本主题重点在於使学生认识各种电脑硬体设备,并了解硬体设备的运作_...

1 壹壹、課程明、課程明 單元名稱 電腦硬體 單元摘要 本主題重點在於使學生認各種電腦硬體設備，並解硬體設備的運作 原及溝通方式。 設計者 啟 教師（國台灣師範大學附屬高級中學） 學習目標 使學生認電腦硬體 建學生對電腦硬體的正確觀 激發學生對電腦硬體技術的興趣 課綱範圍 1.電腦硬體概 1-1電腦基本組成 1-2電腦設備使用 2.電腦硬體基本單元 2-1處單元 2-1-1 處單元功能及結構 2-1-2 處單元效能 2-1-3 指運作週期 2-2記憶單元 2-2-1 記憶單元功能 2-2-2 常儲存裝置 2-2-3 記憶單元儲存原 2-3輸入、輸出單元 2-3-1 常輸入、輸出裝置 2-3-2 輸入、輸出單元工作原 2-4基本單元間關係 2 2-4-1 內部結方式 2-4-2 外部結方式 教學節 6節 先備知 無 教學活動 講述、實際進電腦硬體組裝 評方法 組裝實作、紙筆測驗 考資源 計算機概，Timothy J. OLeary 著。 最新計算機概，陳惠貞、陳玄 著。 資訊科技概，啟、黃慧容 著。 現代計算機概，徐偉智、馬維銘、鄭莞鳳 著。 3 貳貳、教學活動計畫 、教學活動計畫 教學活動 教學活動 時 間 時 間 明明 第1節 1.明電 腦基本組 成。 50分 電腦內部的組成主要包含幾個部分：處單元、記憶單元、輸入單元 、輸出單元。這些單元相互運作傳遞資訊，讓電腦發揮功效。每個單 元介紹如下： 處單元 一般稱為中央處器（CPU, central processing unit）。用控制單元（Control Unit, CU）解指，指揮各個單元的運作，是電腦中樞。如果接收到的資 訊需要運算或輯判斷，則交給算術與輯單元（Arithmetic/Logic Unit, ALU）。運算過程需要暫時存放指的地方，稱為暫存器（Register ）。 記憶單元（Memory Unit, MU） 記憶單元就是存放資的地方。分成：一種是主記憶體（Main Memory），存放正在處的程式和資，如：RAM。另一種是 輔助記憶體（Auxiliary Memory），用存放所有程式和資，如硬碟、光碟等。 輸入單元（Input Unit, IU） 輸入單元是將訊息或資輸入電腦的管道，常的設備有：鍵盤、 鼠、卡機、掃瞄器、手寫板、觸控式螢幕、位相機等。這些 設備將聲音、文字、條碼、影像等資轉成電腦看得懂的位訊號後 ，交給電腦內部處。 輸出單元（Output Unit, OU） 資經過電腦運算處後，轉換成使用者看得懂得文字、圖像、音訊 、視訊，顯示出。常的輸出單元有：螢幕、印表機、叭、繪圖 機、智慧型終端機（如ATM提款機、收銀機）等。 電腦內部各元件以及週邊設備大部分以主機板（Motherboard）互相 結以交換訊息。主機板的規格影響工作效能及日後擴充及升級。市 售的主機板有同規格，搭配同CPU及晶片組，但大致結構會相 差太遠。 一般家庭、辦公室使用的電腦多半是桌上型電腦或筆記型電腦，基本 的組成包含主機板、電源供應器、記憶體、 CPU 、顯示卡、音效卡、主機板、光碟機、軟碟機、硬碟機等。 4 接下將以圖片介紹實際的設備吧！ DVD或VCD光碟機 網卡 CPU和散熱風扇 記憶體 硬碟 IDE硬碟與排線、電源線 顯示卡 電源供應器 5 第2節 1.課堂組 裝實作 習。 50 分 課堂挑戰電腦組裝DIY 現在電腦3C賣場除提供品牌電腦外，也提供客製化的電腦組裝，使 用者可以依照使用上的需求決定規格。同規格的設備接腳、安裝法 有些同，但大同小，知道主機面有哪些設備，未硬體問題的 解決、升級能自己囉！目前主已經將許多功能內建在主機板上 ，如：網卡、音效卡、顯示卡，卻許多組裝上的麻煩。如果 需要好的運算效能，可以單獨購買高階的擴充卡，安裝在主機板 上。這以目前常主機板，示範如何組裝一台電腦。因為每種廠牌 安裝方式有些差，建議一定要考各廠牌的主機板安裝明書。 CPU安裝： 先將主機板上CPU插槽的板手起。 1. CPU有一個角和另外三個同，放對方向才可以剛好符合主機 板上的CPU插槽規格。可以另外購買散熱膏塗在CPU上，幫助CPU 運作時溫。 2. 將板手壓下。 3. 最後安裝CPU風扇，風扇上的電源線插在主機板上。（主機板會 有FAN字樣，有些風扇電源接在電腦電源供應器上。） 記憶體安裝： 將記憶體以垂直主機板的方向往下壓。記憶體插槽有突起部分， 剛好接合記憶卡上凹進去的部分，如果安裝反就沒辦法卡在插槽上 ，這是所謂的防呆設計。如果方向正確，記憶體邊白色卡筍會 自動夾緊。注意要優先插在第一個插槽。 介面卡安裝： 現在很多主機板內建顯示卡、音效卡、網卡。如果需要增加效能 ，可高效能的獨顯示卡或光纖網卡等。 介面卡包含：PCI、PCI Express x1、PCI Express x16。安裝方式可以舉一反三。只要將卡插上插槽後，鎖上與機殼之 間的絲即可。 第3節 1.明電 腦維護與 清潔方式 。 20 分 電腦硬體需要清潔維護的部分，包含：螢幕、鍵盤、鼠、主機板、 機殼等等。如果平時使用，最好以防塵套蓋上，每隔一段時間以乾 布擦拭外，每個部分的清潔保養方式還有哪些需要注意呢？電腦維護 與清潔之重點如下： 6 1. 清潔前先將主機和螢幕的電源拔除，以免觸電。尤其有濕氣時， 開機會導致電子件的損壞。如有未乾的電子件，需等自然風 乾後再開啟電源。 2. 螢幕：用螢幕專用的清潔布擦拭。如果螢幕四周外殼部分有髒污 ，除用乾的抹布外，還可以用稀釋過的酒擦拭，清潔過程中 ，千萬小心能將酒滴到螢幕中間。因為，現在一些較高級的 顯示器，會在螢幕上面塗有特殊的塗層，讓他具有好的顯示效 果，一旦酒沾到螢幕，可能溶解這層塗而影響其顯示效果。 3. 鍵盤：先將鍵盤翻轉輕輕拍打，以灰塵和碎屑能自動下。再 用小毛刷將灰塵及碎屑清除乾淨，或者以小吸塵器吸附鍵盤縫隙 間的積塵。 電腦清潔空氣罐 鍵盤縫隙刷子 4. 鼠：用沾酒的濕布擦拭鼠。非光學式鼠內有軌跡球 ，可以拆開用乾布擦拭球體及球之周圍部分。 5. 主機板：一般人會常打開機殼，但使用一段時間仍然會積灰 塵。主機內部塵埃太多會阻礙電，造成能開機、開機後發出 嗶嗶聲、主機過熱當機等問題。清潔方式是將機殼拆開後，用刷 子先清除主機板上、電腦風扇、CPU風扇上的灰塵，再用電子 件專用強空氣罐吹掉剩下的微小塵埃。 資訊新知： 美國線上英國分公司（AOL UK）曾經作過一項調查：電腦鍵盤以每個月2公克的速積污垢。 加上手汗長積的結果，白色的鍵盤已經轉為骯髒的灰色。假設全 球約有6億個鍵盤，每污垢的總約3750萬磅重。 7 2.明資 訊設備的 廢棄處 方法。 30 分 一般人大約三五會覺得硬體敷使用。有些需要執高速運算能 的主機，可能一二就需將電腦汰舊換新。其實我們淘汰的電腦 ，很多設備仍然堪用，建議您可以把電腦捐出。 在台灣，環保署基管會已積極輔導國內業者成廢棄資訊物品的資源 回收處廠，並建完善之回收處體系，我們可以透過下個管 道捐贈廢棄電腦： 環保署資源回收基管會：.tw 色奇蹟3C回收資源網：http:/www.3c- .tw 捐贈出的電腦將透過專業的整廠，把還能使用的件組裝成一台 電腦，並且搭配合法授權的軟體。捐贈對象有偏遠地區學童以及弱勢 團體。如果電腦已經堪使用，資訊件直接丟棄但造成環境污染 ，也費地球資源。目前向基管會登記的電腦逆向回收單位少， 可以向其查詢如何就近做資源回收，其免費專線電話是：080- 085717。環保署廢特定物品回收清除處辦法中規定，消費者所 購買新電腦中已經包含回收的成本，因此汰換舊電腦給配合環保署的 回收中心，可以獲得回收。如果直接送到資源回收場，則以秤重的 價格計價，回收的錢可能比較少喔。 第4節 1.明處 單元功 能及結構 。 25 分 CPU的功能： CPU(Central processing unit)稱之為中央處器。他的重要性就如人的大腦一樣，負責資 的運算以及輯判斷。除運算之外，CPU還需要指揮、協調其他元件 執工作。因此CPU也是電腦運作速的主要因素之一。 知名生產CPU的公司有Intel、AMD、Sun、VIA、IBM、Compaq等。目前 所有的個人電腦，幾乎採用x86系的CPU，最常的是Intel與AMD 系。Sun、IBM等公司，則生產高階伺服器使用的CPU。其他我們生活 中使用的電子產品，如PDA、動電話、網裝置等，也需要使用CP U，這些設備使用的就屬於非x86的CPU。目前熱門的遊戲機Sony公司 的PlayStation 3就是使用IBM公司開發出的Cell處器，掌上型遊戲機Sony PSP是採用MIPS公司開發的CPU。另外現在很多人使用的iPod，則是使 用ARM處器。PDA市場常的處器是Intel公司設計出的PXA系 。 CPU的構造包含控制單元（CU）、算術輯單元（ALU）、暫存器（Reg ister）。以下分別介紹他們的功能與如何運作。 8 控制單元（CU, Control Unit） 控制單元是負責控制資和指的元件。當使用者輸入指，如： 鍵盤或鼠，控制單元就將指傳送給CPU內部的算術輯單元、暫存 器，等處完成後，再將指或資傳送到輸出的設備，如螢幕、 印表機。 算術輯單元（ALU, Arithmetic/Logic Unit） 算術輯單元就是在做運算與判斷，如：加、減、乘、除的學運 算，以及AND、OR、NOT、XOR等輯運算。此外，這個單元還包含搬移 資的指，如：LOAD、STORE等，以及控制這些指執的命， 如：JUMP、BRANCH等指。 暫存器（Register） 暫存器是暫時存放資的記憶體，和主記憶體同，暫存器是CPU的一 部份，用存放剛運算完畢的資，或正在運算中的資。CPU的元件 中，控制單元（CU）會先取指並瞭解指，再將資放進暫存器 中。接著，通知算術運算單元針對暫存器中的資作運算，再將運算 完畢的資放回暫存器中。這些資再回存到主記憶體或硬碟中，中 間透過匯排（BUS）傳遞資。 CPU的暫存器有好幾個，讓CPU能快速存取指和資，但因為成本 高，所以容很小，只有幾個BYTES大小。我們常的32位元、64位 元CPU，就是和暫存器大小有關。暫存器越大，一次能處的資就 越多，CPU的工作效也比較好。 第5節 1.明處 單元效 能。 25分 我們在選購CPU時，除注意品牌、運算速，其實還有許多規格會影 響CPU效能。以下介紹幾個主要的影響的因素，包含：快取記憶體大小 、位元大小、工作時脈速、核心目、指集的種。 快取記憶體（Cache Memory） CPU內部暫存器上的資和指需要和主記憶體做交換，但是暫存器和 主記憶體的速差很多（主記憶體速大約400MHz，CPU的工作頻至 9 少是好幾GHz以上），會造成CPU一直在等待主記憶體傳送和接收資 ，費CPU的資源。因此架構上設計中間緩衝的元件叫快取記憶體， 速介於暫存器和主記憶體，存放最近存取過或常用的資。 CPU在尋找資時會優先到快取記憶體取，如果找到則無須再到主記 憶體中尋找，這樣資傳送的時間就大幅縮減，這就是快取記憶體 能提高CPU效能的原因。此外，快取命中（cache hit）越高，失誤（cache miss）越低，系統效能越好。 快取記憶體又分二至三種層次： L1快取（level 1 cache）：存取速最快，但容最小，大約只有8128K。 L2快取（level 2 cache）：存取速比L1慢一點，容大一點，大約256K8M。L1、L2 內建在CPU面。 L3快取（level 3 cache）：有些高階CPU還有L3快取，速慢，容可以大。 工作時脈 一般描述CPU的速，最常以工作時脈表示。如現在常到的CPU ，IntelPentium IV 3.2G，Pentium IV表示CPU的名稱，3.2G表示他的工作時脈是3.2GHz（GHz是每秒十億 次）。當然工作時脈越快，處效能越好。而另一個也很常的AMD的 CPUAthlon64 X2 6400+，Athlon是CPU名稱，64表示64位元，X2表示雙核心， 6400+表示其速可以比擬Pentiem IV 6.4G，但實際工作時脈是3.2G。 位元 32位元還是64位元？ 我們稱CPU一次指週期可以處的資為字組（WORD）。如果CPU 一次能處64Bits大小的字組（WORD），表示這是一個64位元CPU。64 位元一定比32位元CPU速快。過需要程式或作業系統，要設計為支 10 援這個位元，才能發揮效果。如果程式當初設計為32位元的程式， 那64位元CPU一次處64個位元，其中32位元是費掉。反之，32位 元CPU是無法處64位元的程式。目前Windows XP在Professional版本以上，以及最新版Vista支援64位元CPU，但 是大部分應用軟體目前還是以32位元為主。 2.明記 憶單元功 能。 25分 記憶體可以是電腦系統中的倉庫，處前的程式資，必須先載入( Load)到記憶體上才能給CPU取，處後的資訊結果也必須先存入記 憶體，才能輸出到顯示器、印表機或其他輔助儲存體；包括所有系統 的作業系統、驅動程式、應用程式等等，尤其對Windows或比較大型的 程式，對記憶體的要求多，其大小通常為512MB或1GB。 記憶體的分 一般在電腦規格書中所稱的記憶體，通常是指主記憶體(main memory)中的DRAM；事實上，依學，記憶體應該分為主記憶體和 輔助記憶體。 主記憶體 主記憶體通常被製作成晶片模組，直接裝置在主機板上，以電方式 傳送資，需透過機械裝置，因此其速遠快於輔助記憶體，但受 限於空間位置，主記憶體的容卻遠低於輔助記憶體；主記憶體依照 其特性可分為ROM和RAM。 輔助記憶體 前述的主記憶體RAM雖然速很快，但是記憶容受限制、關機後資 又會消失；因此，發展出各式各樣的輔助記憶體(auxiliary memory)，如：磁帶、軟碟、硬碟、光碟、Flash ROM記憶卡等。 第6節 1.明硬 碟儲存原 。 10分 硬碟儲存原 硬碟磁盤中，有關磁區、磁軌、磁叢及磁柱等名詞，明如下： (1)磁軌(track)：磁碟進格式化以後，磁碟機會在磁碟上下面 11 2.明常 輸入、 輸出裝置 。 15分 劃出同心圓的軌道，其軌道依據磁盤的形式而定；磁軌的軌道編號 從最外圈開始往內編。(2)磁區(sector)：每一磁軌再區分成很多的區 段，每一個區段的容均為512bytes（等於0.5KB），磁區是電腦存取 資的基本單位。(3)磁叢(cluster)：個續的磁區組成一個磁叢 ，磁叢的大小與磁盤型式有關。(4)磁柱(cylinder)：硬碟中同磁盤 ，但相同磁軌編號的圓柱體稱為磁柱；為減少寫頭移動的時間， 同一筆資會放置在同一磁柱的同磁面的磁軌上，因此有磁柱的名 稱。 常輸入裝置： 手寫版 有線及無線鼠 鍵盤 位相機 常輸出裝置： 12 電腦螢幕 耳機 印表機 投影機 3.明輸 入、輸出 單元工作 原。 15分 電腦周邊的輸入