2014年6月15日 星期日
計算機算數
ALU(算術邏輯單元)
l 就是“計算”！
l 電腦所有服務都為了這個單元！
l 一定可以整數運算
l 也許可以浮點數（實數）運算
l 通常把浮點數運算的單元稱為FPU
FPU可以單獨地放在晶片外部
FPU可以放在晶片內部 (比如：486DX)
整數表示法
l 以二進位(0 & 1)來表示的正整數（無號整數）
比如： 41=00101001
無負號
無標點
l 以二進位(0 & 1)來表示的正負整數（有號整數）
符號位元表示法
2’s補數表示法
符號位元表示法
l 最左邊的位元是符號位元
l 符號位元0 代表正數
l 符號位元1 代表負數
+18 = 00010010
-18
= 10010010
l 問題：
分成符號和數值兩部分
0有兩個表示法 (+0 和 -0)
2’s 補數表示法
+3 = 00000011
+2 = 00000010
+1 = 00000001
+0 = 00000000
-1 =
11111111
-2 =
11111110
-3 =
11111101
2’s 補數之幾何描述
加法和減法的硬體方塊圖
無號整數乘法範例
無號整數乘法之流程圖
無號整數除法之流程圖
浮點數表示法
CPU概念
電腦元件:頂層觀點
何謂程式?
l 一序列的步驟
l 每個步驟可能是數學運算、或邏輯運算
l 每個運算必須輸出不同的控制訊號
電腦元件
l 控制單元和算術邏輯單元
形成CPU中央處理單元
l 資料和指令必須能轉入系統、或回傳結果
需要I/O模組
l 程式碼和輸出結果需要儲存區
稱為Memory主記憶體
程式執行
擷取週期
l PC(程式計數器)
l 指向下一個欲擷取的指令位址（指令指標）
l 擷取過程：
1.處理器會擷取PC指向的記憶體位址之指令
2.遞增PC(除非指令另有指示)
3.把擷取的指令放到IR(指令暫存器)
4.處理器直譯指令後執行之
指令週期(未加入中斷週期)狀態圖
指令週期(加入中斷週期)
多重中斷
l 禁能中斷
處理器正在中斷時，會暫時忽略其它的中斷要求
這些中斷要求會停留在等待判讀狀態
處理器會依序地進行中斷要求的處理
l 定義優先順序
低優先權可以被高優先權中斷
高優先權不會再被中斷
互連結構
l 所有模組都需要互相連線
l 不同模組需要不同連線
1.
記憶體
2.
I/O
3.
CPU
何謂匯流排?
l 連接兩個或更多設備的通訊路徑
l 通常採用廣播方式作開放連接
l 電路板(主機板)上面的電線集合
l 平行電線
l 條狀導線
l 比如： PCI匯流排
匯流排種類
l 專用匯流排
資料線和位址線分開
專用的資料線、專用的位址線
l 多工匯流排
資料線和位址線共用
以位址有效線或資料有效線，來選擇控制
優點：線路較少
缺點：需要較複雜的控制線路、潛藏效能問題
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