電腦與生活電腦與生活(1-9)(1-9)何秀蘭何秀蘭

第一篇電腦系統• 第一章 電腦系統與結構• 第二章 電腦的處理功能• 第三章 電腦的輸入設備• 第四章 電腦的輸出設備• 第五章 電腦的儲存設備• 第六章 數位化的資料

第一章 電腦系統與結構• 電腦與人腦的差異• 電腦完成工作• 電腦比較特別的地方• 電腦有什麼功能• 電腦與電器差異• 哪些設備有電腦的特徵與功能• 電腦種類

• 電腦系統 (Computer system) 分成 4 大部分：– 硬體 (hardware) ：就是眼睛看到的電腦設備部 分，大都算是硬體。– 作業系統 (operating system) ：屬於軟體 (software) ，指揮電腦硬體工作。– 應用程式 (application program) ：也屬於軟體，但 是主要的功能決定於使用者的需求。– 使用者 (users) ：使用者有很多種，大部分人都是 應用程武的使用者。

1-1 認識電腦

• 『儲存程式電腦 (stored program computer) 』：電腦是由固定的電子零件組成的，但是電腦有一個很特殊的地方，就是它所表現出來的功能會因為裡頭程武 (program) 的不同而有差異，而程式可以不斷的修改與創新，所以電腦的功能也就因而千變萬化。因此我們把這種類型的電腦稱為「儲存程武的電腦」、 von Neumann machine 或 「通用型電腦」。

• 電腦發展的歷史– 從西元 1945 到現在，大約有 60 年的歷史 – 網際網路 (Internet) ，若是從 1960 年算到現在約有 40 年

• 電腦系統的硬體組成主要配備 – 主機板– 中央處理器 (CPU)– 主記憶體– 硬碟– 周邊設備

• 一部個人電腦的硬體組成。 P7 – 主機外殼的處理： LED 的設定、電源供應器。– 主機板的安裝： CPU 、 RAM 。– 主要周邊設備的安裝：軟碟機、硬碟機、光碟機。– 其他周邊設備的安裝：介面卡、印表機、喇叭、滑鼠、鍵盤、顯示卡、音效卡、網路卡。

• 電腦系統的軟體組成– 作業系統 ( 核心靈魂 )– 套裝軟體– 發展工作

• 規劃使用者電腦環境時需要考慮的項目 （表 1-1 ）規劃類別

項目 內容軟體 套裝軟體 文書處理、資料庫等

發展工具 程式語言、開發工具等作業系統 Windows 、 Linux

硬體 主要配備 主機板、 CPU 、記憶體與硬碟等 次要配備 螢幕、軟碟機、鍵盤與滑鼠周邊設備 光碟機、印表機、網路卡與數據機等其他設備 視個人需求而定

• 電腦的主要功能之一就是把資料 (data)變成有用的資訊 (information) • 數字、字元與字串所組合而成的資訊：

– 數字系統 (0 與 1 組合， 2 、 8 、 10 、 16)– 字元的表示法（ ASCII 、 EBCDIC 、 Unicode 字元編碼方式）

• 電腦擅長算術與邏輯運算，速度遠超過人腦，但主宰電腦的人類。

1-2 電腦基本結構• 圖 l － 6(p11)

畫出一部凡紐曼電腦 (von Neumann computer) 的硬體結構，所有的組成都經由匯流排 (bus) 連接在一起，當作彼此間溝通的管道。• 凡紐曼電腦工作的方式可以用下面 2 個特徵來描述：

1. 程式 (program) 與資料 (data) 由輸入設備傳入，存放在儲存設備中。這些程式與資料可以隨時載入到記憶體單元中。 2. 中央處理器 (CPU) 可以從記憶體單元取得要執行的 指令或是運算時需要的資料。中央處理器了解程式 指令的涵義，因此能夠完成運算得到結果。

• 凡紐曼電腦結構 ( 圖 1 － 7 )– 主記憶體

• 程式• 資料• 系統

– 中央處理器• 算術運算單元• 邏輯運算單元

– 周邊設備• 儲存• 列印• 網路

• 處理功能– 電腦擅長的是算術 (arithmetic) 與邏輯 (1ogic)運算

• 儲存功能– 電腦儲存的容量很大，而且幾乎可以無限制的擴充

• 輸入與輸出功能– 鍵盤或是滑鼠的輸入，也可以從掃瞄器 (scanner) 、數位相機、數位攝影機或是網路上取得資料。– 資料經過處理以後可以由輸出設備呈現或是轉換成另外一種媒體型式，像印表機可以把數位相機的照片印出來

• 1-3 電腦種類– 大型主機– 工作站– 個人電腦：桌上型電腦、筆記型電腦 (1aptop computer) 與平板電腦 (tablet PC) – PDA

第二章 電腦的處理功能• 2-1 主機板剖析 ( 表 2-1)

• 主機板是構成電腦主機的主要部分，主機板 (Mother Board) 是電腦主機內部的一塊面積蠻大的電路板，所採購的 CPU 、主記憶體及各種擴充卡或介面卡都要安裝在主機板上• 選購主機板應注意重點

– 主機板能支援的裝備與介面– 主機板能支援特殊功能

• 從主機板看電腦的結構– 最重要的是 CPU 工作頻率的設定，因為主機板能支援的 CPU 頻率不只一種

• 主機板上各種介面– 最好方式是從三個方面來看：

• 1. 主機的正面 • 2. 主機外殼後方 • 3. 由主機板的擴充槽上所裝的介面卡來觀察

• 常見的外接介面包括 1. 平行埠 (Parallel Port ，可接印表機 ) 、 2. 序列埠 (Serial Port ，可接滑鼠、數據機等 ) 、 3. 鍵盤接頭、 4. 螢幕輸出接頭、 5. 網路連線的接頭、 6. 音效卡的介面等

2-2 中央處理器 (CPU)• CPU 的效能有兩個主要的指標是

– 架構等級（ 286 、 386 、 486 、 pentium 、 pentium pro ）– 計算頻率（ Hzck 赫茲）

• CPU 組成– 控制單元

• 擷取• 解譯• 執行• 回寫

– 算數邏輯單元

處理週期 (processing cycle)

• CPU 裡頭有暫存器 (registers) ，可以存放資料，暫存器的效率非常高，所以能與 CPU 合作無間。• CPU 的處理效能跟匯流排 (bus) 的寬度有很密切的關係，資料匯流排的寬度決定 CPU 一次能處理的最多位元數目• 目前大多數的個人電腦所用的是 32 位元的 CPU ，伺服器等級的電腦才有用到64 位元的 CPU 。

2-3 主記憶體• 主記憶體是程式執行時儲存指令與資料的地方 • 選購主記憶體重點

– 主機板特性（包括擴充槽的數目及長度，以決定選購的記憶體數目與種類 ）– 記憶體性能 ( 包括記憶體的資料存取速率與容量，容量高的記憶體可以減少擴充槽的使用，未來才有繼續增加記憶體的空間 ) 。

• 主記憶體分兩大類– 揮發性記憶體– 非揮發性記憶體 ( 唯讀記憶體 ROM)

• 記憶體晶片– RAN 、 ROM 、 CACHE MEMORY

• 電腦關機以後揮發性記憶體中的資料會消失，但是非揮發性記憶體中的資料依然存在 • 唯讀記憶體 (ROM ， readonlymemory) 屬於非揮發性記憶體，裡頭儲存了電腦啟動時所需要的資料，主要用來儲存BIOS(basic input/output system) ，有點像一個小型的作業系統，在電腦開機時擔當大任。

• cache memory 快取記憶體– Ｌ１快取記憶體位於 CPU 晶片內– Ｌ２快取記憶體位於獨立印刷電路板上– Ｌ３也是一種快取記憶體– 快取記憶體的容量增加， CPU 效能提昇

• 快取記憶體的容量一直在增加中，對於CPU 效能的提昇有很大的幫助 ２－４電腦設備的擴充• 選購電腦邊設備應注意重點

– 周邊設備是否與電腦相容– 周邊設備的規格與功能– 作業系統對周邊設備的支援

• WiFi 是一種無線區域網路通訊的標準 • 電腦組裝完成之後，最好能避免時常拆裝，電腦的使用頻率也會影響硬體的穩定性

第三章 電腦的輸入設備• 一般輸入設備

– 鍵盤（ 101 鍵、功能鍵、數字鍵、方向鍵 、切換鍵、組合鍵、字母與標點）– 滑鼠

• 指向• 點選• 雙按開啟• 拖曳• 右鍵點選

• 其它輸入設備– 掃瞄器

• 掃瞄器 (scanner) 利用 CCD(charge-coupled device) 來建立影像 • 掃瞄到電腦裡頭的文件可以進行文字辨識 • 解析度越高表示掃瞄得到的影像跟原始的文件越像效果越好

– 數位相機• 相片的品質與 CCD(charge-coupled device)感光元素的數目有關 • 200 萬像素 (pixel) 的數位相片品質與 5 X 7的傳統相片相近。 300 萬像素的數位相片品質則與 8~10的傳統相片相近

• 數位相機得到的是靜態的畫面，數位攝影機得到的是連續的動態畫面。 • 簡易型的桌上型數位攝影機常固定在電腦螢幕上面對使用者，然後支援所謂的視訊會議 (videoconferencing) • 網路上看到的 Webcam 也是一種數位攝影機的應用

第四章 電腦的輸出設備• 圖 4 － 1 畫出一般個人電腦各主要裝置的配置，裡頭有匯流排 (bus) 和埠 (pon)兩種連結方式 • 通常匯流排由多個裝置共用，埠則只由連線兩端的裝置使用。 •控制器 (controller) 是用來控制埠、匯流排或裝置的電子電路 • CPU 和主記憶體利用 PCI bus 連上其他的裝置， expansion bus 用來連結比較慢的周邊裝置，像滑鼠、鍵盤等

• 一般輸出設備– 印表機（點矩陣、噴墨、雷射）– 螢幕

• 其他輸出設備– 喇叭– 繪圖機

• 雷射印表機的價格高，耗材 ( 例如碳粉匣 ) 也比較貴，列印的速度快，雜音又小，很適合當做辦公室內的網路印表機(NetworkPrinter) 。

• 網路印表機需要安裝網路介面，例如網路卡或是透過一台列印伺服器 (printserver) 來提供的服務。 • 噴墨印表機的性能介於點炬陣及雷射印表機之間，雜音不像點炬陣印表機那麼吵，但是墨水匣的噴孔容易阻塞。 • 螢幕呈現的畫面品質跟顯示卡的等級有關，顯示卡上通常會有自己的處理器與記憶體。• 畫面更新頻率是指螢幕畫畫重複更新的次數，頻率越高，畫面越柔和，不會有嚴重的閃爍。

第五章 電腦的儲存設備• COMS 設定

– 軟碟機形式– 硬碟機型式– 開機的順序– 硬碟機的規劃

• 儲存設備– 主要儲存媒體（主記憶體、快取記憶體）– 次要儲存媒體（磁碟、光碟）

• 記憶體管理程式功能– 管理主記憶體的分享– 降低記憶體的存取時間

• 執行用記憶體（ 10-9 秒）– 暫存器– 快取記憶體– 主記憶體

• 次記憶體（ 10-6 秒） 負責執行用記憶體的配置及資料在記憶體架構各層級之間的交換。• 虛擬記憶體（主記憶體與次記憶體之間，以及 快取記憶體與主記憶體之間資料的自動轉 移）

• 硬體 硬體碟構造簡圖

• 軟性磁碟機

• 光碟機• 隨身碟• 儲存設備的管理與維護

• 軟碟片的構造

第六章 數位化的資料• 認識資料的單位 資料單位表

8bit=1byte

1000byte=1kb

1000KB=1MB

1000MB=1GB

1000GB=1TB

• 位元（ bit）代表電子電路中傳送的 0與1 的訊號，是資料最基本的單位 • 位元組（ byte）是位元的組合，不同的組合可以對應到不同的資料項目 (data item) ，用來表示有用的資訊 。• 譬如 ASCII 表就可以把位元組對應到英文字母 。• 位元組經過對應表的轉換會得到字元 (character) • 資料紀錄 (Datare cord) 是資料欄位的組 合

• 位元是資料的基本單位，那麼資料紀錄就可以看成是資訊的基本單位。• 作業系統裡基本的資料單位就是檔案 (file) • 資料庫是大量資料的集合 • 資料庫 (database)和檔案之差異的

– 資料庫強調資料的共享 – 資料的一致性 – 資料使用的多元化與資料的安全

•檔案要由檔案系統 (nlesystem) 來管理，而資料庫則要由資料庫系統來管理

• 資料倉儲 (Data warehouse) 的技術建立在資料庫的基礎上，以所追求的事實(hct)為導向，彙集相關的資料，包括歷史資料在內 • 資料超市 (Data-mart)伴隨著資料倉儲而發展，主要的功能是將資料倉儲內的資料再分門別類，支援更專門的用途 •「資料」 (Data) 是電腦和資訊系統進行各種處理的基本原料

• 1. 資料合成為資訊： – 資料可合成為資訊 (Information) ，資訊是有組織與涵義的資料

• 2. 資訊的呈現： – 資訊代表的涵義必須經由適當解釋或感知以後，才會顯現出來。人類的處理方式偏向於推理的、感知的。

•軟體程式的處理則屬於機械式的、比較固定的模式• 在電腦系統中，資料是最主要的資產。

• 資料庫系統 (Database Systems) ，是由資料庫、資料庫管理系統以及應用系統所組成的 • 資料的層級（圖 6-4 、 6-5 ） 位元－＞位元組－＞字元－＞字串－＞資料欄位－＞ 資料記錄－＞檔案－＞資料庫－＞資料倉儲－＞資料超市• 中文輸入法（注音、倉頡、大易 ） － Windows XP 的輸入法設定 開始 /【控制台】 /[地區及語言選項 ]/[語言 ]/[ 詳 細資料 (D)…]，即可進入語言設定視窗。• [輸入法切換圖示 ]本身是用 <Ctrl>-<Space>的組合鍵開啟的

第七章 作業系統• 電腦的組成可分為軟體與硬體• 硬體是看得到、摸得著的設備，如鍵盤、硬碟、中央處理器與記憶體…等 • 軟體來管理或是操控硬體• 軟體是無形的，它代表一群可以令電腦工作的一堆指令 • 軟體就是用以指揮、控制整個電腦運作的命令的集合

• 作業系統是電腦中最重要的軟體，它可以說是人與電腦硬體問最重要的橋樑 • 作業系統的種類

– MS Windows 作業系統 – Unix作業系統 – Mac 作業系統 – 即時 (realtime) 作業系統 – 平行處理作業系統

• 作業系統的主要管理能力在於磁碟與檔案的管理 • Linux作業系統（ Red Hat Linux 9.0作業系統 ）

– 視窗介面的作業系統– 穩定、有效率的特性– 可免費下載、安裝使用的作業系統

• Mac 作業系統又稱為麥金塔作業系統 •即時 (realtime) 作業系統

– 飛彈防禦用的電腦主機，必須能即時偵測、攔截來襲的飛彈 • 平行處理作業系統

– 能有效發揮多處理機功能

•圖形化介面與視窗環境 的特點– 1.畫面以圖形展現 – 2. 電腦內的資料、元件或程武以視窗的 形式展現 – 3. 以滑鼠操作 – 4.虛擬的桌面

• MS Windows 作業系統操作 – 1.登入 – 2. 桌面 – 3. 工作列 – 4.開始

• Red Hat Linux作業系統操作 – 目前頗受歡迎的 Linux作業系統中的一種版本 – 1.登入 （ Unix 類的作業系統登入一定要使用帳號密碼 ）– 2. 桌面 – 3. 面板

•如何安裝軟體– 當要安裝一項新的軟體時，必須先找到所謂的安裝程式 （ Setup.exe 、 Install.exe ）– 使用 AutoRun 的功能，也就是當光碟片一放入光碟機中，即自動執行了

•安裝軟體需要注意的重點：– 1. 軟體到底安裝在哪裡 – 2.安裝軟體需要輸入序號 – 3.軟體安裝成功後會在系統中建立執行的捷徑

•控制台→新增移除程式中，可以進行的工作有四項： (圖 7－ 11) ，– 1. 變更或移除程式。– 2. 新增程式。– 3. 新增或移除Windows 元件。– 4. 設定程武存取及預設值。

•移除程式軟體切記的一點就是不要直接到軟體檔案所在的目錄將資料刪除

第八章 軟體的應用與發展• 電腦的應用不妨朝以下的步驟來檢驗

– 1.想利用電腦做什麼事 – 2.檢查硬體設備 – 3.準備好必要的軟體 – 4.學會使用軟體

• 電腦軟體在生活上的應用 – 1. 資料處理 – 2.休閒娛樂 – 3. 理財 – 4. 生活小幫手 – 5. 與人溝通 – 6.教育與學習

• 系統軟體 ：此類軟體的目的通常不是為了單一的一個功能與應用，而是提供一個作業環境 •應用軟體 ：為了某個的用途所開發的軟體 •軟體試用：今多數的軟體都會給使用者一段試用期 •共享軟體：這類的軟體多數為自由創作者所開發 •自由軟體：由個人或非營利機構組織所開發的軟體，除了

可以免費取得與使用之外，通常會提供軟體的原始程式碼。

• 資料庫系統具有以下的優點： – 1.提升資訊共享的效 – 2.降低資料的重複 – 3. 使相同的資料足以支援多元化的應用 – 4.提升資料的安全性

• 網路應用軟體 網路科技的進步，讓電腦的資料、訊號可以以極快的速度傳達，因此要打破人們時空的距離，已經可以透過網路科技與相關應用軟體來達成。例如：視訊會議、電子郵件

• 網路科技之所以產生如此重大的影響力，其主要原因有：– 1.普及率的提高 – 2. 頻寬的提升 – 3.應用的層面廣

• 多媒體應用 – 休閒娛樂上的應用

• 1. 電腦遊戲 • 2.歌曲與影片欣賞 • 3.娛樂媒體製作

– 教學與學術上的應用 • 1. 電腦輔助教學 • 2.實驗模擬

– 工商業方面的應用 • 1. 設計與製造 • 2. 文物保存

– 電腦網路與多媒體 • 1. 線上逛街與購物 • 2. 線上即時連線遊戲 • 3.語音影像通訊

第九章 多媒體應用• 多媒體資料類型

– 文字 – 音訊 – 圖形與影像 – 視訊– 動畫

• 在電腦中，文字的基本格式可以從兩方面來看 – 1.首先必須為文字定義它在電腦為的儲存與表示方式，此稱為內碼 – 2.其次則必須讓使用者能看得到文字的形狀，稱之為字型

•聲音數位化的取樣率是以每秒多少KHz為單位 （例：以 8 bits 為取樣解析度，則所取的聲音內容可以分為 256 個刻度，若是以 16bits進行取樣，則刻度為 65536 個，自然比8 bits 要精細許多 ）• MIDI它以符號來表示音樂，因此空間可大幅的節省，成為一種重要的音訊表示方法

•圖形與影像– 所謂圖形，即是以幾何圖案所構成的畫面 – 圖形與影像是電腦多媒體中應用得相當廣的媒體，也和生活有很大的關聯 – 有關影像的品質，即是經常聽到的幾百萬畫素，畫素即是構成數位影像所需的彩色點，影像由寬度的點數乘上高度的點數，即構成了整張影像的畫素總數 – 影像的畫素愈多代表影像愈清晰，品質愈好

•視訊 – 視訊就是會動的影像，透過攝影機的拍攝，將連續的動態畫面，儲存成一張張連續的影像 – 在我國電視視訊的規格為 NTSC 標準，為525條掃瞄線，每秒播放 30個畫格。 – 視訊數位化後，產生了不少新的應用，如 VCD、 DVD的發展，讓影片的保存、流通更為便利，也使得視訊品質有更好的效果，一般人都可以透過DVD播放機欣賞高品質的影片

•動畫 – 動畫和視訊十分的相似，都是利用人眼睛視覺暫留的能力，快速的播放連續畫面使其看到動態影像 – Macromedia Flash 是目前常被用來製作動畫的軟體工具之一，利用它可以製作出精彩動人的動畫

•圖形影像瀏覽 利用 Windows 系統本身的預覽功能：在 Windows 的『我的電腦』中或是「檔案總管」瀏覽檔案資料，設定「檢視」→「縮圖」

• 數位相機則具有以下的優點： – 1.拍攝後可以馬上看到結果。– 2. 不需使用底片。– 3. 相機內的記憶體可重複使用。– 4. 照片可設定不同的拍攝品質。– 5. 數位照片可永久保存不易損壞。– 6. 可使用專用的相紙印製照片。

• 電腦中可以直接播放的影音資料與方式有：– 1.音訊格式檔案：這些檔案的規格常見的有 WAV音訊、 MIDI 電子合成樂、 MP3音訊。– 2.視訊格式檔案：這些檔案的規格常見的有 AVI 、MPEG、 MOV等。– 3.動畫格式檔案：目前主要的動畫格式為Macromedia Flash 的 Shockwave格式 (附檔名為 .swf) 。– 4.音樂 CD光碟：在普通的 CD音響上可播放的音樂 CD也可以在電腦中播放。– 5. 影片光碟：主要有 VCD與 DVD兩種，在家用的DVD播放器上可以播放，在電腦中也可以播放。– 6. 網路串流音訊與視訊：透過網路即傳即播的影音資料。可以讓電腦變成像收音機或是電視機一般，收看網路上的影音節目。

• 動畫方面用途廣泛例：– 網頁製作應用– 特效模擬– 3D 動畫電影– 文物保存– 虛擬實境