Transcript 12.2硬體Hardware

電腦硬體
Hardware
醫務管理暨醫療資訊學系
陳以德 副教授: 濟世CS202-3
07-3121101 轉 2648-25
[email protected]
學習目標
 記憶體相關技術
 輔助儲存設備相關技術
 輸出、輸入設備相關技術
 硬體發展趨勢
記憶單元階層
速度、價格
暫存器
Cache
快取記憶體
ROM/RAM
硬碟
磁帶
容量
記憶單元
 記憶單元可分為兩大類：
 主記憶體可分為
 ROM (Read Only Memory, 唯讀記憶體)
 RAM (Random Access Memory, 隨機存取記
憶體)
 輔助記憶體的種類則相當多元, 目前常見的有
硬碟、軟碟、光碟機、隨身碟、記憶卡等
記憶體相關技術（一）
 ROM：唯讀記憶體，記憶內容關機不消失
 MaskROM ：工廠做好，內容就固定
 PROM ：工廠做好之後，可以寫入一次（燒斷保
險絲）
 EPROM:寫入後可用紫外光抹除，再寫入新內容
 EEPROM：寫入後可用高壓電抹除再寫入
 Flash memory (記憶卡)：結構跟EEPROM差不多
記憶體相關技術（二）
 RAM：隨機存取記憶體、可讀、可寫、記憶內容關
機資料就消失
 DRAM (Dynamic RAM, 動態隨機存取記憶體)
 常要充電、以避免資料因漏電而遺失
 面積比較小、速度比較慢，一般用來做主記憶體用
 包括FPRam、EDORam、SDRam、RD-ram、DDRRam、DDR 2, 3, 4, 5 Ram
 SRAM (Static RAM, 靜態隨機存取記憶體)
 不必充電，不過比DRAM佔用較大空間面積比較大、
速度比較快，一般用來做cache用
記憶體相關技術（三）
 Cache：把慢速、容量較大的記憶裝置中的資
料暫存在快速、容量較小的記憶裝置中（節省
成本），以提昇整體的速度。
 Virtual memory、Swap：把硬碟當成主記 憶
體的一部份來使原來無法執行的大程式可以在
較小的主記憶體中執行。
輔助儲存設備（軟碟需改畫）
 軟碟：5.25吋、3.5吋、ZIP，容量較低、較慢、
壽命短（磁頭直接接觸碟片）
輔助儲存設備（軟碟）
 軟碟：5.25吋、3.5吋、ZIP，容量較低、較慢、
壽命短（磁頭直接接觸碟片）
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輔助儲存設備（硬碟）
 硬碟：幾片塗著磁氧化物的鋁盤（未來會變成玻
璃盤），以讀寫頭來讀寫上面的資料。讀寫頭是
低空飛行在碟片上（可能發生墜毀）。
 儲存資料的方法：sector、cylinder
 溫徹斯特磁碟：透過密閉的方式來防止微塵影響讀寫
 抽換式硬碟、硬碟抽換盒
 RAID（磁碟陣列）：組合多個硬碟以達成加速資料
存取或維護資料安全的功能
硬碟尺吋、介面
IDE、SATA排線
SCSI 介面
硬碟相關技術 1
Sector
cylinder
track
硬碟容量
一個硬碟有2個磁盤，4個讀寫頭，4096個磁柱，於每個
磁軌分為10240磁區，每一磁區512Bytes ，問其容量
大小為多少？
解：
容量 = 4面 × 4096柱(軌) × 10240區 × 512Bytes
= 22 × 212
× 2 10 × 10 ×
= 10
× 2 33 Bytes
= 10
× 23 × 230 Bytes
= 80 × 230 Bytes
= 80
G
Bytes
29 Bytes
硬碟相關技術 2

access time = seek time (移動讀寫頭到正確
磁軌上) + rotational time (旋轉磁碟使正確磁
區在讀寫頭正下方) + transfer time (讀出或寫
入資料所需時間)

硬碟的資料傳輸率 (Data Transfer Rate)

延遲時間(Latency):光學頭到達目標軌後，碟片
轉到目標資料區所需花費的時間，理論平均值
為轉半圈的時間，在此與rotational time同義
硬碟access time
某一磁碟機之轉速為 7200RPM，資料傳輸率6Gb/s，搜
尋時間為10ms，則要存取同一磁柱內 500M bytes之
資料需花費多少時間？
Access time = seek + rotational + transfer
Seek time: 10ms
Rotational time: 7200rpm, 每秒 7200/60 轉, 每轉 1/120秒
, 期望值 1/240秒=4.17ms
Transfer time: 6Gbit/s = 6000/8 M Byte/s =750M
總時間= 10ms+4.17ms+500/750=14.17ms+0.67s =
680.84 ms
硬碟相關技術 3
 硬碟規格：容量、轉速、平均搜尋時間、控制協定
（IDE、SCSI、SATA I II III、固態硬碟）。
 IDE 硬碟價廉、消耗CPU運算能量，適合個人電腦使用
 Serial ATA (SATA) 介面是目前主流
 SCSI硬碟價昂，但適合多人多工環境使用。
 光碟：CDROM、CD-RW、DVD、DVD±RW、藍光
 磁帶：DAT、DLT
 Flash memory：隨身碟、記憶卡
 記憶卡總類繁多，差異多半在輸出入電路，內部構造差不多
硬碟機的轉速
 單位為 RPM (Rotations Per Minute, 每分鐘
多少轉)
 3.5 吋硬碟機大多具備 7,200 轉的速度
 10,000 轉以上則僅在高階產品中才能見到
 2.5 吋硬碟則以 5,400 與 7,200 轉為主
硬碟機的緩衝區
 緩衝區 (Buffer) 是硬碟電路中的一塊記憶體區
域, 介於硬碟與傳輸通道間
 讓速度慢的硬碟持續將資料送到緩衝區內, 而
速度快的介面則每隔一段時間將緩衝區內的資
料一次取走, 其他時間則可用來服務其他設備,
藉此提升整體的效能
 緩衝區的功能，跟Cache memory 類似
 一般硬碟緩衝區，約 8M~64M
磁碟陣列
 磁碟陣列
(RAID, Redundant Array of Independent Disks)
1987 年由美國加州大學柏克萊分校提出
 將多個硬碟機組成一個邏輯上的虛擬硬碟
 使用磁碟陣列時會覺得跟單一硬碟沒什麼不同,
但實際上, 其資料會分別儲存在不同的硬碟上
 磁碟陣列誕生的主要目的在於 『效率』 與
『安全』
 有些磁碟陣列則提供了容錯的能力
RAID 0
最少要使用 2 個硬碟, 其儲存資料
的方式是將資料分成大小相同的區塊, 然
後分別儲存到不同的硬碟中：
• RAID 0
RAID 1
最少要使用 2 個硬碟, 將同一
份資料同時儲存到每一個硬碟：
• RAID 1
RAID 0+1, 1+0
RAID 5
 前面介紹的 RAID 0 不浪費空間, 效能滿分, 但
是容錯能力 0 分
 RAID 1 剛好相反, 浪費空間, 效能 0 分, 不過容
錯能力滿分。
 RAID 5 則是取得一個平衡點, 不會浪費太多硬
碟空間, 能增進存取效率, 而且具有容錯能力。
RAID 5
• RAID 5 最少要使用 3 個硬碟
• RAID 5 會根據資料計算出檢查碼, 然後保留
硬碟的一部份空間儲存這些檢查碼
• 再將資料分成大小相同的區塊與檢查碼分別
儲存到不同的硬碟中
RAID 5
RAID 0+1
 使用 4 個以上的雙數個硬碟, 各硬碟兩兩一組,
組內兩個硬碟使用 RAID 0, 而組與組之間使用
RAID 1
 因為是由 RAID 0 與 RAID 1 兩種概念組合而
成的, 所以也同時具備兩種的優缺點
光碟燒錄機
光碟燒錄機主要可以分為兩大類：
 CD 為 Compact Disc 的縮寫
 1980 年時SONY及Philips共同研發
 可儲存650~700MB資料, 或記錄 74 分鐘影音訊號
 DVD 為 Digital Versatile Disc 的縮寫
 1994 年美國八大電影公司提出新型光碟的需求,
經過眾多科技廠商的研究, 最後完成DVD 規格
 DVD 可儲存約 4.7 ~ 17 GB 的資料, 或約可記錄
133 分鐘的高品質影音訊號
光碟燒錄機的種類
 光碟燒錄機中的 R 代表 Read, W 代表 Write：
 CD-ROM：只能讀取CD，而無法寫入
 CD-RW：也稱為燒錄機或燒錄器, 可將資料寫到
空白的光碟片 (CD-R 或 CD-RW 光碟)上。
 DVD-ROM：能讀取CD或DVD，但無法寫入資料
 DVD-R/-RW：DVD 燒錄機, 可讀取CD或DVD-外,
還可燒錄DVD-R、DVD-RW、CD-RW、CD-R
 DVD+R/+RW：另一種 DVD 燒錄機,可讀取CD或
DVD+, 並可燒錄 DVD+R、DVD+RW、CD-RW、
CD-R
光碟機與燒錄機的種類
 雙模DVD：可以同時讀取、燒錄DVD+及DVD 雙層燒錄機：在同一面碟片上可燒兩層資料
 DVD-RAM：上面提到的 CD-RW、DVD-R/-RW、
DVD+R/+RW 等燒錄機都是循序寫入資料, 刪除
資料時也必須整片抹除, 而此規格燒錄機寫入
DVD-RAM 光碟片時, 可以隨機寫入或刪除資料,
使用起來類似超大容量的磁碟片
 藍光燒錄機：支援以上DVD 外，另可燒錄藍光碟
片(25G~100G)
輸出與輸入連接埠
 PS/2 鍵盤與滑鼠
 序列埠 (Serial Port ) COM1, COM2
 並列埠 (Parallel Port)
 網路插孔
 音效裝置插孔
 USB (Universal serial bus)熱插拔 , 採用串列的連接 ,
最高可連接127個週邊
 Thunderbolt
 IEEE 1394, 數位攝影機輸入裝置
界面
 VGA (Video Graphics Array, 15pins)
 PCI (Peripheral Component Interconnect )
 PCIE (PCI Express)
 AGP (Accelerated Graphics Port)
 DVI (Digital Visual Interface)
 HDMI (High Definition Multimedia Interface)
主機板
PCI
AGP
SATA
IDE
PCI-E主機板
PCIE
M.2
SATA
輸出、輸入設備相關技術
 輸入
 鍵盤、滑鼠、軌跡球、觸摸式螢幕、數位板、語
音輸入、數位相機、攝影機、Kinect、Wii Fit、
藍牙球
 輸出：
 螢幕：LCD、CRT技術
 印表機：點矩陣列表機、噴墨列表機、雷射列表
機、熱轉印列表機
 語音、音效輸出（FM合成、Wave Table）
 繪圖機
鍵盤、滑鼠
虛擬鍵盤
http://www.lumio.com
Wii Remote、Fit
Kinect
數位相機、數位攝影機
數位相機使用的記憶卡
WebCam視訊攝影機
掃瞄器、印表機
解析度、速度單位
 DPI, Dot Per Inch
 BPI, Byte Per Inch
 BPS, Bit Per Second
 CPS, Character Per Second
 RPM, (Rotations Per Minute)
CRT、LCD
CRT (Cathode Ray Tube)
LCD (Liquid Crystal Display)
顯示器規格







Pixel Pitch 點距：一般約在 0.29 mm
Resolution 解析度：一般情況 1024 x 768 / XGA
Display Color 顯示色數： 16.7 M
Brightness 亮度： 400 cd/m2﹝typical﹞
Contrast Ratio 對比值： 2000：1﹝typical﹞
可視角度：Horizontal 水平170°, Vertical 垂直120°
Scan Rate 掃瞄頻率：Horizontal 水平28~65KHz,
Vertical 垂直 55~75 Hz
 Response Time 反應時間：4~15 ms
喇叭與音效卡
其他名詞解釋
 OA - Office Automation 辦公室自動化
 CAI – Computer Assisted Instruction 電腦輔助教學
 CAD - Computer-aided design電腦輔助設計
 AI - Artificial intelligence 人工智慧
 VR - Virtual Reality 虛擬實境
 OCR - Optical character recognition 光學字元辨識
硬體發展趨勢
 摩爾定律：每18到24個月晶片單位面積的電晶體增加一倍
 IC製品會快速發展、功能增加（CPU、RAM）
 非IC製品發展可能會較為緩慢（螢幕、鍵盤）
 普遍說起來硬體發展速度較軟體快
 如果不使用太過繁重的應用（如3D 遊戲），現在一般的PC已
經能滿足大多數人的需要。
 一般辦公室用途，大約10G之硬碟容量即足夠。
 過去硬碟密度大約一年增加一倍，目前較緩。
 筆記型電腦、智慧型手機漸成主流。
Summery
 記憶體階層
 輔助儲存設備相關技術
 輸出、輸入設備相關技術
 硬體發展趨勢
參考資料
 http://zh.wikipedia.org
 http://big5.tomshardware.com
 http://www.flag.com.tw
 http://wiki.kmu.edu.tw
 http://www.viaarena.com
 http://www.coolpc.com.tw