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　　国立台湾大学电机工程学系特聘教授 阙志达  审订

作者简介

涩谷道雄

　　1971年，东海大学工学系电子工学科毕业。
　　民间医疗机关研究中心NMR等的研究员。
　　1979年，在外商半导体厂商，从事MOS的企划、开发、设计等长达12年。
　　之后在国内半导体商业公司、外商IC厂商的技术部门，从事IC的设计开法等。
　　2007年5月，在半导体商业公司（株）三共社，以应用工程师（Field Application Engineer）的身分活动。现为同家公司的特别顾问。

　　〈着作〉
　　《用Excel学讯号分析与数值模拟》
　　《用Excel学傅立叶转换》
　　《世界第一简单傅立叶分析》
　　《世界第一简单半导体》
　　《用电路模拟器LPspice学电子电路》（以上皆为欧姆社出版）
 
审订者简介

阙志达

　　现职：
　　国立台湾大学电机系 教授

　　学历：
　　国立台湾大学电机系学士
　　美国加州理工学院电机系硕士、博士

　　经历：
　　国立台湾大学电机系副教授
　　国立台湾大学电子研究所所长
　　台湾积体电路设计学会理事长
　　国家实验研究院晶片系统设计中心主任

　　专业资格：
　　国际电机电子工程师学会 (IEEE) Fellow
 
译者简介

卫宫纮

　　清华大学原子科学院学士班。自由译者，译作有《上司完全使用手册》（东贩）、《超慢跑入门》（商周）、《男人懂了这些更成功》（潮客风）、《世界第一简单电力系统》（世茂）……等。

第1章 CPU的功用1
以电脑处理各种资讯11
电脑的核心是CPU（中央运算处理单元） 14
电脑的五大单元16
CPU的核心是ALU（算术逻辑单元） 22
CPU的运算与判断25
「资讯」是什么？ 30
数位资讯与类比资讯的差异32

第2章  数位运算35
电脑的世界採用二进数36
「0与1」是相反的状态37
十进数与二进数38
二进数的数值表示40
定点数与浮点数42
二进数的加法与减法44
逻辑运算是什么？ 48
IC内含逻辑电路48
三大基本电路（AND、OR、NOT） 51
真值表、文氏图53
AND电路、OR电路、NOT电路的整理55
其他的基本电路（NAND、NOR、EXOR） 57
NAND、NOR、EXOR电路的整理58
第摩根定律60
运算电路62
加法电路62
半加法器64
全加法器、涟波进位加法器66
涟波进位加法器和进位预看加法器68
记忆电路70
必备的记忆电路70
记忆电路的基础──正反器74
RS正反器76
D正反器与时脉讯号78
T正反器与计数器81
最近的电路设计是什么？（CAD、FPGA） 85

第3章  CPU的构造87
记忆体与CPU的相关知识88
记忆体的位址分配89
资料的通道：汇流排92
汇流排宽度与位元数94
R／W控制与I／O控制98
指令由运算元和指令码构成101
运算所需的暂存器103
CPU处理指令的步骤106
传统CPU的构造106
CPU处理指令的步骤107
以程式计数器改变指令112
各种记忆单元115
硬体和记忆体的比较116
RAM领域、ROM领域与I／O领域119
中断是什么？ 122
中断也是种功能122
堆叠与堆叠指标126
中断的优先度128
记忆体的分类132
I／O埠与GPU 133
时脉频率与准确度134
时脉产生器135
计时器中断136
重置的动作138
判定CPU效能的指标（FLOPS值） 139

第4章  运算指令141
指令的种类142
指令有很多种类144
算术运算、逻辑运算的指令146
移位是什么？ 147
可表示负数的正负号位元149
逻辑移位与算术移位151
循环移位（回转移位） 154
资料传输的指令155
输入输出的指令156
分歧指令157
分歧指令、跳跃指令与跨越指令159
条件判断和状态旗标160
「分歧指令」和「条件判断」的组合163
运算元的种类164
运算元的数量164
运算元的各种形式167
即值处理168
位址参照169
定址法170
ALU的运算机制178
探索ALU的内部178
串列传输与并列传输187
基本暂存器的整理188
基本状态旗标的整理190
休眠指令192

第5章  程式193
组合语言与高阶语言194
组合语言是什么？ 196
组合语言和高阶语言的特征198
程式和原始码的差异203
程式的基本知识204
条件判断和跳跃的功能204
想要让电脑做什么事？ 208
程式保存在哪里？ 212
程式在动作前的执行流向213
第6 章  微控器215
微控器是什么？ 216
许多产品都有微控器217
微控器的功能218
微控器的构造223
DSP是什么？ 226
DSP和乘积累加运算228
产业机器的应用229
尾声231
〈最近的CPU趋势〉242
索引245
作者介绍249

记忆体的分类
 
ROM是「Read Only Memory」的简称，即使没有供应记忆体电源，也能继续保存资料，但只能读取该笔资料。
 
另一方面，RAM是「Read Access Memory」的简称，不受限于位址的顺序，能够随机指定位址，以读取、写入资料。有些人会以为「ROM和RAM」是相对的，但事实并非如此。
 
如上图所示，与RAM相对的是SAM（Sequential AccessMemory），这是过去用于磁带、磁鼓（magnetic drum），按照记忆体位址顺序来读写的记忆体。与ROM相对的则是RWM（Read Write Memory）。
 
即使没有供应电源，也能继续保存写入的资料，等到再次供应电源时，即可读写原资料的记忆体，称为「非挥发性记忆体（Nonvolatile Memory）」。与此相对，停止供应电源（切断电源），记忆资料便会消失的记忆体，称为「挥发性记忆体（Volatile Memory）」。
 
最近，我们则称挥发性记忆体为「RAM」；非挥发性记忆体为「ROM」。
 
◆ I／O埠与
 
若I／O（输入、输出）装置没有和CPU的暂存器、ALU连接，外部的输入即无法传递到CPU。
 
外部的输入不单指以键盘输入的文字，还包括电力讯号。此外，若不将运算结果的电力讯号，以「闪烁LED」等方式输出，电脑就无法和人类互动。
 
因此，与连接外部记忆体的原理相同，内部汇流排会借由I／O埠（输入、输出埠），连接外部装置。
 
我们平常使用的电脑输出单元——电脑萤幕，其实大多没有和运算中的CPU直接相连。
 
萤幕画面是利用GPU（Graphics Processing Unit，图形处理专用的运算IC），做出图像并显示出来。而内含GPU的大型系统专用CPU，即设有GPU专用的I／O埠。

除了电脑的大型系统，配备彩色LCD（液晶萤幕）显示器的机器，CPU仍会经由I／O埠，将资料传给LCD控制器，接着，LCD控制器与驱动器再输出画面。
 
◆ 时脉频率与准确度
 
操作CPU当然需要电源。此外，「时脉（时脉频率；Clock Frequency）」这种在一定週期内，重复H位准和L位准的讯号也是必要的。
 
顺带一提，「频率」是指波（讯号）每秒重复的次数。
 
时脉讯号扮演着「CPU心脏脉搏」的角色，如要驱动CPU内部的电路（例如，将资料锁存到ALU、推进程式计数器的区块※），时脉讯号是不可或缺的。
 
※区块是指为了实现某功能所集结的资料块。
 
时脉的单位是Hz（赫兹），表示「每秒能够重复几次时脉动作」，例如，40MHz表示每秒重复四千万次时脉动作。

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