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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 電腦硬體架構及 作原理 高一．資訊科技概論 Hardware [email protected], 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. 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 [email protected], 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, 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 [email protected], 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 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 [email protected], 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 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 [email protected], 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 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 [email protected], 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 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 [email protected], 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 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 [email protected], 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 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 [email protected], 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 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 [email protected], 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 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 [email protected], 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. 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 [email protected], 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 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 [email protected], 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≒ 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 [email protected], Chen Ching-Jung 14

主機正面 Hardware Course@2006, Chen Ching-Jung 15 主機正面 Hardware [email protected], 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 主機板 傳統式-插卡 現在式-All in One Hardware [email protected], Chen Ching-Jung 16

傳統式主機板-內部(插卡) 主機板 Hardware Course@2006, Chen Ching-Jung 17 傳統式主機板-內部(插卡) 主機板 Hardware [email protected], 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 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 [email protected], Chen Ching-Jung 18

傳統式主機板-背面 Hardware Course@2006, Chen Ching-Jung 19 傳統式主機板-背面 Hardware [email protected], 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 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 [email protected], 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-I ATX主機板規格 Hardware [email protected], Chen Ching-Jung 21

外埠組件連接方式-II PC 99規格 Hardware Course@2006, Chen Ching-Jung 22 外埠組件連接方式-II PC 99規格 Hardware [email protected], 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, 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 [email protected], 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 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 [email protected], 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 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 [email protected], 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 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 [email protected], 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 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 [email protected], 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, 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 [email protected], 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, 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 [email protected], Chen Ching-Jung 29

電腦發展史 Hardware Course@2006, Chen Ching-Jung 30 電腦發展史 Hardware [email protected], Chen Ching-Jung 30

電腦大事簡表 Hardware Course@2006, Chen Ching-Jung 31 電腦大事簡表 Hardware [email protected], 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 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 [email protected], Chen Ching-Jung 32