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Computer System

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Processor 基本運作方式

ALUControl Unit

memory

registerregisterregister…

register抓取指令 & Decode

存取資料

開始執行運算

寫回資料

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Processor 基本運作方式 (cont’d)

Instruction fetchDecodeExecutionWrite Back

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好像少了什麼 ?

ALUControl Unit

memory

registerregisterregister…

register抓取指令 & Decode

存取資料

開始執行運算

寫回資料

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匯流排 (BUS)

CPU 、 memory 、週邊 I/O 需要互相溝通有如高速公路一般匯流排寬度

電腦一次可以傳輸的資料位元數通常會和 CPU 的字組 (word) 大小一致

速度是用 megahertz (MHz) 來衡量

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系統匯流排 (System Bus)

The internal bus connects the different components inside the case: The CPU, system memory, and all other components on the motherboard.

匯流排寬度越大 = 電腦的運算能力越強

CPU 一次可以傳輸更多的資料 = 電腦速度變快

CPU 能參考到更大的記憶體位址 = 有更多的記憶體

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擴充匯流排 (External Bus)

The external bus connects the different external devices, peripherals, expansion slots, I/O ports and drive connections to the rest of the computer.

簡單的說，就是允許各種不同的 device 與你的電腦連接

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擴充匯流排

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PC 匯流排與連接埠ISA 用在慢速的裝置如滑鼠和數據機上

PCI 適用於連接高速的裝置如硬碟和網路卡上

AGP 連接記憶體與圖形卡以提供更快速的視訊效能

USB 支援 “ daisy-chaining” 功能，省去需要多張擴充卡的麻煩；可以“熱切換” (hot-swappable)

IEEE 1394 (FireWire)

一種高速的匯流排，通常是用在連接視訊設備到你的電腦上

PC Card 信用卡般大小的 PC Card 裝置，通常是用在筆記型電腦上

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南來北往只有一條橋 ( 晶片組 )Processor

North Bridge北橋晶片組

South Bridge南橋晶片組

MemoryAGP介面

LAN

USB Hub

I / ODevice

PCI匯流排

Register高速公路要有交通警察指揮交通

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Chipset

中文名稱為晶片組，由一組或是多組以上的積體電路（或稱晶片）為特定功能或需求所設計而成的產品，稱之為晶片組。在主機板上的系統晶片組，通常是由兩個晶片組所組成，較靠近中央處理器的晶片組稱為北橋晶片，而位於 PCI 等插槽附近的晶片組稱為南橋晶片，此兩顆晶片組各自負責不同的工作，並利用主機板上的匯流排作為訊號流通的媒介。

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1. ISA (Industry Standard Architecture) bus slots for plugging in older 8 and 16-bit adapter cards.

2. PCI (Peripheral Component Interconnect) bus slots for plugging in newer 32-bit adapter cards.

3. Hard drive controller connectors.

4. Power connector. 5. Parallel port connector. 6. Floppy disk controller

connector.7. SIMM (Single In-line Memory

Module) sockets for adding memory.

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8. Lithium backup battery for the CMOS.

9. Configuration jumper block for changing the ISA bus clock, clearing a CMOS password, resetting the CMOS to the default settings, etc.

10. Front panel connectors for the internal speaker, keyboard and hard drive lights, +12v fan, etc.

11. Pentium processor in a Socket 5 connector.

12. 256K cache (those systems with an external cache only).

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外頻與內頻 Internal Frequency

微處理器 ( CPU ) 內部執行運算工作的頻率 External Frequency

CPU 外面周邊設備的工作頻率 這些周邊設備包括：晶片組、記憶體、…

倍頻 週邊設備的工作頻率無法太快 拖累 CPU 的運算 外頻 x 倍頻 = 內頻 CPU 的運算頻率不需要在遷就週邊設備

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BIOS

英文全名為 Basic Input/Output System ，中文名稱為基本輸出輸入系統。一般而言， BIOS 是放在唯讀記憶體（ ROM ）內部的一段程式碼，上面包含了許多電腦輸出入介面的基本控制碼。

BIOS 主要功能 POST (Power-On Self Test ) Booting an operating system from FDD/HDD/CDROM

通常 BIOS 是安裝在電腦主機板上面，近年來功能較強大的介面卡（如 3D 加速卡、 SCSI 卡等等）也內建了 BIOS晶片。 BIOS 與硬體必須相互搭配，才能正常運作。早期的 BIOS 大多使用直接更換晶片更新的方式，目前由於快閃記憶體（ flash memory ）的普及，使得 BIOS 可以使用軟體來更新。

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ISA 指令集架構 ISA (Instruction Set Architecture)

The parts of a processor's design thatneed to be understood in order to write assembly language,such as the machine language instructions and registers.

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RISC vs. CISC

Complex Instruction Set Computer 複雜指令集計算模式 提供使用者豐富的指令集，使用方便，但是速度較慢 其中許多指令很少用到 Fewer instructions per task

Reduced Instruction Set Computer Small, heavily optimized instruction set executable

in single short cycle 精簡指令集計算模式 只提供一組 ( 必須的 ) 指令 速度增快

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EPIC (Hot and New)

Explicitly Parallel Instruction Computing增加許多指令平行執行的設計 開發指令平行執行的能力 Intel Itanium (IA64)

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運算處理的種類循序處理 (sequential processing)

每次只執行一項指令擷取、解碼、執行、儲存

平行處理 (parallel processing)同一時間有多個處理器同時工作有能力處理每秒鐘數兆個浮點數運算指令例如網路伺服器與超級電腦三個臭皮匠勝過一個諸葛亮？

溝通協調的花費不可少

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產業發展與現況

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微處理器 (Microprocessor)Moore’s Law

Gordon Moore, 1965 The number of transistors on a chip

doubles every 18 to 24 months

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Microprocessor

Intel x86, Pentium, Itanium…

AMD Athlon XP, Opteron…

DEC Alpha (death?)IBM PowerPCSUN SparcMotorola 68k

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ARM

主要用於嵌入式系統的處理器高效率低耗電 (low power)

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DSP (Digital Signal Processing)數位訊號處理 Changing or analysing information which is m

easured as discrete sequences of numbersFeatures

they use a lot of maths (multiplying and adding signals)

they deal with signals that come from the real world

they require a response in a certain time

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DSP Processor

TI C6x ADI

Blackfin ADSP

Philips Hitachi SH-3

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Network Processor

ASIC( Application Specific Integrated Circuit ) hardwired solution

ASIP( Application Specific Instruction Processor ) Instruction set processor specialized for a

particular application domain Definition of Network Processor

ASIP for networking application domain Software programmable device with

architectural features and special circuitry for packet processing

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SoC (System On Chip) System

A collection of all kinds of components and/or sybsystems that are appropriately interconnected to perform the specified functions for end users.

(Printed Circuit Board)PCB

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IC 製作流程

IC design 晶圓加工 (wafer fabrication)封裝 (packaging)測試 (test)

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