2015年9月26日 星期六

2-1 電腦硬體架構及功能

使用電腦處理資料,需要經過輸入處理輸出等過程,這些過程必須由組成電腦的許多單元分別來完成。本章將介紹電腦的組成單元以及這些單元的功能。


2-1.1 電腦的五大單元


電腦的組成單元依照其功能可概分為輸入控制算術/邏輯記憶輸出等五大單元。


電腦的五大單元

●輸入單元:電腦接受指令及輸入資料的管道。鍵盤、滑鼠、掃描器、讀卡機等均屬輸入單元的設備。
●控制單元:用來控制及協調電腦個單元間的運作。電腦指令的執行、資料的傳輸、及與電腦個單元間的協調等工作,皆須在本單元的監督下進行。
●算術/邏輯單元:負責資料的運算與邏輯判斷。本單元與控制單元合稱為中央處理單元(CPU)
●記憶單元:電腦存放程式與資料的地方。電腦的主記憶體及硬碟等均屬記憶單元的設備。
●輸出單元:電腦輸出運算結果的管道。顯示器、印表機、喇叭等均屬輸出單元的設備。


電腦的儲存單位


電腦中最小的儲存單位稱為位元(bit),1個位元只能存一個1或0。8個位元合稱為位元組(byte)。為了方便描述、計量電腦所儲存或處理的資料量,我們常會使用以下幾種儲存單位來表示:


2-1.2 個人電腦的主機


桌上型電腦、筆記型電腦、平板電腦都是常見的個人電腦,它們的外觀雖然不相同,但都需要有主機才能正常運作。本小節將以常見的桌上型電腦為例,介紹電腦主機的組成。


主機的外觀


機殼是用來固定及保護主機內部元件的裝置,它的正面通常設有幾個重要的操作按鈕,而背面則提供連接外部週邊設備的插孔。


主機正面


主機背面

主機內部
主機板上配有許多擴充插槽,安裝在這些插槽上的電路板,統稱為介面卡,例如顯示卡、音效卡等。市售的主機板通常內建有視訊、音效、網路等介面卡的功能,這類主機板稱為「整合式(all-in-one)主機板」。

使用整合式主機板可省去購買及安插介面卡的麻煩,但如果有特殊需求時,則需另購功能較強的介面卡來安裝;例如想要提升電腦遊戲畫面的3D顯示效果,可考慮購買價格較高的高階顯示卡。

●顯示卡:用來將文字及影像呈現至螢幕上。
●無線網路卡:能讓電腦連上網路,已進行訊號傳遞與交換。
●電視卡:能讓電腦接收並處理電視訊號。
●音效卡:提供類比影音(如人類聲音)與數位語音(如儲存於電腦中的聲音檔)的轉換。


2-1.3 CPU與主記憶體



人類是「萬物之靈」,主因在於我們有顆能思考、計算、記憶等功能的"大腦"。電腦也因有"大腦"–CPU,使它榮登「萬機(機器)之王」寶座。


中央處理器–CPU



CPU式電腦進行資料處理及運算的主要元件,也是整部電腦運作的核心。電腦處理速度的快慢,關鍵就在於CPU的效能。

Intel及AMD是生產個人電腦CPU的主要廠商,他們生產的CPU已進步到有多個核心的處理器。所謂多核心是紙漿多個獨立的處理器(運算核心)整合在1顆CPU上。


多核心處理器


主記憶體



電腦的記憶體是電腦存放程式和資料的地方,可分為用來儲存暫時性資料的主記憶體,與用來儲存長久性資料的輔助記憶體兩大類。


記憶體的分類

主記憶體分為隨機存取記憶體(RAM)及唯讀記憶體(ROM)兩大類,說明如下。有端輔助記憶體的部分,將在下一節介紹。

●隨機存取記憶體:用來儲存電腦正在執行中的程式和資料,當電腦關機時,這些資料就會隨著電源一起消失。這種記憶體依製作元件的不同,可分為動態隨機存取記憶體(DRAM)及靜態隨機存取記憶體(SRAM)兩種。

        →DRAM:必須持續充電更新,儲存於其內的資料才不會消失。當我們在購買個人電腦時,所看到的「記憶體」規格通常指的就是DRAM規格

        →SRAM:不需持續充電更新,即可保存儲存於其內的資料。此種記憶體的製作成本較高,存取速度較快,常被用來做為CPU內部的快取記憶體(cache memory)。

●唯讀記憶體:是一種只能讀取而不能寫入資料的記憶體,因儲存於其內的資料不會隨電腦電源的關閉而消失,常被用來存放永久性的程式或資料,例如開機的啟動程式等。

為了改善唯讀記憶體無法寫入資料的限制,電腦廠商研發出可重複讀寫的快閃記憶體(flash memory),此種記憶體被廣泛地應用在智慧型手機、智慧卡、記憶卡、隨身碟等產品上。


內涵flash memory記憶體的產品