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授課老師：鄭國祥　

授課老師：鄭國祥　. CH01 電腦基本架構. 認識電腦基本架構 認識中央處理器 認識記憶體與儲存裝置 認識輸出入裝置 學習資料表示法. 1-1 電腦基本架構. 電腦與人類生活. 電腦無所不在 桌上型電腦、筆記型電腦、智慧型手機、平板電腦、 … 汽車、捷運、高鐵、飛機等交通工具以及交通號誌必須藉助電腦來控制與管理 銀行 ATM 提款機、悠遊卡智慧票證系統、公司行號人事差勤系統，各式各樣的通訊與網路系統等等. 電腦的最基礎架構. 軟體 (Software). 硬體 (Hardware). 常見的電腦硬體. 中央處理器. 記憶體. 硬碟機. 光碟機.

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Presentation Transcript

  1. 授課老師：鄭國祥　

  2. CH01電腦基本架構 • 認識電腦基本架構 • 認識中央處理器 • 認識記憶體與儲存裝置 • 認識輸出入裝置 • 學習資料表示法

  3. 1-1 電腦基本架構 CH01 電腦基本架構

  4. 電腦與人類生活 CH01 電腦基本架構 • 電腦無所不在 • 桌上型電腦、筆記型電腦、智慧型手機、平板電腦、… • 汽車、捷運、高鐵、飛機等交通工具以及交通號誌必須藉助電腦來控制與管理 • 銀行ATM提款機、悠遊卡智慧票證系統、公司行號人事差勤系統，各式各樣的通訊與網路系統等等

  5. 電腦的最基礎架構 軟體 (Software) 硬體 (Hardware) CH01 電腦基本架構

  6. 常見的電腦硬體 中央處理器 記憶體 硬碟機 光碟機 鍵盤 滑鼠 螢幕 印表機 CH01 電腦基本架構

  7. 電腦軟體 CH01 電腦基本架構 • 若只有電腦硬體，卻沒有安裝任何軟體，電腦無從得知到底該執行什麼動作 • 電腦軟體的主要功能就是驅動電腦硬體，並且讓電腦依照人們的指示來執行任務 • 電腦軟體可依照應用特性來分類，大致包括了作業系統、系統工具程式、應用軟體等類型

  8. 常見的作業系統 CH01 電腦基本架構

  9. 系統工具程式及應用軟體 CH01 電腦基本架構 • 系統工具程式 • 例如防毒程式、磁碟備份程式、檔案壓縮/解壓縮程式、… • 應用軟體 • 例如Office文書處理軟體、Photoshop影像處理軟體、Skype或MSN即時通訊軟體、各種遊戲軟體、…

  10. 常見的電腦類型 桌上型電腦 CH01 電腦基本架構 一般個人電腦（PC）指的都是桌上型電腦 為何叫「桌上型」？因為通常電腦主機體積不大，可平躺或直立地放置在桌面上 All-in-One（AIO）PC：將電腦主機與螢幕合而為一，可節省桌面空間，亦可減少電腦背面的連接線與電源線，讓擺放電腦的桌面更為整潔

  11. 常見的電腦類型 筆記型電腦 CH01 電腦基本架構 最主要目的是為了讓人攜帶方便 具有輕巧、耐震、耗電量低等特性 小筆電：訴求超低耗電與超輕重量

  12. 常見的電腦類型 家庭劇院電腦 CH01 電腦基本架構 Home Theater PC (簡稱HTPC) 主要用途為擺放在客廳的電視機旁，以電視做為電腦的顯示器，讓使用者透過HTPC來播放影音媒體或是玩電腦遊戲 通常較強調高畫質輸出能力，及低運作噪音等特性

  13. 常見的電腦類型 伺服器 CH01 電腦基本架構 Server 主要功能不是個人使用，而是提供服務給多人共用 硬體規格上通常要求較高，例如採用伺服器專用中央處理器、大容量主記憶體、具有容錯功能的磁碟陣列等等

  14. 常見的電腦類型 智慧型手機 Apple iPhone Google Android Microsoft WP7 Nokia Symbian HP webOS Smartphone 本質上就是縮小版的個人電腦，使用者可在其中依需求安裝應用軟體 CH01 電腦基本架構

  15. 常見的電腦類型 平板電腦 • Tablet PC Apple iPad Android Tablet Tablet Computer CH01 電腦基本架構

  16. 2011年第2季全球PC市場排名 • 資料來源：Gartner CH01 電腦基本架構

  17. 2011年第2季全球智慧型手機作業系統排名 • 資料來源：Gartner CH01 電腦基本架構

  18. 1-2 中央處理器 CH01 電腦基本架構

  19. 中央處理器 CH01 電腦基本架構 Central Processing Unit，簡稱CPU 中文名又稱「微處理機」、「微處理器」，或就叫作「處理器」 CPU是電腦的資料處理中心，負責各種算術運算、邏輯運算，以及程式執行等工作

  20. 中央處理器時脈速度的進展 多核心處理器 資料來源：Tom’s Hardware CH01 電腦基本架構

  21. 常見的CPU CH01 電腦基本架構

  22. 中央處理器的組成單元 CH01 電腦基本架構

  23. 算數邏輯單元（ALU） CH01 電腦基本架構 除了加、減、乘、除等算數運算之外，它也負責邏輯運算

  24. CPU的運作 $3=$1+$2 控制單元 算術邏輯單元 暫存器 $1 $1+$2 $2 $3 CH01 電腦基本架構

  25. 控制單元（CU） CH01 電腦基本架構 • 接受指令（Instruction） • 解讀指令裡的運作碼（Opcode） • 指令是要做什麼動作（例如某算術運算或邏輯運算） • 需要哪些運算元（Operand） • 運算元應該放在哪裡 • 產生對應的控制信號來操控相關元件的動作

  26. 中央處理器的規格  時脈速度 CH01 電腦基本架構 • 中央處理器內部的運作速度 • 例如Intel Core i7-2600的時脈速度為3.40GHz

  27. 中央處理器的規格  核心數量 CH01 電腦基本架構 • 多核心架構（Multi-core） • 在CPU的積體電路包裝內植入多個可彼此獨立運作的處理器，這些獨立運作的處理器也就是所謂的「核心」 • 與單核心CPU相較，在同一時脈速度之下，多核心CPU可同時執行多個任務，因此計算效能較好 • 市面上主流的個人電腦CPU均為多核心架構 • 例如Intel Core i5/i7系列多為4核心、AMD Phenom II X6系列為6核心

  28. 中央處理器的規格  快取記憶體 中央處理器 CPU核心 快取記憶體 匯流排 主記憶體 • 快取記憶體（Cache）扮演了橋梁或代理人的角色 • 運作介於CPU的暫存器與電腦的主記憶體之間 • 為何需要快取記憶體？ • CPU時脈速度遠高於主記憶體時脈速度 • 若要暫存器直接存取主記憶體，則CPU運作效能將被嚴重拖累 CH01 電腦基本架構

  29. 中央處理器的規格  32位元與64位元 CH01 電腦基本架構 所謂的32位元或64位元處理器，指的是CPU能在單一時脈週期內解譯並執行的位元數量為32位元或是64位元 個人電腦或伺服器所使用的CPU均早已進入64位元的世代 智慧型手機與平板電腦所使用的CPU目前則仍為32位元

  30. 1-3 記憶體與儲存裝置 CH01 電腦基本架構

  31. 數位（Digital）與類比（Analog） CH01 電腦基本架構 數位指的是將信號用不連續的位階來表達，就像是樓梯般的，只有第1階、第2階、第3階等表達方式，而沒有所謂第2.39階這種位置存在 類比信號的觀念就像是一個斜坡般，位置與位置之間的關係是連續的，不像階梯那樣是被斷開來的

  32. 數位（Digital）與類比（Analog） • 屬類比信號的聲波圖形 • 電腦產生的數位信號 振幅 +V 0 時間 V CH01 電腦基本架構

  33. 位元 vs. 位元組 Most Significant Bit(MSB) Least Significant Bit(LSB) • 位元（bit） • 數位信號的最基本單位 • 值為0或1 • 以小寫字母b表示 • 位元組（Byte） • 8 個位元併排組合在一起成為1個位元組 • 儲存容量的最基本度量單位 • 以大寫字母B表示 CH01 電腦基本架構

  34. 常見的儲存容量單位 CH01 電腦基本架構

  35. 記憶體的分類 CH01 電腦基本架構 • 隨機存取記憶體（RAM） • 可供以隨機方式讀取與寫入資料 • 關閉電源後資料會消失（稱為具有揮發性） • 例：電腦的主記憶體、CPU 內部的快取記憶體、… • 唯讀記憶體（ROM） • 只供讀取，無法寫入 • 關閉電源後資料不會消失（稱為具有非揮發性） • 例：電腦的系統BIOS、CD唱片、…

  36. 隨機存取記憶體（RAM） CH01 電腦基本架構 • 靜態隨機存取記憶體（SRAM） • 單位結構大多由6個電晶體所組成 • 為何稱為「靜態」？因為SRAM沒有隨時間電荷流失而造成資料遺失的問題 • 動態隨機存取記憶體（DRAM） • 單位結構由1個電晶體與1個電容組成 • 為何稱為「動態」？因為DRAM 的運作過程當中，電容必須被反覆地充電

  37. SRAMvs. DRAM CH01 電腦基本架構

  38. SRAMCPU快取記憶體 CH01 電腦基本架構 例：Intel Core i7的快取記憶體容量為8MB

  39. DRAM主記憶體 CH01 電腦基本架構 例：單一記憶體顆粒容量為256MB

  40. DRAM的價格趨勢 CH01 電腦基本架構 資料來源：http://www.jcmit.com/mem2010.htm

  41. 每台PC平均DRAM容量趨勢 CH01 電腦基本架構 資料來源：IHS iSuppli Research, August 2011

  42. DRAM的種類 CH01 電腦基本架構 • FPM DRAM、EDO RAM、Burst EDO RAM、SDRAM、DRDRAM、DDR SDRAM、… • 目前以DDR SDRAM技術為市場主流 • DDR（Double Data Rate） • 雙倍資料速率 • 第二代的DDR2 SDRAM、第三代的DDR3 SDRAM • 目前DDR3 SDRAM已成為最普遍使用的類型

  43. 唯讀記憶體（ROM） CH01 電腦基本架構 • 傳統的ROM只能供我們一次性的寫入資料 • 新一代的ROM已可讓我們對其內容進行更新 • EPROM（Erasable Programmable ROM） • EEPROM（Electrically Erasable Programmable ROM） • 已廣泛應用於電腦的BIOS • 快閃記憶體（Flash Memory） • 應用於記憶卡、USB 隨身碟、固態硬碟

  44. 硬碟機 磁性碟盤 主軸與馬達 讀寫頭 • Hard Disk Drive（HDD） • 一種以旋轉磁性碟盤為核心的非揮發性儲存媒體 • 內部構造由磁性碟盤、主軸與馬達、讀寫頭所組成 • 碟盤非常堅硬，可承受高速旋轉而不變形 CH01 電腦基本架構

  45. 硬碟機的規格  1 CH01 電腦基本架構 • 尺寸（Form Factor） • 碟盤直徑：3.5英吋、2.5英吋、1.8英吋等三種 • 磁碟容量（Disk Capacity） • 3.5 英吋：~3TB • 2.5 英吋：~1TB • 1.8 英吋：~120GB

  46. 硬碟機的規格  2 CH01 電腦基本架構 • 磁碟快取（Disk Cache） • 又稱為磁碟緩衝器（Disk Buffer） • 觀念類似CPU的快取記憶體，磁碟快取是主記憶體與硬碟之間的緩衝器 • 轉速（Rotational Speed） • 轉速愈高，資料存取速度愈快 • 單位：RPM（Revolutions PerMinute）

  47. 硬碟機的規格  3 CH01 電腦基本架構 • 傳輸介面（Interface） • 早期流行的IDE介面已快要絕跡 • 目前絕大多數硬碟機採用Serial ATA標準，簡稱SATA • SATA 介面亦可用來連接其他大量儲存裝置，如光碟機

  48. 光碟機 CH01 電腦基本架構 • 光碟機（Optical Disc Drive） • 藉由使用雷射光波進行資料讀取或寫入動作的大量儲存裝置 • 光碟片（Optical Disc） • 用於光碟機的可交換式光學資料儲存媒體

  49. CD（Compact Disc） CH01 電腦基本架構 • 用途 • 儲存與播放音樂、數位資料與多媒體資料 • 標準尺寸直徑12公分的CD片可容納80分鐘的未壓縮語音資料或約700MB的數據資料 • CD種類 • CD-ROM：僅能讀取資料，不能寫入或變更 • CD-R：僅能寫入資料一次，不能重覆寫入 • CD-RW：可重覆寫入

  50. Video CD（VCD） CH01 電腦基本架構 • VCD • 使用CD來儲存數位視訊的一種國際標準 • 解析度為352240像素 • 視訊採用MPEG-1壓縮技術

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