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電腦硬體世界

1 電腦的基本架構

2 認識電腦主機

3 中央處理器-CPU

4 主機板

5 主記憶體

6 介面卡簡介

7 輸入裝置簡介

8 輸出裝置簡介

9 儲存設備簡介

10電腦的操作與保養

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電腦硬體世界

完整的電腦包含主機、螢幕與其他週邊設備。

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Acer Aspire

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iMac

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1電腦的基本架構

五大單元包括控制單元、算術邏輯單元、記憶單元、輸出單元與輸入單元。

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控制單元

控制單元: Control Unit (CU)

負責指揮、協調、控制電腦各部門間的相互運作與資料傳送，是電腦的指揮中樞。

例如指揮算術邏輯單元與記憶單元間的動作、指令的讀取與解碼、作業程序的協調等工作。

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算術與邏輯單元

「算術與邏輯單元」（ALU）

負責電腦內部的各種算術運算（如 ＋、－、×、÷等）、邏輯判斷（如 AND、OR、NOT 等）與關係運算（如 ＞、＜、＝ 等），並將運算結果傳回記憶單元。

「算術與邏輯單元」與 「控制單元」合稱 「中央處理器」（CPU）， 。

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記憶單元

電腦中用來儲存程式和資料的地方，可區分為「主記憶體」和「輔助記憶體」兩種。

「主記憶體」是和CPU直接交換訊息的記憶體，主要負責暫時儲存處理中的程式與資料。

「輔助記憶體」，又稱為「外部記憶體」，可以作為長期儲存程式與資料的媒介，常見的輔助記憶體包括了磁碟、磁帶、光碟等。

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主記憶體

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外部記憶體-硬碟機

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輸入單元

可接受外界輸入的指令或資料，並將外部資料的資料碼或訊號轉成電腦所辨識的內碼。

常見的輸入裝置包括鍵盤、掃描器、麥克風、數位相機、繪圖板、觸控式螢幕等。

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輸出單元

將經過電腦運算處理過的結果顯示或列印出來。

常見的輸出裝置有螢幕、印表機、喇叭等。

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2 認識電腦主機

主機是電腦的運作與指揮中樞，也是外觀重心。

內部包含許多重要元件，例如主機板、CPU、記憶體與顯示卡等

外部以機殼作為保護，提供開關及各式連接槽。

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主機正面

(1)機殼

(2)電源鈕

(3)重新開機鈕

(4)電源指示燈

(5)硬碟指示燈

(6)3.5吋軟碟機

(7)光碟機

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主機背面

Keyboard & Mouse

Monitor (D-Sub)

USB

Network (RJ45)

Monitor(D-Sub, DVI)

Microphone & Speakher

電源接頭 Power

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3-3中央處理器 CPU

中央處理器（Central Process Unit，CPU），是電腦的「心臟」，負責系統中所有的數值運算、邏輯判斷及解讀指令等核心工作。

CPU由「算術與邏輯單元」與 「控制單元」兩單元組合而成。

內部使用暫存器(register)，對外使用快取記憶體(Cache)來增進處理效能。

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暫存器與快取記憶體

暫存器（register）是在CPU晶片內用來暫時存放正在執行中的指令或資料儲存區。

快取記憶體(Cache)速度較主記憶體快，可用來儲存剛被參考(reference)的資料或指令，加快存取的速度。

目前的快取記憶體分為三種，分別是 L1、L2、L3，存取速度L1>L2>l3。

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CPU演進史

早期所謂的處理器是一塊由數十或數百個IC所組成的電路基板，後來因積體電路的發展，讓處理器所有的處理元件得以濃縮在一片小小的晶片。

目前主流的CPU產品大都採取64位元的架構，並且工作時脈也在2GHz以上。

以生產廠商作區分，主要以美商英特爾（Intel）與超微半導體（AMD）為兩大龍頭。

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Intel Headquarters

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AMD Headquarters

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雙核心架構

一個處理器封裝2個系統核心，使得效能提升不再靠傳統的工作時脈速度，而是平行運算處理。

雙核心的原理就是在同一晶片內放進兩個處理器核心，讓相同體積的CPU晶片，可以容納兩倍的運算能力，並且在單一晶片上使用兩個核心來分擔工作量。

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4主機板

主機板有CPU插槽、PCI插槽、BIOS、記憶體插槽、AGP擴充槽、I/O連接埠、時脈產生器、AGP插槽、晶片組（包含南僑晶片與北橋晶片）等各種主要元件與插槽。

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Asus P4P800 SE

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MSI X38 Diamond系列

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主機板的匯流排

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主機板的連接埠

連接埠名稱 連結設備名稱

CPU插槽 用來安裝CPU。目前的CPU插座大都採用插槽式的形式。

I/O連接埠 提供PS/2、USB、序列埠、並列埠等輸出與輸入的連接埠。

AGP插槽 連接AGP（Accelerate Graphics Port，加速影像處理埠）形式的顯示卡。通常為咖啡色，而且傳輸效率高於PCI介面插槽。

PCI插槽 連接PCI(Peripheral Component Interconnect)形式的介面卡，如網路卡、音效卡等，通常插槽為白色。

記憶體插槽 用來安裝記憶體模組。目前的記憶體插槽大都採取168Pin或184Pin的形式，如DDR、SDRAM。

IDE、SCSI 插槽 可利用排線來連接光碟機、硬碟機等。

軟碟連接埠 利用軟碟排線與3.5吋軟碟機連接，它的寬度較IDE連接埠略窄。

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主記憶體

主記憶體依照特性可區分為

RAM - 隨機存取記憶體(Random Access Memory)

ROM - 唯讀記憶體(Read Only Memory)

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RAM 隨機存取記憶體

RAM需用使用電力維持資料，CPU可以隨時讀取或寫入RAM的內容，但電源關閉後，儲存在RAM的資料會隨著消失。

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ROM 唯讀記憶體

ROM是一種半導體記憶體，其特性是一旦儲存資料就無法再將之改變或刪除。通常用在不需經常變更資料的電子或電腦系統中，資料並且不會因為電源關閉而消失。

amigakit Kickstart 3.1 ROM chips (A4000T)

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6 介面卡

介面卡是一種佈滿電子電路的卡片，是電腦與周邊設備間的橋樑，可用來擴充電腦的功能。

必須連接到主機板擴充槽的電路板，並安裝上「驅動程式」(Driver)，才能正常運作，例如顯示卡、音效卡、網路卡等。

「驅動程式」(Driver)是一種將硬體元件(如介面卡、周邊設備等)與電腦作業系統連接的軟體程式，不同的元件有不同的驅動程式，必須安裝完成才能正常操作與使用。

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顯示卡

將電腦產生的畫面資料傳送給螢幕，凡螢幕上顯示的影像與圖形，都必須透過顯示卡的處理後，才能傳達到螢幕上播出。

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顯示卡 特性

顯示卡性能的優劣與否主要取決於所使用的顯示晶片，以及顯示卡上的記憶體容量，記憶體的功用是加快圖形與影像處理速度。

常見的的顯示晶片有nVIDIA、ATI及XGI等廠牌，而且晶片中也都具備有「3D加速」的功能。

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音效卡

將電腦所產生的數位音訊轉換成類比訊號，然後傳送給喇叭來輸出聲音。

一般音效卡不僅有輸出音效的功能，也包含連接埠來連接其他的影音或娛樂設備，如MIDI、搖桿、麥克風等。

音效卡的型式主要以PCI介面卡為主，但目前大多已直接內建到主機板上，不需要另外再安裝。

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PCI介面的音效卡

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網路卡

網路卡(Network Interface Card：NIC)的功用是作為將電腦資料轉為於網路線上傳輸資料的轉換設備，讓電腦間可以互相連線，共享資源。

目前大多已內建網路卡在主機板之中。

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PCI介面 與 PCMCIA介面 網路卡

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PCMCIA介面與 USB介面 無線網路卡

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電視視訊卡

電視視訊卡能夠讓使用者連接電視訊號輸入，將電視影像傳到電腦上，使用螢幕觀看電視節目。

多數的電視卡除配備搖控器外，也提供錄製編輯節目的功能。

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7 輸入裝置簡介

輸入裝置（Input Device）可接受外界所輸入的指令或資料，並將外部資料的資料碼或訊號轉成電腦所辨識的內碼。

常見的輸入裝置包括鍵盤、滑鼠、掃描器、麥克風、數位相機、繪圖板等。

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鍵盤

鍵盤（Keyboard）屬於輸入裝置的一種。當使用者在鍵盤上按下一個鍵時，鍵盤內的電路板隨即偵測到此輸入訊號，並將此訊號轉換成代表按鍵的電腦內碼與將所輸入的資料顯示在螢幕上。

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鍵盤種類

機械式鍵盤

傳統與早期的鍵盤。按鍵之間各自獨立，互不影響。每個按鍵下方都有一微動開關及彈簧，當其被觸動時，便對電腦傳送單一專屬訊號，並發出敲擊聲。

薄膜式鍵盤

又稱為「無聲鍵盤」，目前常用的鍵盤。構造上以兩片膠膜取代傳統的微動開關，膠膜之間夾著許多線路，靠著按鍵壓觸線上的接點來發送訊號。這樣的構造除了「無聲」的特色外，還有「防水」功能。

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鍵盤功能說明圖

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滑鼠

「光學式滑鼠」以LED（發光二極體）感應動作。當使用時，內部的光線感測器會根據特殊滑鼠墊所反射的光，計算滑鼠的方位距離。

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掃描器

用途：讀取紙本資料成為電腦圖片檔。

以DPI作為解析度的單位。

DPI–Dot Per Inch，代表每一英吋長度內的點數

DPI值越高則代表解析度越高，影像越清晰

常見規格為300、600、1200或2400 DPI等。

以bits作為每個「點」的分色能力。

分色能力愈強，相對著能辨識更多的顏色。

例如「24bits」即代表該掃描能分辨2 24個色彩數，也就是1600餘萬個色彩數。

現行的主流商品其分色能力皆有36bits或48bits標準。

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數位相機

數位相機主要以CCD感光元件來進行拍攝，因此「像素」（Pixel）的多寡，直接影響相片輸出的解析度與畫質。

數位相機所拍攝的影像儲存在記憶卡，而非傳統的底片。記憶卡採用Flash ROM，可重覆使用。

附液晶螢幕可以隨拍隨看，不滿意可馬上重拍。

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Sony Alpha 7

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數位相機選購因素

除了考慮影像解析度、相機鏡頭、液晶顯示幕、相片記憶卡等四項因素，如果要拍攝更多的相片，則必須選購可擴充記憶體儲存容量的機型。

選購數位相機，鏡頭也是很重要的一個考量點，目前鏡頭可分為標準及變焦 。

以變焦鏡頭來說又可區分成「光學變焦」、「數位變焦」。

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麥克風、視訊攝影機

麥克風（Microphone）可將外界的聲音訊號，透過音效卡輸入到電腦中，並轉換成數位型態的訊號以方便錄音軟體進行處理 。

在網路兩方的電腦上安裝視訊攝影機與麥克風，就可以讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通，或者也能將這些設備輸出的類比訊號，轉錄到電腦中成為數位型態的視訊檔案。

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繪圖板

繪圖板主要用於平面圖形的繪製，取代以滑鼠來畫圖的不方便。繪圖板除了放置於桌面的工作面版外，通常也會附有感壓筆來繪製圖形。

在繪圖板上所繪製的線條，會立即顯示螢幕上的繪圖軟體中，甚至有些繪圖板板能夠計算出感壓筆的力道，而畫出不同粗細的線條。

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8 輸出裝置介紹

輸出裝置（Output Device）可將經過電腦運算或處理過的結果顯示或列印出來

最主要的輸出裝置就是電腦螢幕，藉由螢幕上的文字或圖形，可以清楚確認操作的正確性。

其他常見的輸出裝置有印表機、喇叭等。

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點矩陣印表機

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點矩陣印表機

運作原理是以排成陣列的針點撞擊在色帶上，利用印表針頭撞擊色帶於紙面上形成一圓點，並由多個圓點組成文字或圖案。

因為會在紙張上造成壓力，所以可複寫在紙上。

不過常產生的噪音與不良的列印品質，造成市場上的使用率越來越低，目前只有在公司行號列印三聯式發票、密封薪資資料時，才使用此類型印表機。

以CPS(每秒列印字元)為單位。

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噴墨印表機

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噴墨印表機

噴墨印表機（Inkjet Printer）為利用墨水顆粒噴塗的方式，在紙張上產生文字或圖像。

具有列印連續紙張的特性，所以一般產生大型圖片的印表機也都採用噴墨式。

由於是採用墨水自噴嘴中加壓，再將墨水噴到紙面上的方式列印，所以在列印時會比較安靜，而且速度比點陣式印表機快，同時列印品質也比較好。

噴墨印表機的墨水匣價格較貴，並使用CMYK四色印刷，以PPM(每分列印張數)為列印單位

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雷射印表機

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雷射印表機

雷射印表機（Laser Printer）的工作原理是利用雷射光射在感光滾筒上，在接受到光源的地方，會同時產生正電與吸附帶負電的碳粉，帶出碳粉後加熱溶化至紙上。

雷射印表機可以列印黑色與彩色，乃是利用不同顏色的碳粉混合，產生多種色彩。

雷射印表機列印品質最好、耗材碳粉匣也較墨水匣便宜，而且聲音小、列印速度快，不過機器價格較高。

以PPM(每分列印張數)或DPI(每吋列印點數)為單位，尤其DPI是目前評量列印品質的常用標準。

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液晶螢幕

液晶螢幕的原理是在兩片平行的玻璃平面當中放置液態的「電晶體」，而在這兩片玻璃中間則有許多垂直和水平的細小電線，透過通電與不通電的動作，來顯示畫面，因此顯得格外輕薄短小，而且具備無輻射、低耗電量、全平面等特性。

液晶螢幕已成為市場上的主流產品。特別是目前最新型的「彩色薄脈型液晶顯示螢幕」（TFT-LCD）則為其中的佼佼者。

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選購液晶螢幕

除了預算考量外，包括可視角度（Viewing Angle）、亮度（Brightness）、解析度（Resolution）、對比（Contrast Ratio）等都必須列入考慮。

「壞點」的程度也必須留意，由於液晶螢幕是由許多細小的液晶發光點所組成，如果某個光點損壞，該處就會出現一個過亮或過暗的點，就稱為「壞點」，「壞點」會讓螢幕顯示的品質大受影響。

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9 儲存設備簡介

由於主記憶體的容量有限，因此必須利用輔助記憶體(儲存設備)來儲存大量的資料及程式，例如隨身碟、光碟與硬碟等。由於關閉電源後資料不會消失，具有永久保持資料的特性。

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USB隨身碟

USB 設備標準連接規格

USB連接埠最多可接127個USB設備，包括滑鼠、數位相機、隨身碟等，並且支援隨插即用(Plug and Play)安裝與熱插拔(hot swapping)功能

目前最新型的USB 3.0

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硬碟

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硬碟內部的構造示意圖

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硬碟機器組件剖面圖

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磁柱

當兩片以上的磁盤組合成硬碟時，兩個磁盤上的同一個磁軌在垂直方向上，將形成一個磁柱。

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磁頭

磁頭是一個可以暫時磁性化的物質，當電流通過時線圈會產生磁場變化，並同時將磁盤上的物質磁化，因而將磁盤上的物質進行不同的排列，就可以達到記錄資料的作用，這就是資料寫入的基本原理。

讀取資料時，藉由磁盤的轉動，而發生感應電流，藉由感應電流的不同，就可以讀取磁盤上所記錄的資料。

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磁盤

每顆硬碟都是由多片磁盤組成，磁盤越多，儲存的資料也越多。磁盤的構造是兩面都可以讀取，所以磁頭臂上的磁頭有兩個，一個用來讀取上面的磁盤，一個用來讀取下面的磁盤，如下圖所示：

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硬碟相關資訊

以碟片直徑大小區分，主要有3.5吋與2.5吋兩種。

桌上型電腦以3.5吋為主，目前主要規格的儲存容量在160～500GB之間。

筆記型電腦由於空間考量，以2.5吋規格為主。

硬碟規格上經常標示著5400RPM、7200RPM等數字，這是表示主軸馬達的轉動速度。

RPM(Revolutions Per Minute)是轉速的單位，表示「每分鐘多少轉」的意思。

轉動速度越高者，存取效能相對越好，不過產生的熱量也相對越高。

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光碟機

光碟機傳輸速率從早期的2倍速、4倍速…到目前的52倍速為止，發展速度相當驚人。

每一倍速則表示150KBPS的傳輸速率，而52倍速則表示有接近7.6MBPS的傳輸速率。

CD-ROM光碟片直徑約為12公分，播放時間約74分鐘，容量約為650-720MB。

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磁碟速度比較

對於磁碟速度比較，則為 硬碟>光碟>軟碟。

CD片上標示為24R10W，表示速度為「24讀10寫」。

如果是標示為「24×12×48」，則按照國際統一格式，表示速度為「24寫12抹寫48讀」，其中的執行速度又以 讀 >= 寫 > 抹寫

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光碟片

CD光碟片是利用雷射光在金屬薄膜上燒出凹洞來寫入資料，讀取資料則使用雷射掃描光碟，透鏡會接受從不同的點所產生不同的反射。

CD光碟片將資料安排在一條單一的軌跡上，以一份內容容量表(Volume Table of Content)來指示光碟機進行讀取的作業。

為了容納各種不同的資料格式，所以也需要訂定各種不同資料格式所使用的標準，才能在不同品牌的光碟機上讀取資料。

光碟片的材質種類：CD-ROM、CD-R、CD-RW

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CD-ROM

CD-ROM - 唯讀光碟，光碟的內容是使用壓片機刻模印製而成，資料是無法任意刪除或修改。

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CD-R

CD-R ：可燒錄一次的光碟片。

CD-R可以將資料寫入光碟片內，可是在同樣位置只能寫入一次，並且必需搭配CD-R光碟燒錄器及燒錄軟體才可執行寫入的動作，寫入後的資料則不能更改及刪除。

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CD-RW

CD-RW：可重複寫入及抹除資料的光碟片。

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CD-RW

其原理是在燒錄資料時，使用高功率的雷射將小區域的合金物資融化，然後能凝結成非結晶的組織，若要抹除原本燒錄的資料，只要使用中等功率的雷射，就可以產生足夠溫度將非結晶的組織還原成晶體結構。

必需使用支援CD-RW光碟燒錄器及專門燒錄軟體才可執行寫入抹除的動作，使得光碟片上資料可自由更改及刪除，使用壽命可達一仟次的範圍。

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DVD光碟

DVD (Digital Video Disk)為新一代的數位儲存媒介，是以MPEG-2 的格式來儲存視訊，稱為數位視頻光碟或數位影碟。

通常一片CD光碟片最多只能儲存 640 MB 的資料，但是若以DVD來儲存，其最大容量高達17GB，相當於26張CD光碟片的容量。

DVD可提供高畫質、高音質的數位儲存模式，是提供聲光娛樂的主要光碟設備，並且已經取代之前的錄影帶、雷射影碟等等。

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DVD的規格

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DVD的規格

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藍光光碟

Blue-ray Disc,簡稱BD

主要用來儲存高畫質影像及高容量資料，它是繼DVD的下一代光碟格式之一，由SONY及松下電器等企業主導的次世代光碟規格。

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藍光光碟

採用波長405奈米(nm)的藍色雷射光束來進行讀寫操作（DVD採用650奈米波長的紅光讀寫器，CD則是採用780奈米波長）。

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藍光光碟

單層的藍光光碟儲存容量為25或是27GB的資料,DVD只能儲存4.7GB。

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10 電腦的操作與保養

電腦雖然是現代科技的新產品，但仍然需要使用者細心的照顧與保養。

除了使用者本身必須要有正確的硬體與周邊設備的相關保養知識，還要有正確的操作姿勢和使用方法，才可以避免電腦所引起的職業病痛。

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正確的電腦操作標準座姿

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正確使用者操作姿勢注意事項

適合各位身高高度的電腦桌椅，讓椅背能貼緊背部，並且調整螢幕高度，使其不要超過眼睛高度，讓眼睛能以20-40度的視角往下看，並且與螢幕保持約50~60公分的視距。

當操作滑鼠與鍵盤時，手臂與手腕須懸空1.5~2公分，不要平放於桌面上，或者也可以考慮手腕下方放置護腕墊。

避免光源勿直接照射在螢幕上而造成反光現象，引起眼睛的不適。操作電腦約一小時後，請至少休息5-10分鐘或點少保養用的眼藥水，避免眼睛過於疲勞。

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電腦與周邊設備的操作與保養(一)

電腦運作時，不要隨意搬動或拆裝電腦，如果要，必須先關閉電源才可，尤其用手觸摸主機內部元件時，容意造成靜電感染。切記依照正常程序來關機。

關機時，螢幕可加蓋防塵套，並定期以乾布擦拭電腦主機外殼，減少灰塵堆積。另外還要保持電腦工作環境的濕度、空氣清淨，避免陽光直接照射電腦。

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電腦與周邊設備的操作與保養(二)

不要在操作電腦時，在一旁吃東西或喝飲料，因為食物碎片、灰塵與飲料容易進入鑑盤空隙中，因而造成鍵盤的短路或失靈。各位可週期性使用小型吸塵器來清理鍵盤。

對於機械式滑鼠中的滾球在桌面上滾動，往往容易將桌上灰塵黏著在滾軸上，造成滑鼠靈敏度減慢。各位可將滑鼠下方圓蓋拆下，以乾淨棉花棒沾酒精加以擦拭。

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電腦與周邊設備的操作與保養(三)

連接各種周邊設備時，最好依照原廠手冊進行連接與拆除，並要注意接頭大小、方向與排線位置。

不可用濕布擦拭螢幕，螢幕後方保留適當空間以作為散熱之用，四周不要置放電子產品，以避免磁場影響。另外當離開螢幕時，最好執行螢幕保護程式，這樣可避免螢幕體損耗。

購買電腦與周邊設備時，最好購買有「綠色電腦」保障與「能源之星」標誌的相關產品。