電腦硬體架構及 作原理 高一．資訊科技概論 Hardware Course@2006, Chen Ching. Jung 1
課程綱要 電腦 作原理 電腦運作原理簡圖 硬體與軟體 檔案架構與儲存單位 主機 週邊設備連接方式 匯流排之運作 電腦發展史 傳統式v. s. 現在式 正面v. s. 背面 主機板 Hardware Course@2006, Chen Ching-Jung 2
電腦 作原理 輸入 資料 (Data) 輸入設備 分析、運算、歸納、彙總、篩選… 輸出 電腦程式 資訊 (Information) 資料儲存及主機內部設備 Hardware Course@2006, Chen Ching-Jung 輸出設備 3
簡易運作關係圖 資料流向 控制信號 電腦 I/O CPU 輸入單元 算術邏輯 單元 記憶體 輸出單元 控制單元 使用者 Hardware Course@2006, Chen Ching-Jung 4
輸入單元(Input Unit, IU) 電腦接受資料輸入的管道。 輸入資料時，輸入單元會先將資料轉換 成電子訊號，再傳送至主記憶體內儲存。 例如：鍵盤、讀卡機、滑鼠、光筆、條 碼閱讀機、掃描器、數位相機…等。 Hardware Course@2006, Chen Ching-Jung 5
控制單元(Control Unit, CU) 控制、協調電腦各單元間相互運作。 電腦的所有作業程序、與其他單元之間 互動的協調 作、資料傳遞…等，皆須 透過此單元來控制、監督。 Hardware Course@2006, Chen Ching-Jung 6
算術邏輯單元(Arithmetic Logic Unit, ALU) 電腦執行算術運算、邏輯判斷的部門， 可說是電腦的核心。 資料由輸入單元送至記憶單元後，電腦 透過程式控制將資料讀入此單元進行運 算，最後再將運算結果送回記憶單元。 Hardware Course@2006, Chen Ching-Jung 7
記憶單元(Memory Unit, MU) 是電腦存放程式與資料的地方。 包含主記憶體、輔助記憶體。 主記憶體：用來儲存處理中的程式和資料。 Ex. ROM、RAM…等 輔助記憶體：用來儲存暫時不用的大量程式 和資料，當需要用到時才從輔助記憶體讀入 主記憶體中處理。 Ex. 磁碟、光碟…等 Hardware Course@2006, Chen Ching-Jung 8
輸出單元(Output Unit, OU) 電腦輸出資料的管道。 資料經過算術邏輯運算後，藉由輸出單 元將運算結果顯示或儲存起來。 例如：螢幕、印表機、硬碟機、軟碟機 …等。 Hardware Course@2006, Chen Ching-Jung 9
中央處理單元(Central Processing Unit, CPU) 控制單元、算術邏輯單元，合稱中央處 理單元。 Hardware Course@2006, Chen Ching-Jung 10
硬體v. s. 軟體關係圖 程式語言 程式設計師 作業系統 專 案 軟 體 硬體 使用者 套 裝 軟 體 使用者 Hardware Course@2006, Chen Ching-Jung 11
檔案架構【主檔名. 副檔名】 oxoxox. doc MS-Word文件 oxoxox. xls MS-Excel 作表 oxoxox. ppt MS-Power. Point簡報 oxoxox. swf Flash動畫執行 oxoxox. jpg oxoxox. gif 圖片 oxoxox. html 網頁 Hardware Course@2006, Chen Ching-Jung 12
儲存單位 以「記事本」軟體證明給你看 輸入「1」 存起來後… 用掉？個Byte 輸入「A」 存起來後… 用掉？個Byte 輸入「a」 存起來後… 用掉？個Byte 輸入全形的字「ＡＢＣａｂｃ中文字」，每個字各 佔幾個位元組？ 一張磁片的容量是 1. 44 MB，在理想狀態下可 以儲存幾個中文字呢？ 若ADSL速據機的傳輸速率為 8 M/640 K(bps)， 在理想狀態下，每秒鐘可以上傳幾個英文字母 ？ Hardware Course@2006, Chen Ching-Jung 13
電腦=數位系統： 0與1 8位元(bit)=1位元組(byte) 1 KB(Kilobyte)=1024 Bytes K=210=1024≒ 103 1 MB(Megabyte)=1024 KB M=220=210*210≒ 106 1 GB(Gigabyte)=1024 MB G=230=210*210≒ 109 1 TB(Terabyte)=1024 GB 1 PB(Petabyte)=1024 TB 1 EB(Exabyte)=1024 PB 1 ZB(Zettabyte)=1024 EB 1 YB(Yottabyte)=1024 ZB Hardware Course@2006, Chen Ching-Jung 14
主機正面 Hardware Course@2006, Chen Ching-Jung 15
主機板 傳統式-插卡 現在式-All in One Hardware Course@2006, Chen Ching-Jung 16
傳統式主機板-內部(插卡) 主機板 Hardware Course@2006, Chen Ching-Jung 17
現在式主機板-內部(All in One) 顯示卡晶片 內部主機板 晶片直接在主機板上 顯示卡 網路卡+USB插槽 音效卡 Hardware Course@2006, Chen Ching-Jung 18
傳統式主機板-背面 Hardware Course@2006, Chen Ching-Jung 19
現在式主機板-背面(All in One) 顯示卡 音效卡 網路卡 其他：鍵盤、滑鼠、 com 1、printer port Hardware Course@2006, Chen Ching-Jung 20
外埠組件連接方式-I ATX主機板規格 Hardware Course@2006, Chen Ching-Jung 21
外埠組件連接方式-II PC 99規格 Hardware Course@2006, Chen Ching-Jung 22
匯流排(Bus) 每個單元均需一組專屬電路，數量龐大。 減少連線數量，所有單元共用一組接線， 稱之為匯流排。 I/O單元 記憶體 CPU 匯流排 1. 位址(Address) 2. 資料(Data) 3. 控制(Control) Hardware Course@2006, Chen Ching-Jung 23
匯流排功能 位址(Address) 指出「記憶體」或「I/O」位置 資料(Data) 傳遞資料 控制(Control) 控制各單元使資料傳遞動作正確無誤 Hardware Course@2006, Chen Ching-Jung 24
中央處理器(CPU)結構 累加器 狀態 暫存器 ALU A B C … CPU 內部匯流排 體憶記 元單 I/O Temp 一般用途暫存器 PC MAR MDR IR 控制 電路 CPU內部 各個暫存器 外部匯流排 Hardware Course@2006, Chen Ching-Jung 25
CPU結構說明 內部Bus與外部Bus是相互獨立，可同時 進行 作。 暫存器(Register) 具記憶功能(類似記憶體) 存取資料速度比記憶體快 除ALU、控制電路以外均為暫存器 Hardware Course@2006, Chen Ching-Jung 26
暫存器功能-I 記憶體位址暫存器(Memory Address Register, MAR) 暫時儲存「記憶體」或「I/O」位址的地方。 CPU對外部單元提取指令或存取資料，須將MAR內 的位址信號送到外部匯流排，才知道存取對象的正 確位置。 記憶體資料暫存器(Memory Data Register, MDR) 經由外部匯流排輸出或輸入資料(指令)，必須先放 在MDR，相當於資料緩衝器。 Hardware Course@2006, Chen Ching-Jung 27
暫存器功能-II 程式計數器(Program Counter, PC) CPU要執行主記憶體中那一個指令須由PC來 決定。 指令暫存器(Instruction Register, IR) 從記憶體讀入的指令，須先送至IR，經過解 碼才能產生該指令要求的控制信號，控制各 個單元。 Hardware Course@2006, Chen Ching-Jung 28
暫存器功能-III 一般用途暫存器(General Purpose Register) 存放程式中暫時性的運算結果。 使用時須先將資料搬至Temp暫存器。 累加器(Accumulator) 作為ALU單元的暫存器。 速度比一般暫存器更快。 狀態暫存器(Status Register) 用來表示指令執行後的狀態。 Hardware Course@2006, Chen Ching-Jung 29
電腦發展史 Hardware Course@2006, Chen Ching-Jung 30
電腦大事簡表 Hardware Course@2006, Chen Ching-Jung 31
more Info… 虛擬電腦博物館．交大資 系 虛擬實境電腦組裝課程應用．國立台中教育大學 Study-Area Hardware Course@2006, Chen Ching-Jung 32
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