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申論題資訊

試卷:114年 - 114 調查特種考試_三等_電子科學組:計算機概論#129574
科目:計算機概論、大意(資訊科學概論,電腦常識,電子計算機概論)
年份:114年
排序:0

題組內容

一、請回答下列問題:

申論題內容

(一)中央處理單元(CPU)是電腦執行程式的核心運算單元。當程式載入記憶體後,CPU 使用重複的機器週期從頭到尾逐一執行程式中的指令。請詳細說明 CPU 執行程式的步驟。(15 分)

詳解 (共 1 筆)

詳解 提供者:蕭仁豪


這題是典型的「CPU 執行程序循環」考題,屬於計算機組織的基本題。以下是完整標準答案示範(可得滿分 15 分):



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? 一、CPU 執行程式的整體流程

CPU 執行程式時,會不斷重複「取指(Fetch)→ 解碼(Decode)→ 執行(Execute)」的機器週期,直到程式結束。每一條指令皆經過以下步驟:


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?(1)取指階段(Instruction Fetch)

1. 程式計數器(PC, Program Counter) 儲存下一條要執行的指令位址。


2. 控制單元(CU, Control Unit) 將此位址送到記憶體位址暫存器(MAR)。


3. CPU 發出「讀取指令」訊號給主記憶體,將指令載入到記憶體資料暫存器(MDR)。


4. 指令再被送入指令暫存器(IR, Instruction Register),同時 PC+1,準備下一條指令。




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?(2)解碼階段(Instruction Decode)

1. 控制單元 讀取 IR 內容,解析指令的操作碼(Opcode)與運算元(Operands)。


2. 判斷該指令屬於哪一類(算術、邏輯、資料存取或控制指令)。


3. 若需資料,CU 會計算有效位址,並向記憶體或暫存器取出所需資料。




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?(3)執行階段(Instruction Execute)

1. 將運算元送入算術邏輯單元(ALU),由 ALU 進行加、減、邏輯運算等動作。


2. 計算結果回存至暫存器或主記憶體中。


3. 若是跳躍(Branch)指令,則修改 PC 的內容,使下一步跳至新位址;
否則 PC 保持順序執行下一條指令。




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?(4)記憶體與 I/O 存取(如有)

若指令需存取外部裝置或資料:

CU 控制資料總線進行讀取(Read)或寫入(Write)動作;

等待 I/O 完成後再繼續主迴圈。



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?(5)重複循環

CPU 重複執行上述三階段,形成指令週期(Instruction Cycle)。
在每次週期內,若遇到中斷(Interrupt),控制權轉移至中斷服務程序,再返回原程序繼續執行。


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? 總結(可作為結尾用)

CPU 的執行步驟可概述為:

> 取指 → 解碼 → 執行 → 存回 → 更新 PC → 重複
整個過程由控制單元協調、ALU計算、暫存器組暫存資料,使程式能自動、循序地從記憶體中執行每條指令。