電腦硬體概論 電腦分類 電腦速度 CPU相關技術 記憶體相關技術 輔助儲存設備相關技術 輸出、輸入設備相關技術 硬體發展趨勢

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1 電腦硬體概論 電腦分類 電腦速度 CPU相關技術 記憶體相關技術 輔助儲存設備相關技術 輸出、輸入設備相關技術 硬體發展趨勢
參考課本三、四、五章

2 電腦分類 超級電腦(supercomputer)、大型主機 (mainframe) 醫院主機、氣象用電腦、軍事用電腦
（迷你電腦）、工作站(workstation) IC設計、學校主機 個人電腦、筆記型電腦(notebook)、平板電腦 (Tablet PC) PDA（個人數位助理，Personal Digital Assistant)、PDA手機 （內嵌式電腦） 電視遊樂器、印表機、汽車、洗衣機、手機內也 常常有電腦

3 電腦速度（一） 「電腦速度」，真正的指標是電腦解決問題的時 間（有時難以量度），一般有以下的幾種參考指標：
CPU clock rate:目前最高大約是3-4G MIPS（million instructions per second) MFLOPS(每秒鐘百萬次浮點運算） 註：浮點運算：13.7 x 0.07 這類的運算 以上這些指標，過度重視CPU的表現，而忽略了 電腦整體的表現，其實IO以及記憶體速度也相 當影響電腦的速度。

4 電腦速度（二） 公認測試程式： SPEC (http://www.spec.org)，測運算速度
TPC ( 度 WinBench( 測PC速度 隨著電腦的硬體架構越來越複雜，電腦速度的問 題就越來越難以用單一指標來評定，常常必須視 電腦的用途來決定採用何種機器。 例如：Athlon和P4，Athlon整數運算比P4快，而浮 點運算比P4慢的狀況(大部分的辦公室工作用到的都是整 數運算）。

5 CPU相關技術（一） 匯流排寬度與處理器位元數（32、64位元) 指令Prefetch、內含Cache memory (隔壁書店的例子 ）
指令大多數是依序進行的 利用程式執行Locality (時間、空間)的特質來加 速 現在執行的指令與資料，等一下很可能會用到（時間） 目前執行的指令與資料附近的資料，等一下很可能會用到（ 空間） RISC：精簡指令集電腦，透過將指令種類減少，以 增快每一個指令的執行速度。 CISC：複雜指令集電腦，透過大量的指令種類，以 減少解決問題所需的指令數量。

6 CPU相關技術（二） Cache memory CPU RAM Cache memory RAM 硬碟 Cache或Prefetch的觀念
學校 教室 世界 書店 Cache memory CPU RAM Cache memory RAM 硬碟 Cache或Prefetch的觀念

7 CPU相關技術（三） 平行處理： Pipeline: 類似工廠輸送帶 Super Scalar:一次可以執行兩個以上的指令
SMP:一台機器有兩個以上相同的CPU SIMD:同一個指令下達給一群硬體一同工作 Vector machine：一個指令直接處理一組資 料 VLIW(EPIC):一次直接對很多不同的執行單元 下命令 亂序執行、分支預測 A=B+1 C=A x 3 D=B x 4 E=B-6 Super scalar: 3 out of order: 2

8 CPU相關技術（四） origin pipeline SIMD Super Scalar Vector machine

9 CPU相關技術（五） VLIW(EPIC) SMP

10 CPU相關技術（六） Hyper Threading:同時執行多執行緒的程式 （想成一個CPU晶片裡面有兩個以上的CPU）
Multi-Core：一個CPU晶片裡面真的有兩個以 上的CPU（每個Core裡面還可以是Hyper Threading）。 散熱問題：散熱片、散熱風扇、導熱管、水冷 Power問題：自動降速 SpeedStep技術、 Cool'n' Quiet技術

11 記憶體相關技術（一） RAM：隨機存取記憶體、可讀、可寫、記憶內容 關機就消失
DRAM：常常要充電、以免裡面的資料會漏電 遺失面積比較小、速度比較慢，一般用來做主 記憶體用。 所謂的DDR2-RAM、DDR-RAM、 SDRAM、FPRAM與EDORAM 只是在輸出 架構上略有差異。 SRAM：不必充電，不過比DRAM佔用較大空 間面積比較大、速度比較快，一般用來做 cache用。

12 記憶體相關技術（二） ROM：唯讀記憶體，記憶內容關機不消失 MaskROM：工廠做好，內容就固定
PROM：工廠做好之後，可以寫入一次（燒 斷保險絲） EPROM：寫入後可用紫外光抹除，再寫入 新內容 EEPROM：寫入後可用高壓電抹除再寫入 Flash memory（記憶卡）：結構跟 EEPROM差不多。

13 記憶體相關技術（三） Cache：把慢速、容量較大的記憶裝置中的資 料暫存在快速、容量較小的記憶裝置中（節省 成本），以提昇整體的速度。
Virtual memory、Swap：把硬碟當成主記 憶體的一部份來使原來無法執行的大程式可以 在較小的主記憶體中執行。

14 輔助儲存設備相關技術（一） 軟碟：5.25吋、3.5吋、ZIP，容量較低、較 慢、壽命短（磁頭直接接觸碟片）
硬碟：幾片塗著磁氧化物的鋁盤（未來會變成 玻璃盤），以讀寫頭來讀寫上面的資料。讀寫 頭是低空飛行在碟片上（可能發生墜毀）。 儲存資料的方法：sector、cylinder 溫徹斯特磁碟：透過密閉的方式來防止微塵 影響讀寫。 抽換式硬碟、硬碟抽換盒 RAID（磁碟陣列）：組合多個硬碟以達成 加速資料存取或維護資料安全的功能 課本第四章

15 輔助儲存設備相關技術（二） Sector cylinder track

16 輔助儲存設備相關技術（三） 硬碟規格：容量、轉速、平均搜尋時間、控制協 定（IDE、SCSI、SATA）。
IDE 硬碟價廉、消耗CPU運算能量，適合個人 電腦使用。Serial ATA 介面是主流 SCSI硬碟價昂，但適合多人多工環境使用。 光碟：CDROM、CD-RW、DVD、DVD-RW 、DVD+RW 磁帶：DAT、DLT Flash memory：隨身碟、記憶卡 記憶卡總類繁多，差異多半在輸出入電路，內 部構造差不多

17 輸出、輸入設備相關技術 輸入：鍵盤、滑鼠、軌跡球、觸摸式螢幕、數 位筆、手寫輸入、語音輸入 輸出： 螢幕：LCD、CRT技術
印表機：點矩陣列表機、噴墨列表機、雷射 列表機、熱轉印列表機 語音、音效輸出（FM合成、Wave Table） 繪圖機 參考網頁： 課本第五章

18 硬體發展趨勢 摩爾定律：每18到24個月晶片單位面積的電晶體 容量增加一倍。 IC製品會快速發展、功能增加（CPU、RAM）
普遍說起來硬體發展速度較軟體快 如果不使用太過繁重的應用（如3D的電動玩具） ，現在一般的PC已經能滿足大多數人的需要。 一般辦公室用途，大約10G之硬碟容量即足夠。 過去硬碟密度大約一年增加一倍，目前較緩。 筆記型電腦、PDA手機漸成主流。