2 Intel (Gordon Moore) 1965 (Moore's law)

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1 學 習重點 2-1 電腦硬體概論 2-2 電腦硬體基本單元

2 2 Intel (Gordon Moore) 1965 (Moore's law)

3 40 資訊科技概論 電腦硬體概論 電腦基本組成 圖 是 一 組 典 型 的 個 人 電 腦外觀 除了主機以外 另外還有鍵盤 滑 鼠 顯示器 喇叭等常見的周邊設備 主機 2. 液晶顯示器 圖 鍵盤 典型的桌電腦外觀 4. 滑鼠 5. 喇叭

4 41 (barebone computer) 2-a CPU 2-a All-in-One PC All-in-One PC 2-b All-in-One PC Keyboard PC Keyboard PC 2 - c 2-c Keyboard PC 2-b All-in-One PC

5 42 資訊科技概論 電腦設備使用 電腦使用不當 不僅會造成機器的使用壽命減短 如果操作電腦的姿勢不 正確 長期下來甚至會對身體造成傷害 只要注意一些使用電腦的小細節 養 成良好的使用習慣 不僅可以讓電腦維持正常運作 減少對硬體裝置造成的損 害 還能降低使用電腦不當對身體造成的危害 使用電腦的注意事項 就算功能再強大的電腦 也禁不起不良操作習慣的摧殘 想要讓電腦能維 持正常運作 養成良好的操作習慣是重要的基礎 以下幾點是操作電腦必須注 意的事項 用正常程序關閉電腦 新一代作業系統都有特定的關機程序 如圖 若直接按下主機上的電源 開關來關閉電腦 可能會造成檔案毀損以 及資料流失 電腦運作時避免碰撞 敲打主機 由於硬碟經常會維持在高速旋轉的狀 態下 若敲打 碰撞電腦主機 可能會使 圖 作業系統必須透過一定程序關機 不可 直接關閉電源 磁碟刮傷受損 造成資料毀損或遺失 不要隨意拆卸維修 多數品牌電腦不允許使用者自行拆開維修 否則保固效力就立即消失 如果使用者不熟悉電腦硬體的拆卸 最好還是請專業的維修人員幫忙處理 更換電腦零組件前 務必關閉電源 在通電的狀態下安裝任何電腦零組件 例如擴充卡 硬碟 記憶體 都 有可能會造成該零組件燒毀 甚至使其它的零組件受損 所以在更換零組件 之前記得一定要先關閉電源

6 第二章 電腦硬體 以正常程序移除外接裝置 如果要移除外接式裝置 例如 外接式硬碟 隨身碟 可以先透過 安全地移除硬體 將要移除的裝 置先停止 如圖 再移除外接 式裝置 以免外接式裝置在寫入資料 時 因突然被移除而造成檔案毀損 不要在電腦旁邊進食 食物碎片或是打翻飲料都會造 成鍵盤短路或損壞其它電腦設備 因此盡量避免在電腦旁邊進食或喝 圖 透過 安全地移除硬體 移除外接裝置 飲料 簡易電腦保養 隨著科技的進步 現在電腦比起過去的電腦使用壽命更長 但電腦設備的保 養仍不可輕忽 平時重視電腦設備的保養 可以讓你的電腦設備在重要時刻仍然 能正常運作 降低出現故障的情況 以下介紹一些電腦周邊設備的保養方式 鍵盤的保養 食物碎片與灰塵等細小物件很容易進入鍵 盤的縫隙中 可能會造成鍵盤故障或失靈 因 此可利用吸塵器清理鍵盤 如圖 或是 將鍵盤反過來輕輕地拍打 將雜物清出來 另 外也可以用微濕的布來擦拭鍵盤外表 保持鍵 盤的清潔 圖 使用小型吸塵器清理鍵盤 螢幕保養 平時螢幕會因產生靜電而吸附灰塵 因此我們應該定期利用拭鏡紙或眼 鏡布輕輕擦拭螢幕表面 而且在不使用電腦時可以防塵套覆蓋螢幕 這些都 是保持螢幕清潔的基本工作 43

7 44 資訊科技概論 保持主機通風 電腦容易因高溫而當機 當電腦的執行速度愈快 就愈容易產生高溫 所以應注意主機是否通風 若有需要可在機殼上加裝風扇加強散熱 電腦的廢棄處理 環保署的 廢特定物品回收清除處理辦法 早已將廢棄電腦設備 例如主 機 螢幕 電源供應器等 列入回收項目 如果要丟棄不要的電腦設備 必須 交由資源回收車或民間的資源回收單位代為處理 如果想淘汰仍可正常運作的舊電腦 也可以透過民間單位將可用的舊電腦 轉贈給國內偏遠地區的學童以及弱勢團體使用 選擇這樣的做法不僅能達到惜 物的目的 又能讓愛心照顧到社會弱勢 也為地球環保盡一份心力 圖 推動電腦回收 的民間網站

8 第二章 電腦硬體 立即演練 2-1 選擇題 1. 下列何者 不是 操作電腦的正確習慣 (B) 電腦運作時 任意移動主機的位置 (A) 不要在電腦旁邊進食 (C) 以正常程序移除外接裝置 (D) 仔細閱讀電腦操作手冊 2. 如果電腦顯示器的表面累積灰塵 該如何清理比較好 (B) 用溼抹布擦拭 或眼鏡布輕輕擦拭 (A) 用拭鏡紙 (C) 用洗碗精清洗 (D) 用菜 瓜布擦掉灰塵 3. 關於廢棄電腦設備的處理 下列何者正確 衣回收箱 (C) 交由民間的資源回收單位處理 (B) 不在電腦旁邊進食 狀態 安裝主記憶體 (B) 丟到舊 (D) 丟到垃圾桶 4. 下列哪一種電腦使用行為 容易造成電腦的零組件受損 型吸塵器清理鍵盤 (A) 丟到路邊 (A) 使用小 (C) 在電腦未關閉電源的 (D) 以正常程序關閉電腦 5. 要避免造成儲存在電腦裡的資料發生毀損 要防止下列哪一種行為 (A) 保持主機通風 (B) 筆記型電腦在運作時 不慎摔到地上 (C) 以正 常程序移除外接裝置 2-2 (D) 不在電腦旁邊進食 電腦硬體基本單元 電腦科技發展快速 硬體規格也不斷創新與改變 雖然基本上仍由五大單 元的架構發展而來 但各種設備都變得更加複雜甚至具備多樣化的整合功能 其中桌上型個人電腦是目前使用最普遍的電腦類型 因此以下將簡單介紹其基 本組成 圖

9 46 資訊科技概論 代表資料或指令的 流程方向 代表控制訊號的流 程方向 程式 與 資料 輸入單元 IU 中央處理單元 CPU 算術/邏輯單元 ALU 控制單元 CU 輸出單元 OU 處理 結果 記憶單元 MU 圖 電腦硬體的基本架構 硬體五大單元 電腦硬體的基本架構可分為五大單元 它們分別是 輸入單元 輸入單元 (input unit IU) 透過使用者操作 可將資料或程式經數位化後傳 送至記憶單元 以提供其他單元進行處理或儲存的動作 例如鍵盤 滑鼠 繪 圖板 麥克風等都是常見的輸入設備 控制單元 控制單元 (control unit CU) 負責指令解碼以及指揮協調電腦內部各單元的 運作順序與資料傳遞

10 第二章 電腦硬體 算術 邏輯單元 算術 邏輯單元 (arithmetic/logic unit ALU) 主要 負責加 減 乘 除等算術運算 以及判斷真假 大 小等邏輯運算的工作 由於 算術 邏輯單元 與 控制單元 是 電腦運作的重要中樞 因此又合稱為 中央處理 單元 (central processing unit CPU) 1971 年 Intel 成功地將 算術 邏輯單元 與 控制單 圖 中央處理器 元 製作在一片積體電路上 並命名為微處理器 (microprocessor) 一般人習慣以 中央處理器 或 處理單元 稱呼 指的就 是 CPU 圖 註 A 記憶單元 記憶單元 (memory unit MU) 是用來存放指令和資料的地方 依其性質與 功用又可分為主記憶體與輔助記憶體兩類 主記憶體 主記憶體 如暫存器 隨機存取記憶體等 的容量較小但傳送速度較 快 多用來存放正在處理中的指令和資料 輔助記憶體 輔助記憶體 如硬碟 隨身碟等 的容量較大但速度較慢 可用於儲存 大量的程式或資料 輸出單元 電腦中的資料經處理後必須透過輸出單元 (output unit OU) 顯示或輸出 例如顯示器 螢幕 與印表機就是常見的輸出設備 註 B 註 A 中央處理器 控制單元及算術 邏輯單元 和記憶單元等重要硬體會裝置在電腦主機的內部 註 B 在硬體的五大單元中 輸入單元與輸出單元通常稱為 I/O 設備 或 週邊設備 47

11 48 資訊科技概論 處理單元 在電腦的基本架構中 中央處理單元是整體運作的核心 記憶單元則是用 來儲存程式與資料的位置 而在實際應用上 中央處理單元被製成中央處理 器 記憶單元則成了各種不同形式的記憶體模組或儲存設備 分別簡介如後 認識中央處理器 中央處理器的主要原料是由石英砂 矽沙 中所提煉出來的二氧化矽 經過一連串繁複的 處理程序後被製成一片片的晶圓 wafer 如圖 晶圓是用來製作晶片的主要結構 製造 商透過特殊氣體 化學物質以及紫外光等在晶圓 上蝕刻出各種電路結構 並利用銅 金等金屬作 為連接電路 最後再切割為一塊塊獨立的晶片 這些晶片會依其用途與功能封裝為不同形式的積 體電路 目前生產中央處理器的廠商有 Intel AMD 等 處理單元功能及結構 圖 切割完成的晶圓 一般所謂 8 吋 或 12 吋晶圓指的是晶圓的直徑 中央處理器是電腦系統的核心 主要負責加 減 乘 除等算術運算 以 及判斷真假 大小等邏輯運算的工作 還要解釋每個指令所代表的意義 並指 揮控制其他元件進行指定的工作 簡單來說 中央處理器包含有 算術 邏輯 單元 及 控制單元 的工作 中央處理器必須藉由主記憶體中讀取指令與資料 而中央處理器中有一小 部份的記憶單元被用來暫時存放目前指令的記憶體位址 或是作為計算中資料 的暫存區 而這個記憶區塊便稱為暫存器 (register)

12 第二章 電腦硬體 認識內頻 外頻與倍頻 主機板上各零件的運作速度分成好幾組 例如中央處理器運作速度最快 是其它元件運作速度的好幾倍 為此主機板提供了一個標準的時脈頻率來供各 零件作為參考基準 這個時脈頻率稱為外頻 (external frequency) 主機板上各 零件可按照這個頻率以倍數來調高或調降本身的工作頻率 內頻 (internal frequency) 又稱為主頻 是中央處理器內部的實際工作 頻率 內頻是由主機的外頻乘以某個數值倍數所得來的 數值倍數稱作倍頻 (multiplier) 電腦玩家常常調整倍頻來達到加快中央處理器執行速度 超頻 中央處理器的工作頻率 內頻 外頻 倍頻 在個人電腦中 中央處理器與周邊裝置之間要傳輸資料 會透過一些聯 絡通道來傳輸資料 而這樣的傳輸線路稱為匯流排 (bus) 其中的前側匯流排 Front Side Bus 簡稱 FSB 或稱為前端匯流排 是指中央處理器和高速周邊 裝置的聯絡通道 前側匯流排的工作頻率 時脈 愈快電腦的效率也愈快 中 央處理器廠商通常會標示中央處理器的內頻和 FSB 的工作頻率 例如以下某中 央處理器的標示 處 理 器 編 號 Q9550 速 度 2.83 GHz L2 快取記憶體 12 MB 前 端 匯 流 排 1333 MHz 其中的速度 2.83 GHz 指的是中央處理器內頻 也就是中央處理器的工作頻 率 12MB 指的是中央處理器內建的快取記憶體容量大小 而 1333 MHz 指的是 FSB 的工作頻率 由於 FSB 在每一個週期可同時傳送多筆資料 某些處理器廠 商會用傳輸量來標示單位 例如百萬傳輸 秒 (MT/s) 49

13 50 資訊科技概論 影響中央處理器的效能因素 會影響中央處理器效能的因素很多 例如時脈頻率 字組長度 採用的指 令集 暫存器與快取記憶體等 時脈頻率與中央處理器效能 時脈週期 (clock period) 是時脈頻率的倒數 如圖 舉例來說 若 某中央處理器時脈頻率為 500 MHz 則時脈週期為 1 ( ) 秒 秒 2 ns 奈秒 另外 也可以使用 MIPS 作為衡量電腦效能的單 位 假設某中央處理器完成一個指令平均需時 4 ns 即 2 個 clock 則可計算該中央處理器的效能為 (MIPS) 時脈週期就像高速公路的 1 秒 時脈週期 速限 愈高代表車子可以開的 愈快 同樣的 中央處理器時 脈頻率愈高通常便代表具有較 時脈週期(clock period) 高的處理效能 圖 時脈頻率(clock rate) 時脈週期是時脈頻率的倒數 字組長度與中央處理器位元數 中央處理器在每一次機器週期 可參閱之後的 指令運作週期 中能夠 處理的資料量稱為字組 (word) 而一般所說中央處理器的位元數也就是指字 組長度 中央處理器可分為 32 位元和 64 位元處理器 不過要完全得到字組長 度的效益 除了硬體還需配合專屬作業系統 如 Windows Vista 64 及軟體的 支援 快取記憶體 中央處理器要存取所需要的資料 必須要透過主記憶體存取 但相對於 中央處理器的運算速度來說 存取主記憶體的動作實在太過緩慢而耗時 為 了增進處理效能 中央處理器會將一種速度比主記憶體快的記憶體直接設計

14 第二章 電腦硬體 在中央處理器中 稱為快取記憶體 (cache memory) 可減少中央處理器等待 資料從主記憶體載入的時間 當快取記憶體愈大則其效能也就愈高 中央處理器所使用的快取記憶體可分為 L1 L2 與 L3 快取記憶體 (Level 1/Level 2/Level 3 cache) 會這樣設計 是因為全部使用高速 大容量的快取 記憶體 會造成中央處理器的價格過高 為了在價格與存取效能取得一個平衡 點 因此安排速度最快的為 L1 快取記憶體 但容量最小 L2 快取記憶體較 L1 快取記憶體慢 但儲存容量比 L1 快取記憶體大 L3 快取記憶體是快取記 憶體中最慢的 但速度仍比一般的主記憶體快 它的儲存容量是快取記憶體中 最大的 要存取資料時 中央處理器會先從 L1 快取記憶體尋找 若找不到再從 L2 快取記憶體尋找 再找不到去 L3 快取記憶體尋找 當快取記憶體都找不到才 到主記憶體尋找 使中央處理器的價格不會過高 又能兼顧存取效能的提升 早期 L3 快取記憶體是建置在主機板上 但現在已將 L1 L2 與 L3 快取記憶體 整合到中央處理器內 不過 有些中央處理器會採取不一樣的做法 例如將 L3 快取記憶體取消 加大 L2 快取記憶體 中央處理器只有內建 L1 和 L2 快取記 憶體 特殊指令集 中央處理器製造商為了特別加強中央處理器在某些方面的處理效能 通 常會設計專屬的指令集 例如 MMX 3D Now! SSE 等都是用來增強處理圖 形 影像以及 3D 動畫速度的一種多媒體指令集 多核心與平行處理 為了避免高時脈產生的電磁波干擾及提昇處理器的效能 處理器廠商現 今多採用多核心設計架構 將多個獨立的處理器封裝在一起 如圖 或 圖 每個獨立的處理器可平行處理程式中的執行緒 (threads) 註C 多核心處 理器比單核心處理器更適合多工環境 兩者的比較可參考圖2-2.7 使用多核 註 C 執行緒是指中央處理器在執行軟體時所分配的最小執行流程單位 在一般狀況下 每個軟體會被 分成許多個執行緒來交由中央處理器處理 51

15 52 資訊科技概論 心處理器的使用者即使同時撰寫電子郵件 播放影片 以及進行程式掃毒 電腦還是可以執行的很順暢 但是在單獨執行一個程式的時候 多核心處理 器的效率並不一定比同時脈的單核心處理器來的高 必須所使用的應用程 式 能支援執行緒多工的運作 多核心處理器的效率才會比較高 核心一 核心二 核心三 核心四 核心一 核心二 圖 雙核心處理器 圖 四核心處理器 超執行緒 超執行緒 (Hyper-Threading) 是 Intel 公司為強化中央處理器執行效能所發 展的技術 可將單一處理器當做兩個邏輯或虛擬處理器來使用 圖 能 同時執行兩個執行緒 提升中央處理器的整體效能 但整體的效率並不一定 會比多核心處理器來的高

16 53 排程工作項目 1 處理器 : 資料處理的工廠 輸送帶 : 送達資料的傳輸方式 排程工作項目

17 54 資訊科技概論 中央處理器的指令架構 中央處理器的指令基本上由運算碼 (operation code OP Code) 與運算元 (operand) 組成 如圖 其中運算碼為該指令欲執行的動作 運算元則為執 行對象 以其位址表示 或資料 例如 ADD A,B 便代表將位址 A,B 中的值 相加後存入位址 A 中 依據指令不同 運算碼通常只有一個 但運算元則可以 有 0 個 1 個或多個 中央處理器能使用的所有指令稱為指令集 早期主要可分為 精簡指令集 (reduced instruction set computer RISC) 以及 複雜指令集 (complex instruction set computer CISC) 二大類 精簡指令集採用將指令集精簡化 單一指令只能執行一項工作 以提升中央處理器的效 能 而複雜指令集則是提供比精簡指令集更多的 指令 單一指令可執行多項工作 目前 個人電腦所使用的中央處理器 通常混雜 精簡指令集 和 複 雜指令集 的特色 已不易區分 是屬於哪一種指令集 圖 中央處理器的指令結構 指令運作週期 其實不論使用電腦進行何種工作 對 中央處理器來說都只是不斷地重複 擷 取 解碼 執行 等三個主要步驟 如 圖 其中 擷取 和 解碼 的動 作 合 稱 擷 取 週 期 ( f e t c h c y c l e ) 執 行 的 動 作 稱 為 執 行 週 期 ( e x e c u t i o n cycle) 二者則合稱 機器週期 (machine cycle) 中央處理器可在一秒之內完成數 千萬甚至數億次步驟循環 圖 擷取(fetch) 由記憶體中擷取指令以及所需的運算資料 中央處理器的指令運作週期

18 第二章 電腦硬體 解碼(decode) 對指令進行翻譯 以便瞭解指令所代表的意義 執行(excute) 根據指令要求執行相關的處理動作 註D 記憶單元 記憶單元是用來存放資料與程式的地方 主要可分為主記憶體與輔助記憶 體二大類 如圖 隨機存取記憶體(RAM) SRAM DRAM Mask ROM 主記憶體 PROM 唯讀記憶體(ROM) EPROM EEPROM 記憶體 磁帶 磁碟 Flash ROM 軟碟 硬碟 輔助記憶體 光碟 CD DVD 圖 記憶體分類 隨身碟 BD 註 D 執行 的動作有時可再細分為 執行指令 儲存運算結果 等 但並非所有指令皆可如此 細分 例如終止指令 HLT 便沒有 儲存運算結果 的動作 55

19 56 資訊科技概論 記憶體的類型 一般常見的記憶體的類型 可以分為以下幾種 隨機存取記憶體RAM 隨機存取記憶體 (random access memory RAM) 屬於揮發性記憶體 當 電源消失時儲存的資料便會消失 也由於使用者可從中任意讀取某一位址的 資料 亦可由任一位址寫入資料 因此稱為 隨機存取 記憶體 表 則 列出二種常見的 RAM 形式 表 類 不同型式的 RAM 型 說 明 靜態隨機存取記憶體 不需週期性的充電即可保持資料 存取速度 Static RAM (SRAM) 較 DRAM 快 但價格較 DRAM 昂貴 早期主機板上的快取記憶體就 是採用 SRAM 現今的快取記憶體已整合到 CPU 內 主機板上不再使 用 SRAM 做為快取記憶體 動態隨機存取記憶體 必須靠不斷輸入的電流脈衝來保持資料 存 Dynamic RAM (DRAM) 取速度較 SRAM 慢 是目前常用的記憶體 而現今電腦所使用 DRAM 的主要細類別為 SDRAM(synchronous DRAM) 運作時和電腦時脈週 期同步 唯讀記憶體ROM 唯讀記憶體 (read-only memory ROM) 屬 於非揮發性記憶體 不會因電源關閉而使其 中的資料消失 早期的 ROM 只能讀取而不能 寫入資料 不然就是要透過特殊處理 例如 EPROM(erasable programmable ROM ) 必須透 過紫外線來清除原本的資料 如圖 而目前最常使用的一種 ROM 形式則是 Flash ROM 快閃記憶體 單位價格便宜且儲存 密度較高 使用者只要透過特殊程式便能覆寫內 圖 EPROM 必須透過紫外線來 清除原本的資料

20 第二章 電腦硬體 部資料 除普遍用於目前主機板中 BIOS 的儲存外 也經常作為 IC 卡上的儲存晶片 隨身碟 圖 或是數位相機 MP3 隨身聽等的儲存媒體 輔助記憶體 由於電腦中要儲存的資料愈來愈多 除主記 憶體外 電腦周邊設備廠商又發展出各種輔助記 憶體設備 例如磁碟 光碟 磁帶等相關儲存設 備 這些在稍後的章節會有更詳細的介紹 圖 隨身碟 記憶單元的功能與關係 由於磁碟等設備 例如硬碟機 隨身碟 的存取速度與中央處理器相差太 大 如果從慢速的設備載入資料 CPU 必須浪費時間等候 相反的 如果使用 RAM 做為記憶單元 當電源消失時儲存在 RAM 的資料便會消失 RAM 是一種 揮發性記憶體 且 RAM 的儲存容量也不及磁碟 所以電腦必須由 RAM 和磁 碟相輔相成 各自發揮其記憶單元的特性所長 兼顧處理速度和資料儲存的需 求 如圖 所示 由於磁碟等設備的存取速度與中央處理器相差太遠 因此速度較快的 RAM 便擔負起中央處理器與磁碟間的中介橋樑 當程式要被執行前 作業系統會將 程式及部份資料先由磁碟載入 RAM 中 中央處理器再由 RAM 中讀取程式與資 料 藉此加快系統的處理速度 一旦要儲存資料時只要將資料寫入到磁碟中 就可以讓資料永久儲存 直接由RAM中讀 取指令與資料 從磁碟讀取資 料或程式 較快 較慢 DISK 將RAM中的資 料寫入磁碟 圖 RAM 將運算結果寫入 RAM中 RAM 是磁碟與中央處理器間的主要中介者 CPU 57

21 58 資訊科技概論 理論上要執行的程式會被整個載入 RAM 中再執行 不過由於許多程式都大 於 RAM 的實際容量 因此有些作業系統便會以部份磁碟空間來模擬 RAM 的功 能並稱之為虛擬記憶體 (virtual memory) 若將之前敘述的各種記憶體類型依其存取速度排列 可得圖 的關係 暫存器 暫存器 快取記憶體 L1快取 L2快取 主記憶體 L3快取 圖 輔助記憶體 硬碟 光碟 軟碟 磁帶 SRAM DRAM 記憶體間的階層關係 記憶體的模組 當我們討論個人電腦中的主記憶體時 通常指的其實是將數個記憶體 IC 整 合銲燒在統一規格電路板上的 DRAM 模組 圖 常見的記憶體模組類 型可分為 DIMM(Dual In-line Memory Module) 和 SODIMM(Small Outline Dual In-line Memory Module) DIMM 主要用於一般桌上型電腦 而 SODIMM 則適 用於主機空間有限的電腦 例如筆記型電腦 不同規格的 DRAM 模組會採用 不同的接腳 (pin) 數目 如表 表 模組名稱 DIMM 雙面記憶體模組 SODIMM 小型雙面記憶體模組 不同型式的記憶體模組 接腳數 (pin) 備 註 184 用於桌上型電腦上的 DDR SDRAM 240 用於桌上型電腦上的 DDR2 及 DDR3 SDRAM 200 用於筆記型電腦上的 DDR 及 DDR2 SDRAM 圖 DIMM 記憶體模組 240 pin 的 DDR2 SDRAM 模組

22 第二章 電腦硬體 除了封裝方式不同 DRAM的型態與存取方式也隨著硬體技術進步而不斷在 改變 現在的電腦所使用的DRAM以SDRAM為架構 註E 並發展出DDR(Double Data Rate)技術 使DRAM的傳輸速率大幅倍增 記憶體廠商會在DRAM上 標 示 所 支 援 的 D D R 技 術 讓 消 費 者 了 解 所 購 買 的 D R A M 是 哪 一 種 類 型 註F 表2-2.3為目前常見的DRAM類型 表 名 常見的 DRAM 類型 稱 DDR SDRAM DDR2 SDRAM DDR3 SDRAM 說 明 第一代的 DDR SDRAM 和早期的 SDRAM 比較 具有雙倍速的資料傳輸速 率 第二代的 DDR SDRAM 是常見的記憶體產品 除了比第一代使用更低的 電壓 可有效減少發熱量 傳輸速率比 DDR SDRAM 更快 第三代的 DDR SDRAM 採用比 DDR2 SDRAM 更低的電壓和更快的傳 輸速度 也是常見的記憶體產品 常見儲存裝置 電腦中的輔助記憶體設備及其媒體包括了軟碟機 軟碟片 硬碟機 光碟 機 光碟片 磁帶機 磁帶與各種記憶卡等 不過隨著科技的進步 輔助記憶 體容量倍增 許多傳統的設備及儲存媒體 如軟式磁碟機及磁碟片 已經被淘 汰了 茲介紹一些常見的設備與媒體 讀卡機與記憶卡 記憶卡是一種體積小 方便攜帶 容量大的儲存媒體 廣泛應用在數位 相機 手機 MP3 播放器 電視遊樂器等裝置上 由於某些廠商為了支援自 家產品 例如數位相機 會聯合其他廠商制定一套記憶卡標準 使得市面上 出現各種類型的記憶卡 如圖 現今大多數的電腦都備有讀卡機 可 用來讀寫各種類型的記憶卡 假若電腦未附有讀卡機 使用者也可透過 USB 外接式讀卡機讀取記憶卡中的資料 如圖 註 E SDRAM(Synchronous DRAM) 指的是與 CPU 主機板使用相同的工作時脈的 DRAM 如此可減少 因不同時脈所造成的延遲 提高記憶體存取的效率 註 F 主記憶體除了會以支援的 DDR 技術是幾代來標示 DDR 記憶體廠商還會以 傳輸頻寬 和 傳 輸速率 命名 例如 DDR2-400 每秒傳輸速率為 400 MB/s 而在雙通道的傳輸狀況下每次可傳 送 8 個 Bytes 因此傳輸頻寬為 3200 MB/s 故 DDR2-400 又可以 PC 來標示 59

23 60 資訊科技概論 CF 卡 Microdrive 卡 MMC 卡 SDHC 卡 註G SD 卡 圖 圖 MiniSD 卡 xd 卡 MicroSD 卡 MS PRO DUO 卡 幾種常見的記憶卡類型 電腦內建的讀卡機與 USB 外接式讀卡機 硬式磁碟機 硬式磁碟機 (hard disk drive) 通常又稱硬碟 是一種密封式的磁碟機 如 圖 是目前電腦的主力儲存裝置之一 硬式磁碟機內部包含有馬達 註 G SDHC(Secure Digital High Capacity) 是 SD 卡的高容量版本 一般的 SD 記憶卡最高儲存容量只 能到達 4GB 而 SDHC 的記憶卡最高容量可達 32GB

24 第二章 電腦硬體 讀寫頭 讀寫臂 硬式磁碟片等各種組件 構 造十分精密且感應度高 即使是灰塵微粒也可 能造成損壞 因此一般多採取完全密封的方式 隔絕灰塵 而硬碟機在運作時應避免任意搬移 或震動 否則都可能損壞其中的組件 隨著科技的進步 現在的硬式磁碟機的儲 存容量不斷向上提升 目前桌上型電腦使用的 3.5 吋硬式磁碟機 最高儲存容量可達數 TB (1 TB 1024 GB) 甚至小體積的硬式磁碟 機 如筆記型電腦用的 2.5 吋硬式磁碟機 目 前最高儲存容量也可達 500 GB 以上 圖 硬式磁碟機 固態磁碟 近幾年來快閃記憶體的容量不斷增 加 價格卻不斷地下降 於是出現使用快 閃記憶體儲存資料的磁碟機 這種硬碟稱 為固態磁碟 (Solid Static Disk SSD) 如 圖 由於固態磁碟利用快閃記憶體 加上 SATA 介面 因此傳輸速度比一般的 隨身碟 記憶卡速度更快 並具有耐震 圖 固態磁碟 低耗電等優點 光碟機與光碟片 現今大部分的光碟機可讀寫多種規格 的光碟片 且新一代光碟機通常可向下相 容舊的規格 而各家廠牌的 CD 或 DVD 光 碟機在外觀上皆大同小異 圖 圖 光碟機 由於雷射讀取頭讀取資料的速度極快 因此光碟機的讀取速度主要取決 於光碟片的旋轉速度 其轉速愈快 則同一時間所能傳輸的資料量也愈多 而不同類型的光碟機在標示方法上有些差異 如表

25 62 資訊科技概論 表 名 詞 CD-ROM 光碟機 光碟機的讀寫速度 說 明 以每秒 150 KB 的傳輸速度為基準 稱為單倍速光碟機 一般以 1X 表 示 而更快的機種則以其倍數來表示 例如 50 倍速的光碟機 一般標示 為 50X 便擁有每秒 KB 的傳輸速度 DVD-ROM 一般以每秒 1.32 MB 作為 1X 的基準 雖然理論上相當於 9X 的 CD-ROM 光 光碟機 碟機 不過由於受限於其他物理特性 因此實際上的速度會較標示值慢 CD-R或CD-RW光碟機通常會依國際統一規格 寫X抹寫X讀 標示速度 例 如 40X12X48 代表 40寫12抹寫48讀 至於DVD燒錄機 由於規格更 燒錄機 加複雜 還牽扯到 +R 或 -R 碟片的支援 單面單層 單面雙層等規 格 因此在外殼標示上多半只特別強調其特色 如 16X DVD+R DL 光碟片至今已經發展到第三代 雖然在外觀上都很相似 但各世代的光 碟片在規格和容量上卻有很大的差異 表 列出各世代光碟片的規格和名 稱 而表 則是常見的 DVD 光碟片規格 表 世代 圖 示 名 稱 光碟 CD 一 (compact disk) 不同光碟片的類型 常見的容量 650~800 MB 數位多功能光碟 DVD 4.7/8.5 GB 二 (digital versatile disk) 單層 / 雙層 藍光光碟 BD 三 (blu-ray disk) 表 DVD 光碟片規格 構 造 最大容量 示 意 圖 25/50 GB 單層 / 雙層 基準速度 (1X) 最高讀 取速度 1.17 Mbps(150 KB/s) 52X Mbps(1.32 MB/s) 20X 36 Mbps(4.5 MB/s) 12X 常見的 DVD 光碟片規格 DVD-5 DVD-9 DVD-10 DVD-18 單面單層 單面雙層 雙面單層 雙面雙層 4.7 GB 8.5 GB 9.4 GB 17 GB

26 63 R(recordable) CD-R DVD R BD-R / ROM(read only memory) RAM(random access memory) RW(rewritable) DVD DVD DVD CD DVD+R DVD-R DVD+RW DVD-RW CD-ROM DVD-ROM BD-ROM DVD-RAM CD-RW DVD-RW DVD+RW RE(re-recorded) BD BD-RE Multi Dual Super Multi DVD -R DVD -R W DVD - RAM DVD-R DVD-RW DVD+R DVD+RW DVD-R / DVD-RW DVD-RAM DVD+R/RW CD-R/RW DVD Multi DVD Dual DVD Super Multi DL (double layer) DVD +R DL DVD-R DL Combo LightScribe DVD CD DVD Combo DVD LightScribe

27 64 資訊科技概論 記憶單元的儲存原理 硬碟和光碟是一般儲存資料常用的儲存媒體 以下舉硬碟和光碟片例子 說明記憶單元如何儲存資料 硬碟的工作原理 硬碟是由硬式磁碟片 讀寫臂 讀寫頭和馬達所組成 如圖 所 示 使用者所儲存的資料會存在硬式磁碟片上 每一硬式磁碟片的正反面都 各搭配有一個讀寫頭 (R/W head) 一旦要存取資料時 磁碟會透過移動讀寫 臂 讓讀寫頭移到要儲存資料的區域 當旋轉中的硬式磁碟片經過讀寫頭的 下方進行資料讀取 讀寫頭可以感應儲存區域的磁場變化 轉換為 0 或 1 的 數位信號使電腦能夠處理 若是要進行資料寫入的動作 只要將讀寫臂移到 要儲存資料的區域 透過讀寫頭的磁力改變儲存區域的磁場變化 便能使資 料記錄在硬式磁碟片上 頭髮 讀寫頭 指紋 煙灰 灰塵 磁碟片 硬式磁碟片 格式化後產生磁軌與磁 區 可用以儲存資料 讀寫臂 可將讀寫頭移動至要存 取的磁軌上 S-ATA電源線插槽 S-ATA排線插槽 Jumper設定 圖 硬碟的內部構造

28 第二章 電腦硬體 延伸學習 硬碟的傳輸介面 早期驅動硬碟的技術規格稱為IDE 硬碟連 接介面的正式名稱為ATA(Advanced Technology Attachment) 由於ATA採並列傳輸在高速下雜訊 干擾嚴重的問題 為了改進這個問題 推出新的 SATA(Serial ATA)介面 它的排線寬度較傳統排 線細 圖2-d 而且最快傳輸速度可達每秒300 MB以上圖 是目前主流硬碟傳輸介面的規格 圖 2-d 傳統 ATA 排線 左 與 SATA 右 排線 硬碟將資料儲存到硬式磁碟片上 必須先經過格式化 (format) 的動作才能 使用 所謂的 格式化 是指在磁片上規畫出磁軌 (track) 與磁區 (sector) 的動 作 如圖 在硬式磁碟片上劃出儲存區域 資料才能夠進行儲存 磁軌(track) 由外至內依序為第0軌 第1軌 第2軌 磁區(sector) 磁軌的一小部份 雖然不 同軌道上的磁區面積大小 並不一樣 但每個磁區都 儲存同樣容量的資料 磁柱(cylinder) 為了減少移動讀寫頭的時間 通常一筆資料會以 上下垂直方向儲存在不同磁碟片的同一磁軌上 而這些不同磁碟片上的同一磁軌便稱為磁柱 圖 磁軌 磁區與磁柱 65

29 66 資訊科技概論 計算磁碟容量 Q 某硬碟上標示 C/H/S 19328/16/64 若已知格式化後每個磁區有 512 Bytes 請問此硬碟機的總容量為多少 A C/H/S 分別代表磁柱 / 磁頭 / 每軌磁區的數目 因此可計算得容量約為 16 面 軌 / 面 64 磁區 / 軌 512 Bytes/ 磁區 GB Q 小 明 購 買 的 硬 碟 包 裝 盒 上 標 示 著 G 安 裝 到 電 腦 後 卻 只 看 到 GB 難道這是黑心硬碟廠商嗎 A 硬碟和記憶卡廠商習慣將 1 G 定義為 1,000,000,000 Bytes 而電腦作 業系統對 1 G 的定義為 ,073,741,824 Bytes 因此兩者之間約 會有 7% 的誤差 硬碟的轉速 硬碟的轉速指的是硬碟馬達轉動的速度 以 RPM(Revolutions Per Minute) 為單位表示每分鐘可以旋轉的次數 一般硬碟常見的轉速可分為 5400 RPM 7200 RPM RPM 和 RPM 硬碟的轉速是衡量硬碟效能的指標 之一 當硬碟的轉速愈高 代表硬碟的讀寫頭能夠愈快找到資料 在較短的 時間內完成資料的寫入或讀取動作 光碟片的工作原理 光碟片 (optical disk) 是在塑膠片間加入一層反射層物質的儲存媒體 利用光碟機上的雷射光束來讀取或寫入資料 當我們要將資料儲存到光碟片 上 使用燒錄機燒錄空白光碟片 燒錄機的讀寫頭射出的高功率雷射光束 使空白光碟片上的染料層產生化學變化 在光碟片的資料軌上產生一連串的 坑洞 (pit) 和平面 (land) 就可以將資料儲存在光碟片上

30 第二章 電腦硬體 在讀取光碟片上的資料時 光碟機的光學讀寫頭 發射出雷射光束並照 射到光碟資料軌上的凹洞和平面而反射雷射光束信號 接著光碟機再將它轉 換成 0 或 1 的數位資料 使電腦可以根據這些資料進行判讀 進行資料的讀 取 圖 所示 光碟片 感應器 依反射光線解讀 資料 光學讀取頭 雷射頭 依指定功率射出 雷射光 光碟片上的資料軌 呈螺旋狀 圖 讀取光碟片上的資料 光碟片上的資料軌呈螺旋狀且表 面有坑洞 反射後的光線量可區 別該位置的資料為0或1 67

31 68 資訊科技概論 延伸學習 什麼是挑片 有時候光碟機會發生 挑片 的狀況 所謂 挑片 是指某些光碟片在多數光碟 機中都可以正常讀取 但在特定光碟機中卻無法讀取的情況 至於原因則有可能是光 碟機的雷射功率不足或定位不準確 但也有可能是光碟片本身反射率不佳所造成的 輸入與輸出單元 要如何讓電腦執行我們想要處理的工作 並將處理好的結果回報給使用 者 透過輸入 輸出單元扮演電腦與使用者之間溝通的橋樑 讓使用者透過輸 入裝置 對電腦下達指令 或是輸入資料給電腦處理 最後再透過輸出裝置表 達電腦處理後的結果 讓電腦與使用者進行互動 協助我們完成各項工作 常見輸入 輸出裝置 鍵盤與滑鼠 鍵盤 (keyboard) 與滑鼠 (mouse) 都是個人電腦中最基本的輸入設備 目 前市面上的產品根據不同需求也發展出各種不同的樣式與功能 而鍵盤與滑 鼠常用的連接埠有 USB PS/2 等 以及無線規格如藍牙 圖 圖 鍵盤與滑鼠 無線藍牙鍵盤 PS/2埠 USB埠 電源開關 雷射定位 鍵盤 藍牙滑鼠

32 69 (virtual keyboard) 2-e 2-e ( P D A ) (multi-touch computer) 2-f 2-f

33 70 資訊科技概論 搖桿 對於經常玩電腦遊戲的人來說 搖桿 (joystick) 或遊戲台 (gamepad) 往往是必備的輸入設備 藉此 可以更容易控制遊戲的進行與操縱 提高遊 戲的娛樂效果 如圖 圖 搖桿與遊戲台 掃描器 掃描器 (scanner) 利用光學原理 將圖片或相片轉換為電腦可處理的 數位資料 是一種輸入設備 如圖 另外若再配合特殊的辨識軟 體 (optical character recognition OCR) 掃描文件上的文字圖形也能正 圖 掃描器 確地轉換成文字及符號 不需要再用鍵盤逐字輸入 麥克風與喇叭 外界聲音經由麥克風 (microphone) 傳入音效卡後 即可轉換為數位訊號並 交由電腦進行後續處理 同樣的 電腦中的聲音訊號經主機板音效處理模組的 DAC (digital-to-analog converter) 將數位信號轉換為類比信號 或是透過 ADC (analog-to-digital converter) 將類比信號轉為數位信號 聲音訊號經轉換後即可 透過喇叭 (speaker) 輸出 如圖 數位 類比信號轉換器 圖 麥克風與喇叭

34 第二章 電腦硬體 顯示器 顯 示 器 又 稱 螢 幕 是 電 腦 最 基 本 的 輸 出 設 備 之 一 可 分 為 傳 統 的 C RT cathode ray tube 陰極射線管 顯示器 PDP plasma display panel 電漿顯 示器 與 LCD liquid crystal display 液晶顯示器 三大類 其中 LCD 由於具 備低輻射與佔用空間少的特性 是目前市場的主流 圖 為各種顯示器 LCD PDP 圖 CRT 常見的顯示器類型 印表機 印表機 (printer) 是電腦系統重要的輸出設備之一 它可將電腦中的各種 文件 圖形或報表等檔案內容列印在紙上 目前市面上的印表機 根據使用 的耗材 主要可以分為點矩陣印表機 噴墨印表機 雷射印表機等三種類型 圖 圖 各式印表機 71

35 72 資訊科技概論 多功能事務機 隨 著 科 技 的 進 步 結 合 了 傳 真 掃 描 列印 影印 等功能的機器開始流 行起來 在列印的功能上也有分雷射和噴墨 列印等不同機種 這種機器通稱為多功能事 務機 圖 愈來愈多的使用者選擇多功能事務機 圖 多功能事務機 為電腦的首要周邊配備 代替傳統的印表 機 大多數的多功能事務機和印表機支援 PictBridge 圖 的列印標準 也就是 使用者可以將數位相機直接接上印表機或事 務機後列印 不需要透過電腦 圖 PictBridge 圖示 延伸學習 印表機的列印速度 類 型 產 品 說 明 點矩陣印表機的列印速度以每秒列印字數 (characters 撞 擊 式 點矩陣印表機 per second CPS) 表示 一般產品分為 9 針或 24 針 24 針的列印品質較 9 針好 噴墨印表機 噴墨與雷射印表機的列印速度都是以每分列印張數 (paper per minute PPM) 來衡量 而列印品質則 多以解析度為依據 解析度的常用單位是 DPI (dots 非撞擊式 雷射印表機 per inch) 代表每吋中可列印的點數 當解析度愈 高時 其列印成品也會愈細緻

36 第二章 電腦硬體 數據機 數據機 modem modulator 與 demodulation 的組合字 是電腦要透過 電話線路或有線電視的同軸電纜來與外界 如網際網路 通訊時的裝置 由 於電話線路或同軸電纜使用類比訊號來傳送資料 而電腦所能處理的則是由 0 與 1 組成的數位資料 因此若要用電話線路作為傳輸媒體 就必須靠數據機 將數位訊號與類比訊號相互轉換 數據機傳輸速度是以每秒能傳送的位元數 (bits per second bps) 為單 位 目前常用的寬頻網路數據機 可分為 ADSL 數據機 (ADSL modem) 圖 和纜線數據機 (cable modem) 圖 圖 ADSL 數據機 圖 纜線數據機 網路攝影機 網際網路科技的進步 不僅提供廉價 方便的通 訊管道 更能讓人與人進行溝通更具 臨場感 以往 溝過電話聯絡遠方的親朋好友 往往 只聞其聲不見 其 面 但 現 在 有 了 方 便 的 網 路 攝 影 機 ( w e b c a m ) 圖 所示 讓相隔兩地的人們也可以進行面對面的視 訊溝通 圖 網路攝影機 網路攝影機由攝影鏡頭與麥克風所組成 可以進行影像拍攝和收錄聲 音 只要在使用即時通訊軟體時如 MSN 雙方都接上網路攝影機 就可以將 視訊畫面與聲音透過網際網路進行傳送 讓彼此都能看見對方 也聽得到對 方的聲音 以便進行即時性的互動 73

37 74 資訊科技概論 輸入 輸出單元工作原理 當我們在使用電腦周邊設備 你是否會好奇電腦設備是如何進行運作 以 下簡介一些常見的輸入 輸出裝置的工作原理 鍵盤的工作原理 鍵盤是使用者最常使用的輸入設備 如果把鍵盤拆解 如圖 所 示 會發現鍵盤上的每一個按鍵都是一個小小的電子開關 一旦按下鍵盤上 某個按鍵就會形成通路 透過鍵盤內建的中央處理器對鍵盤上所有的按鍵進 行檢查 查看這些按鍵是處於通路或斷路的狀態 機械式 機械式按鍵內含彈簧 敲打時會發出喀喀聲 薄膜式 薄膜式按鍵利用塑膠薄 膜取代彈簧 因此沒有 機械式的噪音 圖 鍵盤的按鍵類型與鍵盤的組成構造 當我們按下或放開鍵盤上的任何鍵 鍵盤上的中央處理器會產生一個掃 描碼 (scan code) 傳送給 CPU 每個按鍵都有自己的掃描碼 CPU 就可以根 據我們按下的按鍵 在螢幕上顯示輸入的文字內容 或是控制視窗的操作

38 第二章 電腦硬體 滑鼠的工作原理 滑鼠左鍵 滑鼠右鍵 中間滾輪 現在的滑鼠以光學式滑鼠為主流 採 用光學感應的方式判斷滑鼠的移動 滑鼠 LED 的構造如圖 所示 透過滑鼠底部 的發光二極體 (LED) 發出紅色的紅外線光 反射鏡 束 碰到工作區的表面 例如桌面或滑鼠 感應器晶片 板 產生反射 再經由滑鼠內部的反射鏡 (lens) 聚集反射光源送到感應器 靠著每秒 多次的掃描擷取影像 與感應器內的晶片 對影像進行比對 就可以計算出滑鼠移動 的座標位置 以控制滑鼠游標進行移動 圖 光學滑鼠的構造 掃描器的工作原理 掃描器的工作原理 如圖 所示 是利用掃描器內部的日光燈組將 光線打在待掃描的文件上 之後被照射的文件會產生不同程度的光線反射 透過掃描器內的反射鏡聚焦反射後的光線 再由掃描器的感光元件將光波轉 為電腦可以處理的數位信號 就可以變成數位影像 1 光源照射 掃描器內的日光燈組會 前後移動 使光線照射 至要掃描的文件上 3 解讀並傳送信號 感應器上的感光元件接 收並解讀反射光線 再 將轉換取得的電子信號 傳送至電腦中做進一步 處理 圖 反射影像 光線照射在文件上會產生不同 程度的反射 使影像得以透過 反射鏡傳送至感應器上 掃描器的工作原理 參考資料 How Computers Work, ZD Press 75

39 76 資訊科技概論 液晶顯示器的工作原理 液晶顯示器的運作方式如圖 所示 首先液晶顯示器會從背後的 螢光板產生光源 這些光源在經過第一層光柵時會被過濾掉大部分非水平方 向的光源 接著液晶層利用電壓控制液晶分子的排列方式 控制了投射光源 的強弱 改變穿透液晶的光線角度 以決定顯示在螢幕上的顏色深淺 最後 光線經過濾鏡後分出不同顏色的色光 並透過第二層的光柵讓紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue) 不同色光進行混色 就能形成各種顏色 簡單來說 LCD 螢幕要產生一個完整的畫面 只要利用顯示卡的電壓 信號 去改變液晶的轉動的角度控制光線強弱 再控制濾鏡進行濾光 產生 紅 綠 藍三種顏色的色光進行混色 就可以在一個像素 (pixel) 的位置變化 出有不同明暗深淺的顏色組合 顯示面板 LCD背板 1 背板產生光源 2 第一層光柵 5 第二層光柵 4 利用濾鏡產生色光 圖 帶電液晶扭轉光線柵 液晶顯示器的工作原理

40 第二章 電腦硬體 延伸學習 LCD 顯示器的尺寸與長寬比 顯示器的尺寸是根據顯示器畫面的對角線長度來計算 目前常見的LCD顯示 器尺寸有19吋 20吋 22吋 24吋 有些甚至是26吋以上 同等級的顯示器尺寸 愈大通常所需的價格也愈高 而螢幕的長寬比例 是以顯示器水平解析度除以垂直 解析度所得比例 常見的有 和16 10等規格 4 3是傳統的螢幕的比 例 16 9和16 10則是寬螢幕顯示器的比例 LCD 顯示器的畫質 顯示器上二相鄰螢光點 液晶點 間的距離稱為 點距 點距愈小能顯示 的畫面便愈細緻 LCD的點距多在 mm之間 LCD 可視角度 可視角度是指使用者能看清楚顯示器畫面的角度 如圖2-g LCD由於構造上的 限制 一般水平可視角度約在 度間 垂直可視角度則約在 度之間 可視角度外畫面較 暗且看不清楚 可視角度 可視角度內畫面明亮而清晰 圖 2-g LCD 可視角度示意圖 LCD 的亮度與對比 LCD的亮度(brightness)以cd/m2 燭光/平方公尺 為單位 亮度高才能在明亮環 境下依然保持影像清晰亮麗 一般最好在200 cd/m 2以上 而若要觀賞影片則最好在 77

41 78 資訊科技概論 300 cd/m 2以上會有比較好的顯示效果 對比(contrast)是指全白與全黑畫面時的亮度 比 一般產品約在300 1到1500 1之間 對比值愈高 色階區別便愈鮮明 立體與層 次感也愈好 LCD 的接頭 傳 統 的 C RT 顯 示 器 只 能 接 受 類 比 信 號 D-SUB接頭 因此顯示卡必須將數位信號 轉為類比信號再傳送至顯示器 轉換過程中難免 會有些許失真 而新一代的LCD顯示器除了提供 傳統的D-SUB接頭 也有提供支援能接收數位 HDMI接頭 D-SUB接頭 DVI接頭 信號的DVI(digital visual interface)或hdmi(high definition multimedia interface)接頭 不過使用時顯 示卡也必須具備對應的連接埠才可以 如圖2-h 圖 2-h 支援 HDMI D-SUB 與 DVI 接頭的 顯示卡 點矩陣印表機的工作原理 點矩陣印表機是利用撞針撞擊色帶 使色帶上的油墨轉印到紙上來達成 列印目的 如圖 雖然點矩陣印表機的噪音大且列印品質不佳 但由 於可列印連續報表與複寫式紙張 加上列印成本低廉 因此在學校 醫院或 商店中仍經常看到點矩陣印表機的蹤影 色帶 2 撞針撞擊色帶 印字頭上的撞針撞 1 移動印字頭 印表機根據電腦送出 的列印控制碼將印字 頭移動至正確位置 圖 點矩陣印表機的工作原理 擊色帶 將色帶上 的油墨轉印至紙張 上

42 第二章 電腦硬體 噴墨印表機的工作原理 噴墨印表機的列印原理和點矩陣印表機類似 只是由撞針和色帶改成噴 頭與墨水匣 當噴墨印表機進行列時 會對墨水匣的墨水進行加熱 使墨水 膨脹產生氣泡 透過極細的噴嘴將墨水匣中的墨水噴到紙張上而達成列印效 果 如圖 目前由於噴墨印表機的價格低廉 列印品質高再加上支援 彩色列印 因此成為目前使用最廣泛的機種 圖 噴墨印表機的工作原理 79

43 80 資訊科技概論 雷射印表機的工作原理 雷射印表機利用雷射光束在感光鼓 (organic photo-conductor drum) 上記 錄影像並產生正負極 當感光滾輪通過碳粉匣時便會吸附少許碳粉 隨後再 透過壓力與加熱的方式使碳粉附著在紙張上 如圖 雷射印表機的列 印品質佳 單頁成本低列印速度快 適合需要大量列印的辦公室等場所 近幾年熱門的 LED 技術也開始被應用在列印技術上 取代了原本雷射的 投射 再加上各家廠商紛紛改變了印表機的送紙路徑與碳粉匣的擺設方式 有效的縮小彩色雷射印表機的體積 變的更適合家庭使用 1 射出雷射光束 2 使感光鼓帶電 雷射光透過可旋轉稜鏡 印表機根據列印 指令驅動雷射頭 射出雷射光束 折射調整方向後 再經 反射鏡反射在感光鼓上 的適當位置使其帶電 3 吸附碳粉 帶電的感光鼓旋 轉吸附碳粉 4 高溫壓印 以高溫將碳粉加熱融化 並壓印在紙張上 圖 雷射印表機的工作原理

44 第二章 電腦硬體 數位相機的工作原理 傳統相機是使用底片的方式 將影像記錄在底片上 而數位相機與傳統 相機不同之處在於 數位相機使用感光元件的方式記錄影像 將鏡頭折射過 來的光線變成數位信號 再透過數位相機的數位信號處理晶片 (digital signal processor DSP) 將數位影像輸出成圖片檔格式 例如 JPEG TIFF 或 RAW 等 儲存在記憶卡上 如圖 所示 記憶卡 處理後的影像資訊被 儲存在記憶卡中 感光元件 光線透過鏡頭折射後在 感光元件上形成影像 經ADC晶片轉換為數位 信號後 再透過數位信 號處理晶片(digital signal processor DSP)將影像 資訊壓縮轉換為特定格 式如JPEG 液晶顯示幕 拍照時可透過液晶顯示幕直接 看到拍攝影像並可進行調整 圖 數位相機的組成 資料來源 Canon 81

45 82 資訊科技概論 延伸學習 數位變焦與光學變焦 數位相機上會標示支援光學變焦 數位變焦多少倍 所謂的光學變焦是指藉 由改變鏡頭焦距 而使影像產生 拉近 或 拉遠 效果的方式 由於光學變焦是 改變光線路徑與取景範圍 因此不會產生失真情形 而數位變焦則是以軟體計算方 式直接放大或縮小擷取的影像 因此會造成影像失真 目前許多數位相機都具備三 倍以上的光學變焦的鏡頭 並搭配二倍以上的數位變焦 取景時液晶顯示幕上也會 顯示目前的變焦情形 如圖2-i W T 圖 2-i 調整焦距時 數位相機的 LCD 螢幕上會出 現變焦指示符號 基本單元間如何進行溝通 當我們使用繪圖軟體開啟硬碟中的某一張圖片檔 要讓它能在螢幕上顯 示 到底要透過什麼方式 讓硬碟的圖片檔資料能夠傳輸到螢幕上顯示 其實 我們可以把電腦與周邊裝置之間的溝通想像成開車去其他縣市 可以上高速公路 走雪山隧道 透過特定的路網系統 使我們縮短開車時 間 快速抵達目的地 而在電腦中這種專門提供周邊設備進行溝通的管道稱 為 匯 流 排 透 過 不 同 的 匯 流 排 傳 遞 資 料 才 能 讓 各 個 周 邊 裝 置 能 夠 進 行 資 料交流

46 第二章 電腦硬體 內部連結方式 所謂的匯流排 (bus) 是指電腦元件間用來傳遞電子訊號的線路通道 主機 板上的元件之間要進行溝通 要透過不同的匯流排進行溝通 例如要與 CPU 晶片組進行溝通 就要透過前側匯流排 (FSB) 要與主機板上的擴充卡溝通 則要透過 PCI bus PCI-E bus 匯流排 基本上所有的匯流排可分為以下三種基 本類型 控制匯流排 控制匯流排 (control bus) 的主要作用為傳送系統時脈與 CPU 發出的控制 訊號 如讀 寫 重置等 並藉此協調整個系統的運作 位址匯流排 位址匯流排 (address bus) 用來與控制匯流排發出的控制信號配合 以便 正確找出資料位於主記憶體中的位址進而讀寫所需資料 匯流排線數會影響 能定址的最大主記憶體容量 例如某電腦的位址匯流排線為 32 條時 能定址 的最大主記憶體容量便為 2 32 位元組 約等於 4 GB 資料匯流排 資料匯流排 (data bus) 主要負責各單元間的資料傳送工作 資料匯流排 線的數目是影響電腦執行效能的關鍵之一 由於排線數愈多表示每次能夠傳 送的資料量愈多 因此電腦處理資料時的效率也就相對較高 註H 外部連結方式 當我們使用一些外接裝置 例如隨身碟 數位相機 光碟燒錄機等 要如 何讓外接裝置一連接到電腦上 就可以將資料傳輸到電腦上 目前的電腦都會 提供外接式傳輸介面 只要使用者的外接裝置有支援這些傳輸介面 裝置連接 到電腦就可以傳輸資料 目前常見的傳輸介面有幾下幾種 註 H 控制匯流排與位址匯流排都是單向傳輸的排線 而資料匯流排則屬於雙向傳輸的排線 83

47 84 資訊科技概論 USB 萬用序列匯流排 universal serial bus USB 是目前最常見 使用最廣泛的外接式傳輸 介面標準 舉凡從隨身碟 讀卡機 印表機 數 位相機 MP3 播放器 電視遊樂器等設備 都可 以 看 到 使 用 U S B 介 面 的 裝 置 USB 傳輸線接頭 如圖 圖 USB 的傳輸線 圖 USB 2.0 圖示 圖 IEEE 1394 圖示 圖 IEEE 1394 的傳輸線 圖 esata 圖示 USB 可以支援熱插拔 隨插即用 傳輸速 度最高可達 480 Mbps 最多可連接 127 個外接 裝置 必須透過 USB 集線器 目前最新的規格 是 USB 2.0 凡是有支援 USB 2.0 傳輸介面的裝 置 則可在裝置上看到如圖 的圖示 IEEE 1394 IEEE 1394 又稱為 FireWire 是蘋果電腦 公司主導的開發聯盟開發的一種高速傳輸介面 使用的硬體裝置如有支援 IEEE 1394 則可看到 裝置上出現如圖 的圖示 IEEE 1394 的規格可分為 IEEE 1394a 和 IEEE 1394b 它的傳輸線接頭如圖 常見於蘋果 電腦的資訊產品如 ipod Mac iphone 或其他需 要高速傳輸介面的外接裝置 例如數位攝影機 和 USB 一樣能夠支援援熱插拔及隨插即用 esata S ATA 介 面 原 本 是 應 用 連 接 硬 碟 機 或 光 碟 機 裝置 後來也發展出可以連接外部裝置的標準 稱為 esata(external serial advanced technology attachment) 凡是使用的硬體裝置有支援 esata 可看到裝置上有 的圖示

48 第二章 電腦硬體 e S ATA 傳 輸 線 的 類 型 如 圖 所 示 和 USB IEEE 1394 一樣 可以支援熱插拔和隨插即 用 但本身不提供電力 USB 和 IEEE 1394 連接 埠能提供電力 esata 僅提供資料傳輸 圖 esata 傳輸線 esata適用於需要進行大量資料傳輸的外接裝置 例如外接式硬碟 數 位相機 數位攝影機 雖然不像 USB IEEE 1394 可連接多個外接裝置 esata 可連接的外接裝置數只有一個 但 esata 能夠提供比 USB IEEE 1394 更快的傳輸速度 註I 表 是 USB esata 和 IEEE 1394 這三種 介面的傳輸速度比較 表 外部連接方式的比較 USB 2.0 esata IEEE 1394a IEEE 1394b 連接線最大長度 (m) 支援熱插拔及隨插即用 是 是 是 是 傳輸線能否供電 是 否 是 是 外部連接方式 最多連接設備數 最高傳輸速度 (Mbps) 主機的外部與內部構造 主機背面的各種連接埠 (port) 可用來連接外部周邊設備 例如電源線插座 PS/2 埠 USB 埠 IEEE 1394 埠 esata 連接埠等各有不同作用 請參考圖 說明 註 I 目前 esata 的傳輸速度仍比 USB IEEE 1394 快 但下一代的 USB 標準 USB 3.0 推出後 支 援 USB 3.0 標準的硬體裝置 傳輸速度最高可達 4,800 Mbps 以上 傳輸速度可超越支援 esata 介面的硬體裝置 85

49 HP Pavilion A 6720F 110 V RJ-11 FM Video D-Sub S-Video RJ-45 IEEE 1394 FireWire (DV ) DVD ipod

50 87 (LPT ) USB (COM) COM1 COM2 esata SATA HDMI (DRM) DVD (HDTV ) WiFi DVI 5.1 RJ-45 IEEE 1394 USB 127 S/PDIF PS/2 PS/2 esata DVI HDMI USB

51 88 資訊科技概論 主機板的外觀 電腦系統中大部分的重要元件如 CPU 主記憶體模組 擴充卡等都必須安 裝在主機板 (motherboard) 上 如圖 而軟碟 硬碟 光碟等安裝在機 殼的內部設備 也必須透過排線連接到主機板上才能正常運作 此外 鍵盤 螢幕 印表機等外部周邊也必須連接在主機板提供的各種連接埠上 簡言之 主機板的作用在於匯集各種元件並透過印刷電路 (printed circuit) 提供資料傳輸 通道 是電腦系統中不可或缺的重要組件 北橋晶片 上覆散熱片 主要負責中央處理器 主記憶體 PCI-E 匯流排等高速裝置間的溝通 DRAM 插槽 用來安裝 DRAM 模組的位 置 目前較常見的為 240 pin 的 DDR2 DIMM 規格 中央處理器插槽 用來安裝中央處理器的 位置 需配合該主機板 所支援的中央處理器 ATX 電源線插槽 連接電源供應器以獲得 電力 圖 主機板的組成 型號 ECS C51G-M754

52 第二章 電腦硬體 IDE 連接埠 IDE(Integrated Drive Electronics) 連接埠是用來連接 IDE 裝置的位置 每個 IDE 裝置連接埠可連接二台 IDE 規格的硬碟或光碟機 SATA 連接埠 SATA(Serial Advanced Technology Attachment) 是新一代的硬碟連接介面 採用序列式傳輸 傳輸速度較 IDE 快 排線較細且可長達 200 公分 支援熱 插拔功能 鋰電池 電腦中許多基本設定資料如日期 時間 磁碟機容量等都會儲 存在一個稱為 CMOS 的晶片中 而鋰電池則提供 CMOS 保存資 料所需的電力 軟碟機連接埠 主機板透過排線來連接軟碟機的位置 PCI 擴充槽 用以安裝 PCI(Peripheral Component Interconnect) 擴充卡 例如音效卡 電視卡 SCSI 卡等 PCI Express 16 擴充槽 用以安裝 PCI-E 規格的顯示卡 南橋晶片 主要負責 IDE 裝置 PCI 匯流排 USB 介面等其他裝置間的溝通 I/O 連接埠 主機背面的許多連接埠 參閱圖 其實便是位在主機板上 是用來連接外部 周邊的地方 89

53 90 資訊科技概論 延伸學習 隨插即用與熱插拔 符合隨插即用 plug and play 簡稱PnP 規格的電腦周邊裝置 在電腦上加 上一個新的外部裝置時 能自動偵測與配置系統的資源 而不需要重新組態或手 動安裝驅動程式 而最新的 熱插拔 (hot swap)規格 除了支援原本的 隨插即 用 功能以外 還允許使用者在電源開啟的狀態下插入或拔除硬體裝置 例如USB 或IEEE 1394等連接埠所連接的周邊設備 晶片組 以Intel 中央處理器為架構的主機板 其作用是由各種不同功能的晶片組 (chipset)所提供的 而在主機板晶片組裡又以被稱為北橋與南橋的二個晶片組最為 重要 其中位於上方 北側 的北橋晶片主要負責中央處理器 主記憶體 PCIe 擴充槽等高速裝置間的溝通 下方 南側 的南橋晶片則負責IDE裝置 PCI擴充 槽 USB介面等其他較低速裝置間的溝通 如圖2-j 微處理器 前側匯流排 front side bus FSB PCIe X 16/ AGP擴充槽 北橋 晶片 記憶體模組 記憶體 匯流排 南北橋通道 ATA(IDE) S-ATA USB 1.1/2.0 南橋 晶片 10/100 Mbps LAN 圖 2-j 南北橋晶片功 能示意圖 Super I/O PCI/PCIe X 1 擴充槽 7.1 HD Audio 音效介面 PS/2 埠 並列 /序列埠 軟碟機連接埠

54 第二章 電腦硬體 筆記型電腦的外觀 相較於桌上型電腦 筆記型電腦輕盈短小 方便隨身攜帶 在功能和執行 速度上都不輸給桌上型電腦 而且近幾年的銷售量更是直追桌上型電腦 成為 廣受歡迎的產品 筆記型電腦因體積的限制 大多數的功能都是以內建為主 擴充能力較差 圖 為一般筆記型電腦的外觀及常見的連接埠與配備 1 1. 網路攝影機 2. 音源輸出 入孔 3. D-Sub埠 4. 擴充槽 5. RJ-45網路線插孔 6. HDMI埠 7. esata埠 8. IEEE 1394埠 9. 讀卡機 10. 光碟機 11. USB埠 電視天線接頭 13. RJ-11數據機連接埠 14. 安全纜線鎖孔 15. 電源插孔 圖 筆記型電腦的外觀

55 (A) (B) (C) (D) 2. CPU (A) (B) (C) (D) 3. (A) (B) (C) (D) 4. (A) (B) (C) (D) 5. (A)DRAM (B)SRAM (C) (D)L1 6. (A)SDHC (B) (C)CF (D)MicroSD 7. (A)DVD (B) (C) (D) 8. (A) (B) (C) (D) 9. (A) (B) (C) (D) 10. (A) (B) (C) (D) 11. (A) (B) (C) (D)

56 (A)eSATA (B)USB (C)SDHC (D) IEEE (A) (B) (C) (D) 14. (A)LINE OUT (B)PS/2 (C)MIC (D)VGA 15. IEEE 1394 (A) (B) (C) (D) 16. (A)DRAM (B)CPU (C)PCI (D)SATA 17. (A) (B)CPU (C)DRAM (D)SATA 18. (A)IDE (B)Wi Fi (C ) D V I (D)PS/2 19. ( A ) I D E (B)SATA (C)PCI Express (D)ISA GHz 2.66 GHz (A)CPU (B)CPU (C)CPU (D)CPU