第 4 章
微處理器架構基本概念
你現在正在上這一章。 這是期中前最關鍵的一章：搞懂 von Neumann 模型和指令週期，後面的指令集才會有意義。
- von Neumann 模型
- MAR / MDR
- 指令週期
- LC-3 資料路徑
概念 01
von Neumann 模型：五個部門
白話講
把電腦想成一間公司：
記憶體 (Memory)＝檔案室，資料和指令都放這裡。
處理單元 (Processing Unit)＝計算部門（ALU + 暫存器）。
控制單元 (Control Unit)＝主管，決定下一步做什麼（含 PC 和 IR）。
輸入 / 輸出 (Input/Output)＝收發室，鍵盤和螢幕。
關鍵洞見：程式和資料放在同一個檔案室。這就是 von Neumann 的核心——所以程式可以被當成資料來處理（這也是編譯器和病毒的原理）。
MAR（Memory Address Register）＝「我要第幾號櫃子」
MDR（Memory Data Register） ＝「櫃子裡拿出來／要放進去的東西」
在說什麼存取記憶體一定要經過這兩個暫存器。讀：把位址放進 MAR → 記憶體把資料放進 MDR。寫：位址放 MAR、資料放 MDR → 下寫入訊號。
PC 和 IR 不要搞混：
PC（程式計數器）＝下一條指令的地址（書籤夾在第幾頁）。
IR（指令暫存器）＝正在執行的那條指令本身（正在讀的那一句）。
概念 02
指令週期：永遠在跑的六步迴圈
白話講
CPU 從開機到關機，就一直在跑這個迴圈，沒有一秒停過：
① FETCH 取指令（照 PC 去拿）→ ② DECODE 解碼（看是什麼指令）→ ③ EVALUATE ADDRESS 算位址 → ④ FETCH OPERANDS 拿運算元 → ⑤ EXECUTE 執行 → ⑥ STORE RESULT 存結果 → 回到 ①
FETCH 的三個動作 MAR ← PC PC ← PC + 1 IR ← MDR
在說什麼PC 在取指令階段就先加 1 了，不是執行完才加。這樣跳躍指令才能直接改寫 PC。這是考題的經典陷阱。
不是每條指令都跑滿六步。ADD 不需要算位址，JMP 不需要存結果。
考卷上會這樣寫
Describe the actions taken during the FETCH phase of the instruction cycle.
三個動作照順序寫：MAR ← PC；PC ← PC+1；MDR ← M[MAR]；IR ← MDR。PC 遞增發生在這個階段要講出來。