电脑的三个子系统CentralProcessingUnitCPUMainmemory.PPT

Figure 5.34 Status of cycle 3 機器週期3 Figure 5.35 Status of cycle 4 機器週期4 Figure 5.36 Status of cycle 5 機器週期5 範例一假設所要進行加法運算的資料均已經儲存在記憶體中。 本範例二則假設要進行加法運算的資料必須從輸入裝置讀取(READ)，而運算結果必須透過輸出裝置輸出(WRITE) 。 範例二(包含輸入與輸出的加法運算) 範例二(包含輸入與輸出的加法運算) 使用LOAD指令來讀取輸入資料 使用STORE指令來輸出資料 運算指令1至4從輸入裝置讀取資料 運算指令9至10將運算結果透過輸出裝置輸出. 範例二(包含輸入與輸出的加法運算)的程式 Figure 5.15 FireWire controller 電腦週邊裝置與匯流排如何互連 Figure 5.16 USB controller 電腦週邊裝置與匯流排如何互連 Addressing input/output devices (輸入輸出裝置的定址) 無論是從記憶體或者輸入輸出裝置讀寫資料， CPU皆使用相同的匯流排來進行。 只是使用的指令不同而已。 如果所要讀寫的資料位於記憶體中，資料會在記憶體與CPU之間移轉。 如果所執行的讀寫指令指向輸入輸出裝置，資料會在輸入輸出裝置與CPU之間移轉。 有兩種處理輸入輸出裝置位址的方法: isolated I/O and memory-mapped I/O. Figure 5.17 Isolated I/O addressing 輸入輸出裝置定址的方法一: isolated I/O Figure 5.18 Memory-mapped I/O addressing 輸入輸出裝置定址的方法一: Memory-mapped I/O 5-6 程式如何執行(PROGRAM EXECUTION) 何謂程式? 程式由某一個集合的指令所構成用來處理資料 機器週期(Machine cycle) CPU使用機器週期來執行指令 一個簡單的機器週期由三個階段所構成: fetch, decode and execute Figure 5.19 The steps of a cycle Input/output operation輸入/輸出的運作 電腦需要執行指令以將資料從I/O裝置移轉到CPU以及 and記憶體。 由於I/O裝置的速率遠低於CPU以及記憶體，CPU 的運作必須以某種方法與輸入∕輸出設備達到同步。 有三種方法被設計來達成同步：程式化 I/O、中斷驅動 I/O 及直接記憶存取（DMA）。 Programmed I/O(程式化 I/O) Interrupt driven I/O(中斷驅動 I/O) Direct memory access (DMA)(直接記憶體存取) Figure 5.20 Programmed I/O Programmed I/O(程式化 I/O) Figure 5.21 Interrupt-driven I/O Interrupt driven I/O(中斷驅動 I/O) Figure 5.22 DMA connection to the general bus Direct memory access (DMA) (直接記憶體存取) Figure 5.23 DMA input/output Direct memory access (DMA) (直接記憶體存取) 5-6 DIFFERENT ARCHITECTURES (不同的運算架構) 電腦歷經數十年的演進，發展出不同的運算架構 CISC 複雜指令集（CISC，Complex Instruction Set Computer）是一種微處理器指令集架構，每個指令可執行若干低階操作，諸如從記憶體讀取、儲存、和計算操作，全部集於單一指令之中。與之相對的是精簡指令集（RISC，Reduced Instruction Set Computer）。 CISC的特點是指令數目多而複雜，每條指令字長並不相等。 RISC 精簡指令集，是電腦中央處理器的一種設計模式，也被稱為RISC（Reduced Instruction Set Computing 的縮寫）。這種設計思路對指令數目和定址方式都做了精簡，使其實作更容易，指令並列執行程度更好，編譯器的效率更高。早期，這種指令集的特點是指令數目少，每條指令都採用標準字長、執行時間短。 RISC 背後的策略是要具有一個小的指令集以便執行最少數目的簡單運算，而複雜指令是用簡單指令的子集合加以模擬。 在 RISC 電腦上撰寫程式比在另一種設計的電腦要更加困難以及更加耗時，因為大部分的複雜指令是用簡單指令模擬得到的。