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第二章 電腦硬體 課前指引 電腦科技所帶給現代社會的影響與衝擊相當廣泛，一部完整的電腦包含了各式各樣的組件與周邊設備，如此才能夠用來執行現代人多元化的資訊需求與工作。簡單來說，電腦就是用來處理並將其轉換為有用資訊的一種電子裝置，不管是什麼類型的電腦，都將受到規劃過的程式指令所控制。
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章節大綱 2-1 電腦系統單元簡介 2-2 電腦的儲存裝置 2-3 輸入裝置簡介 2-4 輸出裝置 備註：可依進度點選小節
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2-1 電腦系統單元簡介
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主機板 運作原理是依據電腦元件中送出的電流、資料和指令來回應。即使此元件並沒有直接安裝在主機板上，這都可經由「匯流排」來溝通與聯繫。各位可將匯流排看做是日常生活中的大馬路，其主要作用便是負責主機板上晶片組與週邊之間的資料交換。 至於晶片組(chipset) 是主機板的核心架構，通常是矽半導體物質構成，上面有許多積體電路。決定了主機板的主要功能，可負責與控制主機板上的所有元件，包含北橋晶與南橋晶片。目前有Intel、nVIDIA、AMD 等廠牌。
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CPU(1) CPU的性能 CPU 的性能時常就是以每秒鐘百萬個指令（millions of instructions per second，MIPS）或MFLOPS ( 每秒內所執行百萬個浮點指令數) 所能處理的量去衡量。 CPU 的執行速度全繫於系統時鐘的速度，假如電腦的時脈速度（clock speed）是800MHz（Megahertz, 百萬赫茲），也就是每秒「滴答」（tick）800 百萬次，而「十億赫茲」（Gigahertz, GHz），就是每秒執行十億次。
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CPU(2) 字組長度 至於CPU 一次處理或搬動資料的長度，稱為一個字組(Word)，我們俗稱的CPU 位元數也就是字組長度，字組大小越大，電腦處理一組資料的速度就越快。而字組長度與暫存器大小息息相關。 例如常聽到的「64 位元處理器」或「64 位元電腦」，就是指擁有64 位元的暫存器。此外，如果CPU 的位址匯流排有n 條排線，則此CPU 的最大可定址空間到2n 個記憶體位址。
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CPU(3) CPU的發展現況 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。如果以生產廠商來區分的話，主要還是以美商英特爾（Intel）與超微半導體（AMD）為兩大龍頭。 Intel 的Pentium 較新的處理器用D 來代號，稱為Pentium D，是64 位元的雙核心處理器。Core2 Duo 是將Pentium D 的架構強化，採用最尖端的 Intel 雙核心和四核心運算技術，提供極佳的運算能力、系統效能和回應速度。
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CPU(4) 多核心架構 雙核心處理器的處理速度不見得能達到單核心處理器的雙倍，但幾乎可以接近。如果是以傳統的單一CPU 的處理器來說，如果要達到兩倍運算效能，非得增加耗電量與工作時脈，而且還要應付更嚴重的散熱問題，但雙核心處理器除了能節省能源之外，也會製造較少的熱量。 CPU 的發展現況正朝向多核心 PC 時代的方向發展，最近市面上陸續推出了英特爾與AMD 的4 核心CPU 主機板，也就是四核心架構，就是在目前中央處理器上封裝4 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。
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介面卡(1) 顯示卡 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，通常高階顯示卡，往往會搭配容量較大的記憶體。 顯示晶片是顯示卡的心臟，在電腦的資料處理過程中，CPU 將其運算處理後的顯示訊息透過匯流排傳輸到顯示卡的顯示晶片上，而顯示晶片再將這些資料運算處理後，經由顯示卡將資料傳送到顯示螢幕上。目前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。至於顯示卡記憶體容量越大，相對地執行效率也會越好。
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介面卡(2) 音效卡 是一種擴充卡，其能將類比式的聲音訊號從麥克風傳送至電腦並轉成數位訊號，使電腦能夠儲存並加以處理；相對的，也能將數位訊號轉回成類比訊號供傳統式喇叭播放。現今音效卡由於內建處理器強大，能做各種音效處理，最廣為人知的莫過於電腦合成音樂(Midi)。 網路卡 是負責將電腦連接到網路上，讓電腦能夠在網路上互相用來連接ADSL 數據機或區域網路，有線的網路卡會有一個RJ-45 的插孔，提供網路線連接連線設備。至於傳輸速率則有10Mbps(Mega Bits Per Second) 及100Mbps 兩種。
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記憶體(1) 隨機存取記憶體 RAM 的種類可分為「動態隨機存取記憶體」(DRAM) 與「靜態隨機存取記憶體」(SRAM)。一般說來，DRAM 的速度較慢，必須保持持續性的充電狀態，但價格低廉可廣泛使用。 至於SRAM 存取速度較快，但由於價格較昂貴，也不需要週期性充電來保存資料，一般被採用作為快取記憶體。
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記憶體(2) 唯讀記憶體 是一種只能讀取卻無法寫入資料的記憶體，而且所存放的資料也不會隨著電源關閉而消失。屬於韌體(Firmware) 的一種，如主機板的BIOS ROM。
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傳輸介面與連接埠(1) 續下頁
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傳輸介面與連接埠(2) 續下頁
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傳輸介面與連接埠(3)
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2-2 電腦的儲存裝置 軟碟機(1) 軟式磁碟機也就是一般常見的3.5 英吋磁碟片的讀寫裝置，早期的尺寸為5.25 吋（儲存量為1.2MB），現期為3.5 吋（儲存量為1.44MB）。 磁碟在儲存任何資訊前，首先必須被「格式化」(formatted)。格式化會建立一個磁區映圖，並以有條理的方式來提供資料的儲存和尋找，這個磁區映圖是由內嵌在磁碟表面上磁性薄膜的磁性標誌所組成，依這規則將磁碟表面區分成「磁區」(sector) 和同心圓的「磁軌」(track)。
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軟碟機(2) 通常每一張3.5 吋2HD 的1.44MB 軟碟片都有正、反兩個記錄面，每面上包含有80 條磁軌(0~79)，每條磁軌有18 個磁區，每個磁區有512 Bytes 的資料。如下圖所示：
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可攜式隨身碟 使用者只要將它插入電腦的USB 插座中，即可存取其中的資料內容，而且不需要將電腦重新開機或關機。
現在許多外接式儲存裝置可以接在USB 埠、Firewire、SCSI，甚至還可以直接安裝在並列埠或串列埠。
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硬碟機(1) 硬碟（Hard Disk）是目前電腦系統中主要的儲存裝置，包括一個或更多固定在中央軸心上的圓盤，像是一堆堅固的磁碟片。
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硬碟機(2) 「RPM」（Revolutions Per Minute）則是表示轉速的單位，表示「每分鐘多少轉」的意思。多數個人電腦中硬碟轉速為每分鐘3,600 轉、7,200 轉或10,000 轉，有些高性能硬碟每分鐘轉速可以高達15,000 轉（15,000 rpm），磁碟旋轉的速度是整個磁碟性能的要素。一般說來，硬碟傳輸介面可區分為IDE、SCSI 與SATA 三種。 規格的話 目前主流為IDE 跟SATA，其中SATA (Serial ATA ) 匯流排介面是計畫用來取代EIDE(enhanced IDE) 的新型規格，除了傳輸率的優勢外，又可支援熱拔插，十分適合做為外接式硬碟，並具備高速、低壓的省電規格。
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光碟機(1) 光碟機讀取光碟片資料的原理，主要就是利用光碟片上佈滿著「平面」（Land）與「凹洞」（Pit）。
這些凹凸不平的光碟表面經過光碟機的雷射光照射後，就會產生不同的反射結果。而這些不同的反射結果，就是0 與1 的二進位訊息也就是資料內容。
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光碟機(2) DVD 是以MPEG-2 的格式來儲存視訊。通常一片CD 光碟片最多只能儲存 640 MB 的資料，但是若以DVD 光碟片來儲存，其最大容量高達17GB，相當於26 張CD 光碟片的容量。 DVD-ROM 可讀取普通的CD 光碟，也能讀取DVD 光碟，讀取速度也快上很多，目前價格已十分便宜，成為電腦的基本配備。
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光碟燒錄機
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光碟片(1) 續下頁
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光碟片(2)
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2-3 輸入裝置簡介 鍵盤(1) 最基本的鍵盤模式有104 個按鍵，包含主要輸入鍵、數字符號鍵、功能鍵、方向鍵與特殊功能鍵。鍵盤類似打字機的鍵盤，按鍵的排列分式亦有一定規則可循，主要是方便使用者可以同時雙手操作：
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鍵盤(2) 鍵盤與電腦主機的連接方式，通常採用PS/2、USB 及無線傳輸等三種方式。鍵盤上的PS/2 接頭可直接插入於主機板上的PS/2 插座（通常標示為紫色）上，如此即完成連接。 而無線鍵盤則是利用紅外線或無線電波，將鍵盤上的訊號傳輸給接收器，而接收器則是連接於主機板的PS/2插座上。
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滑鼠(1) 功能在於產生一個螢幕上的指標，並能讓您快速的在螢幕上任何地方定位游標，而不用使用游標移動鍵，您只要將指標移動至螢幕上所想要的位置，並按下滑鼠按鍵，游標就會在那個位置，這稱之為定位（pointing）。 滑鼠如果依照工作原理來區分，可分為機械滑鼠、光學機械滑鼠、光學滑鼠、雷射滑鼠四種。
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滑鼠(2) 機械式滑鼠 底部會有一顆圓球與控制垂直、水平移動的滾軸。靠著滑鼠移動帶動圓球滾動，由於圓球抵住兩個滾軸的關係，也同時捲動了滾軸，電腦便以滾軸滾動的狀況，精密計算出游標該移動多少距離。 光學式滑鼠 則完全捨棄了圓球的設計，而以兩個LED（發光二極體）來取代。當使用時，這種非機器式的滑鼠從下面發出一束光線，內部的光線感測器會根據特殊滑鼠墊所反射的光，來精密計算滑鼠的方位距離，靈敏度相當高。
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滑鼠(3) 另外如果以滑鼠接頭區分，可以分為序列埠（早期）、PS/2 與USB 三種。不過隨著使用者的要求提高，目前市面上也推出了滾輪滑鼠、光學滑鼠、無線滑鼠、軌跡球、軌跡板等功能與造型特殊的變形滑鼠設備。 其中無線滑鼠是使用紅外線、無線電或藍牙（Bluetooth）取代滑鼠的接頭與滑鼠本身之間的接線，不過由於必須加裝一顆小電池，所以重量略重。
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滑鼠(4) 軌跡球看起來有點像顛倒的滑鼠的指向裝置。只將姆指放在曝露球體之上，其它手指則放在按鈕上，想在螢幕上到處移動指標，就請用姆指滾動該球體，部份使用者較喜歡軌跡球大於滑鼠。 軌跡球受到歡迎主要是膝上型電腦的到來，它最普遍地使用在膝上或工作區沒有足夠放滑鼠的表面。
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掃描器 掃描器是以DPI(Dot Per Inch) 作為解析度的單位，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，有300 DPI、400 DPI、600 DPI 或1200 DPI 等多種規格。除了對解析度的要求外，對於每一個「點」（Dot）的分色能力也很重要。分色能力愈強，相對著能辨識更多的顏色。 目前常見的掃描器型式大都以平台式為主，少部分為掌上型或饋紙式的機種。另外市面上還流行一種「多功能事務機」，整合了掃描、列印、傳真及影印等功能，相當適合於小型辦公室中使用。
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數位相機(1) 主要以CCD 感光元件來進行拍攝，CCD 的判斷原理是以圖形中心相鄰的亮度區域為基準，沿著分界線，相鄰像素之間會有低反差情形。因此「像素」（Pixel）的多寡，便直接影響相片輸出的解析度與畫質。 例如我們常聽見的「300 萬像素」、「400 萬像素」、「500 萬像素」、「600 萬像素」、「800 萬像素」、「1000 像素」等，就是指相機的總像素。
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數位相機(2) 數位相機所拍攝的影像主要是儲存在記憶卡中，使用的記憶卡採用Flash ROM，可以重覆使用，至於數位相機中記憶卡的相片常都是透過USB 連接方式傳送進電腦來進行儲存。 由於數位相機是利用高容量攜帶型快閃記憶體所做成的記憶卡來儲存所拍攝影像，這種高容量攜帶型快閃記憶體主要用於迷你型數位系統，例如數位相機及數位隨身聽。
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搖桿 主要目的是用於電玩遊戲上，因為電動玩具注重操控性，特別是動作類的遊戲著重方向感，搖桿可以彌補鍵盤的不足，讓使用者有人機一體的感受，並能減少鍵盤的損壞率。 搖桿的設計原理，是以搖桿中心為原點，當玩家推動搖桿時，搖桿驅動程式便會將水平與垂直的變化量轉換成座標回傳。可分為類比與數位二種。另外隨著時代的進步，搖桿已經可以支援更多按鈕，精確度也提高，有些較高級的搖桿還可以支援不同方向軸的旋轉。
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麥克風 麥克風連接電腦後能將聲音轉換成數位訊號，現今努力的目標在於人類語言的辨識上，據大多數專家估計，麥克風是最有可能成為下一代電腦的主要輸入工具。 另外利用人工智慧的學習功能，電腦經由語音辨識系統軟體辨別麥克風所輸入的聲音，轉換成電腦所了解的二進位碼，可以降低鍵盤的使用率，目前已發展出連續語音辨識技術。
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視訊攝影機 是一種新興的輸入設備，搭配視訊軟體，近年來因為網路寬頻的發展帶動了網路視訊的風潮，只要在而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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視訊來源設備 在早期視訊資料是透過攝影機將鏡頭所拍攝的畫面儲存到膠卷(Film) 中，經過相關的播放裝置才能將內容放映出來。例如市場上用來提供視訊影像的設備有攝影機、傳統錄放影機、VCD 播放機、DVD 播放機等。 通常我們能夠輕易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。例如透過S 端子或AV 端子輸入到電腦中，並轉換成數位檔案。不過因為VCD 與DVD 光碟片中的視訊檔案本身即為數位型態，因此能夠利用轉換軟體，直接將它們轉換成想要的檔案型態。
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2-4 輸出裝置 螢幕(1) 映像管螢幕(Cathode Ray Tube, CRT)
工作原理與一般電視機相同，是利用電子光束打在塗滿「磷化物」的弧形玻璃上，後端則是使用陰極線圈放出的負電壓，以驅動電子槍將電子放射在弧形玻璃上會發亮顯示色彩。 集合所有發光點就會在螢幕上顯示影像，映像管螢幕所佔用的空間較大且重量較重，並容易對人體有幅射影響。
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螢幕(2) 液晶顯示器(Liquid Crystal Display，簡稱LCD)
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液晶螢幕依用途分類，常見的有觸控液晶螢幕、HDMI 液晶螢幕、HDCP 高清晰螢幕等。觸控液晶螢幕不必透過滑鼠或鍵盤，就可以直接和電腦溝通。而HDMI (High Definition MultimediaInterface) 液晶螢幕是一種全數位化影像和聲音傳送介面。高頻寬數位內容保護(High-Bandwidth Digital Content Protection, HDCP) 則可以防止未加密的高清晰度影音內容被傳送出去。 高價位的電漿螢幕(Plasama Display Pane)，不同於其他映像管電視或液晶螢幕，而如同家中日光燈管的照明原理。
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喇叭 主要功能是將電腦系統處理後的聲音訊號，再透過音效卡的轉換後將聲音輸出，這也是多媒體電腦中不可或缺的週邊設備。
早期的喇叭僅止於玩遊戲或聽音樂CD 時使用，不過現在通常搭配高品質的音效卡，不僅將聲音訊號進行多重的輸出，而且音質也更好，種類有普通喇叭、可調式喇叭與環繞喇叭。 輸出的功率（即瓦數）愈高，喇叭的承受張力也就愈大。不過一般消費者看到都是廠商刻意標示的P.M.P.O 值，這是指喇叭的「瞬間最大輸出功率」。
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印表機(1) 點矩陣印表機 點矩陣印表機透過一種列印頭（print head）的機械裝置來建立影像，當從電腦接受指示，印表機能將這些針的任何一根以任何的組合方式往外推，藉由將這些不同組合的針往外推，列印頭便能建立文字或圖案。 雖然點矩陣印表機在家庭中並不普遍使用，仍廣泛使用在商業用途，例如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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印表機(2) 噴墨印表機 藉由精細的噴嘴直接噴灑墨水在紙上來建立圖像，彩色噴墨印表機有四個墨水噴嘴：青（藍）、洋紅（紅）、黃和黑，有時也被稱為CMYK 印表機。 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。許多噴墨印表機可以提供相片品質的影像，因此常被用來列印數位相機所拍攝的照片。
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印表機(3) 雷射印表機 工作原理是利用雷射光射在感光滾筒上，並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，並黏在圓筒上被雷射充電的位置。然後用壓力與熱，色粉從圓筒轉移掉落在紙上，目前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。最常見的雷射印表機其解析度在水平及垂直方向都是300 或600dpi，一些高檔的型別還可以找到1200 或1800dpi。 有的商用雷射印表機列印速度每分鐘可高達43 頁，適合大量列印。
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