重點樹狀圖(只列大重點)
一、范紐曼架構 & 五大單元
二、記憶單元
一.記憶體種類
1.主/輔
2.揮發/非揮發
二.單位計算
1.Bit/Byte/KB/MB...
2.記憶體大小
三、Bus
一.address bus
二.control bus
三.data bus
四、CPU
一.組成元件
二.指令集
1.RISC
2.CISC
三.指令週期
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重點整理
一、范紐曼架構 & 五大單元
范紐曼架構有三大項規則：
一.程式和資料均存在記憶體中（內儲式）
二.程式碼是循序執行(sequential)
三.電腦分成五大單元(單元間用bus溝通)
1.Input Unit
2.Memory Unit
3.Control Unit
4.Arithmltic & Logic Unit (ALU)
5.Output Unit
二、記憶單元
一.記憶體種類
1.主/輔
1-主記憶體可分為：
a.RAM
電容式，需反覆充電才可保留資料，在不混淆的情況下可叫 Main Memory。較 ROM 慢、耗電、便宜
b.ROM
正反器式，資料不需電力保存，在不混淆的情況下可叫 cache。較 RAM 快、省電、昂貴(每單位約為 RAM 的幾千倍)
2-輔記憶體(Second Memory)：主要是 Disk
2.揮發/非揮發
當斷電時，資聊存在與否，消失者為揮發式，反之則為非揮發式
二.單位計算
1.基本記憶體單位：bit
2.常用記憶體單位
1- 1 byte = 2^3 bit
2- 1 KB = 2^10 bytes
3- 1 MB = 2^20 bytes
4- 1 GB = 2^30 bytes
5- 1 TB = 2^40 bytes
6- 1 PB = 2^50 bytes
7- 1 EB = 2^60 bytes
(Note)在買記憶體或是硬碟時，記憶體在商店通常以1024為單位，但是硬碟會以1000為單位。
3.可表示的資料量
1-用 1 bit，可表示 2^1=2 種的值
2-用 2 bit，可表示 2^2=4 種的值
3-用 n bit，可表示 2^n 種的值
4-若要表示 k 種值，至少需要 cell(log2(k)) 個 bit
4.常用時間單位
1-second
2- 1 ms = 10^-3 sec
3- 1 us = 10^-6 sec
4- 1 ns = 10^-9 sec
5- 1 ps = 10^-12 sec
三.資料/指令需先載入記憶體中方可執行/運算
四.Cache：用來增加系統效能，為一介於 CPU 及 Main Memory 之間的記憶體，其速度大於 CPU，小於 Main Memory，會儲存部份 Main Memory 的內容。
當 CPU 需要資料時：
1.先檢查 Cache 中是否有所需的資料，若有則跳步驟 2，若無則跳步驟 3
2.從 Cache 中讀取資料到 CPU
3.從 Main Memory 中讀取資料到 CPU，並且多讀一些資料放進 Cache
因為范紐慢架構的循序式規則，所以在目前的指令執行完時，極有可能繼續執行下一個指令，故可以預先多讀一些資料放進 Cache
五.Memory Hierarchy
register-cache-main memory-disk-DVD/CD
1.越左邊容量越小，反之越大
2.越左邊速度越快，反之越慢
3.越左邊價格越貴，反之越便宜
六.Disk
1.結構
arm 的前面有 head，arm 的數量與圓盤的面數相等，圓盤的每一面上有成同心圓狀的 track(磁軌)，每一個 track 均可分成同等份且同大小的 sector(磁區)
(磁軌寬度內外不同，所以才會同大小)，不同盤子的同一層 track，叫做 cylinder(磁柱)
2.容量計算：面數(= head 的數量) * 磁軌數(= cylinder 的數量) * 磁區數 * 單位磁區容量(= CPU 的 Word)
3.存取時間計算(access time)
disk access time 為下列三者之和
1-seek time
把 arm 移動到指定 track 所需時間，因為此值為不定值，所以計算時採平均值(從內圈到外圈所需時間的一半)
2-rotation time
把 sector 轉到 head 下所需的時間，因為此值為不定值，所以計算時採平均值(從圓盤轉一圈所需時間的一半)
3-transfer time
讀取資料所需的時間，讀取一個 sector 所需的時間為定值
最耗時間的是 seek time，其次是 rotation time，最快的為 transfer time
三、Bus
一.在電腦中，Bus 分三種：
1.address bus
傳送 addr 之資訊
2.control bus
傳送控制訊息
3.data bus
傳送資料，CPU 一次可讀取/寫入的資料量稱為 word，若 data bus 的寬度為 32 位元，則代表 1 word = 4 bytes
(Note)若在解題時 word 的資料量沒有特別指定，通常是以 1 byte 代表
二.運作原理
若 CPU 要讀記憶體位置為 1000 的資料
1.以 control bus 傳送 read 的訊息，並且同時以 addr bus 傳送 1000
2.Main Memory 的管理單元收到訊息之後，將 1000 位址的值以 data bus 回傳。
四、CPU
一.組成元件
1.Control Unit
2.ALU 算術運算單元
3.Resgister
其中，Resgister 可分為兩種：
1-general purpose register
一般用途。ex：組合語言的 AX、BX
2-special purpose register
其內的值對系統運作有特殊意義。
ex：PC(Program Counter)：儲存下一個指令要執行的位址
IR(Instruction Register)：儲存目前要執行的指令
CPU 可比喻成一個工地，Control Unit 是工頭，ALU 是工人，Resgister 則是倉庫。
二.指令集
1.RISC
僅提供必要之基本指令，必須由程式設計者自行組合運用。ex: IBM 的 Power PC
2.CISC(Complex Instruction Set Computer)
設計各種功能不同的指令，以方便程式設計者使用。ex: Intel 的 Pentium
3.比較
1-RISC 的速度比 CISC 快
2-RISC 的指令長度比 CISC 短
3-RISC 的暫存器需求比 CISC 多
4-RISC 的定址模式比 CISC 少
三.指令週期
四.運作模式
CPU 在執行指令時：
1.將指令讀進 IR 中
2.把 PC 的值往下一個指令移動
3.把需要的資料放入 Register 中
4.運算
五.評估 CPU 效能的標準
1.MIPS(Millian Instruction Per Second)：每秒幾百萬個指令數
2.MFLOPS(Millian Float Per Second)：每秒幾百萬個浮點數計算
3.MHz：clock 每秒振動幾百萬次
六.指令
1.目的：告訴 CPU 需做什麼事
2.組成：
1-operator
2-operand
3.格式：op-code(代表進行何種運算) + operand(代表運算對象)
七.機器週期(Machine cycle)
1.Instruction Fetch(提取欲執行的指令存在IR)
2.Decode(解碼指令的意義)
3.Fetch Operand(提取所需 Operand )
4.Execution(執行指令)
5.Store(存回運算結果)
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