第四章　電腦基本架構與連接

第四章　電腦基本架構與連接 4-1 電腦硬體的基本架構 4-2 匯流排的基本類型 4-3 個人電腦的硬體組成啟芳出版社

4-1 電腦硬體的基本架構 以資料處理的角度來說，電腦系統藉由硬體、軟體與使用者的合作而完成輸入、處理、輸出、儲存等相關工作，而電腦硬體在設計時也配合這樣的運作方式。

4-1 電腦硬體的基本架構 基本架構

4-1.1硬體五大單元 • 電腦硬體的基本架構可分為五大單元： • 輸入單元 • 算術/邏輯單元 • 控制單元 • 記憶單元 • 輸出單元

4-1.1硬體五大單元 輸入單元 • 輸入單元(input unit，IU)可將資料或程式經數位化後輸入至記憶單元，提供其他單元進行處理或儲存的動作，例如鍵盤、滑鼠…等都是常見的輸入設備。

4-1.1硬體五大單元 • 算術/邏輯單元 • 算術/邏輯單元(arithmetic/logic unit，ALU)主要負責加、減、乘、除等算術運算，以及判斷真假、大小等邏輯運算的工作。

4-1.1硬體五大單元 控制單元 • 控制單元(control unit，CU)負責指令解碼以及指揮協調各單元的運作與資料傳遞。

4-1.1硬體五大單元 4-1.1硬體五大單元 • 記憶單元 • 記憶單元(memory unit，MU)是用來存放指令和資料的地方，依其性質與功用又可分為主記憶體與輔助記憶體兩類。

4-1.1硬體五大單元 • 記憶單元 • 主記憶體的容量較小但傳送速度較快，多用來存放處理中的指令和資料。 • 輔助記憶體（例如磁碟機、光碟機…等）的容量較大但速度較慢，因此多半用於儲存尚未執行的程式或資料。

4-1.1硬體五大單元 輸出單元 • 電腦中的資料經處理後必須透過輸出單元(out put unit，OU)顯示或輸出。 • 例如：顯示器（螢幕）、印表機

4-1.1硬體五大單元 • 由於算術/ 邏輯單元與控制單元是電腦運作的重要中樞，因此又合稱為中央處理單元(central processing unit，CPU)。

4-1.1硬體五大單元 • 1971年，Intel成功地將「算術/邏輯單元」與「控制單元」焊燒在一片積體電路上，並命名為微處理器(microprocessor)，因此現在一般人所說的CPU通常指的就是微處理器。

4-2 匯流排的基本類型 • 所謂匯流排(bus)是指電腦元件間用來傳遞電子訊號的線路通道，一般可分為以下三種類型： • 控制匯流排 • 位址匯流排 • 資料匯流排

4-2 匯流排的基本類型 控制匯流排 • 控制匯流排(control bus)的主要作用為傳送系統時脈與CPU發出的控制訊號（如讀、寫、重置等），並藉此協調整個系統的運作。

4-2 匯流排的基本類型 位址匯流排 • 位址匯流排(address bus)用來與控制匯流排發出的控制信號配合，以便正確找出資料位於主記憶體中的位址進而讀寫所需資料。

4-2 匯流排的基本類型 資料匯流排 • 資料匯流排(data bus)主要負責各單元間的資料傳送工作。 • 資料匯流排線的數目是影響電腦執行效能的關 • 鍵之一，數目越多則每次能傳送的資料就越多，效能則越高。

4-2 匯流排的基本類型 控制匯流排與位址匯流排都是單向傳輸的排線，而資料匯流排則為雙向傳輸的排線。為了方便描述，我們習慣將CPU與其他設備(如RAM)間的專用資料匯流排稱為前端匯流排(front side bus，FSB)。

延伸學習 電腦中的資料儲存單位 • 1 bit 位元，最小的儲存單位 • （在縮寫單位中習慣以小寫的b來代表bits） • 1 Byte 位元組，＝8 bits • （在縮寫單位中習慣大寫的B來代表Bytes）

延伸學習 • 電腦中的資料儲存單位 • 1 KB ＝ Bytes • 1 MB ＝ KB ＝ Bytes • 1 GB ＝ MB ＝ Bytes • 1 TB ＝ GB ＝ Bytes

4-3 個人電腦的硬體組成 • 雖然電腦仍由五大單元的架構發展而來，但各種設備都變得更加複雜甚至具備多樣化的整合功能，其中桌上型個人電腦是目前使用最普遍的電腦類型，因此以下將簡單介紹其基本組成。

4-3 個人電腦的硬體組成 • 電腦科技發展快速，硬體規格也不斷創新與改變，各種設備都變得更加複雜甚至具備多樣化的整合功能，但個人電腦仍是目前使用最普遍的電腦類型。

4-3.1桌上型個人電腦外觀 • 個人電腦包括含各式設備的主機，以及鍵盤、滑鼠、顯示器、喇叭等常見的週邊設備。

4-3.2桌上型電腦背面的連接埠 主機背面的各種連接埠（port） • 可用來連接外部週邊設備，例如 • 電源線插座、PS/2埠、USB埠、 • 平行埠...等各有不同作用。

4-3.2桌上型電腦背面的連接埠 1. 電源線插座：連接電源線插入家用插座。 • 2. RJ - 11數據機埠：電話線的接頭，可用於使用數據機功能。 • 3. 電視卡：FM天線輸入、有線電視輸入、Video輸入、音效輸出、音效輸入。

4-3.2桌上型電腦背面的連接埠 • 4. WiFi天線插孔：用來連接無線區域網路的天線插孔。 • 5. D-Sub埠：使用類比訊號輸出，用於連接顯示器及投影機。 • 6. S-Video埠：可用於連接電視輸出。

4-3.2桌上型電腦背面的連接埠 • 7. DVI埠：是一種數位視訊介面 • 標準，可傳送數位資訊資料到 • 顯示裝置如螢幕和投影機上。 • 8. 音效插孔：包括音源輸入、音 • 源輸出、麥克風插孔等，該機器支援5.1聲道規格。 • 9. 網路線插孔：用以連接RJ-45規格的網路線。

4-3.2桌上型電腦背面的連接埠 • 10. IEEE1394埠：原名FireWire • （火線）能同時連接63個週邊設備，常用於連接數位攝影機(DV)、DVD錄放影機等設備。 • 11. USB埠：萬用序列匯流排，最多可串接127個週邊，並支援熱插拔功能。

4-3.2桌上型電腦背面的連接埠 12. S/PDIF插孔：是一種音訊的數位傳輸介面，利用光纖或是同軸電纜線將訊號送至解碼器或擴大器等音響設備上。 13. PS/2 埠：用以連接PS/2規格的鍵盤與滑鼠。

4-3.2桌上型電腦背面的連接埠 14. eSATA連接埠：是專供S-ATA介面硬碟或光碟的外部連接埠，纜線最長可達2 公尺，本身不提供電力，可支援熱插拔功能。 17. HDMI連接埠： • 最新的數位影像和聲音的傳輸介面，支援高於1600×1200的影像解晰度，主要應用在有支援數位著作權管理(DRM)的硬體上。

4-3.2桌上型電腦背面的連接埠 15.平行埠(LPT)：又稱並列埠，多用於連接印表機，不過今日大多數的印表機是透過網路或USB埠和電腦連線。 16.序列埠(COM)：早期的滑鼠、數據機等低速設備使用的連接埠，目前已經很少見了。

延伸學習 隨插即用 • 隨插即用（Plug and Play，簡稱PnP）：符合隨插即用規格的電腦周邊裝置，在電腦上加上一個新的外部裝置時，能自動偵測與配置系統的資源，而不需要重新組態或手動安裝驅動程式。

延伸學習 熱插拔 • 熱插拔(Hot swapping)：支援熱插拔的周邊裝置能夠即時偵測及使用新的裝置，並且可以在不用關閉電腦電源的情況下插入或拔除，不會導致主機或周邊裝置燒燬。 • 例如：符合eSATA、USB或IEEE1394等規格的周邊裝置。

4-3.3 主機板提供資料傳輸通道 • 電腦系統中大部分的重要元件如微處理器、主記憶體模組、擴充卡等都必須安裝在主機板(motherboard)上。 • 軟碟、硬碟、光碟等安裝在機殼上的內部設備，也必須透過排線連接到主機板上才能正常運作。

4-3.3 主機板提供資料傳輸通道 • 鍵盤、螢幕、印表機…等外部週邊也必須連接在主機板提供的各種連接埠上。 • 簡言之，主機板的作用在於匯集各種元件並透過印刷電路(printed circuit)提供資料傳輸通道，是電腦系統中不可或缺的重要組件。

4-1.3主機板提供資料傳輸通道 • 1. CPU插槽：用來安裝 • 微處理器的位置，需 • 配合微處理器選擇合 • 適的插槽型式。 • 2. DRAM 插槽：用來安裝DRAM 模組的位置，目前較常見的為240 pin 的DDR2 DIMM規格。

4-1.3主機板提供資料傳輸通道 • 3.PCI擴充槽：用以安裝PCI擴充卡，例如音效卡、電視卡、SCSI卡...等。 • 4. PCI Express x16擴充槽：用以安裝PCIe 規格的顯示卡。

4-1.3主機板提供資料傳輸通道 • 5. PCI Express x1 擴充槽：用以安裝SATARAID 、Gigabit 網路卡...等。 • 6. IDE 連接埠：IDE 連接埠是用來連接IDE裝置的位置，每個IDE可連接二台IDE 規格的硬碟或光碟機。

4-1.3主機板提供資料傳輸通道 • 7. S-ATA連接埠：新一代的硬碟連接介面，採用序列式傳輸，傳輸速度較IDE快，長達200公分，支援熱插拔功能。 • 8. 軟碟機連接埠：主機板透過排線來連接軟碟機的位置。

4-1.3主機板提供資料傳輸通道 • 9. I/O連接埠：主機背面的連接埠位於主機板上，用來連接外部週邊。 • 10.北橋晶片(上覆散熱片)：主要負責微處理器、主記憶體、AGP匯流排等高速裝置間的溝通。

4-1.3主機板提供資料傳輸通道 • 11. 南橋晶片：主要負責IDE 裝置、PCI匯流排、USB...等其他裝置間的溝通。 • 12. ATX電源線插槽：連接電源供應器以獲得電力。

4-1.3主機板提供資料傳輸通道 • 13. 鋰電池：電腦中許 • 多基本設定資料如 • 日期、時間、磁碟 • 機容量...等都會儲存在一個稱為CMOS的晶片中，而鋰電池則提供CMOS保存資料所需的電力。

延伸學習 準系統 • 許多廠商使用超小型主機板搭配機殼、電源供應器、微處理器、主記憶體…等組成低價、不佔空間的準系統(barebone)，使用者只要再挑選合適的顯示器、鍵盤、滑鼠…等其他設備即可成為完整的電腦系統。

延伸學習 晶片組 • 主機板的作用其實是由各種不同功能的晶片組(chipset)所提供的，而在主機板晶片組裡又以被稱為北橋與南橋的二個晶片組最為重要，其中位於上方（北側）的是北橋晶片，下方（南側）的是南橋晶片。

延伸學習 晶片組 • 北橋晶片主要負責微處理器、主記憶體、AGP匯流排等高速裝置間的溝通。 • 南橋晶片則負責IDE裝置、PCI匯流排、USB介面…等其他裝置間的溝通。

延伸學習 南北橋晶片功能示意圖

4-3.4 筆記型電腦的外觀 • 相較於桌上型電腦，筆記型電腦輕盈短小，方便隨身攜帶，在功能和執行速度上都不輸給桌上型電腦。 • 筆記型電腦因體積的限制，大多數的功能都是以內建為主，擴充能力較差，圖4-3.4為一般筆記型電腦的外觀及常見的連接埠。

4-3.4筆記型電腦的外觀 • 1. 網路攝影機 • 2. 紅外線接收器 • 3. 音源輸入孔 • 4. 音源輸出孔 • 5. 內建硬碟、無線網路模組、藍牙模組

4-3.4筆記型電腦的外觀 • 6. S-Video 埠 • 7. D-Sub 埠 • 8. 專屬擴充埠 • 9. RJ-45網路線插孔 10. HDMI埠 • 11. IEEE1394埠 12. 讀卡機 • 13. 名片型遙控器

4-3.4筆記型電腦的外觀 • 14. 光碟機 • 15. USB埠 • 16. RJ - 11數據機連接埠 • 17. 電源插孔

第四章 電腦基本架構與連接