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1-2

Introduction to Computers資訊概論

01電腦基本架構

1-1 電腦基本架構

在現今高度科技化的年代，電腦已無所不在地圍繞在你我的生活之中。舉凡家中的桌

上型電腦、筆記型電腦，到目前最流行的智慧型手機、平板電腦，這些都是我們幾乎

每天都會用到的電腦設備。另外如汽車、捷運、高鐵、飛機等交通工具以及交通號誌，

全都必須藉助電腦來控制與管理。在其他方面，例如銀行 ATM 提款機、悠遊卡智慧票證系統、公司行號人事差勤系統，還有各式各樣的通訊與網路系統等等，到處都可

見到電腦的蹤跡。現在，就讓我們來了解電腦的構成與其運作方式吧！

從最基礎的觀點來看，電腦是由硬體（Hardware）與軟體（Software）所構成，二者缺一不可。電腦硬體部份，就是我們可實際觸摸得到的電子元件，如圖 1-1 當中的中央處理器、記憶體、硬碟機、光碟機、鍵盤、滑鼠、螢幕、印表機等裝置。若我們

依照電腦硬體所負責的工作任務來分類，則可大致歸類為計算、儲存、輸入、輸出等

類型。舉例來說，中央處理器負責計算工作；記憶體、硬碟機、光碟機負責儲存工作；

鍵盤、滑鼠負責輸入工作；螢幕、印表機負責輸出工作。其他還有一些常見的電腦硬

體周邊設備，例如隨身碟、讀卡機、網路攝影機、喇叭、麥克風、無線網路卡、手寫

板等等，都可依使用者需要自行對電腦進行功能擴充。

中央處理器

鍵盤

記憶體

滑鼠

硬體機

螢幕

光碟機

印表機

圖 1-1　常見的電腦硬體


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CHAPTER電腦基本架構

01

假設我們自行採購上述電腦硬體零件回來組裝，全部組裝完成後按下主機的電源鍵，

此時電腦將無法順利開機。這是為什麼呢？因為我們目前只有電腦硬體，卻沒有安裝

任何軟體，電腦無從得知到底該執行什麼動作。簡言之，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。軟體之於硬體的概念就如同靈

魂之於軀體一般─有了軟體，才能讓我們與硬體進行互動；否則硬體即便有再強大的

運算資源，因為沒有收到軟體的指令也只能閒置著，什麼事都不做。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。常見的

作業系統如圖 1-2 所示，包括微軟公司的 Windows、蘋果公司的 Mac OS 與 iOS、Google 公司的 Android、屬於自由軟體的 Linux 等。當我們為電腦安裝作業系統之後，接下來便可安裝系統工具程式以及應用軟體，前者例如防毒程式、磁碟備份程式、

檔案壓縮 / 解壓縮程式，後者例如 Office 文書處理軟體、Photoshop 影像處理軟體、Skype或 LINE 即時通訊軟體、各式各樣遊戲軟體等等。

圖 1-2　常見的電腦作業系統

本章我們將著重介紹電腦硬體部分，依序說明中央處理器、記憶體與儲存裝置、輸出

入裝置，最後說明資料表示法。至於電腦軟體則留待第二章再為讀者詳細介紹。現在

也讓我們來大致了解一下較為常見的電腦類型，包括桌上型電腦、筆記型電腦、家庭

劇院電腦、伺服器、智慧型手機、平板電腦等等。

█ 桌上型電腦（Desktop Computer）：通常個人電腦（Personal Computer，簡稱 PC）指的都是桌上型電腦，也就是專為設計給個人使用的電腦。它之所以被稱為「桌上型」，是因為這類型的電腦主機體積不算太大，通常可平躺或直立地

放置在桌面上，如圖 1-3(a)為一台直立式的桌上型電腦主機。近年來，如圖 1-3(b)的這種 All-in-One（AIO）桌上型電腦也逐漸受到歡迎。AIO PC的特色是將電腦主機與螢幕合而為一，如此一來不但可節省桌面空間，也可減少一些電腦背面的

連接線與電源線，讓擺放電腦的桌面更為整潔。

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(a) (b)

圖 1-3　(a) 直立式桌上型電腦主機 (b) All-in-One桌上型電腦

█ 筆記型電腦（Notebook Computer）：它也是個人電腦的一種，但有別於桌上型電腦的著重效能，筆記型電腦（如圖 1-4）在設計上主要考量的是攜帶便利性。因此，筆記型電腦多半具有輕巧、耐震、耗電量低等特性。近年來隨著行動網路

與無線網路的普及，筆記型電腦大多已內建無線網路卡，方便使用者可帶著筆記

型電腦隨時隨地連接上網。

圖 1-4　筆記型電腦

█ 家庭劇院電腦（Home Theater PC）：這類電腦之英文簡稱為 HTPC，其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。HTPC 的外觀大多設計成類似音響或 DVD 播放機一般，以融入客廳的擺設，見圖 1-5。HTPC 在規格上與一般桌上型電腦比較起來其實差異不大，但通常較為強調高畫質輸出能力，以及運作時之噪音較低等

特性。


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圖 1-5　家庭劇院電腦

█ 伺服器（Server）：顧名思義，伺服器的服務對象與個人電腦有所不同，它主要是提供線上服務給多人同時使用。例如學校的網頁伺服器，提供了課程查詢、線上請

假、表單下載等服務，同學們可使用網頁瀏覽器透過網際網路一起使用這些服務。

由於伺服器必須能同時服務大量的使用者，因此在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。

█ 智慧型手機（Smartphone）：所謂的智慧型手機指的是具備多樣化功能的行動電話，除了基本的通話功能之外，它在硬體方面擁有較強大的計算能力以及高速

連網能力，並且大多具備 GPS、三軸加速度計等感測元件。在軟體方面，智慧型手機在本質上就像是一台迷你的個人電腦，使用者可依需求安裝各式應用軟體，

並透過觸控方式來進行操作。目前較為常見的智慧型手機作業系統包括 Apple iOS、Google Android、Microsoft Windows Phone 8、BlackBerry等，如圖 1-6我們可看到上述各種作業系統的圖形介面。

Apple iPhone Google Android Microsoft WP8 BlackBerry

圖 1-6　智慧型手機

1-6



█ 平板電腦（Tablet Computer）：這類型的行動裝置在體積上比智慧型手機大，但同樣具備觸控螢幕與虛擬鍵盤，使用者可藉由觸控方式來操控平板電腦，如

圖 1-7 為目前較常見的兩類平板電腦，作業系統分別為 Apple iOS 與 Google Android。平板電腦可視為智慧型手機的放大版本，因為在功能上兩者差異不大，但由於平板電腦的螢幕較大，比較適合使用者進行長時間閱讀。在此我們補充說

明，其實早在 2002 年就有所謂的平板電腦問市，並且搭載 Windows 作業系統。這種平板電腦的外觀和筆記型電腦極為相似（如圖 1-8），主要差別在於螢幕可翻轉且支援數位筆手寫輸入。此類型的平板電腦英文名稱為 Tablet PC，與執行iOS 或 Android 的 Tablet Computer 在名稱上略有差異，但一般認為將來這兩種產品的界限將漸趨模糊。

Apple iPad Android Tablet

圖 1-7　執行 iOS/Android的平板電腦 (Tablet Computer)

圖 1-8　執行Windows 8的平板電腦 (Tablet PC)


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1-2 中央處理器

中央處理器的英文全名是 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」。顧名思義，中央處理器就是電腦的資

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。如果一部電腦裡

面缺少了 CPU，則縱使有其他電腦組件存在，它們也無法正常運作。在市面上常見的個人電腦CPU品牌主要為 Intel與AMD兩種；伺服器領域則除了 Intel與AMD之外，還有 Sun 公司（已於 2009 年被 Oracle 公司併購）。至於智慧型手機或平板電腦等行動裝置所搭載的 CPU 則多為 Apple、NVIDIA、Qualcomm、Samsung、Texas Instruments （TI）等品牌。表 1-1為目前常見的 CPU 列表。

表 1-1　各應用領域常見的 CPU品牌與名稱

應用領域公司名稱處理器名稱

個人電腦AMD FX、Phenom、Athlon、Sempron

Intel Core i3/i5/i7/vPro、Atom

伺服器

AMD Opteron

Intel Xeon、Itanium

Sun（Oracle） SPARC T5/M5、SPARC64 X

行動裝置

Apple A5/A6

NVIDIA Tegra

Qualcomm Snapdragon

Samsung Exynos

Texas Instruments（TI） OMAP

1-2-1 中央處理器的組成單元

中央處理器是由積體電路（Integrated Circuits，簡稱 IC）材料所製成，在小小的晶片當中，嵌入了數以千萬計的電晶體。簡單地說，這些電晶體就是中央處理器內部最

基礎的元件，彼此結合在一起，組成了「算術邏輯單元」、「控制單元」，以及「暫

存器」這三個最主要的運作單元。以下我們先以表列的方式，簡述這三個單元的功能，

請見表 1-2。

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表 1-2　CPU的組成單元功能概述

單元名稱英文名稱功能描述

算術邏輯單元Arithmetic Logic Unit

（簡稱 ALU）

負責執行算術運算如加、減、乘、除，邏輯運

算如 AND、OR、NOT、XOR，以及位元平移

（Shift）

控制單元Control Unit

（簡稱 CU）

負責控制 CPU內部的運作，例如控制 ALU進

行某一特定的算術或邏輯運算，以及控制暫存

器之讀取與寫入動作

暫存器 Register負責暫存運算資料與程式指標（Program

Counter）

算數邏輯單元可謂是電腦的核心，因為它是實際負責執行運算工作的單元。除了加、

減、乘、除等算數運算之外，它也負責邏輯運算，在此我們也來了解一下什麼是邏輯

運算。首先，在邏輯上有真（True）與假（False）兩種狀態，對應到二進位系統時常以 1 來代表 True，0 代表 False。以下我們假設 A 與 B 為兩個邏輯變數，來說明AND、OR、NOT、XOR 等邏輯運算：

█ A AND B：只有當 A 與 B 的邏輯值均為 1時，其運算結果才為 1。

█ A OR B：只有當 A 與 B 的邏輯值均為 0時，其運算結果才為 0。

█ NOT A：運算結果為 A 的相反邏輯值。

█ A XOR B：只有當 A 與 B 的邏輯值不同時，其運算結果才為 1。

我們也可透過表 1-3 與表 1-4 的真值表（Truth Table）來表達 AND、OR、XOR、NOT等邏輯運算的結果：

表 1-3　AND、OR、XOR的真值表

A B A AND B A OR B A XOR B0 0 0 0 0

0 1 0 1 1

1 0 0 1 1

1 1 1 1 0

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資料庫與資訊系統


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10-1 從資料到智慧

「資料」(Data) 是用來表示某項事實的符號或語言，通常是指收集得到而且未經整理、原始形式的文字、符號、圖形、影像或聲音等。一般而言，當一位新生到校辦理

報到註冊，或是我們在某市立圖書館辦理借書證、申請一個新的手機門號、到某加銀

行開戶時，一定都會要我們填寫個人基本資料，如圖 10-1 所示，即是一張學籍資料表格。這些資料通常包括姓名、身份證號碼、籍貫、性別、生日、電話與地址⋯等項

目、而這些項目欄位所填寫的內容就是一般所說的「資料」。

圖 10-1　學籍資料表

「資訊」（Information）是指將資料經過整理和分析後，轉化為有用的資訊。因此，資料是資訊的原始狀態，必須將它轉化後才能成為有用的訊息，這些轉化的過程可能

包括收集、分類、篩選、重組排序、計算、合併和匯總等運算而成。在企業組織中，

我們經常會為了某個特定的問題而做出決策，於是便將某些相關的資料收集整理後加

以處理，便能得到我們所要的資訊。

「知識」（Knowledge）是指透過一些方法將資訊進一步推論出一些無法一眼看出的事實，而這些無法一眼看出的事實往往具有極高的價值。片面及片段的「資訊」並不

能創造出高的價值，「知識」卻可以將不同時期所得到的多個資訊加以分析判斷，形

成決策進而產生價值。

「智慧」（Wisdom）則是將知識融入生活成為生命或企業體的一部份，不論是個人或是企業能夠靈活運用心知識才是智慧的根本。對於企業而言，有形的資產已逐

漸被無形資產所取代，企業透過組織運作和資訊科技，可提升員工競爭力與工作效

率、強化企業體質和改善顧客關係，提升企業價值。因此「智慧資本」（Intellectual Capital）逐漸受到企業主的重視，越來越多的企業資產價值，譬如專利權、品牌、客

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CHAPTER資料庫與資訊系統

10Introduction to Computers資訊概論

戶群⋯等，雖然無法列舉在資產負債表上，卻攸關到企業未來長期獲利、成功與否的

關鍵因素。

綜合上述定義，我們歸納出「資料」、「資料處理」、「資訊」、「知識」及「智慧」

五者之間的關係，如圖 10-2所示。

圖 10-2　智慧的演繹

10-2 資料庫、資料庫管理系統與資料庫系統

一、何謂資料庫

「資料庫」是指針對某特定需求而被收集在一起的相關資料。通常資料庫中的資料必

須經過細心的設計，按照資料模型及正規化步驟加以處理，讓儲存在資料庫中的資料

盡量避免重複性，並獲得較高的資料獨立性，以及可以透過各式各樣公用程式讓使用

者可以快速、有效及正確的獲得其所需要的資料。

我們可以利用資料表來儲存相關的資料，但是單單一張資料表所能記載的資料與所能

處理的事情是有限的，如果要能滿足各式各樣的功能需求，一般都需要透過好多張資

料表才能夠達成。以學校的資料庫為例，一個學校資料庫可能包含“數個相關”的資

料表，這些資料表可能分別存放學生的資料、課程的資料和成績等資料。因此，資料

庫是大量資料表的集合，並且以有組織的方式加以儲存，其概念如圖 10-3所示。

圖 10-3　資料庫的組成

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二、何謂資料庫管理系統

在電腦中負責管理資料庫的系統稱為「資料庫管理系統」（Database Management System，簡稱 DBMS）。「資料庫管理系統」是由一群程式所組成，使用者可以利用資料庫管理系統的程式來建立和維護資料庫。一般而言，資料庫管理系統能夠幫助

我們以科學的方式組織和儲存資料，其主要目的是提供使用者一個有效率和方便的工

作環境去存取資料。

使用者可以利用資料庫管理系統的程式，針對不同的需求去定義、操作、共享、建立

和維護不同的資料庫。其主要功能如下：

1 資料定義功能

資料庫管理系統提供資料定義語言（Data Definition Language，簡稱 DDL），DDL 讓使用者可以方便的對資料庫中的資料表進行定義，包括定義資料的資料型態、資料結構和資料與資料之前的各種限制。

2 資料操作功能

資料庫管理系統提供資料操作語言（Data Manipulation Language，簡稱DML），DML讓使用者可以方便的對資料中的資料表進行基本操作，這些包括新增（Add）、刪除（Delete）、修改（Update）和查詢（Query）等。

3 資料共享和安全性功能

資料庫管理系統提供資料控制語言（Data Control Language，簡稱 DCL），DCL 可以讓使用者確保資料的安全性和完整性，並提供多使用者同時進行資料存取的並行控制。

4 資料建立和維護功能

資料庫管理系統提供一些資料庫公用程式（Database Utilities），這些公用程式可以提供使用者初始資料的載入、轉換，資料庫的轉檔、備份（Backup），故障發生時的系統回復（Recovery），資料庫檔案的重整和效能監督（Performance Monitoring）等功能。

市面上常見的資料庫管理系統

1 Microsoft SQL Server：是微軟針對企業用戶市場的主力資料庫產品，此資料庫系統遵循 ANSI-SQL規範並擴充其資料庫語言功能。

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CHAPTER資料庫與資訊系統

10Introduction to Computers資訊概論

2 Access：微軟針對個人電腦用戶所提供的資料庫管理系統，屬於微軟 Office 家族成員，Access 資料庫提供圖形化使用者介面，並可透過各式精靈，在不需要撰寫任何程式下，便可以迅速建立應用程式。

3 Oracle：甲骨文公司成立於 1977 年，是資料庫市場上最先推出關聯式資料庫產品的公司，至今仍是一套市佔率相當高的商業資料庫商品，也是一套支援物件關

聯式資料庫系統，使用名為 PL/SQL資料庫語言。

4 DB2：為 IBM 公司的主力資料庫產品，是一套支援物件關聯式資料庫系統，也是使用 SQL語言。

5 Sybase：賽貝斯公司成立於 1984 年，並推出第一代關聯式資料庫 Sybase SQL Server 10，且在美國華爾街投資銀行市場上擁有非常高的佔有率。

6 Informix：英孚美公司是最早使用 Ingres 系統開發資料庫管理系統的廠商之一，現今很多廠商的關聯式資料庫管理系統都是源自美國加州大學柏克萊分校的

Ingres研究計畫。

7 MySQL：是一套通用公共授權（General Public License，簡稱 GNU）的免費軟體，由 MySQL AB 公司所開發的關聯式資料庫管理系統。

10-3 資料庫管理系統的演進與未來發展

自從 1946 年美國賓州大學設計發明了世界上第一部電腦後，從此改變了人類資料處理的能力，人類跳脫「人工作業」檔案管理資料的方式，演進為電腦化「檔案處理系

統」（File Processing System）來管理資料。

在 1981 年第一套以關聯式資料模型為主的商業化資料庫商品出現後，奠定「關聯式」資料庫管理系統在市場上的地位，「關聯式資料庫」一直是現代資料庫管理系統

的主流。之後在 1990 年代又有「物件導向式」和「物件關聯式」資料庫管理系統出現。至今，資料庫管理系統除提供資料儲存與資料管理之外，資料庫已經從「線上交

易處理」（On-Line Transaction Processing，簡稱 OLTP），演進成「線上分析處理」（On-Line Analytical Processing，簡稱 OLAP），進一步提供資料分析的工具，現代資料庫均提供「資料倉儲」（Data Warehousing）和「資料探勘」（Data Mining）等功能模組，幫助使用者作決策分析。圖 10-4所示為資料庫系統的演進。

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圖 10-4　資料庫的演進

隨著電腦在各領域的應用趨於普及和多元，應用在管理層面的規模也越來越大，產

生出來的資料量也越來越多，不同的系統可能經常需要使用到相同的資料集（Data Set），若以“檔案”管理資料集的方式，資料檔案中的內容只能以循序的方式存取，檔案處理系統已經不能滿足此階段對於資料管理的需求，因此以記錄集（Record Set）型式的資料庫管理系統就在此階段出現。其系統概念架構如圖 10-5所示。

圖 10-5　資料庫管理系統

以記錄集型式的資料庫管理系統按照所採用的資料模型分成三種：

1 階層式資料庫管理系統（Hierarchical DBMS，簡稱 HDBMS）

採用階層式資料模型來設計資料庫，以單筆記錄為處理單位，此資料模型是一個

以樹狀結構為基礎的階層式架構，每一個節點最多只有一個父節點。

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