計算機 - 中央處理器 (CPU)

中央處理器

CPU 代表中央處理器；它也被稱為“計算機的大腦”。CPU 是計算機的主要元件，它執行大部分處理並控制計算機內部執行的所有元件的操作。

CPU 的關鍵元件包括控制單元、ALU 和記憶體。關鍵元件的排列和整合包含在上圖中。

CPU元件

• 控制單元 (CU)
• ALU（算術邏輯單元）
• 記憶體或儲存單元
• 暫存器

控制單元

顧名思義，控制單元充當 CPU 的“大腦”。控制單元的主要作用是管理和執行指令以執行計算機程式指定的任務。CPU 透過從記憶體中提取指令、解碼指令，然後執行指令來執行指令。因此，它在取指令-譯碼-執行指令中起著至關重要的作用。

控制單元的功能

• 指令獲取- CU 從 RAM（隨機存取儲存器）中獲取指令。
• 指令解碼- 它解碼獲取的指令以進行操作。
• 指令執行- CU 傳送控制訊號以執行操作，例如 ALU 用於算術和邏輯運算。
• 控制流管理- 它透過更新程式計數器來控制流程。
• 異常處理- 控制單元有效地管理異常和中斷，例如硬體故障、系統呼叫和外部事件，透過適當的方式將 CPU 的控制流轉移到管理此類異常的計劃程式。
• 同步- CU 在促進跨多個核心的指令執行協調方面發揮著至關重要的作用。

算術邏輯單元 (ALU)

算術邏輯單元 (ALU) 是一個經過廣泛最佳化和設計的元件，可以同時執行多個任務。它通常被構建為快速執行操作。它與其他 CPU 元件（例如暫存器、記憶體和控制單元）一起工作以執行復雜的指令。

ALU 的功能

• 算術運算- ALU 可以執行基本的算術運算。
• 邏輯運算- ALU 還可以執行邏輯運算，例如 AND、OR、NOT、XOR 和位移運算。

記憶體單元

記憶體是一個硬體元件，用於在需要時儲存和訪問資料。主要地；計算機記憶體分為兩部分：主存 (RAM) 和輔助儲存器 (硬碟)。RAM 用於短期、快速的資料訪問，對於活動程式執行至關重要。另一方面，儲存或輔助儲存器提供永久資料儲存。

因此，記憶體和儲存單元都是計算機系統的重要組成部分。

記憶體的功能

主存

• RAM 也稱為主存或臨時記憶體；它是一種易失性記憶體，用於臨時儲存資料。
• 當計算機電源關閉或重新啟動時，RAM 內的內容將被清除。

• RAM 用於程式或指令執行。
• 啟動計算機後；系統必要的檔案、程式和作業系統檔案將載入到 RAM 中，以確保計算機平穩執行。
• 計算機的 RAM 越多，它處理多工的能力就越好，執行應用程式的速度就越快，因為可以更快地訪問資料。

儲存器（硬碟、SSD、快閃記憶體驅動器等）

• 儲存裝置用於永久儲存資料，即使計算機已關閉電源也是如此。
• 它們是非易失性的；即使電源關閉或系統重新啟動，資料仍然完好無損。

• 最流行和常用的儲存裝置是硬碟 (HD)、固態硬碟 (SSD)、USB 快閃記憶體驅動器和光碟 (例如 DVD)、隨身碟。
• 這些裝置的資料儲存容量從千兆位元組 (GB) 到太位元組 (TB) 甚至更多，具體取決於儲存裝置的型別和大小。

CPU 的功能

CPU 的關鍵功能如下：

• CPU 執行算術和邏輯運算。
• 它指導處理器的操作。
• 它指導輸入和輸出單元如何響應已傳送到處理器的指令。
• CPU 包含暫存器，這些暫存器被認為是 CPU 內的小型儲存位置，用於在程式執行期間臨時儲存資料。
• CPU 透過從記憶體中提取指令、解碼指令，然後執行指令來執行指令。