世界第一簡單 CPU

<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！

國立台灣大學電機工程學系特聘教授 闕志達 審訂

<章節目錄>

序 1
第1章 CPU是用來做什麼的？ 7
用電腦處理各種資訊 13
電腦的中心是CPU（中央運算處理單元） 16
電腦的5大單元是？ 18
CPU的中心是ALU（算術邏輯單元） 24
CPU的運算與判斷 27
補充 31
「資訊」是什麼？ 31
數位資訊與類比資訊的不同是什麼？ 33
第2章數位運算 36
電腦的世界是二進數 36
「0與1」是相反的2個狀態 37
十進數與二進數 39
二進數的數值表示 40
定點數與浮點數 42
二進數的加法與減法 44
邏輯運算是什麼？ 48
IC裡裝有邏輯電路 48
3個基本電路（AND、OR、NOT） 51
真值表、文氏圖 53
AND電路、OR電路、NOT電路的統整 55
其他的基本電路（NAND、NOR、EXOR） 57
NAND電路、NOR電路、EXOR電路的統整 58
第摩根定律 60
運算電路 61
加法電路 61
半加法器 63
全加法器、漣波進位加法器 65
漣波進位加法器和進位預看加法器 67
記憶電路 68
記憶電路是必要的！ 68
記憶電路的基本——正反器 72
RS正反器 74
D正反器、計時器 76
T正反器、計數器 79
補充 82
最近的電路設計是？（CAD、FPGA） 82
第3章 CPU的構造 84
記憶體、CPU的這個那個 84
記憶體中的位址分配 85
資料的通道——匯流排 89
匯流排寬度與位元數 91
R╱W控制、I╱O控制 95
指令是由運算元和指令碼所構成 98
運算會使用到累加器等暫存器 101
CPU指令處理的動作 104
傳統CPU的構造 104
CPU指令處理的動作 105
以程式計數器改變處理的指令 110
各種記憶單元 113
硬體和記憶體的比較 114
RAM領域、ROM領域、I╱O領域 118
中斷是什麼？ 121
中斷是有用的機能 121
堆疊與堆疊指標 125
中斷的優先度 127
補充 131
記憶體的分類 131
I╱O埠與GPU 132
時脈頻率與準確度 133
時脈產生器 134
計時器中斷 135
重置的動作 138
決定CPU能力的項目（FLOPS值） 139
第4章運算指令 140
指令的種類 140
指令有很多種類 141
算術運算、邏輯運算的指令 144
移位是什麼？ 145
表示負數需要的符號位元 147
邏輯移位與算術移位 149
循環移位（迴轉移位） 152
資料傳輸的指令 153
輸入輸出的指令 154
分歧指令 155
分歧指令、跳躍指令、跨越指令 156
條件判斷和狀態旗標 158
「分歧指令」和「條件判斷」的組合 161
運算元的種類 163
運算元的數量是？ 163
運算元有各種形式 166
即值處理 167
位址參照 168
定址法是？ 169
ALU的運算機制 177
探索ALU的內部 177
補充 184
串列傳輸與並列傳輸 184
基本暫存器的統整 186
基本狀態旗標的統整 188
休眠指令 190
第5章程式 190
組合語言與高階語言 190
組合語言是？ 192
組合語言和高階語言的特徵 194
程式和原始碼的不同 199
程式的基本 200
條件判斷和跳躍能夠做什麼？ 200
想要讓電腦做什麼事？ 204
補充 208
程式保存在哪裡？ 208
程式在動作前的執行方向 209
第6章微控器 211
微控器是什麼？ 211
微控器存在於許多產品中 212
微控器的機能 213
微控器的構造 217
DSP是？ 220
補充 222
DSP和乘積累加運算 222
產業機器上的應用 223
尾聲 224
最後〈最近CPU的趨勢〉 231
索引 233
作者介紹 243

<作者介紹>

澀谷道雄
1971年，東海大學工學系電子工學科畢業。
民間醫療機關研究中心NMR等的研究員。
1979年，在外商半導體廠商，從事MOS的企劃、開發、設計等長達12年。
之後在國內半導體商業公司、外商IC廠商的技術部門，從事IC的設計開法等。
2007年5月，在半導體商業公司（株）三共社，以應用工程師（Field Application Engineer）的身分活動。現為同家公司的特別顧問。
〈著作〉
《用Excel學訊號分析與數值模擬》
《用Excel學傅立葉轉換》
《世界第一簡單傅立葉分析》
《世界第一簡單半導體》
《用電路模擬器LPspice學電子電路》（以上皆為歐姆社出版）

審訂者簡介
闕志達
現職：
國立台灣大學電機系 教授
學歷：
國立台灣大學電機系學士
美國加州理工學院電機系碩士、博士
經歷：
國立台灣大學電機系副教授
國立台灣大學電子研究所所長
台灣積體電路設計學會理事長
國家實驗研究院晶片系統設計中心主任
專業資格：
國際電機電子工程師學會 (IEEE) Fellow

譯者簡介
衛宮紘
清華大學原子科學院學士班。自由譯者，譯作有《上司完全使用手冊》（東販）、《超慢跑入門》（商周）、《男人懂了這些更成功》（潮客風）、《世界第一簡單電力系統》（世茂）……等。