的心臟 (C)EEPROM 是唯讀記憶體, 只能讀取資料, 無法寫入資料 ()SRM 的存取速度較 RM 快 G = 1,024 M;CPU 屬於硬體非作業系統 ; EEPROM 可利用電流訊號來刪除或写入料 34. 斯薇買了一部新電腦, 準備汰換家中那部已使用七年多的舊電腦若將新電腦與舊電腦相比, 請問下列關於新電腦的敘述何者最可能錯誤? () 主記憶體容量較小 () 耗電量較少 (C) 運算速度較快 () 體積較小 35. 電子計算機發展至今, 下列敘述何者有誤? () 硬體設備體積越來越大 ()CPU 執行速度越來越快 (C) 記憶體容量越來越大 () 記憶體存取時間越來越短多元練習題 1. 假設你要買一顆 CPU, 要如何查詢 CPU 的規格與價格呢? 請連上光華商場網站 ( arclink.com.tw/), 找到你想購買的 CPU, 並將相關資訊填入下列空格型號 : Intel-Core i7-990x 速率 : 3.46 GHz 核心數 : ㈥快取記憶體 :( 種類 ) L3 ( 容量 ) 12 M 價格 : 32,200元 2. 下列哪些儲存裝置會因電源關閉而使其存放的資料消失, 請在空格處打勾 a. 隨機存取記憶體 (RM) e. 暫存器 (register) b. 唯讀記憶體 (ROM) f. 快閃記憶體 (flash memory) c. 硬碟 g. 光碟 d. 快取記憶體 (cache) 93

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03243AA_CH04.indd 資訊科技概論 CHAPTER 4 中央處理單元與主記憶體類是萬物之靈, 主因在於我們有顆能思考計算記憶等的 " 大腦 " 人電腦也有 " 大腦 "-CPU, 讓它也能榮登萬機 ( 機器 ) 之王寶座 4-1 中央處理單元 -CPU CPU 是電腦進行資料處理及運算的主要元件, 也是整部電腦運作的核心電腦處理速度的快慢, 關鍵就在於 CPU 的效能 4-1.1 CPU 的功能及結構 CPU