從最簡單的訊號辨識到數千萬邏輯閘的MPU運算，種種的邏輯元件或處理單元，一直環繞在當今高度電子數位化的生活周遭當中。而且在各種裝置裡，因為加上了運算處理的控制，使得功能變得更為強大，生活上因而得到便利的幫助，也解決了許多問題。例如，提款轉帳的金融卡、微電腦控制的家電使用、搭乘公車捷運用的儲值票卡、數位行動電話手機、遊戲機、計算機、電子錶，乃至於PDA、筆記型電腦、桌上型PC，還有其它種種周邊配合裝置、網路連結處理等，這些看起來讓人更聰明的東西，卻也只是現代人生活、生存的基本。

邏輯觀念或應用也是最根本的道理，不合乎邏輯的東西也無法建立或處理任何事物，因此一個綠豆就已經預藏長成豆芽的邏輯功能，一株瓜苗也已經蘊含結出瓜果的運作程序，所謂「種瓜得瓜，種豆得豆。」就是這麼的簡單，這麼的自然，也是這麼的篤定。我們使用生活周遭的邏輯裝置，也要抱持這樣的信念，才能應付越來越複雜與多元化的電子系統，千萬不要心存僥倖、投機取巧，或裝神弄鬼，否則便會作繭自縛，聰明反被聰明誤了。

邏輯運算的整體觀

虛擬的邏輯運算都是以經過設計的電路或程式來表現，這跟大自然的因果關係一樣，在一定的理則下，種什麼因就得什麼果。現有單一電子裝置當中，最簡單的邏輯莫過於一個電源開關，最複雜的應是所謂「超級電腦」了。但是不管電子系統裝置大小簡繁，都會老實明確的反應它的邏輯、它的判斷，甚至是它的缺陷。

我們或多或少都有一個經驗，在尋找系統中到底那裡出錯的過程當中（Debug），耗盡不少時間精神之後，才發現原來只是某個開關忘了打開，事後想一想還真是啼笑皆非。所以，邏輯運算一定要整體觀，才不會受到非邏輯的干擾與想像。（圖一）

《圖一 邏輯運算整體觀示意圖》

從單一元件來看

一般邏輯元件都有一定的設計應用目標，如CPU、MCU、DSP、MPU，或其它ASIC、ASSP等等應用，它們做辨識、運算、控制的工作，有些可能是主要的邏輯處理，特別是用來指揮整個系統的運作，也有只是經過辨識處理後就把訊號傳送出去，其它一概不管了。

這些邏輯元件所組成的系統產品，也有一定的應用目標或功能，站在巨觀的角度來看，它也是一個比較大型的獨立邏輯元件而已。當然系統產品裡面可能還結合了記憶裝置、Sensor或其它電源控制等元件（大邏輯元件的內部何嘗不是如此），不過我們應以它最後的應用功能來看，例如PC、PDA、IC卡等。

獨立的系統產品，透過乙太介面連結成區域網路，便成為一個更大的系統，再透過ADSL等連上Internet，又是更大的寬域網路系統。從更巨觀一點來看，把網路當做一般元件內部的電路，它還是一顆超大型的獨立元件而已。這些網路系統的應用可能多了些，也複雜了些，用來做邏輯運算則佔了大部份，如一般Client-Server的處理架構；也有記憶儲存功能的，如SAN，還有遙控感測的，如Web Camera、控制網路等。

從系統處理來看

所謂的系統已經蘊含邏輯架構的意思了，只是系統必須從處理的程序來看，例如可接受什麼樣的指令（Input），中間經過那些處理程序或計算（Process），然後再產生什麼樣的結果（Output）。像一般可執行不同應用軟體的電腦，就是最典型的邏輯系統；種什麼因得什麼果，在電腦裡Garbage In、Garbage Out（GIGO），這是再自然不過的理則。

一般的電子邏輯元件，雖然用的是訊號接腳（pin），卻也是具體而微的系統，其穩定快速的訊號必須靠記憶體等來傳入或傳出，而不是用鍵盤螢幕罷了。所以，廣泛來講電子元件都是經過程序設定的系統運作（一個手動操作的開關也是），當然也都是邏輯運算的一環。

至於通訊網路各個點、線、面所組成的架構，則是更大型的系統處理。有時候結合很多點來輸入訊息，有時候從一個點就可以散播訊息到很多線、乃至很多面；至於處理運算部份，則有的是集中式處理，有是分散式處理，也有兼而有之的處理。

從通訊架構來看

訂立通訊架構，就是為了規定訊號傳輸的理則，像Internet就是一種廣播式的非中心化通訊架構，其位址訊號會透過Router來找到可通行到達的路徑，GSM蜂巢式架構則必須透過特定的基地台來傳遞訊號。種種通訊標準與協定，其實就是一個極為複雜的邏輯程序。

在每個電子元件的內部，也都要設計通訊架構的邏輯電路，以便訊號能正確的傳輸到相對的邏輯閘或次元件當中。在元件與元件之間，固然有主動與被動之分，在複雜的單晶片系統內部，也要透過匯流排（On Chip Bus）的設計來分配訊號、執行協定。

電腦系統的運作也必須透過通訊介面來完成，從開機時啟動的BIOS，接著CPU、作業系統再透過各種介面來分散與整合各種處理裝置，不管是主機內部或外部的晶片、擴充卡、存取裝置與周邊設備，都是由各種不同的通訊架構所組合而成，很多複雜的連線還必須利用特定應用標準產品（ASSP）來做運算處理呢。

各類元件的系統整合

從邏輯的觀點來看，所有的元件都有它的系統運作規則，不只是邏輯元件才可以稱之為「系統」，其它元件也都各自成一系統。既然稱之為系統（或稱單元），那麼通通會影響整個大系統的運作，也會共同達成全體所推衍處理的結果。因此，我們也應該從邏輯處理角度來觀察或發展不同類型的電子元件。例如某個感測元件的辨識與定義之間發生誤差，那麼後面的判斷處理就可能差之毫釐失之千里了。（圖二）

《圖二 以元件為系統單元的整合示意圖》

邏輯單元

邏輯元件本來就是在做運算處理與判斷控制用的，所有的數位訊號都要經過運算處理才能產生意義。但是一個大的系統中，除了CPU外，通常還要其它處理器來分工合作，否則CPU的負擔就會太大，而且運作起來也比較麻煩。因為針對不同的處理目標，就要用更合適的演算法來因應，這樣才能使系統更精簡快速，例如PC中的南北橋晶片就像CPU的左右手，而音效晶片、繪圖晶片或網路晶片也都負擔不同的特殊任務。

但是要說明的是，在邏輯元件之內，乃至於邏輯元件之間的整合互動中，都或多或少要有記憶體與感測元件的搭配使用，例如CPU內部的暫存器就是記憶的功能，DSP內部可能嵌入記憶體，也可能內含類比\數位轉換器（ADC）的運作，而邏輯元件之間的訊號轉換或記憶暫存也都是必要的應用。

記憶單元

記憶體表面上看起來與邏輯元件的功能不同，但本身仍是一種系統化的邏輯閘設計，例如NAND或NOR邏輯型式的記憶體。另外，一般在做記憶存取處理時，仍要靠定址的順序來應用，基本上也有「先進先出」或「後進先出」的不同。因此複雜的記憶體中還會加上特別的辨識處理或其它感應裝置，這在記憶體模組中的應用更為明顯。

其實運作中的記憶體，除了搭載一般資料外，很多都是待處理的程式作業，這不正是系統整體作業的一環？然而在整個配置的應用上，不同型態的記憶體也都是各有所司，Register、Cache、DRAM、SRAM或Flash，乃至於儲存裝置，都必須互相整合成為一個環環相扣的記憶處理系統。

感測單元

從感應一個通電/斷電的小小開關就是一種感測元件了，一直到相當精密的影像感測器、微機電慣性感測器、無線電收發感測器（RF）都是，基本上這些都偏向類比技術的處理。這些類比技術看似容易受到干擾而不易控制，有時候也有一些模糊不邏輯的地方，但那只是技術或定義上的誤差，並不表示它欠缺明確的系統化運作，例如一個手動開關的邏輯很清楚，按on就通電、按off就斷電，但如果受到干擾（人為或自然），也可能因為接觸不良而產生錯誤，這跟一般的邏輯錯誤與必要的容錯設計差別不大。

也就是說，單一的感測元件本身就是一個辨識控制系統，如果用直覺性的傳達來形容也無不可。所以，感測元件是一種立即性的處理工作，很多精密且動態的立即反應也必須要有複雜的邏輯設計，以及數位運算處理的支援，DSP就是最普遍的背後元件，越是精密的感測，相對用的DSP也就要越高速，反之則是越簡單的反射動作，並不一定有處理器的支援。感測元件在一個大系統中的應用可以說非常廣泛而多樣，彼此之間的互通、補強與整合也非常重要。

SoC整合

一個可獨立運作的系統，其實或多或少都包括邏輯元件、記憶元件與感測元件在其中。過去都是把上述三種類型的元件分佈在PCB中整合，在晶圓密度與製程技術提高之後，把一個系統中需要的元件或大部份的元件都放在一個晶片上，便成為可能且必要的一種技術。在實務上，嵌入式的核心處理器、記憶體或類比元件，乃至於作業系統，已經是很普遍的應用。

SoC整合之後，有可能是偏向邏輯運算的，或是偏向資料記憶的，也有可能是偏向通訊感測的系統，這與上面所說大型邏輯系統、大型記憶系統與大型感測系統的道理差不多，唯一較不同的是未來的SoC會更獨立完整，整顆SoC就某方面來說也就是一個虛擬運算處理系統罷了。

多核、多元、多格與多中心的應用策略

由於晶圓製程的精密進步，單一晶片裡面便可以嵌入多個核心處理器，這就是所謂的多核（Multi-Core）。至於多元的型式較複雜，有同一主機板上多CPU的SMP（Symmetric Multi-Processing）架構，或多種處理器的整合也是一種多元，還有多個主機串連的叢集（Cluster）架構也是。多格則指的是網格運算（Grid Computing）的架構，這是透過網路結合更多處理器與記憶體的分散式運算方式。多中心是依應用目標來定義主要的中心處理單元，例如遊戲機應以繪圖處理器為中心，並非以CPU為中心，這樣才能做正確的創新發展。

應付更多樣的運算需求

在這個數位化快速而全面性發展的時代，種種的數位運算工作也多到難以想像，沒有做好系統化規劃，各種處理器也只能各自為政，對於使用者而言則是雜亂、重複、浪費，甚至是錯失誤導。因此適應不同功能作用的處理器都可以發展，例如多核的CPU就可以用來即時處理多媒體訊息，GPU也應該自行發展，能夠直覺性運算處理的就盡量獨立去做，甚至軟體、周邊硬體也要同時考量明白。

每個獨立的系統產品，如PDA、伺服主機、NB等，都會產生自己的運算功能與目標，也都要有向外連結的能力與需要，接著再整合這些多核、多元、多格與多中心的運算資源，這樣大材就不必小用，小材也不必大用，而且天生我材必有用，什麼事物要用什麼樣的運算平台就很清楚了。

根據市場型態發展邏輯運算平台

按照目前的市場生態，可以發現有四種不同的運算中心來做為系統整合的依據：一是個人伺服系統，可以應用的是Desktop PC或NB為伺服中心，其它個人用的PDA或手機為附帶與行動式的處理機制，業者可從中探討有那些可發展的功能技術或產品。二是家庭伺服系統，可以應用PC Server或特製的媒體平台為伺服中心，個人電腦、行動裝置或家電器具為周邊的處理機制。三是辦公伺服系統，可應用大型主機為伺服中心，將各個工作站連結成一個區域網路，並分享各種資源，強化辦公室的機能與效率，外圍再連結行動裝置來加以利用。四是網際網路伺服系統，這是開放性的整合所有系統架構，透過ISP連結各種資源、溝通各種協定，可以發展應用的產品就更多了。

結語

邏輯運算本來就是在處理複雜的工作，電子數位化的處理也是為了加快速度，因此我們更應該以整體簡單的運作方式來分析對待，才不失實事求是、一絲不茍的科學理性精神，即使經驗豐富的工程師，也千萬別陷在片面邏輯的偏見裡，才能解決真正的問題。

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