世界第一簡單CPU
活動訊息
內容簡介
IT技術的核心！
半導體重要零件CPU大解析！
工科同學前進半導體產業
成為晶圓廠工程師的第一步！
了解基礎概念，與程式運作！
二進數、數位電路的邏輯運算、各種電路、浮點數介紹
CPU構造與指令處理機制、運算指令、微控器……
利用本書打好基礎才能進階學習，
最易懂的工程師養成入門書！
電腦的五大單元是什麼？
自動販賣機如何記憶投入金額？
電腦二進數的「０」與「１」代表兩種狀態？
為什麼電腦的處理速度飛快？
寫程式用高階語言真的比較好嗎？
「中斷」也是電腦的重要功能？
想要成為科技新貴，就得築夢踏實！
《世界第一簡單CPU》搭配
《世界第一簡單數位電路》、《世界第一簡單半導體》、《圖解半導體（修訂版）》
由裡到外，由淺入深，全面認識半導體！
了解基礎概念與程式運作，掌握CPU的原理以及初期CPU的設計！二進數、數位電
路的邏輯運算、CPU構造與指令處理機制、運算指令、微控器……本書教你融會貫通
各大概念，是最易懂的工程師養成入門書！
目錄
第1章 CPU是用來做什麼的？
第2章 數位運算
第3章 CPU的構造
第4章 運算指令
第5章 程式
第6章 微控器
試閱
記憶體的分類
ROM是「Read Only Memory」的簡稱，即使沒有供應記憶體電源，也能繼續保存資料，但只能讀取該筆資料。
另一方面，RAM是「Read Access Memory」的簡稱，不受限於位址的順序，能夠隨機指定位址，以讀取、寫入資料。有些人會以為「ROM和RAM」是相對的，但事實並非如此。
如上圖所示，與RAM相對的是SAM（Sequential AccessMemory），這是過去用於磁帶、磁鼓（magnetic drum），按照記憶體位址順序來讀寫的記憶體。與ROM相對的則是RWM（Read Write Memory）。
即使沒有供應電源，也能繼續保存寫入的資料，等到再次供應電源時，即可讀寫原資料的記憶體，稱為「非揮發性記憶體（Nonvolatile Memory）」。與此相對，停止供應電源（切斷電源），記憶資料便會消失的記憶體，稱為「揮發性記憶體（Volatile Memory）」。
最近，我們則稱揮發性記憶體為「RAM」；非揮發性記憶體為「ROM」。
◆ I／O埠與
若I／O（輸入、輸出）裝置沒有和CPU的暫存器、ALU連接，外部的輸入即無法傳遞到CPU。
外部的輸入不單指以鍵盤輸入的文字，還包括電力訊號。此外，若不將運算結果的電力訊號，以「閃爍LED」等方式輸出，電腦就無法和人類互動。
因此，與連接外部記憶體的原理相同，內部匯流排會藉由I／O埠（輸入、輸出埠），連接外部裝置。
我們平常使用的電腦輸出單元——電腦螢幕，其實大多沒有和運算中的CPU直接相連。
螢幕畫面是利用GPU（Graphics Processing Unit，圖形處理專用的運算IC），做出圖像並顯示出來。而內含GPU的大型系統專用CPU，即設有GPU專用的I／O埠。
除了電腦的大型系統，配備彩色LCD（液晶螢幕）顯示器的機器，CPU仍會經由I／O埠，將資料傳給LCD控制器，接著，LCD控制器與驅動器再輸出畫面。
◆ 時脈頻率與準確度
操作CPU當然需要電源。此外，「時脈（時脈頻率；Clock Frequency）」這種在一定週期內，重複H位準和L位準的訊號也是必要的。
順帶一提，「頻率」是指波（訊號）每秒重複的次數。
時脈訊號扮演著「CPU心臟脈搏」的角色，如要驅動CPU內部的電路（例如，將資料鎖存到ALU、推進程式計數器的區塊※），時脈訊號是不可或缺的。
※區塊是指為了實現某功能所集結的資料塊。
時脈的單位是Hz（赫茲），表示「每秒能夠重複幾次時脈動作」，例如，40MHz表示每秒重複四千萬次時脈動作。Hz值（時脈速度）與CPU的性能有很大的關係。CPU的每個時脈都能執行若干動作，所以Hz值越高，時脈速度越快，CPU的處理能力越優異。
另外，時脈動作的實際波數（訊號數）有多符合設定好的頻率，此正確性的程度，稱為「準確度」。
若你將電腦作為通訊裝置運用，而兩個通訊機器之間所連接的訊號線，用來當作基準的時脈不同時，即會發生時序（Timing）不合的情形。
◆ 時脈產生器
產生時脈的電路（振盪器），稱為「時脈產生器（Clock Generator）」。
一般來說，CPU的內部會有時脈產生器區塊，但也可以「由外部振動的時脈訊號」來輸入。
CPU內建的「電子振盪器（時脈產生器的放大器＋石英振盪晶體＋電容與電阻）」由多個零件組成，而不只是一個單獨的裝置，所以時脈準確度低。無法提升CPU臨界速度也沒關係的情況，或是不注重與其他裝置交換資料的裝置，才會使用時脈準確度底的電子振盪器。
而外部的振盪器因為不是由多個零件組成，而是一個完整的裝置，所以能夠產生高準確度的時脈訊號。因此，通訊機器等較要求通信訊號頻率準確度的情形，使用外部振盪器較合適。
〈石英振盪晶體是什麼？〉
時脈產生器是可將訊號放大的電路（放大器，Amplifier）。
它藉由連接石英振盪晶體、電容（儲存、放出電力的電子零件）等零件，產生一定週期的訊號。
石英振盪晶體內部裝有石英片（切自人工石英，薄而小的石英碎片）。
將石英片連接兩個電極，施加電壓，石英便會變形。石英在兩電極之間轉換電壓的方向，便能產生規律的振動，時間間隔準確。
石英振動晶體用於電腦、手機與時鐘等，需要準確時間間隔的裝置。
ROM是「Read Only Memory」的簡稱，即使沒有供應記憶體電源，也能繼續保存資料，但只能讀取該筆資料。
另一方面，RAM是「Read Access Memory」的簡稱，不受限於位址的順序，能夠隨機指定位址，以讀取、寫入資料。有些人會以為「ROM和RAM」是相對的，但事實並非如此。
如上圖所示，與RAM相對的是SAM（Sequential AccessMemory），這是過去用於磁帶、磁鼓（magnetic drum），按照記憶體位址順序來讀寫的記憶體。與ROM相對的則是RWM（Read Write Memory）。
即使沒有供應電源，也能繼續保存寫入的資料，等到再次供應電源時，即可讀寫原資料的記憶體，稱為「非揮發性記憶體（Nonvolatile Memory）」。與此相對，停止供應電源（切斷電源），記憶資料便會消失的記憶體，稱為「揮發性記憶體（Volatile Memory）」。
最近，我們則稱揮發性記憶體為「RAM」；非揮發性記憶體為「ROM」。
◆ I／O埠與
若I／O（輸入、輸出）裝置沒有和CPU的暫存器、ALU連接，外部的輸入即無法傳遞到CPU。
外部的輸入不單指以鍵盤輸入的文字，還包括電力訊號。此外，若不將運算結果的電力訊號，以「閃爍LED」等方式輸出，電腦就無法和人類互動。
因此，與連接外部記憶體的原理相同，內部匯流排會藉由I／O埠（輸入、輸出埠），連接外部裝置。
我們平常使用的電腦輸出單元——電腦螢幕，其實大多沒有和運算中的CPU直接相連。
螢幕畫面是利用GPU（Graphics Processing Unit，圖形處理專用的運算IC），做出圖像並顯示出來。而內含GPU的大型系統專用CPU，即設有GPU專用的I／O埠。
除了電腦的大型系統，配備彩色LCD（液晶螢幕）顯示器的機器，CPU仍會經由I／O埠，將資料傳給LCD控制器，接著，LCD控制器與驅動器再輸出畫面。
◆ 時脈頻率與準確度
操作CPU當然需要電源。此外，「時脈（時脈頻率；Clock Frequency）」這種在一定週期內，重複H位準和L位準的訊號也是必要的。
順帶一提，「頻率」是指波（訊號）每秒重複的次數。
時脈訊號扮演著「CPU心臟脈搏」的角色，如要驅動CPU內部的電路（例如，將資料鎖存到ALU、推進程式計數器的區塊※），時脈訊號是不可或缺的。
※區塊是指為了實現某功能所集結的資料塊。
時脈的單位是Hz（赫茲），表示「每秒能夠重複幾次時脈動作」，例如，40MHz表示每秒重複四千萬次時脈動作。Hz值（時脈速度）與CPU的性能有很大的關係。CPU的每個時脈都能執行若干動作，所以Hz值越高，時脈速度越快，CPU的處理能力越優異。
另外，時脈動作的實際波數（訊號數）有多符合設定好的頻率，此正確性的程度，稱為「準確度」。
若你將電腦作為通訊裝置運用，而兩個通訊機器之間所連接的訊號線，用來當作基準的時脈不同時，即會發生時序（Timing）不合的情形。
◆ 時脈產生器
產生時脈的電路（振盪器），稱為「時脈產生器（Clock Generator）」。
一般來說，CPU的內部會有時脈產生器區塊，但也可以「由外部振動的時脈訊號」來輸入。
CPU內建的「電子振盪器（時脈產生器的放大器＋石英振盪晶體＋電容與電阻）」由多個零件組成，而不只是一個單獨的裝置，所以時脈準確度低。無法提升CPU臨界速度也沒關係的情況，或是不注重與其他裝置交換資料的裝置，才會使用時脈準確度底的電子振盪器。
而外部的振盪器因為不是由多個零件組成，而是一個完整的裝置，所以能夠產生高準確度的時脈訊號。因此，通訊機器等較要求通信訊號頻率準確度的情形，使用外部振盪器較合適。
〈石英振盪晶體是什麼？〉
時脈產生器是可將訊號放大的電路（放大器，Amplifier）。
它藉由連接石英振盪晶體、電容（儲存、放出電力的電子零件）等零件，產生一定週期的訊號。
石英振盪晶體內部裝有石英片（切自人工石英，薄而小的石英碎片）。
將石英片連接兩個電極，施加電壓，石英便會變形。石英在兩電極之間轉換電壓的方向，便能產生規律的振動，時間間隔準確。
石英振動晶體用於電腦、手機與時鐘等，需要準確時間間隔的裝置。
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