第 4 章電腦的組成與架構
資料處理 (Data Processing) IPOS 資料 Data 輸入 ( Input) 考試分數 資料處理 Data Processing 處理 ( Process) Storage 儲存 ( Storage) 資訊 Information 輸出 ( Output) 成績表
電腦的基本架構 中央處理單元 CPU Control ( 控制單元,CU) ALU ( 算術 / 邏輯單元 ) Input ( 輸入單元,IU) Memory ( 記憶單元,MU) Output ( 輸出單元,OU)
輸入單元 Input Unit, 簡稱 IU 功能 : 電腦接受指令及資料輸入的管道 輸入單元會先轉換數位訊號, 再傳送至主記憶體內儲存 輸入設備 : 鍵盤 滑鼠 讀卡機 光筆 數位相機 掃描器 麥克風 繪圖板 等
記憶單元 Memory Unit, 簡稱 MU 功能 : 存放程式與資料的地方 硬碟
控制單元 Control Unit, 簡稱 CU 功能 : 指令解碼, 控制 協調電腦各單元的運作
算術 邏輯單元 Arithmetic/Logic Unit, 簡稱 ALU 功能 : 負責電腦的運算及邏輯判斷 ( 計算 ) 控制單元 + 算術邏輯單元 = 中央處理單元 CPU (Central Processing Unit)
輸出單元 Output Unit, 簡稱 OU 功能 : 電腦輸出結果的管道 輸出設備 : 顯示器 ( 螢幕 ) 印表機 喇叭 硬碟 DVD 燒錄機 隨身碟 觸控式螢幕是兼具有輸入及輸出單元的特性 周邊設備 I/O= 輸入單元 + 輸出單元
匯流排 (Bus) 電腦各部份元件間傳送資料的管道 匯流排 (Bus)
匯流排 (Bus) 以傳輸對象來區分 與輸出入單元的傳輸管道
主機板匯流排 主機板上的控制晶片, 是讓主機板上的元件能傳輸資料 北橋晶片 : 負責 CPU 記憶體 顯示卡等高速裝置 南橋晶片 : 負責低速裝置,IDE PCI IO 週邊等 目前北橋晶片已內含 CPU 內 I/O 連接埠 舊式顯示卡插槽 PCI 南橋晶片 北橋晶片 CPU 南橋晶片 記憶體
匯流排 (Bus) 以傳遞內容來區分 控制匯流排 (Control Bus) CPU 向外傳送控制信號的管道 傳輸方向為單向 位址匯流排 (Address Bus) CPU 向外傳送位址的管道, 藉以讀取記憶體的資料 傳輸方向為單向 決定電腦所能定址的最大主記憶體容量 (2 n ) 資料匯流排 (Data Bus) 傳送資料或指令的管道 傳輸方向為雙向 決定電腦的位元數 ( 即每次傳輸的資料量 )
位址 定址 定址 : 指定讀取或儲存在主憶體中的位置 電腦的位址匯流排有 n 條線, 則有定址的最大記憶體有 2 n Bytes 記憶體
4-2 個人電腦的主機
電腦硬體 主機 : 機殼內包含有主機板 中央處理器 記憶體 硬碟 等重要元件 週邊設備 : 指主機以外的所有電腦設備, 包含輸入及輸出單元
主機正面
主機背面 電源插孔 散熱風扇 IO 連接埠
IO 連接埠 PC99- 用圖示或顏色來區分不同插孔
PS/2 連接埠 PS/2 是滑鼠和鍵盤專用的連接埠, 綠色接滑鼠, 紫色接鍵盤 但是隨著 USB 介面的滑鼠和鍵盤日漸普及, 有些電腦已經沒有提供 PS/2 的連接埠了
串列埠 (Serial Port) 這是傳統的電腦連接埠, 一般電腦的 COM1 埠和 COM2 埠皆是串列埠 可連接符合 RS-232C 通訊標準的數據機或滑鼠等
並列埠 (Parallel Port) 並列埠是一次傳輸多個位元 早期作為印表機 掃描器的連接埠, 因此又稱為 LPT 連接埠
USB 連接埠 萬用串列匯流排 (Universal Serial Bus) 的簡稱, 可連接目前大多數的硬體設備, 如隨身碟 滑鼠 鍵盤 印表機 掃描器 數位相機等 可利用 USB Hub 擴充到 127 個連接設備 速度 USB 1.1 12Mbps USB 2.0 480Mbps USB 3.0 5Gbps USB Hub
USB 連接埠
IEEE 1394 連接埠 又叫火線 (FireWire) 介面 主要是應用於影音視聽等電子產品, 如數位攝影機 數位電視 或外接硬碟 最多可多接 63 個設備 速度 IEEE 1394a 400Mbps IEEE 1394b 800Mbps IEEE 1394-S3200 3.2Gbps
IEEE 1394 和 USB 連接埠 串列 ( 序列 ) 傳輸 支援隨插即用 (Plug and Play): USB 插入連接埠後, 系統會自動偵測該設備, 並進行驅動程式的安裝, 即可進入備用狀態 支援熱插拔 (Hot Plug) : 可以不須關機, 直接進行 USB 裝置的插入或拔除 可對週邊設備充電
VGA (D-Sub) 埠 用來連接螢幕
螢幕接頭 VGA: 類比 DVI (Digital Visual Interface ) : 數位 HDMI (High Definition Multimedia Interface): 數位 包含有視訊 (Full HD 1920*1080p) 和音訊 ( 多聲道 AC3 DTS) 速度為 5Gbps,1.3 版達到 10.2Gbps DisplayPort: 數位 速度為 10.8 Gbps, 可支援 2560 1600 的高解析度顯示器
網路連接埠 用來連接網路線 一般電腦後方的的網路連接埠多為 RJ-45, 速度為 10Mbps 或 100Mbps
音訊
主機內部
主機內部
主機板 主機板 (MainBoard): 電腦主機內最重要的一塊電路板, 上面有各式插槽及插座, 用來連接電腦的元件 (8) PCI 插槽 (9) PCI-E 插槽 電池 (2) BIOS (6)SATA 插槽 (10) USB 接腳 (11) ATX 電源 (3)CPU 插槽 (1) 晶片組 (4) 記憶體插槽 (5)IDE 插槽 (7) 軟碟機插槽
(1) 晶片組 主機板上的控制晶片, 影響主機板的擴充能力及效能 北橋晶片 : 負責 CPU 記憶體 顯示卡等高速裝置 南橋晶片 : 負責低速裝置, 如擴充介面 (IDE PCI) IO 週邊 音效 網路等 I/O 連接埠 PCI 南橋晶片 北橋晶片 CPU 記憶體 舊式顯示卡插槽
(1) 晶片組 目前北橋晶片已內含 CPU 內 南橋晶片
(1) 晶片組
(2) BIOS 基本輸入輸出系統 (Basic Input Ouput System, BIOS) BIOS 程式存放於 ROM 中, 又叫韌體 電腦開機會先執行 BIOS 1. 自我測試 (Power On Self Test,POST) 2. 設定 CMOS 3. 初始化動作 : 針對記憶體 週邊裝置做初始化動作 4. 載入作業系統
CMOS 互補式金氣半導體 記錄設備型號 日期時間及開機順序等資料, 是一種記憶體晶片 主機上有水銀電池, 提供 CMOS 電力 利用 BIOS 來設定 CMOS 資料
(3) 中央處理器 (CPU) Central Processing Unit 縮寫 稱 中央處理器 或微處理器 由控制單元及算術 / 邏輯單元組成 負責控制 處理 運算等重要工作 正面 底面
CPU 廠商 目前 CPU 的兩大製造商為 Intel( 英特爾 ):Core 系列 (Core2/i3/i5/i7) AMD( 美商超微 ): FX A 系列
連結介面 Intel CPU 插槽為 LGA 775 1155 1366 AMD CPU 插槽為 AM3
CPU 安裝步驟 1. 拉起拉桿 2. 打開上蓋 3. 安裝 CPU 4. 蓋上上蓋 5. 安裝散熱風扇 5. 安裝散熱風扇的電源
(4) 主記憶體 用來存放電腦要處理的程式或資料 俗稱為 RAM(Random Access Memory, 隨機存取記憶體 ) 磁碟 主記憶體 CPU 半導體製成儲存 速度快 成本高, 容量限制
主記憶體 市面上販售的記憶體模組, 是數個記憶體晶片焊接在一塊印刷電路板上 常見為 DIMM 模組, 有 240 接腳 目前規格有 DDR2 DDR3 兩種
主記憶體安裝 目前容量單位為 GB, 容量越大, 電腦的整體效率會越高 1. 兩手同時以垂直向下施力, 將 RAM 壓入插槽 2. 兩旁卡榫會自動卡住 RAM
(5)IDE 插槽 又稱為 ATA 介面, 採並列傳輸 早期用來連接硬碟 光碟機 每條排線可以連接 2 台的硬碟或光碟機 速度 ATA/133 133MB/Sec 主機板 排線 IDE 排線 硬碟 電源線
(6)SATA 插槽 IDE SATA 採串列傳輸 (Serial) 現在的硬碟及光碟機, 大都使用 SATA 連接介面 SATA I 150MB/sec SATA II 300MB/sec ( 目前主流 ) SATA III 600MB/sec esata 300MB/sec ( 外接式 ) 排線 主機板 排線 防呆設計 電源線 硬碟
SCSI SCSI (Small Computer System Interface) 小型電腦系統介面 伺服器等級用來連接硬碟 光碟 磁帶機 掃描器等, 有快速 穩定的特性 採並列傳輸 最多可連接 15 台週邊設備 規格連接裝置數速度 SCSI-1 7 台 5MB/sec SCSI-2 15 台 80MB/sec Ultra-320 15 台 320MB/sec Ultra-640 15 台 640MB/sec SCSI 介面卡排線磁碟陣列 RAID
(7) 軟碟機插座 利用排線連接主機板及軟碟機 主機板 排線 軟碟
(8)PCI 擴充槽 介面卡 (Interface Card) 是電腦和週邊硬體的溝通橋梁, 擴充電腦的功能 網路卡 : 提供網路功能 音效卡 : 提供聲音的錄音或播放 顯示卡 : 連接螢幕 電視卡 : 可利用電腦螢幕看電視 整合式主機板 (All-In-One): 主機板內建有網路 音效 顯示等介面卡功能
(8)PCI 擴充槽 PCI (Personal Computer Interface) 個人電腦介面 早期電腦連接擴充介面卡的常用插槽 採並列傳輸 規格 PCI 1.0 133MB/Sec PCI 2.x 533MB/Sec
(9)PCI-E 擴充槽 採串列傳輸 PCI-E 是用來連接擴充介面卡, 來擴充電腦的硬體功能 規格 PCI-E 2.0 x 16 版本 2.0 500MB/Sec 3.0 1GMB/Sec ( 單一傳輸通道速度 ) 傳輸通道 X1 1 個通道 X4 4 個通道 X16 16 個通道
(9)PCI-E 擴充槽 PCI-E 16: 用來連接顯示卡 PCI-E 1 / 4: 用來連接一般介面卡, 如網路卡或電視卡 電視卡 主機板 顯示卡
AGP(Accelerated Graphics Port) 早期用來連接顯示卡 屬於並列傳輸 目前 AGP 已被 PCI Express 所取代
匯流排介面 匯流排 頻寬 ( 單向 ) 雙向頻寬 ISA 16.6MB/s PCI 133MB/s 133MB/s AGP8X 2.1GB/s 2.1GB/s PCI-E X1 250MB/s 500MB/s PCI-E X2 500MB/s 1GB/s PCI-E X4 1GB/s 2GB/s PCI-E X8 2GB/s 4GB/s PCI-E X16 4GB/s 8GB/s PCI-E X32 8GB/s 16GB/s 速度 :PCI-E X16 >AGP8X> PCI-E X1 >PCI > ISA 序列並列並列並列 顯示卡 介面卡 http://blog.sina.com.tw/kio_orz/article.php?pbgid=30830&entryid=596632
(10) USB 插座 利用連接線接到機殼的 USB 連接埠 USB 2.0 的速度是 480Mbps USB 3.0 的速度是 5Gbps
(11)ATX 電源插座 由電源供應器的 24pin 連接頭, 安裝在主機板的 ATX 電源插座上, 提供主機板的電源 目前主機板上還有一個 8pin 12V 的電源插座, 是提供給 CPU 專屬穩定的電源
IO 連接埠 鍵盤 滑鼠 :PS/2 USB 印表機 :LTP( 並列 ) UBS 數據機 :COM( 串列 ) 數位攝影機 DV:IEEE 1394 USB 螢幕 :D-Sub(VGA) DVI HDMI 網路線 :RJ-45 外接硬碟 :IEEE 1394 USB esata( 沒電 )
主機板 介面卡 :PCI PCI-E*1 顯示卡 :AGP PCI-E*16 硬碟 光碟 :IDE SATA SCSI
並列 串列傳輸 並列 :LTP PCI AGP IDE SCSI 串列 :COM PCI-E SATA USB IEEE1394 RJ-45 網路