Transcript 一、計算機簡介
電腦基本概念 Basic Computer Concept 林信鋒 教授 國立東華大學資訊工程系 電腦基本概念 • 計算機簡介 – 電腦定義及特性 – 電腦發展史 – 積體電路及微處理機規格 – 電腦種類 – 電腦系統常用的計算單位 – 資料處理概論 • 資料表示方法 – 資料種類與儲存單位 – 數字系統 • 計算機結構 – 電腦基本結構 – 記憶體的階層(Memory Hierarchies) – 半導體記憶體種類 電腦基本概念 – 暫存器(Register) – 匯流排(Bus) – CPU的規格與差異 – 儲存設備 – 其他配備 • 軟體系統 – 軟體的意義及功能 • 資料壓縮 – 靜態影像壓縮介紹 一、計算機簡介 • 電腦定義及特性 – 電腦(computer)是電子計算機(electronic digital computer)的簡稱 – PC(personal computer) – 是由許多不同的功能所組成，如輸入、輸出、控制、記憶、及運算邏 輯等單元 – 它能依使用者的指令或程式，執行對應的工作，並輸出結果 – 其特性： •處理的速度快，節省時間 •精準度及正確性高 •儲存容量大 •減輕人力、降低作業成本 •提供資料保護之安全措施 一、計算機簡介 – 其用途：圖形、零售業、能源、運輸業、文書、警政、教育訓練：遠 距教學、CAI、公、醫。 – 其發展趨勢： •體積愈來愈小、記憶體容量愈來愈大。 •速度愈來愈快、準確性愈來愈高。 •功能愈來愈強大、價格愈來愈便宜。 •愈來愈環保及省電。 •省電、低幅射、低噪音、材料永續使用、人體工學。 – 其限制： •只有正確的資料輸入，才有正確的輸出結果。 •問題必須量化，電腦才能處理。 •計算機非萬能：使用者必須知道解決問題的方法(程式化後交由電腦執行)。 人類無法解決的問題，電腦也無法解決。 一、計算機簡介 • 電腦發展史 – 電腦的演進 •第一代：1946-1954，真空管(1920發明真空管)Mauchly and Eckert發明電 子數值電腦ENIAC，由18000真空管組成，電腦程式由電腦外的電路與開關 所設定。第一部商用電腦稱為UNIVACI，於1951年從事人口統計局的資料處 理。速度10-3 sec. •第二代：1954-1963，電晶體時代(1949年發明電晶體) 速度10-6 sec. •第三代：1964-1975，積體電路時代，以半導體為記憶元件。 •第四代：1975-1985，超大積體電路。如8088、8086、64kRAM •第五代：1985-目前，人工智慧、處理元件、平行處理。1980‘s Megachips文字、聲音、圖形之處理與傳輸；1990’s Giga-chips；影像處理與 傳輸，數位視訊；16M 電子字典；64M影帶或160萬字；1G 70min Hifi 音 樂 一、計算機簡介 • 積體電路及微處理機規格 – 積體電路 •將電阻、電晶體及二極體等電路元件濃縮在一單晶片上的電路元件，稱為 積體電路(Integrated Circuit，IC). •依單晶片內所含電晶體數目與邏輯閘數目可分為下列幾種： – 規格 – SSI – MSI – LSI – VLSI – ULSI 名稱 小型積體電路 中型積體電路 大型積體電路 超大型積體電路 超特大型積體電路 電晶體數目 10-100 100-1000 1000-10000 10000-1000000 1000000以上 一、計算機簡介 – 微處理機(Micro processor) •負責處理運算及控制部分的電子元件-CPU(central processing unit)，因 為個人電腦是屬於微電腦，因此，CPU就稱為微處理機。 •常見之規格及編號如下： – 規格 – 8位元 – 16位元 – 32位元 – 64位元 III 編號 8080,8088,Z80,MC6800 8086,80286,Z8000,MC68000 80386,80486,Z80000, MC68020 Pentium, Pentium pro, Pentium MMX, Pentium II, Pentium 一、計算機簡介 • 電腦種類 – 依資料處理的型態、用途及功能和容量區分可分為三類： •資料處理的型態 – 類比電腦(analog computer) – 數位電腦(digital computer) – 混合式電腦(hybrid computer) •用途區分 – 專門用途 – 一般用途 – 特殊用途 •以架構、功能、速度和容量區分 – 微型電腦(microcomputer)：PC – 迷你電腦：工作站 – 大型電腦：VAX9000，1MIPS – 超級電腦：專供大型科學運算，向量與平行處理 一、計算機簡介 • 電腦系統常用的計量單位 – 記憶體單位 •T •G •M •K tara giga mega kilo 240 230 220 210 1,099,511,627,776 1,073,741,824 1,048,576 1,024 – 時間單位 •m •μ •n •p mini micro nano pico 10-3 sec 10-6 sec 10-9 sec 10-12 sec – CPU的處理速度：衡量電腦的速度有三方面 •MIPS(Million Instruction Per Second) •MFLOPS(Million Floating-point instruction Per Second) •CPU 的內部頻率：Pentium 120, 133, 166, 200；120表示每秒120百萬赫 茲(MHz) 一、計算機簡介 • 資料處理概論 – 資料處理的意義 •資料data：泛指沒有經過整理的文字或數字、通常資料會被轉成字元、欄 位、記錄、檔案、和資料庫 •資料處理(data processing)：利用人力或機器對資料進行處理、分析的動 作 •資訊(information)：資料處理後所得的知識或有用的訊息。 – 電子資料處理的特性 •速度快以MIPS (Million Instruction Per Second)為單位 •正確性高 •大量資料儲存的能力(GB) •資訊品質高 – 資料結構 •循序檔案結構：依關鍵欄位排序如身分證，需從頭讀取檔案至所需記錄為 止。如磁帶。 •直接檔案結構：可直接讀取想要的記錄檔案，需定址，可個別存取如磁片。 •檔案索引：綜合上述兩種方法。 一、計算機簡介 – 資料處理的作業方式 •整批式處理：把使用者欲處理的程式與資料整批集中放在輔助記憶體中， 等資料收集到一定時間或一定數量才一個一個順序處理，如銀行的票據交 換或中華電信的電話費處理。 •連線處理：線上處理系統，資料輸入與輸出與CPU相連線，接受CPU的直接 控制。(不一定是即時) •即時處理：電腦系統收到使用者輸入資料後，立即予以處理並迅速將結果 回應給使用者，如飛機訂位、自動櫃員機等。 •分時處理：經由CPU排程及多重程式設計，來提供給每個使用者一部分的 CPU時間。 •資料傳輸：當電腦主機與儲存元件在同一地點但輸出入之元件在不同地點 供不同使用者使用時，這些元件需以電話線或網路系統與主機相連，彼此 間資料的傳遞視為資料傳輸，如郵局帳號的金額查詢等。 •分散處理：很多系統的電腦主機和儲存元件分開，有主工作站、迷你電腦、 微電腦等組成的系統。各地區的電腦可以存取、修改、分享其他電腦系統 的軟硬體資源。 一、計算機簡介 – 資料處理的基本作業 •資料轉換(conversion)：轉存成不同的媒體 •資料排序(sort)：依順序排列 •資料合併(merge)：同性質同主題的檔案合併成同一檔案 •資料分配(distribute)：依規格將資料分配至不同檔案 •資料建立(create)： •資料搜尋(search)：依某關鍵值找到所需資料 •計算及列表(compute and listing)： •更新檔案(update)： 二、資料表示法 • 資料種類與儲存單位 – 資料種類：在電腦資料的處理上，可分為兩種資料 •數值資料：執行算術運算的數字，定點數及浮點數。 •文字資料：非數值資料，算術運算無法執行的資料。 – 資料的儲存單位 •位元(bit)：微電腦儲存及處理的最基本單位，只有兩種狀態。 •位元組(byte)：由八位元所組成，一個位元組代表一個字元。 •字組(word)：CPU一次所能存取的資料量，其與資料匯流排(data bus)的數 目有關。一般常聽到的幾位元電腦，指的是其字組的長度，如32位元的電 腦其匯流排為32bits。 – 字組與電腦特性的關係 • 字組長度愈長，電腦處理的速度愈快。 • 字組長度愈長，電腦所能表示的有效記憶體愈長。 • 字組長度愈長，電腦所能定址的主記憶體愈多，亦即主記憶體容量愈大。 二、資料表示法 • 數字系統 – 常用的數字系統有四種 •二進制(binary)：電腦內部資料儲存及運算使用的數字系統，使用的字符 為0、1兩種。 •八進制(octal)：以八為基底的數字系統，使用的字符為0、1、2、3、4、5、 6、7。 •十進制(decimal)：一般人類社會所用的數字系統。 •十六進制(hexadecimal)：以十六為基底，0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、 A、B、C、D、E、F。 – 數字轉換 •由十進制轉為非十進制： – 十進制變二進制： » 整數與小數分開處理，整數部分以長除法除2得之，小數部份以乘以2之整 數部分得之。 – 十進制變八進制： » 整數與小數分開處理，整數部分以長除法除8得之，小數部份以乘以8之整 數部分得之。 •由非十進制轉回十進制；由二變八或十六進制。 二、資料表示法 • ASCII：美國標準資料交換碼(American Standard Code for Information Interchange)為美國國家標準協會所制定的交換 碼，是現階段最常使用的交換碼，其格式為七碼，其中每一位 元均為0,1，因此可以表示128字元，但為求通訊方便，ASCII 被加上一個同位元，成為八個位元。 三、計算機結構 • 電腦基本結構 •硬體：系統的電子裝置如主機板及周邊設施。 •軟體：用來指揮、控制電腦執行工作的程式。 •韌體(firmware)：將一連串的微程式存放在記憶體內(ROM)，用以作特別的 控制，使硬體具有軟體程式的功能。 – 硬體的五大架構 •輸入單元：鍵盤、滑鼠、光筆、觸摸式螢幕、麥克風。 •記憶單元：主記憶體、輔助記憶體、DRAM、SRAM、ROM、Cache memory 。 •控制單元：控制協調電腦各部門的相互運作。 •算數邏輯單元：執行算數運算及邏輯判斷。 •輸出單元：螢幕、喇叭、印表機、繪圖機。 三、計算機結構 • 記憶體的階層(memory hierarchies) – 快取記憶體(cache memory)：因CPU的執行速度遠快於主記憶體，為了 補償兩者之間的差異，加快處理速度，因此，於CPU與主記憶體間加入 一高速記憶體cache，他負責將下一個被執行的指令或常用指令、資料 預先放在快取記憶體內，如此，CPU需要下一筆資料、或指令時就先到 快取記憶體讀取，若無資料方至主記憶體內讀取。(速度最快、最貴) 。 – 主記憶體(main memory)：CPU運算儲存程式與資料之用，為電腦內部 的儲存裝置，屬於內部記憶體(internal memory)，用來儲存正在執行 的程式及所需的資料。它可區分為唯讀記憶體(read only memory, ROM)及隨機存取記憶體(random access memory，RAM) 。 – 次記憶體(secondary memory)：專門用來儲存系統程式、大的資料檔 及備份資料，如磁碟、磁帶、光碟等，它具有輸出入的功能、又稱為 輔助記憶體或外部記憶體。(速度最慢、最便宜) 。 – 記憶體元件：可分半導體記憶體(RAM or ROM)及磁蕊記憶體。 三、計算機結構 • 半導體記憶體種類 – 唯讀記憶體(ROM) •Read only memory •只能讀不能寫 •關閉電源內容不消失，可永久保存資料 •種類： – PROM(programmable ROM)：資料或程式可依使用者的需求來燒錄，程式或資料 一經燒錄便無法更改。 – EPROM(erasable PROM)：可擦拭可程式規劃的ROM，舊有的資料或程式可利用 紫外線的照射來加以消除，使用者可以重複使用該顆EPROM，來燒錄不同程式 的程式或資料。 – EEPROM(electrically erase PROM)：電子式可擦拭可程式規劃的ROM。 – MASK ROM：遮罩式，資料由製造廠商在記憶體製造過程時寫入。 – 隨機儲存記憶體(RAM) •Random access memory •可隨時寫入或讀出資料 •關閉電源存放在DRAM的內容消失，不可永久保存資料 •通常放異動性資料 三、計算機結構 •可分兩種： – 靜態隨機儲存記憶體(Static RAM，SRAM) » 1.具有如同正反器(flip flop)的結構，資料會被鎖定(latch)，除非寫入 新資料，否則其內容不變。 » 2.存取速度較DRAM快，因為他不需刷新(refresh)電路，且可一次得到位 址。 » 3.密度較DRAM低(因其由4-6顆電晶體所組成一個記憶單位)。 » 4.功率消耗大。 » 5.價格貴。 » 6.一個位址一個pin，所以pin 比較多。 – 動態隨機儲存記憶體(Dynamic RAM, DRAM) » 1.利用電容來儲存資料，由於電容具有放電特性，存在電容的電荷會逐漸 消失，屬於揮發性記憶體，故其需要額外的週期性刷新(refresh)動作。 » 2.一個MOS FET電晶體和一個電容就可製成一個記憶單位(CELL)，故其密 度較SRAM高，容量較大。 » 3.cell由行位址與列位址來決定，想要取得1bit，需先給定行位址後再給 列位址。 » 4.pin少，所以位址傳輸需分兩次，存取速度較慢。 » 5.成本較低。 三、計算機結構 •延伸資料儲存記憶體(EDO RAM)：它可以有效的使CPU在某一段記憶體的讀 取與前一段讀取間有些許的重疊；對於不同記憶體區塊之讀取不會有太大 改善，可是對連續的記憶體讀取可以比DRAM快。 •同步動態隨機儲存記憶體(SDRAM)：速度很快，幾乎可以與CPU的時脈同步， 比EDORAM快，與L2快取(cache)的SRAM不相上下，但價格與EDORAM差不多貴。 •同步繪圖記憶體(Synchronous Graphic RAM，SGRAM)，使用於顯示卡。 •嵌入式動態記憶體(Embedded DRAM)。 •SIMM(Single in-line Memory Module)：插在主機板上的DRAM，pin有30或 72pin. • 暫存器(Register) – 定義：在電腦CPU裡有一些專門用來儲存位址、指令、資料、旗標及運 算結果的儲存體，以加快存取資料的速度，直接由控制單元指揮。 – 種類： •程式記數器(Program Counter)：儲存程式下一個要執行的指令位址。 •指令暫存器(Instruction Register)：用以儲存目前要執行的運算碼。 •累加器(Accumulator)：提供暫時儲存運算過程所產生的結果。 三、計算機結構 •記憶體位址暫存器(Memory Address Register)：儲存要存取指令或資料的 位址。 •記憶體資料暫存器(Memory Buffer Register)：儲存從主記憶體中存入或 讀出的資料。 • 匯流排(bus) – 電腦內部資料的傳遞藉由匯流排完成，匯流排為一組導線的組合，一 條導線傳遞一bit，這些導線並行的方式，由一單元到另一單元，用來 傳遞電腦硬體系統間的位址、資料及控制資訊，其結構如下： 三、計算機結構 – 匯流排分三類： •位址匯流排(address bus)：當CPU存取主記憶體中的資料或輸出入傳遞資 料時，必須將資料所對應之位址透過address bus傳送，位址訊號由CPU傳 出，為單向匯流排；匯流排的導線數決定了主記憶體的大小，如Pentium處 理器具有32條位址線，因此主記憶體最多有232=4GB容量。 •資料匯流排(data bus)：資料傳輸的路徑，為CPU與記憶體間的傳輸，因此 為雙向。其大小決定CPU一次傳送資料的能力，也是計算機處理一個字word 的位元數，如64位元電腦指CPU與主記憶體間的資料匯流排具有64條資料線。 •控制匯流排(control bus)：傳送自CPU的控制單元所送出的控制訊號。為 單向匯流排。 三、計算機結構 • CPU規格與差異 – CPU性能的衡量： •內部運算架構：Scalar or superscalar，有無快取記憶體或內建指令、資 料等位元處理能力。 •內部暫存器、資料匯流排或指令寬度。 •記憶體容量：記憶體的控制範圍有多少MB。 •工作時脈：電腦指令執行的最小時間單位。 •IC制程：0.35 or 0.25μm。 – Pentium介紹： •第一個超純量設計superscalar的設計。 •具有兩個整數運算單元，在一個機械週期內，能執行兩道指令，486只能一 個。所以基本上比486快二倍。 •重新改良的浮點運算單元，比傳統快。 •外部採64位元寬度的資料/記憶體匯流排。因此記憶體傳輸率達 528MB/sec(以66MHz主機板時脈計算)。 •內建分離式16K寫回快取記憶體，8K為程式快取、8K為資料快取，對系統與 匯流排的運作大有幫助。 三、計算機結構 •採雙電壓設計。核心電壓與對外I/O是分離設計。 •MMX多媒體指令延伸架構的CPU將內建許多加速多媒體處理的指令，如MPEG、 音效卡、數據機等資料訊號的處理。 – 超純量設計(superscalar architecture)：CPU的解碼/執行管線 (pipeline)最少要有兩條，能夠在一個週期內具有擷取兩個以上指令 進入管線(pipeline)的能力，並在同一時間內有兩個指令以上的結果 產生，並寫回記憶體。他將程式碼切割分配後，分配給兩個內部核心 去處理，加快執行效率。 三、計算機結構 • 儲存設備 – 磁帶 – 軟碟：攜帶方便、容量小、速度慢 •5.25"：360K、1.2M •3.5"：720K、1.44M、2.88M(不普遍) •磁片：2hd (high-density double-side) •高容量磁碟機：100MB zip drive(iomega zip) – 硬碟：是你電腦中唯一必備的「大容量儲存裝置」！ •硬碟機的各部份解說 – 外殼（上蓋，墊圈及基座） – 主軸馬達（Spindle Motor） – 磁頭定位馬達（Head Positioner Motor） – 磁頭驅動臂（移動臂，Arm Actuator） – 磁頭（Head） – 碟片（Media） – 磁碟控制器（Controller） 三、計算機結構 •硬碟機的運作原理 – 存檔：首先，當你下達一個儲存的指令，這時候，收到儲存指令的硬碟控制器， 就會將訊號丟給硬碟機。然後，主軸馬達便開始轉動。當主軸馬達轉動的同時， 磁頭定位馬達也開始移動。當移動到一個儲存位置後，硬碟機就會把剛才你要 儲存的文件資料訊號，轉換成強弱不一的電流訊號。然後電流流到了重要的磁 頭上，磁頭便將碟片的表面磁化成一個小小的磁場。你的資料就儲存在硬碟機 上面了！ – 讀檔：當你下一個讀取的指令（也許是打開 一個資料匣，點選一個Word文 件）。這時候，主軸馬達就會開始啪搭啪搭的轉，轉到儲存這份文件的位置。 當然，磁頭定位馬達也沒閒著，一樣的隨著讀取指令而運作移動。當磁頭移到 資料 位置的所在地，便開始進行讀取的工作了。首先，磁頭會感應碟片上面 的磁場，和寫入的程序一樣，磁頭就會感應到一個微小的電流。這個電流從磁 頭流到了硬碟控制器。在這裡，電流的信號被轉換為資料訊號。和寫入程序不 同的，這個資料訊號將會被送到電腦的記憶體中，然後才由電腦的主機來處理。 三、計算機結構 •硬碟機的規格與名詞解釋 – 磁軌（Track）：將一片碟片平放在桌面上，從上方鳥瞰，磁片是一個圓形的 實體。 扣除中間主軸馬達的部份，剩下的磁片空間就呈現一個甜甜圈的形狀。 從碟片由內到外一圈一圈的同心圓，就叫做磁軌。碟片最外緣的磁軌為第零軌， 依序往圓心累計編號。 – 磁柱（cylinder）：一顆硬碟中會有很多片碟片，每一片碟片的同一個編號磁 軌所組成的一組磁軌，就叫做「磁柱」。所以，磁柱的數量和磁軌是一樣的。 – 磁扇（Sector）：磁扇也有人翻譯為「磁區」。我們在鳥瞰碟片，當分割好磁 軌之後， 再來就是磁扇的部份了。想像一下你在切蛋糕時的情景：沒錯！ 每 一刀都是對著圓心。將碟片從圓心分割成一片一片的「扇形 」，這個條狀的 部份就叫做磁扇。 – 硬碟的容量：將磁軌數（C）×磁頭數（H）×每個磁軌的磁扇（S）數，然後再 乘上每個磁扇的資料量（0.5K），就等於硬碟機的容量。 – GB（Giga Bytes）： 一個位元就是1 bit，8個位元就會組成一個位元組。當 有1024個Bytes時，就給它命名為1KB（Kilo Bytes）。這裡要提出來說明的是， K是數學科學的記號，意思是10的3次方（103），同理，1024 KB＝1MB（Mega Bytes），1024MB ＝1 GB（Giga Bytes）。硬碟的容量，並不是我們所習慣的 十進位的。所以，當你買到一顆2.1GB的硬碟，實際上並沒有2.1 GB。在電腦 上硬碟容量實際只有1.99 GB。那是因為當1,000K和 1,024K只相差了24K；但 是1,000 MB和1,024 MB就相差了24 MB。硬碟容量並沒有廠商宣稱的容量，通 常會比較少。只要將硬碟的容量乘上1000，再除以 1.024，就是硬碟實際的容 量。如2.5 GB的硬碟，實際上只有2441 MB（2441＝2.5×1000÷1.024）的大小。 三、計算機結構 – IDE介面：大家滿口的IDE介面，你總是不知道別人在說什麼吧！其實，IDE （整合電子工學裝置）介面是大家口耳相傳的俗稱。正確的說法應該是ATA （AT Attachment）介面。ATA介面是建構在IBM PC/AT 的架構上，也是市面上 佔有率最高的硬碟機。當初為了節省硬碟機控制卡的生產成本，所以Compaq 委託Western Digital研發將硬碟控制器整合於一個晶片之中。而在ATA介面下 有兩種的傳輸方式：一種是被稱為PIO（Programmed Input Output）模式；另 外一種則是大家比較熟悉的DMA（Direct Memory Access）。在PIO的傳輸模式 下，它的最高傳輸資料量為每秒8.33 MB，而且是以16位元的傳輸線來傳輸資 料。但是，有些人還是覺得它太慢了。所以有許多更新的介面規格出現。 – Ultra DMA：Ultra DMA便是現今最新的IDE（ATA）介面的硬碟機規格。這一回， 主導Ultra DMA規格的卻是Intel公司。因為CPU的頻率（MHz），或者你也可以 說是速度愈來愈快，硬碟也愈來愈大；所以， 硬碟機也需要更快的規格，來 因應傳輸速度上的需求。Ultra DMA的速度是每秒33 MB！當然，這只是理論值， 實際上並無法完全達到。如果要享受Ultra DMA的超速 快感，你的主機板跟 BIOS也要支援Ultra DMA的規格，才有可能實現每秒33 MB的傳輸快感。 三、計算機結構 – SCSI介面： SCSI是Small Computer System Interface （小型電腦系統介面） 的縮寫。之所以會被稱為小型電腦系統，是因為SCSI本身有一個完整的磁碟機 副系統雛形。你只要在系統（主機板）加上SCSI的匯流排（BUS），就可以直 接的控制硬碟機。SCSI和IDE不同是只要一片SCSI控制卡可以最多接上八部 SCSI介面的裝置。（所以，除了硬碟機之外，你也會聽到SCSI的掃描器或光碟 機）。還有一點最大的不同：SCSI介面的硬碟機比較貴，而且，不是貴一點點， 是貴很多。 – 備份：由於硬碟機是以磁場的形式來儲存資料，所以即使你再小心呵護，百般 寵愛，它終究也有壽終正寢的一天。這就是所謂的「平均失效時間（Mean Time Between Failure）」。實際上，MTBF和硬碟機的使用壽命並沒有絕對的 關係。現在一般市售的IDE硬碟機，MTBF大概都已經介於二十五萬到五十萬小 時的時間。提到「平均失效時 間」的用意是要提醒你，隨時記得要將資料備 份起來。否則，等 到硬碟機掛掉了，那真的是欲哭無淚，了無生趣囉！ – 搜尋時間（Seek Time）：有一個傳輸很快的硬碟機，千萬不要忘記「搜尋時 間」這個參數。就如同字面上的解釋，搜尋時間當然是愈短愈好。現在市售的 硬碟機平均搜尋時間大概在7.5ms到16ms之間。 (以上硬碟資料摘自電腦百科\Easy圖解\儲存設備；☉作者陳思元) 三、計算機結構 – 光碟 •原理：把雷射打到充滿金屬表層的光碟上。當寫入資料時，雷射所產生的 熱會在光碟表面產生小點。讀取資料時，使用雷射光掃描光碟片，透鏡會 接收從不同的點所產生的不同反射。 – 1.傳輸速率（KB/sec）：以150KB/sec為單位，例如16倍速光碟機的傳輸速率 是150KB/sec×16=2400KB/sec。 – 2.介面（Interface）：分為IDE及SCSI兩種介面，SCSI介面傳輸速率較快，多 應用於伺服器及較高階電腦。 – 3.確認光碟機可辨認並支援的格式有哪些，例如Audio、Video、CD-I、 CDROM/XA、Karaoke、Photo-CD等。 – 光磁碟(magneto-optical, MO) •擁有像光碟的高容量及磁碟的重覆寫入資料的功能。其表面是塑膠，並填 入有磁感應的金屬晶體。若要寫入資料，雷射光束在塑膠表面融化一個小 點，並在小點融化前利用磁力將晶體排列。因為晶體經過排列，所以有些 晶體會反射，有些不會，用雷射光讀取資料時，只有會反射的晶體被選擇。 三、計算機結構 • 其他配備 – 音效卡 •1.位元（bit）：用來儲存錄音資料的單位值，位元值愈高、聲音愈不易失 真，但所佔的硬碟機容量也愈大，例如16位元所佔的空間是8位元的兩倍。 •2.MIDI/Wavetable：一般音效卡是MIDI電子合成音效，如果加上 Wave table功能，可以更真實地展現原音，例如鋼琴聲透過MIDI聽起來像電子琴， 加上Wave table，聲音就比較像真正的鋼琴聲。 •3.如果要使用I-Phone（InternetPhone）或使用視訊會議，音效卡最好支 援全雙工功能，讓雙方可同時對談，單雙工功能在同一時間內只能讓一方 發話。 – 顯示卡 •1.頻率：顯示卡提供的頻率愈高，解析度也愈高，影像較穩定、不閃爍。 •2.記憶體容量：要使用較高的解析度及顏色時，就要有較高的記憶體容量 及擴充性。 •3.顯示卡解析度的高低要能和監視器相互搭配，如果監視器無法符合顯示 卡的高解析度，反而會使字體及圖檔縮小而看不清楚。若使用14"、15"監 視器，建議使用680×480解析度設定值；17"監視器則建議使用800×600的設 定值。 三、計算機結構 – 掃描器 •1.掃描解析度：以dpi（每一吋可掃描多少點數）為單位，解析度愈高，精 細度也愈高，掃描出來的影像就愈清晰。 •2.掃描方式：目前可分為平台式（解析度高、但較佔空間）、饋紙式（解 析度比平台式低，較不佔空間）及掌上型（解析度更低、但易於攜帶）。 •3.掃描器的解析度較高時，電腦記憶體的容量也要相對提高；同時掃描器 必須搭配影像處理軟體使用，因為掃描器只是將影像輸入電腦，需要靠相 關軟體才能做後續的影像處理。 四、軟體系統 • 軟體的意義及功能 – 廣義：舉凡所有與電腦有關的方法或技巧均可稱為軟體 – 狹義：程式 – 軟體可分兩大類：系統軟體與應用軟體 – 系統軟體 •通常由電腦廠商所提供給客戶使用，其目的是使電腦更合適於使用，將使 用者所寫的各種應用程式，以可以執行的形式交給電腦去執行，讓使用者 的負擔降至最低。 •系統程式如編譯器、載入器、巨集處理程式、作業系統等等都是使電腦更 能符合使用者所使用。 •系統軟體可分六大類： – 1.語言處理器(language：complier、interpreter、assembler – 2.庫存程式(library programs)：sort programs、merge programs – 3.公用程式(utility program)：text editors、I/O programs – 4.載入程式(Loader programs)：absolute Loader – 5.診斷除錯程式(diagnostic programs)：debugger – 6.作業系統(operating system)：unix、os/2、ms-dos、window95、windowNT 四、軟體系統 – 何謂作業系統 •作為人和電腦之間溝通的橋樑，以提高工作效率。 •介於應用軟體與電腦硬體間的程式，猶如隱藏的軟體。 •為一組程式所構成，其中最重要的是負責管理操作系統的監督程式，他一 直保留在記憶體中，因此為常駐程式。監督程式控制所有系統操作，並可 從磁碟儲存器中載入其他操作系統程式。 •主要管理電腦的四項資源： – 1.記憶體單元 – 2.處理機單元 – 3.設備單元：磁碟機、印表機。 – 4.資訊單元 •主要功能： – 1.管理電腦資源 – 2.建立使用者介面 – 3.執行應用軟體 •常見的作業系統：MS-DOS 、 Windows 3.1、Windows 95、Windows 98、 OS/2、Windows NT、Novell 四、軟體系統 – 應用軟體 •主要是為了解決某種特定的問題而設計的軟體。 •來源 – 套裝軟體：市面上現成的產品。 – 自行研發：依需求自行或委託他人開發。 •類別 – 文書處理軟體：PE2、PE3 、漢書、Word 、Lotus Amipro。 – 簡報軟體：Power Point、Freelance、Astound 。 – 繪圖軟體：3D Studio、Auto CAD、Corel Draw、Photoshop、Photo Impact。 – 多媒體編輯軟體：Authorware、Director、Media Studio、Toolbook。 – 通訊軟體：傳真軟體如 WinFax 、瀏覽軟體如 Netscape and Internet Explorer。 – 計算機程式語言的種類 •機械語言、組合語言、高階語言。 •常見的高階語言：BASIC、COBOL、C、C++、PASCAL、JAVA。 五、資料壓縮 • 靜態影像壓縮介紹 – 顧名思義，靜態影像(still image)即是指靜止不動的單張影像圖片， 例如一張彩色圖片。而有靜態就會有動態，動態影像(motion image) 則是連續性的動作，例如電視與電影畫面等。 – 影像壓縮的優點 •一般我們所見的單張彩色靜態影像，它是由很多一個點一個點的像素 (pixel) 所組成，而每一個像素主要由R(紅)、G(綠 )、B(藍 )三原色所構 成，每一個原色用一個 byte 來表示。例如：欲儲存一張長 512 pixel、 寬 512 pixel 的彩色圖片需要的記憶體為： 512 x 512 x 3 bytes = 768 Kbytes 由上例中可以看出：未經壓縮的影像在儲存時，會佔用非常大量的儲存 空間，且未經壓縮的影像資料透過通訊網路傳送時，所需的傳輸時間也將 相對地拉長。為解決上述的問題，使用者如能將影像予以壓縮，即可達到 減少儲存空間、縮短傳輸時間的雙重效能。 五、資料壓縮 – 靜態影像壓縮的國際標準 •由於有感於靜態影像壓縮需要一個大家可以共同遵循的國際標準，因此由 國際標準組織 ( International Standardization Organization; ISO ) 與國際電報電話諮詢委員會 ( Consultative Committee on International Telegraph and Telephone; CCITT ) 兩邊人員共同成立聯 合影像專家群 ( Joint Photographic Expert Group; JPEG )，他們共同 制定了一個稱為JPEG 的靜態影像壓縮之國際標準。 •JPEG 的分類：JPEG 根據壓縮技術的不同，而把靜態影像壓縮的方式分為 兩種，一種是有失真模式 ( Information Loss )，另一種是無失真模式 ( Information Lossless )。茲將此兩種壓縮模式分述如下： – 1. 有失真模式： » 採用離散餘弦轉換 (Discrete Cosine Transform; DCT) 的技術。 » 經過壓縮與解壓縮還原之後的影像會有失真產生，幸好人的眼睛對於少許 失真不易察覺。 » 壓縮率高，壓縮 30 倍仍能獲得高品質。 » 應用於一般圖片、多媒體。 » 應用廣泛，目前的應用絕大部份都是採用此種模式。 五、資料壓縮 – 2. 無失真模式： » 採用差值訊號編碼 (Differential Pulse Code Modulation;DPCM) 的技 術。 » 經過壓縮與解壓縮還原之後的影像與原始影像相比完全沒有失真產生。 » 壓縮率低，通常在 10 倍以下。 » 主要應用於醫學影像，因為醫學上寧可壓縮率低確保影像品質，而不願高 壓縮率引起的影像失真造成誤診。 » 因為壓縮率不高，除了醫學影像之外，目前的應用很少採用此種模式。 – 實現方式：前述的靜態影像壓縮，它的實現方式有純粹軟體、純粹硬 體以及軟體加硬體三種，分述如下： •1.純粹軟體：使用計算機軟體程式來完成全部的工作，此方式速度最慢但 是並不需要額外的硬體電路，所以成本最低。動態影像對速度的要求較高， 因為速度慢會演變成慢動作，這並不是原來所要的。而靜態影像對於速度 的要求並不是很嚴苛，因為速度慢使用者只是多等一下，並不影響整個靜 態影像的品質。同時也由於計算機的速度愈來愈快，使用純粹軟體的方式 來實現靜態影像壓縮可以預料將是大勢所趨。 •2.純粹硬體：此方式乃整個靜態影像壓縮架構全部使用硬體電路實現，速 度最快，但是相對成本也最高。此種方式適合用在大量的影像圖片的處理。 •3.軟體加硬體：此乃是將靜態影像壓縮架構裡面比較花費時間的部分使用 硬體電路實現，而比較不花費時間的部分使用計算機軟體程式來完成。 五、資料壓縮 – 隨著多媒體時代的來臨，電腦所處理與儲存的資料將不再侷限於傳統 的文字型態，而電腦進行處理與儲存影像資料的機會與日俱增，因而， 對於影像的壓縮處理技術的需求亦將隨之提昇。