計算機科學基礎3

中央處理器CPU

  • RAM + 寄存器 + ALU 做個CPU
  • 解釋“指令 -> 解釋 -> 執行”這個循環
  • 時鐘是什麼,時鐘速度和赫茲
  • 超頻提升性能,降頻省電

重點:

  1. 拼個CPU出來。
  2. CPU怎麼執行命令?

ALU:
作用:輸出二進制,它會執行計算。

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兩種內存:
寄存器: 很小的一塊內存,能存一個值。
RAM: 是一大塊內存,能在不同地址存大量數字。 (寄存器增大後改造成RAM)

RAM, 寄存器, ALU放在一起,組件計算機的心臟CPU(中央處理單元)。

拼個CPU

CPU作用: 負責執行程序。
程序由一個個操作組成,這些操作叫做“指令”,因爲它們“指示”計算機要做什麼。如果是數學指令,比如加/減,CPU會讓ALU進行數學計算。也可能是內存指令,CPU會和內存通信,然後讀/寫值。
CPU裏有很多組件。重點放在功能,而不是一根根線具體怎麼連。當用一根線連接兩個組件時,這條線只是所有必須線路的一個抽象。這種高層次視角叫“微體系架構”。

首先要內存,使用RAM,爲了保持簡單,假設它只有16個位置,每個位置存8位。再來四個8位存儲器,叫A, B, C, D。寄存器用來 臨時存數據 和 操作數據。

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數據是以二進制存在內存裏。
程序也可以存在內存裏。

可以給CPU支持的所有指令,分配一個ID:

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在這個假設的例子,用前四位存“操作代碼”(operation code),簡稱“操作碼”(opcode),後四位代表數據來自哪裏,可以是寄存器或內存地址。

還需要兩個寄存器,來完成CPU

  1. 一個寄存器追蹤程序運行到哪裏了,叫它“指令地址寄存器”。(存當前指令的內存地址)
  2. 另外一個寄存器存當前指令, 叫“指令寄存器”。

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當啓動計算機時,所有寄存器從0開始。

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CPU的第一個階段叫“取指令階段”(FETCH PHASE),負責拿到指令。

首先,將“指令地址寄存器”連到RAM

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