第2章電腦硬體

第2章 電腦硬體電腦基本架構(gòu)電腦的使用與保養(yǎng)電腦系統(tǒng)元件電腦的儲(chǔ)存裝置輸入裝置輸出裝置1輸入單元電腦電源開關(guān)打開之後，通常第一個(gè)會(huì)碰到的步驟就是接觸鍵盤，藉由打字的方式產(chǎn)生訊號(hào)，此時(shí)會(huì)由電腦裡的軟體，將這些資訊編譯成由0和1構(gòu)成的機(jī)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(shù)位照相機(jī)(digitalcameras)和麥克風(fēng)(microphones)。2-1電腦基本架構(gòu)

2控制單元與算術(shù)邏輯單元是俗稱的CPU(CentralProcessingUnit:中央處理器)，主要是負(fù)責(zé)整個(gè)電腦系統(tǒng)各單元間資料傳送、運(yùn)作控制、算術(shù)運(yùn)算(例如四則運(yùn)算)與邏輯運(yùn)算(例如AND、OR、NOT)的執(zhí)行。當(dāng)輸入單元在接收到資料以後，會(huì)先通過處理器的「控制單元」，依照所接收到的指令內(nèi)容將資料送往「算數(shù)邏輯單位」或者是記憶單元中，最後再送往輸出單元。2-1電腦基本架構(gòu)

3記憶單元包括為「主記憶體」與「輔助記憶體」兩種?！钢饔洃涹w」負(fù)責(zé)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。2-1電腦基本架構(gòu)

4輸出單元可以明白顯現(xiàn)電腦處理後的結(jié)果，最主要的輸出工具就是電腦螢?zāi)?，藉由螢?zāi)簧系奈淖只驁D形，可以讓我們清楚確認(rèn)操作的正確性。其他要的輸出單元還包含印表機(jī)、喇叭、繪圖機(jī)等輸出設(shè)備。2-1電腦基本架構(gòu)

5主機(jī)板(1)是一塊大型的印刷電路板，其材質(zhì)大多由玻璃纖維，用以連接處理器、記憶體與擴(kuò)充槽等基本元件，以達(dá)到整合電腦系統(tǒng)的目的，又稱為母板(Motherboard)。運(yùn)作原理是依據(jù)電腦元件中送出的電流、資料和指令來回應(yīng)。即使此元件並沒有直接安裝在主機(jī)板上，這都可經(jīng)由「匯流排」來溝通與聯(lián)繄。2-2電腦系統(tǒng)元件6主機(jī)板(2)以下是主機(jī)板常見的連接埠與連結(jié)設(shè)備：2-2電腦系統(tǒng)元件連接埠連結(jié)設(shè)備通用序列匯流排（USB）印表機(jī)、滑鼠、掃描器序列埠（COM1,COM2）數(shù)據(jù)機(jī)、滑鼠PS/2插孔滑鼠、鍵盤並列埠（LPT1）印表機(jī)AGP插槽顯示卡PCI插槽音效卡、網(wǎng)路卡記憶體插槽DDR、SDRAMIDE、SCSI插槽光碟機(jī)、硬碟機(jī)7介面卡(1)

顯示卡是一塊連結(jié)到主機(jī)板上的電路卡，包含了記憶體、電路，它能夠決定螢?zāi)坏母骂l率、色彩總數(shù)以及解析度。早期為PCI介面，不過目前已經(jīng)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(kuò)充卡，它能夠讓使用者連接影像裝置，例如錄影機(jī)、數(shù)位攝影機(jī)，並直接將影像傳到電腦上。2-2電腦系統(tǒng)元件8介面卡(2)音效卡一種擴(kuò)充卡，其能將類比式的聲音訊號(hào)從麥克風(fēng)傳送至電腦並轉(zhuǎn)成數(shù)位訊號(hào)，使電腦能夠儲(chǔ)存並加以處理；相對(duì)的，也能將數(shù)位訊號(hào)轉(zhuǎn)回成類比訊號(hào)供傳統(tǒng)式喇叭播放。網(wǎng)路卡功用是負(fù)責(zé)將電腦連接到網(wǎng)路上，讓電腦能夠在網(wǎng)路上互相用來連接ADSL數(shù)據(jù)機(jī)或區(qū)域網(wǎng)路，有線的網(wǎng)路卡會(huì)有一個(gè)RJ-45的插孔，提供網(wǎng)路線連接連線設(shè)備。2-2電腦系統(tǒng)元件9CPU(1)個(gè)人電腦的CPU則慣稱為「微處理器」(microprocessor)。CPU是由「算術(shù)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(jī)板(motherboard)上。例如PentiumV系統(tǒng)就是使用PentiumV等級(jí)的微處理器來作為它的CPU。2-2電腦系統(tǒng)元件10CPU(2)機(jī)器週期每次CPU執(zhí)行指令時(shí)，都會(huì)採取一系列的步驟，所花費(fèi)的時(shí)間則稱為CPU「機(jī)器週期」(machinecycle)。對(duì)於CPU所執(zhí)行的任何工作，都是不斷進(jìn)行擷取、解碼、執(zhí)行與儲(chǔ)存的四種動(dòng)作。字組長度CPU一次處理或搬動(dòng)資料的長度，稱為一個(gè)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(guān)。2-2電腦系統(tǒng)元件11CPU(3)CPU發(fā)展史

目前Intel主流的CPU有Celeron及Pentium4兩種系列，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(jià)格較低廉，Pentium則適用於大量計(jì)算的多媒體運(yùn)用方面，品質(zhì)較佳。競爭對(duì)手AMD主流的CPU產(chǎn)品有Duron、Athlon及AthlonXP等三個(gè)系列。2-2電腦系統(tǒng)元件12CPU(4)CPU指令集

CISC為一種傳統(tǒng)的處理器架構(gòu)，指令格式較多且冗長，執(zhí)行速度較慢，也不易程式開發(fā)與學(xué)習(xí)，例如Pentium4和AthlonXP等處理器?！负喕噶罴?ReducedInstructionSetComputing，簡稱RISC)就是為了改善複雜指令集的缺點(diǎn)而因應(yīng)而生的技術(shù)，至於RISC是把指令集簡化，只保留一些最基礎(chǔ)的指令。2-2電腦系統(tǒng)元件13CPU(5)CPU發(fā)展現(xiàn)況正朝向多核心PC時(shí)代的方向發(fā)展，最近市面上陸續(xù)推出了英特爾與AMD的4核心CPU主機(jī)板，也就是四核心架構(gòu)，就是在目前中央處理器上封裝4個(gè)系統(tǒng)核心，使得效能提升不再靠傳統(tǒng)的工作時(shí)脈速度，而是平行運(yùn)算處理。四核心的原理就是在同一晶片內(nèi)放進(jìn)四個(gè)處理器核心，讓相同體積的CPU晶片，可以容納四倍的運(yùn)算能力，並且在單一晶片上使用四個(gè)核心來分擔(dān)工作量。2-2電腦系統(tǒng)元件14記憶體(1)隨機(jī)存取記憶體屬於一種揮發(fā)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」(MemoryModule)，必須安裝在主機(jī)板的記憶體插槽上才能運(yùn)作。RAM的種類可分為「動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取記憶體」(DRAM)與「靜態(tài)隨機(jī)存取記憶體」(SRAM)。DRAM的速度較慢，必須保持持續(xù)性的充電狀態(tài)，但價(jià)格低廉可廣泛使用。2-2電腦系統(tǒng)元件15記憶體(2)唯讀記憶體(ROM)屬於韌體(Firmware)的一種，如主機(jī)板的BIOSROM。2-2電腦系統(tǒng)元件名稱說明Bytes1位元組Kilobytes210個(gè)位元組Megabytes220個(gè)位元組Gigabytes230個(gè)位元組Terabytes240個(gè)位元組Petabytes250個(gè)位元組Exabytes260個(gè)位元組Yottabytes270個(gè)位元組Zetabytes280個(gè)位元組16傳輸介面與連接埠2-2電腦系統(tǒng)元件傳輸介面名稱功能介紹與說明ISAISA是由IBM所建構(gòu)的電腦標(biāo)準(zhǔn)匯流排，其能夠傳輸處理器與外部裝置間8位元與16位元的資料，資料傳輸率最高為16.66Mbps。PCI用來互相傳輸處理器與外部裝置之間的資料流，一般PCI介面為32位元，64位元的PCI則是運(yùn)用於較高階的伺服器類型。ATA或稱「增強(qiáng)性整合型磁碟電路介面」(E-IDE)，為一種儲(chǔ)存媒體最常見的匯流排介面，個(gè)人電腦裏的光碟、硬碟大都採用此種介面，EIDE的傳輸速度發(fā)展至今已可達(dá)到133Mbps。SerialATASerialATA匯流排介面是計(jì)畫用來取代E-IDE的新型規(guī)格，它的可縮小化能快速應(yīng)用在小型電腦，再加上它的傳輸速度高達(dá)1.5Gbps，非常適合於儲(chǔ)存設(shè)備。SCSI此為一種由ANSI所制定的匯流排，已有長久的使用歷史，因其傳輸速度快，故發(fā)展至今已產(chǎn)生許多種類的延伸規(guī)格，大部分使用在硬碟介面上。17

2-2電腦系統(tǒng)元件傳輸介面名稱功能介紹與說明AGP此種特殊規(guī)格能讓顯示卡直接存取系統(tǒng)上的主記憶體，現(xiàn)今所有的主機(jī)板都能支援此一規(guī)格，可說是目前顯示卡匯流排的主流。IEEE-1394支援資料傳輸率高達(dá)400Mbps，亦有人稱之為FireWire，IEEE-1394的發(fā)展原意主要是整合所有數(shù)位化的家庭電器適用於高容量的傳輸，例如數(shù)位攝影機(jī)。USB目的在於制定所有電腦週邊規(guī)格的統(tǒng)一化，現(xiàn)已十分普及，USB1.1的規(guī)格可以達(dá)到12Mbps的傳輸率，而USB2.0的規(guī)格則可以達(dá)到480Mbps。平行埠為一種常用來連結(jié)電腦與印表機(jī)的連接埠，所以一般又稱為印表機(jī)埠。序列埠可以提供四個(gè)裝置的串聯(lián)，在電腦系統(tǒng)中稱這四個(gè)接頭為COM1、COM2、COM3、COM4。最常用來使用在滑鼠與數(shù)據(jù)機(jī)的連接。PS/2連接埠可連接PS/2規(guī)格的滑鼠或鍵盤等單向輸入設(shè)備，無法連接其他雙向輸入設(shè)備。18軟碟機(jī)(1)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(chǔ)存量為1.2MB)，現(xiàn)期為3.5吋(儲(chǔ)存量為1.44MB)。2-3電腦的儲(chǔ)存裝置

軟碟片平面示意圖

19軟碟機(jī)(2)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(nèi)容，而且不需要將電腦重新開機(jī)或關(guān)機(jī)。現(xiàn)在許多外接式儲(chǔ)存裝置可以接在USB埠(最大頻寬12MBit/s)、Firewire(頻寬達(dá)400MBit/s)、SCSI(頻寬達(dá)320MBit/s)，甚至還可以直接安裝在並列埠或串列埠。2-3電腦的儲(chǔ)存裝置

20硬碟機(jī)(1)是目前電腦系統(tǒng)中主要的儲(chǔ)存裝置，包括一個(gè)或更多固定在中央軸心上的圓盤，像是一堆堅(jiān)固的磁碟片。每個(gè)圓盤上面都佈滿了磁性塗料，而且整個(gè)裝置被裝進(jìn)密室內(nèi)。對(duì)於各個(gè)磁碟片(或稱磁盤)上編號(hào)相同的單一的裝置。硬碟隨容量不同而有不同數(shù)量的磁碟片，每片皆有上、下兩個(gè)磁頭。2-3電腦的儲(chǔ)存裝置

21硬碟機(jī)(2)硬碟傳輸介面可區(qū)分為IDE、SCS與SATA三種。其中SATA(SerialATA)匯流排介面是計(jì)畫用來取代EIDE(enhancedIDE)的新型規(guī)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(guī)格。2-3電腦的儲(chǔ)存裝置

硬碟內(nèi)部構(gòu)造示意圖

22光碟機(jī)(1)CD-ROMCD-ROM使用相同的技術(shù)來產(chǎn)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(hù)，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(zhí)行寫入的動(dòng)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(duì)於資料的保存有較高的安全性。

2-3電腦的儲(chǔ)存裝置

23光碟機(jī)(2)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(zhí)行寫入抹除的動(dòng)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(jìn)雷射唱盤時(shí)，可以正常地聽音樂，或者放進(jìn)電腦光碟機(jī)時(shí)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。

2-3電腦的儲(chǔ)存裝置

24光碟機(jī)(3)VCD是一種壓縮過的影像格式，指的是影音光碟，VCD是根據(jù)白皮書(Whitebook)所制定，但視訊畫質(zhì)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(gòu)造與CD-R類似，可用於高容量資料儲(chǔ)存。不過一旦把資料錄入DVD-R碟片，就不能改變它。2-3電腦的儲(chǔ)存裝置

25光碟機(jī)(4)DVD-Video它被廣泛應(yīng)用在電影領(lǐng)域，也就是我們使用在DVD光碟機(jī)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(qū)段內(nèi)含有資料和音軌，在音效上所發(fā)揮的優(yōu)點(diǎn)可用來取代CD。DVD-RAM重覆讀寫數(shù)位多功能光碟，本身具備卡匣式包裝，可允許使用隨機(jī)方式存取資料，經(jīng)常被視為是一片可攜式硬碟，可以隨時(shí)加入或刪資料。

2-3電腦的儲(chǔ)存裝置

26光碟機(jī)(5)DVD-RW各大相關(guān)業(yè)界對(duì)於可讀寫式數(shù)位影音光碟機(jī)的發(fā)展遠(yuǎn)景頗為投入，但由於意見分歧，以至於各自發(fā)展出了不同的可讀寫式數(shù)位影音光碟機(jī)(DVD-R或DVD-RW)，至目前為止尚未有統(tǒng)一的規(guī)格。複合式光碟機(jī)(Combo機(jī))結(jié)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(jī)種配筆記型電腦。2-3電腦的儲(chǔ)存裝置

27鍵盤它也是輸入文字及數(shù)字的主要輸入裝置。最基本的鍵盤模式有104個(gè)按鍵，包含主要輸入鍵、數(shù)字符號(hào)鍵、功能鍵、方向鍵與特殊功能鍵。鍵盤類似打字機(jī)的鍵盤，按鍵的排列分式亦有一定規(guī)則可循，方便使用者可以同時(shí)雙手操作：2-4輸入裝置28滑鼠(1)它的功能在於產(chǎn)生一個(gè)螢?zāi)簧系闹笜?biāo)，並能快速的在螢?zāi)簧先魏蔚胤蕉ㄎ挥螛?biāo)，這稱之為定位(pointing)，可以藉由結(jié)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)?；笕绻勒展ぷ髟韥韰^(qū)分，可分為「機(jī)械式」、「光學(xué)式」與「半光學(xué)式」三種。2-4輸入裝置29滑鼠(2)軌跡球軌跡球看起來有點(diǎn)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(qū)沒有足夠放滑鼠的表面。軌跡板有時(shí)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(shù)位板上所繪製的線條，會(huì)立即顯示螢?zāi)簧系睦L圖軟體中。2-4輸入裝置30掃描器原理就是以光學(xué)辨識(shí)的方式，將圖片或文字轉(zhuǎn)變成電腦能處理的數(shù)位訊號(hào)。以DPI(DotPerInch)作為解析度的單位，代表每一英吋長度內(nèi)的點(diǎn)數(shù)，DPI值越高則代表解析度越高，影像越清晰，有300DPI、400DPI、600DPI或1200DPI等多種規(guī)格。除了對(duì)解析度的要求外，對(duì)於每一個(gè)「點(diǎn)」(Dot)的分色能力也很重要。分色能力愈強(qiáng)，相對(duì)著能辨識(shí)更多的顏色。2-4輸入裝置31數(shù)位相機(jī)主要以CCD感光元件來進(jìn)行拍攝，CCD的判斷原理是以圖形中心相鄰的亮度區(qū)域?yàn)榛鶞?zhǔn)，沿著分界線，相鄰像素之間會(huì)有低反差情形?！赶袼亍?Pixel)的多寡，便直接影響相片輸出的解析度與畫質(zhì)。數(shù)位相機(jī)使用的記憶卡採用FlashROM，可以重覆使用。2-4輸入裝置32搖桿主要目的是用於電玩遊戲上，搖桿可以彌補(bǔ)鍵盤的不足，讓使用者有人機(jī)一體的感受，並能減少鍵盤的損壞率。搖桿的設(shè)計(jì)原理，是以搖桿中心為原點(diǎn)，當(dāng)玩家推動(dòng)搖桿時(shí)，搖桿驅(qū)動(dòng)程式便會(huì)將水平與垂直的變化量轉(zhuǎn)換成座標(biāo)回傳?？煞譃轭惐扰c數(shù)位二種。2-4輸入裝置33麥克風(fēng)麥克風(fēng)連接電腦後能將聲音轉(zhuǎn)換成數(shù)位訊號(hào)，據(jù)大多數(shù)專家估計(jì)，麥克風(fēng)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(xué)習(xí)功能，電腦經(jīng)由語音辨識(shí)系統(tǒng)軟體辨別麥克風(fēng)所輸入的聲音，轉(zhuǎn)換成電腦所了解的二進(jìn)位碼，可以降低鍵盤的使用率，目前已發(fā)展出連續(xù)語音辨識(shí)技術(shù)。2-4輸入裝置34顯示器(1)又稱為螢?zāi)唬瑸橐环N無形而暫時(shí)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?zāi)唤馕龆?resolution)的大小由像素(pixel)的多寡決定，而點(diǎn)距(dotpitch)是每個(gè)點(diǎn)之間的距離，點(diǎn)距小，畫質(zhì)的品質(zhì)就高。2-5輸出裝置

35顯示器(2)液晶顯示器(LiquidCrystalDisplay，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?zāi)坏囊暯莿t縮小，當(dāng)您增加看螢?zāi)坏慕嵌龋跋窈芸炀妥兊媚：磺?。能夠呈現(xiàn)極度純淨(jìng)細(xì)膩、豐富真實(shí)的影像色彩效果，並且觀賞上擁有170度超廣視角。

2-5輸出裝置

36印表機(jī)(1)印表機(jī)分為兩大類別：撞擊式印表機(jī)及非撞擊式印表機(jī)。撞擊式印表機(jī)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(zhì)較差但是速度快又可以同時(shí)產(chǎn)生副本，常用於大型企業(yè)的對(duì)內(nèi)報(bào)表或薪資帳冊(cè)。非撞擊式印表機(jī)則沒有直接接觸到紙張，噪音較低。2-5輸出裝置

37印表機(jī)(2)點(diǎn)矩陣印表機(jī)透過一種列印頭(printhead)的機(jī)械裝置來建立影像，當(dāng)從電腦接受指示，印表機(jī)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(jī)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(shí)會(huì)比較安靜，而且速度比點(diǎn)陣式印表機(jī)快，同時(shí)列印品質(zhì)也比較好。2-5輸出裝置

38印表機(jī)(3)雷射印表機(jī)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(huì)同時(shí)產(chǎn)生正電與吸附帶