第 2 章電腦硬體

第2章電腦硬體 電腦基本架構電腦的使用與保養電腦系統元件電腦的儲存裝置輸入裝置輸出裝置

輸入單元 2-1 電腦基本架構 • 電腦電源開關打開之後，通常第一個會碰到的步驟就是接觸鍵盤，藉由打字的方式產生訊號，此時會由電腦裡的軟體，將這些資訊編譯成由0和1構成的機械語言傳送給中央處理器。 • 輸入裝置有滑鼠(mouse)、軌跡球(trackballs)、觸控板(touchpads) 、遊戲操縱桿(joysticks) 、掃描器(scanners) 、數位照相機(digital cameras)和麥克風(microphones)。

控制單元與算術邏輯單元 2-1 電腦基本架構 • 是俗稱的CPU(Central Processing Unit:中央處理器)，主要是負責整個電腦系統各單元間資料傳送、運作控制、算術運算(例如四則運算)與邏輯運算(例如AND、OR、NOT)的執行。 • 當輸入單元在接收到資料以後，會先通過處理器的「控制單元」，依照所接收到的指令內容將資料送往「算數邏輯單位」或者是記憶單元中，最後再送往輸出單元。

記憶單元 2-1 電腦基本架構 • 包括為「主記憶體」與「輔助記憶體」兩種。 • 「主記憶體」負責處理過程中暫存的程式與資料， • 「輔助記憶體」則適合用來暫存大量的資料，常見的輔助記憶體包括了磁碟、磁帶、硬碟、光碟等。

輸出單元 2-1 電腦基本架構 • 可以明白顯現電腦處理後的結果，最主要的輸出工具就是電腦螢幕，藉由螢幕上的文字或圖形，可以讓我們清楚確認操作的正確性。 • 其他要的輸出單元還包含印表機、喇叭、繪圖機等輸出設備。

主機板(1) 2-2 電腦系統元件 • 是一塊大型的印刷電路板，其材質大多由玻璃纖維，用以連接處理器、記憶體與擴充槽等基本元件，以達到整合電腦系統的目的，又稱為母板(Motherboard)。 • 運作原理是依據電腦元件中送出的電流、資料和指令來回應。 • 即使此元件並沒有直接安裝在主機板上，這都可經由「匯流排」來溝通與聯繄。

主機板(2) 2-2 電腦系統元件 • 以下是主機板常見的連接埠與連結設備：

介面卡(1) 2-2 電腦系統元件 • 顯示卡 • 是一塊連結到主機板上的電路卡，包含了記憶體、電路，它能夠決定螢幕的更新頻率、色彩總數以及解析度。 • 早期為PCI介面，不過目前已經全部為更改為傳輸速率更高的AGP介面。 • 視訊擷取卡 • 是一種特殊的電腦擴充卡，它能夠讓使用者連接影像裝置，例如錄影機、數位攝影機，並直接將影像傳到電腦上。

介面卡(2) 2-2 電腦系統元件 • 音效卡 • 一種擴充卡，其能將類比式的聲音訊號從麥克風傳送至電腦並轉成數位訊號，使電腦能夠儲存並加以處理；相對的，也能將數位訊號轉回成類比訊號供傳統式喇叭播放。 • 網路卡 • 功用是負責將電腦連接到網路上，讓電腦能夠在網路上互相用來連接ADSL數據機或區域網路，有線的網路卡會有一個RJ-45的插孔，提供網路線連接連線設備。

CPU(1) 2-2 電腦系統元件 • 個人電腦的CPU則慣稱為「微處理器」(micro processor)。 • CPU是由「算術與邏輯單元」與「控制單元」這兩單元組合而成，通常被插入在電腦的主機板(motherboard)上。 • 例如Pentium V系統就是使用Pentium V等級的微處理器來作為它的CPU。

CPU(2) 2-2 電腦系統元件 • 機器週期 • 每次CPU執行指令時，都會採取一系列的步驟，所花費的時間則稱為CPU「機器週期」(machine cycle)。 • 對於CPU所執行的任何工作，都是不斷進行擷取、解碼、執行與儲存的四種動作。 • 字組長度 • CPU一次處理或搬動資料的長度，稱為一個字組(Word)，字組大小越大，電腦處理一組資料的速度就越快。 • 而字組長度與暫存器大小息息相關。

CPU(3) 2-2 電腦系統元件 • CPU發展史 • 目前Intel主流的CPU有Celeron及Pentium 4兩種系列，差別在於L2快取記憶體的大小及外頻的不同。 • Celeron 適合一般的資料與文書處理，價格較低廉，Pentium則適用於大量計算的多媒體運用方面，品質較佳。 • 競爭對手AMD主流的CPU產品有Duron、Athlon及Athlon XP等三個系列。

CPU(4) 2-2 電腦系統元件 • CPU指令集 • CISC為一種傳統的處理器架構，指令格式較多且冗長，執行速度較慢，也不易程式開發與學習，例如Pentium 4 和 Athlon XP等處理器。 • 「簡化指令集」(Reduced Instruction Set Computing，簡稱RISC)就是為了改善複雜指令集的缺點而因應而生的技術，至於RISC是把指令集簡化，只保留一些最基礎的指令。

CPU(5) 2-2 電腦系統元件 • CPU發展現況 • 正朝向多核心 PC 時代的方向發展，最近市面上陸續推出了英特爾與AMD的4核心CPU主機板，也就是四核心架構，就是在目前中央處理器上封裝4個系統核心，使得效能提升不再靠傳統的工作時脈速度，而是平行運算處理。 • 四核心的原理就是在同一晶片內放進四個處理器核心，讓相同體積的CPU晶片，可以容納四倍的運算能力，並且在單一晶片上使用四個核心來分擔工作量。

記憶體(1) 2-2 電腦系統元件 • 隨機存取記憶體 • 屬於一種揮發性記憶體。 • RAM是由蝕刻在矽晶片上的許多電路所組成的一塊電路板，稱為「記憶體模組」(Memory Module)，必須安裝在主機板的記憶體插槽上才能運作。 • RAM的種類可分為「動態隨機存取記憶體」(DRAM)與「靜態隨機存取記憶體」(SRAM)。 • DRAM的速度較慢，必須保持持續性的充電狀態，但價格低廉可廣泛使用。

記憶體(2) 2-2 電腦系統元件 • 唯讀記憶體(ROM) • 屬於韌體(Firmware)的一種，如主機板的BIOS ROM。

傳輸介面與連接埠 2-2 電腦系統元件

2-2 電腦系統元件

軟碟機(1) 2-3 電腦的儲存裝置 • 是一般常見的3.5英吋磁碟片的讀寫裝置，早期的尺寸為5.25吋(儲存量為1.2MB)，現期為3.5吋(儲存量為1.44MB)。軟碟片平面示意圖

軟碟機(2) 2-3 電腦的儲存裝置 • 可攜式隨身碟 • 只要將它插入電腦的USB插座中，即可存取其中的資料內容，而且不需要將電腦重新開機或關機。 • 現在許多外接式儲存裝置可以接在USB埠(最大頻寬12 MBit/s)、Firewire(頻寬達400 MBit/s)、SCSI(頻寬達320 MBit/s)，甚至還可以直接安裝在並列埠或串列埠。

硬碟機(1) 2-3 電腦的儲存裝置 • 是目前電腦系統中主要的儲存裝置，包括一個或更多固定在中央軸心上的圓盤，像是一堆堅固的磁碟片。 • 每個圓盤上面都佈滿了磁性塗料，而且整個裝置被裝進密室內。 • 對於各個磁碟片(或稱磁盤)上編號相同的單一的裝置。 • 硬碟隨容量不同而有不同數量的磁碟片，每片皆有上、下兩個磁頭。

硬碟機(2) 2-3 電腦的儲存裝置 • 硬碟傳輸介面可區分為IDE、SCS與SATA三種。 • 其中SATA (Serial ATA )匯流排介面是計畫用來取代EIDE(enhanced IDE)的新型規格，可支援熱拔插，十分適合做為外接式硬碟，並具備高速、低壓的省電規格。硬碟內部構造示意圖

光碟機(1) 2-3 電腦的儲存裝置 • CD-ROM • CD-ROM使用相同的技術來產生音樂光碟。 • 資料是無法任意刪除及重複寫入，本身有良好的保護，不易受到刮傷及灰塵的影響。 • CD-R • 可單次寫入資料於光碟上，必需搭配CD-R光碟燒錄器及燒錄軟體才可執行寫入的動作。 • 可寫入電腦資料或者音樂，但寫入後的資料是不能更改及刪除，對於資料的保存有較高的安全性。

光碟機(2) 2-3 電腦的儲存裝置 • CD-RW • 重複寫入及抹除光碟資料，必需使用CD-RW光碟燒錄器及專門燒錄軟體才可執行寫入抹除的動作，彈性也比較於CD-R更大。 • CD-Plus • 稱為加效音樂光碟，是音軌與資料共生於同一張光碟片的格式。 • 這種光碟片放進雷射唱盤時，可以正常地聽音樂，或者放進電腦光碟機時就可以直接播放歌手照片、訪問、歌詞、 MTV音樂影片等額外的資料。

光碟機(3) 2-3 電腦的儲存裝置 • VCD • 是一種壓縮過的影像格式，指的是影音光碟，VCD是根據白皮書(White book) 所制定，但視訊畫質則較為遜色。 • DVD-ROM • 是一種可重覆讀取但不可寫入的DVD光碟片。 • DVD-R • 可寫入資料一次的DVD光碟片，其構造與CD-R 類似，可用於高容量資料儲存。 • 不過一旦把資料錄入DVD-R碟片，就不能改變它。

光碟機(4) 2-3 電腦的儲存裝置 • DVD-Video • 它被廣泛應用在電影領域，也就是我們使用在DVD光碟機所播放影片的光碟。 • DVD-Audio • 是一種新的音樂光碟格式，此種DVD光碟在單一區段內含有資料和音軌，在音效上所發揮的優點可用來取代CD。 • DVD-RAM • 重覆讀寫數位多功能光碟，本身具備卡匣式包裝，可允許使用隨機方式存取資料，經常被視為是一片可攜式硬碟，可以隨時加入或刪資料。

光碟機(5) 2-3 電腦的儲存裝置 • DVD-RW • 各大相關業界對於可讀寫式數位影音光碟機的發展遠景頗為投入，但由於意見分歧，以至於各自發展出了不同的可讀寫式數位影音光碟機(DVD-R 或 DVD-RW)，至目前為止尚未有統一的規格。 • 複合式光碟機(Combo機) • 結合CD-RW與DVD-ROM功能，具有燒錄CD及讀取DVD功能，適合輕薄型機種配筆記型電腦。

鍵盤 2-4 輸入裝置 • 它也是輸入文字及數字的主要輸入裝置。 • 最基本的鍵盤模式有104個按鍵，包含主要輸入鍵、數字符號鍵、功能鍵、方向鍵與特殊功能鍵。 • 鍵盤類似打字機的鍵盤，按鍵的排列分式亦有一定規則可循，方便使用者可以同時雙手操作：

滑鼠(1) 2-4 輸入裝置 • 它的功能在於產生一個螢幕上的指標，並能快速的在螢幕上任何地方定位游標，這稱之為定位(pointing)，可以藉由結合定位與一些技巧來完成每一件事，像是按下(clicking)、按兩下(double-clicking)、拖曳(dragging)、及按右鍵(right-clicking)。 • 滑鼠如果依照工作原理來區分，可分為「機械式」、「光學式」與「半光學式」三種。

滑鼠(2) 2-4 輸入裝置 • 軌跡球 • 軌跡球看起來有點像顛倒的滑鼠指向裝置。 • 軌跡球受到歡迎主要是膝上型電腦的到來，它最普遍地使用在膝上或工作區沒有足夠放滑鼠的表面。 • 軌跡板 • 有時被稱為觸控板(touchpad)是一種固定的指向裝置，主要用於平面圖形的繪製，取代以滑鼠來畫圖的不方便。 • 在數位板上所繪製的線條，會立即顯示螢幕上的繪圖軟體中。

掃描器 2-4 輸入裝置 • 原理就是以光學辨識的方式，將圖片或文字轉變成電腦能處理的數位訊號。 • 以DPI(Dot Per Inch)作為解析度的單位，代表每一英吋長度內的點數，DPI值越高則代表解析度越高，影像越清晰，有300 DPI、400 DPI、600 DPI或1200 DPI等多種規格。 • 除了對解析度的要求外，對於每一個「點」(Dot)的分色能力也很重要。 • 分色能力愈強，相對著能辨識更多的顏色。

數位相機 2-4 輸入裝置 • 主要以CCD感光元件來進行拍攝，CCD的判斷原理是以圖形中心相鄰的亮度區域為基準，沿著分界線，相鄰像素之間會有低反差情形。 • 「像素」(Pixel)的多寡，便直接影響相片輸出的解析度與畫質。 • 數位相機使用的記憶卡採用Flash ROM，可以重覆使用。

搖桿 2-4 輸入裝置 • 主要目的是用於電玩遊戲上，搖桿可以彌補鍵盤的不足，讓使用者有人機一體的感受，並能減少鍵盤的損壞率。 • 搖桿的設計原理，是以搖桿中心為原點，當玩家推動搖桿時，搖桿驅動程式便會將水平與垂直的變化量轉換成座標回傳。 • 可分為類比與數位二種。

麥克風 2-4 輸入裝置 • 麥克風連接電腦後能將聲音轉換成數位訊號，據大多數專家估計，麥克風是最有可能成為下一代電腦的主要輸入工具。 • 另外利用人工智慧的學習功能，電腦經由語音辨識系統軟體辨別麥克風所輸入的聲音，轉換成電腦所了解的二進位碼，可以降低鍵盤的使用率，目前已發展出連續語音辨識技術。

顯示器 (1) 2-5 輸出裝置 • 又稱為螢幕，為一種無形而暫時性的輸出模式，稱為軟拷貝。 • 需要與顯示卡匹配，才能獲得最佳的使用效果，亦同樣存有解析度的問題。 • 螢幕解析度(resolution)的大小由像素(pixel)的多寡決定，而點距(dot pitch)是每個點之間的距離，點距小，畫質的品質就高。

顯示器 (2) 2-5 輸出裝置 • 液晶顯示器(Liquid Crystal Display，簡稱LCD) • LCD是以一種特殊的液晶來建立影像，液晶通常是透明的，但通電之後就變成不透明了。 • 在LCD螢幕的視角則縮小，當您增加看螢幕的角度，影像很快就變得模糊不清。 • 能夠呈現極度純淨細膩、豐富真實的影像色彩效果，並且觀賞上擁有170度超廣視角。

印表機(1) 2-5 輸出裝置 • 印表機分為兩大類別：撞擊式印表機及非撞擊式印表機。 • 撞擊式印表機藉由使用撞針或撞鎚將墨水帶朝紙按下建立影像，列印品質較差但是速度快又可以同時產生副本，常用於大型企業的對內報表或薪資帳冊。 • 非撞擊式印表機則沒有直接接觸到紙張，噪音較低。

印表機(2) 2-5 輸出裝置 • 點矩陣印表機 • 透過一種列印頭(print head)的機械裝置來建立影像，當從電腦接受指示，印表機能將這些針的任何一根以任何的組合方式往外推，藉由將這些不同組合的針往外推，列印頭便能建立文字或圖案。 • 以CPS(每秒列印字元)為單位。 • 噴墨印表機 • 採用墨水自噴嘴中加壓，再將墨水噴到紙面上的方式列印，所以在列印時會比較安靜，而且速度比點陣式印表機快，同時列印品質也比較好。

印表機(3) 2-5 輸出裝置 • 雷射印表機 • 工作原理是利用雷射光射在感光滾筒上，並在接受到光源的地方，會同時產生正電與吸附帶負電的碳粉，並黏在圓筒上被雷射充電的位置。 • 用壓力與熱，色粉從圓筒轉移掉落在紙上，目前雷射印表機可以列印黑色與彩色，乃是利用不同顏色的碳粉混合，產生多種色彩。

喇叭 2-5 輸出裝置 • 主要功能是將電腦系統處理後的聲音訊號，在透過音效卡的轉換後將聲音輸出，這也是多媒體電腦中不可或缺的週邊設備。 • 雖然輸出的功率(即瓦數)愈高，喇叭的承受張力也就愈大。 • 不過一般消費者看到都是廠商刻意標示的P.M.P.O值，這是指喇叭的「瞬間最大輸出功率」。

電腦使用與人體工學 2-6 電腦的使用與保養 • 購買影像穩定，不會震動或閃爍的螢幕，調整螢幕位置，使螢幕不發出反光。 • 當雙手在鍵盤上方遊動時應與手肘高度齊平，在實際打字時，手腕是一定要懸空的，不可置放在任何物體上面。 • 工作約50分鐘最好能有5-10分鐘的休息量，打字時不要駝背，雙腳平放在你的正前方的地板上。

電腦操作與故障排除(1) 2-6 電腦的使用與保養 • 循正常的關機途徑進行電腦的關機。 • 擦拭的布料不可以起毛球或屑片。 • 電腦當機時，不要急著重新開機，同時按住Ctrl+Alt+Del三鍵，接著會出現工作管理員視窗。 • 要降低電腦當機，有幾項防範措施可以去特別注意： • 移除掉不必要的驅動程式。 • 注意驅動程式的更新及系統程式的更版。 • 對佔住大量系統資源的背景程式予以關閉。 • 磁碟掃描可以提早發現壞軌，並進行修復動作。

電腦操作與故障排除(2) 2-6 電腦的使用與保養 • 光碟機讀不到CD、VCD或DVD光碟時可能有下列幾點原因： • 電腦相當怕灰塵及熱，所以電腦擺放的位置避免放在溫度過高、陽光直射或過於潮濕的場所。 • 不可用濕布擦拭螢幕，螢幕後方保留適當空間以作為散熱之用，四周不要置放電子產品，以避免磁場影響。 1.光碟機挑片。 2.光碟片表面的刮痕，也會造成讀不到資料的現象。 3.讀取頭髒了。

第 2 章電腦硬體