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第 3 章 電 腦 系 統 單 元
3-1 CPU
3-2 主 機 板
3-3 介 面 卡
3-4 主 記 憶 體
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3-1 CPU
CPU 發 展 簡 史
Pentium 4( 或 稱 P4) 處 理 器 是 相 當 常 見 的 CPU, 採 用
了 多 項 Intel 的 獨 家 技 術 ( 例 如 超 執 行 緒 ), 能 有 效
提 昇 CPU 的 運 算 效 能 。 至 於 英 特 爾 IA-64 架 構
Itanium 為 英 特 爾 第 一 顆 64 位 元 處 理 器 , 具 備 有 超
大 容 量 的 第 三 層 快 取 記 憶 體 。Itanium 2 是 Itanium
的 下 一 代 CPU, 也 是 採 用 IA-64 架 構 的 微 處 理 器 , 由
HP 與 Intel 所 共 同 研 發 。
Intel 的 Pentium 最 新 的 處 理 器 用 D 來 代 號 , 稱 為
Pentium D, 是 64 位 元 的 雙 核 心 處 理 器 。
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3-1 CPU
多 核 心 的 主 要 精 神 就 是 將 多 個 獨 立 的 微 處 理 器 封 裝
在 一 起 , 使 得 效 能 提 升 不 再 依 靠 傳 統 的 工 作 時 脈 速
度 , 而 是 平 行 處 理 的 技 術 。 我 們 知 道 CPU 的 發 展 一
直 往 更 高 的 工 作 時 脈 進 行 作 業 , 然 而 當 已 經 到 達 理
論 的 實 體 限 制 時 , 則 必 須 朝 多 處 理 核 心 發 展 。
Intel 在 2008 年 底 時 發 了 表 全 新 的 桌 上 型 電 腦 平 臺
處 理 器 ──Core i7, 採 用 了 更 快 速 的 智 慧 型 多 核
心 技 術 。 將 取 代 目 前 名 為 「Core 2 Duo」 的 Penryn
微 架 構 處 理 器 , 這 是 一 款 採 用 革 命 性 全 新 架 構 的
Core i7 處 理 器 。
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3-1 CPU
暫 存 器
一 般 暫 存 器
1. AX(Accumulator)
「 累 加 器 」, 除 了 可 以 用 來 存 放 運 算 結 果 之 外 , 它 也
用 來 作 為 對 外 資 料 傳 輸 所 用 。
2. BX(Base)
「 基 底 暫 存 器 」, 一 般 作 為 定 址 法 中 的 基 底 所 用 。
3. CX(Count)
「 計 數 暫 存 器 」, 一 般 作 為 迴 圈 或 字 串 處 理 的 計 數 所
用 , 簡 單 的 說 , 就 是 將 欲 執 行 的 次 數 存 放 在 CX 中 , 直
到 CX 遞 減 至 某 一 條 件 成 立 時 , 迴 圈 才 會 結 束 。
4. DX(Data)
「 資 料 暫 存 器 」, 一 般 作 為 存 放 資 料 或 I/O 位 址 所 用 。
另 外 , 它 也 可 以 與 AX 暫 存 器 配 合 , 用 來 作 字 組 資 料 的
乘 法 與 除 法 所 用 。
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3-1 CPU
區 段 暫 存 器 : 是 用 來 指 定 各 種 位 址 區 段 所 用 , 因 為
在 可 執 行 檔 的 內 部 , 它 被 分 成 四 個 重 要 的 區 段 , 其
各 區 段 的 位 址 則 分 別 利 用 「CS」(Code
Segment)、「DS」(Data Segment)、「SS」
(Stack Segment) 及 「ES」(Extra Segment) 來
代 表 。 而 區 段 暫 存 器 內 的 值 便 是 用 來 存 放 這 些 區 段
的 位 址 。 如 下 圖 所 示 :
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3-1 CPU
指 位 暫 存 器
其 中 IP(Instruction Pointer) 稱 為 「 指 令 指 標 暫 存
器 」, 主 要 是 用 來 存 放 下 一 個 執 行 指 令 的 位 址 。 而 SI
(Source Index) 稱 為 「 來 源 索 引 暫 存 器 」, 主 要 是
在 字 串 運 算 中 使 用 , 它 被 當 作 來 源 字 串 的 索 引 指 位 。
至 於 DI(Destination Index) 稱 為 「 目 的 索 引 暫 存
器 」, 主 要 也 是 在 字 串 運 算 中 使 用 , 它 被 當 作 目 的 字
串 的 索 引 指 位 。
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3-1 CPU
旗 標 暫 存 器
是 一 個 16 位 元 的 暫 存 器 , 它 的 功 能 用 途 與 其 它 的 暫
存 器 大 不 相 同 , 每 一 個 位 元 都 是 獨 位 使 用 。16 個 位
元 中 , 第 0、2、4、6、7、11 位 元 是 屬 於 狀 態 旗 標 ;
第 8、9、10 位 元 是 屬 於 控 制 用 旗 標 , 而 剩 下 其 它 的
位 元 則 是 保 留 不 使 用 。
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3-1 CPU
快 取 記 憶 體
也 是 記 憶 體 層 次 最 高 , 速 度 最 快 主 要 的 功 能 在 協 調
CPU 和 主 記 憶 體 間 的 存 取 速 度 差 , 因 為 透 過 快 取 記
憶 體 來 事 先 讀 取 CPU 可 能 需 要 的 資 料 , 可 避 免 主 記
憶 體 與 速 度 更 慢 的 輔 助 記 憶 體 的 頻 繁 存 取 資 料 , 有
助 於 電 腦 處 理 指 令 和 資 料 的 速 度 。
目 前 的 快 取 記 憶 體 分 為 L1、L2、L3, 存 取 速 度
L1>L2>l3。
L1 是 直 接 內 建 於 CPU 晶 片 , 容 量 很 小 。
L2 的 容 量 較 大 , 也 是 內 建 於 CPU 晶 片 , 玩 家 口 中 的
快 取 記 憶 體 多 半 是 指 L2,L3 的 容 量 又 比 L2 還 大 ,
由 於 快 取 記 憶 體 的 造 價 較 高 , 所 以 一 般 皆 只 安 裝
512KB~1MB 的 Cache。
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3-1 CPU
指 令 週 期
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3-1 CPU
工 作 時 脈
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3-1 CPU
CPU 針 腳
對 於 不 同 系 列 CPU 的 腳 位 及 插 槽 介 面 並 不 相 同 ,
必 須 與 主 機 板 上 的 CPU 插 座 吻 合 。
通 常 有 兩 種 方 式 , 其 中 插 座 式 (Slot) 的 設 計 是 為
了 讓 處 理 器 能 擁 有 更 多 的 第 二 層 快 取 記 憶 體 , 所 以
採 用 與 處 理 器 分 離 的 設 計 。
至 於 插 槽 式 (Socket) 是 最 原 始 的 接 觸 介 面 , 也 是
最 適 合 處 理 器 的 插 座 方 式 , 例 如 Intel 的 Pentium 4
使 用 Socket 478, 而 AMD 的 Athlon 使 用 Socket
4。
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3-1 CPU
CPU 指 令 集
MMX(Intel 推 出 的 多 媒 體 延 伸 指 令 集 ): 由 英 特
爾 開 發 的 一 種 「 單 一 指 令 多 重 資 料 」(Single
Instruction, Multiple Data, SIMD) 多 媒 體 指 令 集 ,
利 用 浮 點 運 點 運 算 構 架 , 加 入 57 個 MMX 指 令 集 ,
來 強 化 影 像 、 聲 音 、 圖 形 的 處 理 功 。
3DNOW!(3D 繪 圖 技 術 指 令 集 ): 是 由 AMD 開 發
的 一 套 SIMD 多 媒 體 指 令 集 , 跟 MMX 差 不 多 , 只 是
多 了 一 些 3D 的 指 令 集 , 負 責 3D 處 理 的 繪 圖 工 作 ,
能 讓 畫 面 更 精 緻 與 真 實 , 減 輕 CPU 的 部 分 負 擔 。
SSE( 資 料 流 SIMD 延 伸 指 令 集 ): 是 於 1999 年
推 出 , 一 種 支 援 x86 架 構 的 SIMD 指 令 集 , 隨 後 在
2000 年 又 推 出 了 SSE2 指 令 集 , 及 2004 年 再 度 推 出
了 SSE3 指 令 集 。
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3-1 CPU
CPU 的 匯 流 排
通 常 匯 流 排 寬 度 與 CPU 有 關 , 寬 度 越 大 , 傳 輸 效
率 越 佳 。 至 於 「 匯 流 排 頻 寬 」(Bandwidth), 就
是 單 位 時 間 內 可 以 傳 輸 的 總 資 料 數 , 如 64 位 元 匯 流
排 一 次 可 傳 輸 64 位 元 。 它 也 是 檢 驗 匯 流 排 績 效 的 標
準 , 公 式 如 下 :
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3-1 CPU
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3-2 主 機 板
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3-2 主 機 板
晶 片 組
是 主 機 板 的 核 心 架 構 , 通 常 是 矽 半 導 體 物 質 構 成 ,
上 面 有 許 多 積 體 電 路 。
決 定 了 主 機 板 的 主 要 功 能 , 可 負 責 與 控 制 主 機 板 上
的 所 有 元 件 , 包 含 北 橋 晶 與 南 橋 晶 片 , 目 前 有
Intel、nVIDIA、AMD 等 廠 牌 。
CPU 主 要 是 負 責 運 算 , 而 晶 片 組 就 是 負 責 安 排 CPU
所 作 的 工 作 , 晶 片 組 必 須 和 CPU 配 合 , 所 以 主 機 板
必 須 和 CPU 同 一 級 。
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3-2 主 機 板
僑 晶 片 與 北 橋 晶 片 是 主 機 板 上 的 總 管 , 負 責 整 個 主
機 板 上 所 有 裝 置 . 元 件 間 的 溝 通 與 控 制 。
北 橋 晶 片 掌 管 主 要 負 責 控 制 CPU、 記 憶 體 和 AGP 顯
示 功 能 的 高 速 整 合 設 備 , 南 僑 晶 片 則 負 責 IDE、
SATA 等 輸 入 / 輸 出 (I/O) 裝 置 的 低 速 整 合 設 備 。
通 常 在 有 些 主 機 板 的 北 僑 晶 片 會 多 裝 一 個 散 熱 片 散
熱 用 。
記 憶 體 匯 流 排 介 於 記 憶 體 與 北 橋 晶 片
間 , 由 於 處 理 器 的 資 料 是 來 自 記 憶
體 , 因 此 它 的 寛 度 與 處 理 器 相 等 。
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3-2 主 機 板
連 接 埠 簡 介
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3-2 主 機 板
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3-2 主 機 板
新 一 代 連 接 埠 -USB 3.0
又 稱 為 SuperSpeed USB, 是 應 用 於 資 通 訊 產 品 隨
插 即 用 、 不 需 安 裝 程 式 的 傳 輸 介 面 新 規 格 。
USB 3.0 是 目 前 最 新 推 出 的 連 接 埠 , 比 USB 2.0 的
傳 輸 速 度 快 上 十 倍 之 多 , 最 高 可 達 400
Mbytes/second。
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3-3 介 面 卡
顯 示 卡
是 一 塊 連 結 到 主 機 板 上 的 電 路 卡 , 包 含 了 記 憶 體 、
電 路 , 顯 示 卡 能 夠 將 從 電 腦 傳 送 來 的 訊 號 轉 變 為 螢
幕 上 的 視 訊 , 它 能 夠 決 定 螢 幕 的 更 新 頻 率 、 色 彩 總
數 以 及 解 析 度 , 而 我 們 一 般 所 看 到 的 畫 面 除 了 取 決
於 螢 幕 之 外 , 顯 示 卡 的 優 劣 亦 佔 有 很 大 的 因 素 。
顯 示 卡 中 的 記 憶 體 稱 為 視 訊 記 憶 體 (Video RAM),
顯 示 卡 亦 可 直 接 內 建 於 主 機 板 上 , 如 此 一 來 可 以 降
低 成 本 。
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3-3 介 面 卡
音 效 卡
一 種 擴 充 卡 , 其 能 將 類 比 式 的 聲 音 訊 號 從 麥 克 風 傳
送 至 電 腦 並 轉 成 數 位 訊 號 , 使 電 腦 能 夠 儲 存 並 加 以
處 理 ; 相 對 的 , 也 能 將 數 位 訊 號 轉 回 成 類 比 訊 號 供
傳 統 式 喇 叭 播 放 。
現 今 音 效 卡 由 於 內 建 處 理 器 強 大 , 能 做 各 種 音 效 處
理 , 最 廣 為 人 知 的 莫 過 於 電 腦 合 成 音 樂 (Midi)。
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3-3 介 面 卡
網 路 卡
功 用 是 作 為 將 電 腦 資 料 轉 為 於 網 路 線 上 傳 輸 資 料 的
轉 換 設 備 , 讓 電 腦 間 可 以 互 相 連 線 , 共 享 資 源 。 一
般 網 路 卡 是 插 在 電 腦 主 機 板 的 插 槽 上 , 它 的 外 部 可
連 接 網 路 線 , 有 線 網 路 卡 會 有 一 個 RJ-45 的 插 孔 ,
提 供 網 路 線 連 接 連 線 設 備 。
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3-4 主 記 憶 體
隨 機 存 取 記 憶 體
DRAM
速 度 較 慢 、 元 件 密 度 高 , 但 價 格 低 廉 可 廣 泛 使 用 ,
也 是 消 費 者 經 常 購 買 來 做 為 主 記 憶 體 之 用 , 不 過 需 要
週 期 性 充 電 來 保 存 資 料 。
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3-4 主 記 憶 體
SRAM
存 取 速 度 較 快 , 但 由 於 價 格 較 昂 貴 , 不 需 要 週 期 性
的 為 記 憶 體 晶 片 充 電 來 保 存 資 料 , 通 常 只 用 於 特 殊 用
途 , 而 不 是 用 作 個 人 電 腦 的 主 記 憶 體 , 一 般 被 採 用 作
為 快 取 記 憶 體 。
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3-4 主 記 憶 體
唯 讀 記 憶 體
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