介绍主题计算机组织简介

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ComputerOrganization介紹主題：計算機組織簡介講師：交通大學資訊工程系93級黃俊輔jojomanEmail：jfhuang@.tw今天的期望目標：讓大家了解何謂computer。

computer內部如何運作。

換個角度看看computer。

Whatisacomputer?computer：電腦？計算機？電腦包括什麼CPU主機板記憶體……Whatisacomputer?計算機在哪裡電腦PDA手機資訊家電提款機Datapath：資料路徑ControlUnit：控制單元Memory：記憶體Input：輸入Output：輸出ComponentsofaComputerDatapathandControlUnit數位系統：序向邏輯電路（sequentailcircuit）：

flip-flops+gates設計方法：模組化（modular）

階層化（hierarchical）DatapathandControlUnit兩個模組：資料路徑--執行資料處理控制單元--控制運算次序DatapathandControlUnit資料處理－微運算（microoperations，μops）轉移微運算（transfermicrooperations）

在暫存器間搬移資料算術微運算（arithmeticmicrooperations）

對暫存器中的進行算術運算邏輯微運算（logicmicrooperations）

對暫存器的位元做邏輯運算移位微運算（shiftmicrooperations）

將暫存器內的資料向左或向右移動DatapathandControlUnitDatapathandControlUnitThecontrolword：DatapathandControlUnitDatapathandControlUnitDatapathandControlUnit指令（instructions）：

指令是一些位元的組合，它能指示計算機執行一些特定的運算。一計算機內各個指令的組合即成其指令集（instructionset）。20休息一下高科技男十大怪癖排行（轉錄）

愛說冷笑話

脾氣古怪

悶騷

滿嘴專有名詞

撿貝殼哲學

小氣

不修邊幅

喃喃自語

嗜電腦如命

自閉CPU（CentralProcessingUnit）中央處理單元：資料路徑＋控制單元指令集結構（InstructionSetArchitecture）複雜指令集計算機（CISC）

ComplexInstructionSetComputer精簡指令集計算機（RISC）

ReducedInstructionSetComputerCPU（CentralProcessingUnit）複雜指令集計算機（CISC）

ComplexInstructionSetComputer特性大多數指令可以直接對記憶體做存取具有多種定址模式指令格式可以有多種長度指令可執行基本和複雜運算CPU（CentralProcessingUnit）CISC目標：能緊密配合程式語言的運算並提供以使程式設計更精簡且節省記憶體。具高度記憶體存取能力，暫存器較少。常使用微程式控制方法。新式微程式控制為控制管線式資料路徑。CPU（CentralProcessingUnit）精簡指令集計算機（RISC）

ReducedInstructionSetComputer特性：記憶體存取只能限制在載入和儲存指令，而資料處理指令則限制在暫存器對暫存器之間。定址模式受限制為數種。所有指令格式長度皆相同。指令只執行基本運算。CPU（CentralProcessingUnit）RISC目標：高產能和執行快速。暫存器較多。固定指令集長度，限制定址模式的數目和基本的運算。控制單元相當簡單，為硬體接線式，通常為管線設計。CPU（CentralProcessingUnit）高性能CPU微程式化＋管線

（microprogram＋pipeline）超級管線（superpipeline）超級純量化（superscalar）CPU（CentralProcessingUnit）處理器：包含CPU、FPU、MMU、CacheCPU：如前文所提FPU：資料路徑和控制單元是特別設計

成可執行浮點運算，大略與CPU

相同MMU：記憶體管理單元Cache：內部快取記憶體，L1L2CacheCPU（CentralProcessingUnit）處理器內部結構休息一下蓋茲改裝他的豪宅，全面電子化，而且全部使用Windows，過不久他發現一些問題每次回家，前門打開的時間要花費兩到三分鐘。馬桶要沖水以前會詢問。「馬桶沖水會造成大便無法回收，您確定要沖馬桶嗎?」休息一下微波爐和烤箱在要快完成以前會突然跳開，面板顯示:「系統發生無法回復的錯誤，您要再試一遍嗎?」有時一些小東西突然不能使用的時候，如果試圖修復，會造成房子全倒需要整座房子重建。如果你把窗戶全部打開，房子會突然停電，並且發出「系統資源不足，請您關閉一些窗戶。」Memory階層式記憶體快取記憶體（cachememory）主記憶體（mainmemory）硬碟（harddisk）Memory兩種區域性：時間區域性（Temporallocality）空間區域性（Spatiallocality）Memory記憶體配置：連續記憶體配置分頁法分段法Memory虛擬記憶體（VirtualMemory）：

允許使用者程式所需記憶體比實體記憶體大。為使用者邏輯記憶體與實體記憶體之間的分隔。Memory快取記憶體：L1快取–分為指令快取（instructioncache）和資料快取（datacache）

容量較小，速度較快L2快取–混合式快取（unifiedcache）容量較大，速度較慢Memory效能（performance）：improvementbenchmark快取模擬器--dineroInput/OutputI/O特性行為（Behavior）夥伴（Partner）資料速率（Datarate）

Ex：

鍵盤－輸入、人類、0.01KB

光碟－儲存體、機器、1000KBInput/Output資料存取模式存取方式傳輸模式共用裝置速度I/O方向Input/Output匯流排（Bus）：

連接I/O裝置到處理器和記憶體處理器－記憶體匯流排

（processor-memorybus）I/O匯流排（I/Obus）基架匯流排（backplanebus）Input/OutputI/O和處理器通訊輸詢（polling）中斷（interrupt）直接記憶體存取（DirectMemoryAccess）ReferenceBooks參考書目：“LogicandComputerDesignFundamentals”,MorrisMano,2ndedition“ComputerOrganization&Design,TheHardware/SoftwareInterface”,PattersonandHenne