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化材一乙 4240066 朱柄任 輔助人腦的好工具 • 所謂的電腦就是一種計算機，而計算機其 實是：『接受使用者輸入指令與資料， 經 由中央處理器的數學與邏輯單元運算處理 後，以產生或儲存成有用的資訊』。 因此， 只要有輸入設備 (不管是鍵盤還是觸控式螢 幕)及輸出設備(螢幕或直接列印出來)，讓你 可以輸入資料使該機器產生資訊的， 那就 是一部計算機了。 圖1.1.1、計算機的功能 根據這個定義你知道哪些東西是計算 機了嗎？包括一般商店用的簡易型加 減乘除計算機、打電話用的手機、開 車用的衛星定位系統 (GPS)、提款用的 提款機 (ATM)、你常使用的桌上型個人 電腦、可攜帶的筆記型電腦還有這兩 年 (2008, 2009) 很火紅的 Eee PC (或稱 為 netbook) 等等，這些都是計算機！ 電腦硬體的五大單元 • 關於電腦的組成部分，其實你可以觀察你 的桌上型電腦分析一下，依外觀來說這傢 伙主要分為三部分： • 輸入單元：包括鍵盤、滑鼠、讀卡機、掃 描器、手寫板、觸控螢幕等等一堆； • 主機部分：這個就是系統單元，被主機機 殼保護住了，裡面含有 CPU 與主記憶體等； • 輸出單元：例如螢幕、印表機等等 我們主要透過輸入設備如滑鼠與鍵盤來將一 些資料輸入到主機裡面，然後再由主機的功 能處理成為圖表或文章等資訊後， 將結果傳 輸到輸出設備，如螢幕或印表機上面。重點 在於主機裡面含有什麼元件呢？如果你曾經 拆開過電腦主機機殼， 會發現其實主機裡面 最重要的就是一片主機板，上面安插了中央 處理器 (CPU) 以及主記憶體還有一些介面卡裝 置而已。 • 整部主機的重點在於中央處理器 (Central Processing Unit, CPU)，CPU 為一個具有特定功 能的晶片， 裡頭含有微指令集，如果你想要 讓主機進行什麼特異的功能，就得要參考這顆 CPU 是否有相關內建的微指令集才可以。 由於 CPU 的工作主要在於管理與運算，因此在 CPU 內又可分為兩個主要的單元，分別是： 算數 邏輯單元與控制單元。(註1) 其中算數邏輯單 元主要負責程式運算與邏輯判斷，控制單元則 主要在協調各周邊元件與各單元間的工作。 • 綜合上面所說的，我們會知道其實電腦是 由幾個單元所組成的，包括輸入單元、 輸 出單元、CPU內部的控制單元、算數邏輯單 元與主記憶體五大部分。 相關性如下所示： CPU的種類 • 如前面說過的，CPU其實內部已經含有一些 小指令集，我們所使用的軟體都要經過CPU 內部的微指令集來達成才行。 那這些指令 集的設計主要又被分為兩種設計理念，這 就是目前世界上常見到的兩種主要CPU種類： 分別是精簡指令集(RISC)與複雜指令集(CISC) 系統。底下我們就來談談這兩種不同CPU種 類的差異囉！ 精簡指令集 • 在應用方面，SPARC架構的電腦常用於學術 領域的大型工作站中，包括銀行金融體系 的主要伺服器也都有這類的電腦架構； 至 於PowerPC架構的應用上，例如新力(Sony) 公司出產的Play Station 3(PS3)就是使用 PowerPC架構的Cell處理器； 那ARM呢？你 常使用的各廠牌手機、PDA、導航系統、網 路設備(交換器、路由器等)等，幾乎都是使 用ARM架構的CPU喔！ 老實說，目前世界上 使用範圍最廣的CPU可能就是ARM呢！ 複雜指令集 • 與RISC不同的，CISC在微指令集的每個小指 令可以執行一些較低階的硬體操作，指令 數目多而且複雜， 每條指令的長度並不相 同。因為指令執行較為複雜所以每條指令 花費的時間較長， 但每條個別指令可以處 理的工作較為豐富。常見的CISC微指令集 CPU主要有AMD、Intel、VIA等的x86架構的 CPU。 周邊設備 • 單有CPU也無法運作電腦的，所以電腦還需 要其他的周邊設備才能夠實際運作。 除了 前面稍微提到的輸入/輸出設備，以及CPU 與主記憶體之外，還有什麼周邊設備呢？ 其實最重要的周邊設備是主機板！因為主 機板負責將所有的設備通通連接在一起， 讓所有的設備能夠進行協調與溝通。 而主 機板上面最重要的元件就是主機板晶片組！ 這個晶片組可以將所有的設備匯集在一起！ 運作流程 • CPU=腦袋瓜子：每個人會作的事情都不一 樣(微指令集的差異)， 但主要都是透過腦 袋瓜子來進行判斷與控制身體各部分的活 動 • 主記憶體=腦袋中的記錄區塊：在實際活動 過程中，我們的腦袋瓜子能夠將外界的互 動暫時記錄起來， 提供CPU來進行判斷 • 硬碟=腦袋中的記憶區塊：將重要的資料記 錄起來，以便未來將這些重要的經驗再次 的使用 • 主機板=神經系統：好像人類的神經一樣， 將所有重要的元件連接起來，包括手腳的 活動都是腦袋瓜子發佈命令後， 透過神經 (主機板)傳導給手腳來進行活動啊！ • 各項周邊設備=人體與外界溝通的手、腳、 皮膚、眼睛等：就好像手腳一般，是人體 與外界互動的重要關鍵！ • 顯示卡=腦袋中的影像：將來自眼睛的刺激 轉成影響後在腦袋中呈現，所以顯示卡所 產生的資料來源也是CPU控制的。 • 電源供應器 (Power)=心臟：所有的元件要能 運作得要有足夠的電力供給才行！這電力 供給就好像心臟一樣，如果心臟不夠力， 那麼全身也就無法動彈的！心臟不穩定呢？ 那你的身體當然可能斷斷續續的～不穩定！ 電腦分類 • • • • • 超級電腦(Supercomputer) 大型電腦(Mainframe Computer) 迷你電腦(Minicomputer) 工作站(Workstation) 微電腦(Microcomputer) 容量單位 進位制 K M G T P 二進位 1024 1024K 1024M 1024G 1024T 十進位 1000 1000K 1000M 1000G 1000T 速度單位 • CPU的運算速度常使用 MHz 或者是 GHz 之 類的單位，這個 Hz 其實就是秒分之一。而 在網路傳輸方面，由於網路使用的是 bit 為 單位，因此網路常使用的單位為 Mbps 是 Mbits per second，亦即是每秒多少 Mbit。 舉例來說，大家常聽到的 8M/1M ADSL 傳輸 速度，如果轉成檔案容量的 byte 時，其實 理論最大傳輸值為：每秒 1Mbyte/ 每秒 125Kbyte的下載/上傳容量喔！