电脑硬件
基础电脑硬件由中央处理器、主记忆体、辅助储存器和输入输出设备组成：处理器负责运算和控制，主记忆体暂存执行中的程式，储存设备长期保存数据。认识各部件的分工与快慢差异，才能判断电脑性能的瓶颈。
- 处理器内含算术及逻辑运算部件、控制单元、暂存器，反复执行提取－译码－执行周期
- 随机存取记忆体断电即失，唯读记忆体保留开机固件
- 硬碟容量大价格低但慢；固态硬碟以快闪记忆体储存，快而抗震
文体小知识：科技知识说明文——介绍中央处理器、主记忆体、辅助储存器和输入输出设备的分工，说明数据流向与性能瓶颈。
§课文原文 Passage
1中央处理器是电脑的运算核心，内含算术及逻辑运算部件，负责加减乘除和比较判断；控制单元指挥各部件协调工作；暂存器是处理器内部的快速储存位置，暂存正在处理的指令和数据。处理器反复执行提取－译码－执行周期：由主记忆体提取指令、翻译指令内容、执行指令，循环不息，速度以时脉量度。
2主记忆体分两类：随机存取记忆体可读可写，断电后资料即告消失，程式执行时必须先载入其中；唯读记忆体出厂时已写入开机固件，断电后资料仍然保留，负责启动工作。两者之间还有快取记忆体，容量小但速度极快，存放常用数据以减少处理器等待。记忆体容量不足时，整体性能会明显下降。
3辅助储存器负责长期保存作业系统、程式和档案。硬碟以磁碟和机械臂读写，容量大、每单位容量价格低，但机械动作令速度受限；固态硬碟以快闪记忆体储存，没有机械部件，读写速度快、抗震耐用，但每单位容量较贵。辅助储存器断电后数据保留，容量通常远大于主记忆体，是档案的家。
4输入设备把数据送入电脑，例如键盘、滑鼠、扫描器；输出设备把处理结果呈现出来，例如显示器、打印机、扬声器；各部件以汇流排连接传送数据。整条数据流是：输入设备送入数据，处理器配合主记忆体运算，结果可暂存记忆体、写入辅助储存器或经输出设备呈现，五个部门各司其职。
1重点摘要 Summary
电脑硬件由中央处理器、主记忆体、辅助储存器和输入输出设备组成：处理器负责运算和控制，主记忆体暂存执行中的程式，储存设备长期保存数据。认识各部件的分工与快慢差异，才能判断电脑性能的瓶颈。
2生字卡 Vocabulary
电脑系统的实体部件，例如处理器、记忆体和储存设备。
执行指令的运算与控制核心，内含算术及逻辑运算部件和控制单元。
处理器内负责算术运算和逻辑比较的部件。
处理器内部暂存指令和数据的高速储存位置。
可读可写的主记忆体，程式执行前必须载入其中，断电后资料消失。
出厂时写入开机固件、断电后资料保留的记忆体。
处理器反复提取指令、译码、执行的工作循环。
位于处理器与主记忆体之间、容量小而速度极快的记忆体，存放常用数据。
硬碟、固态硬碟等断电后仍保留数据的长期储存设备。
固态硬碟和 USB 储存器所用的非挥发性记忆体。
3逐步讲解 Steps
- 第一步：硬件五大分工一台电脑可拆成五个功能部门：输入设备接收数据，处理器运算控制，主记忆体暂存程式和数据，辅助储存器长期保存，输出设备呈现结果，各部件以汇流排连接。举个例子：按键盘输入一句文字，处理器即时运算，字元显示在屏幕上，储存时写入硬碟，五个部门各司其职，缺一不可；辨别部件属于哪个部门，是硬件题的第一步。
- 第二步：处理器的内部处理器内部，算术及逻辑运算部件负责计算和比较，控制单元解读指令并指挥各部件，暂存器以最快速度暂存当前指令和数据，快取记忆体存放常用数据以减少等待。举个例子：计算 25 × 4 时，指令和数值先进入暂存器，运算部件得出 100，结果再送回暂存器，全程在处理器内完成；暂存器数目不多但速度最快，快取则在容量与速度之间取舍。
- 第三步：提取－译码－执行周期处理器的工作是无限循环三步：由主记忆体提取下一条指令，由控制单元翻译指令要做什么，再交部件执行，然后提取下一条。举个例子：播放音乐时，处理器每秒执行以亿计的指令，嗓音音数据运算后送往扬声器；时脉越高，每秒完成的周期越多，处理速度一般越快；周期循环不息，处理器开机后便无间断地工作。
- 第四步：两种主记忆体随机存取记忆体可读可写，是程式执行的舞台，但断电即失；唯读记忆体出厂时写入开机固件，断电不失，负责启动。举个例子：文件未储存时突然停电，内容随随机存取记忆体消失；再开机时，唯读记忆体中的固件先运行，电脑才能启动。所以重要档案要养成即时储存的习惯；两种记忆体分工明确，答题宜并列比较。
- 第五步：辅助储存器比较硬碟用磁碟和机械臂读写，容量大、价格低，但机械动作慢且怕震荡；固态硬碟以快闪记忆体储存，无机械部件，开机和载入程式快数倍，抗震耐用，单位容量较贵。举个例子：同一台电脑把硬碟换成固态硬碟，开机时间由一分多钟缩短到十几秒，是性价比最高的升级之一；选购时按容量需求和预算在两者之间取舍。
- 第六步：输入输出设备输入设备把现实世界的资料转成数码讯号，例如键盘、滑鼠、扫描器、麦克风；输出设备把运算结果转回人可感知的形式，例如显示器、打印机、扬声器。举个例子：视像会议时，镜头和麦克风是输入，屏幕和扬声器是输出，数据在两类设备之间经处理器和汇流排往返流动；判断的准则是数据流向，入电脑属输入，出电脑属输出。
- 第七步：性能瓶颈整体速度由最慢的关键部件决定，这就是瓶颈。处理器弱，运算卡顿；记忆体不足，系统被迫以辅助储存器顶替，全面变慢；只用硬碟，载入档案慢。举个例子：剪片电脑若记忆体充足但只用硬碟，汇出影片时硬碟读写满载，其余部件空等，先升级固态硬碟才最能提速；找出瓶颈再对准升级，预算才花得最有价值。
4图解 Diagrams
5例题示范 Example
某学生有预算六千元组装电脑，主要用途是文书处理和网上学习，偶尔剪辑短片。两个报价：方案甲配较快处理器、8 GB 记忆体、1 TB 硬碟；方案乙配较慢处理器、16 GB 记忆体、256 GB 固态硬碟。试分析两方案并建议取舍。
- 方案甲分析：处理器较快有利短片汇出的运算，但 8 GB 记忆体同时开浏览器、文书软件和剪片软件已接近上限；1 TB 硬碟容量大但速度慢，载入素材费时。
- 方案乙分析：16 GB 记忆体足以同时运行多个软件，固态硬碟令开机和载入素材明显加快；处理器较慢，汇出短片时间较长，但偶尔剪辑可以接受。
- 瓶颈判断：方案甲的瓶颈在记忆体和硬碟，日常操作每一步都慢；方案乙的瓶颈只在偶发的汇出运算，日常使用体验流畅得多。
- 建议：以日常使用为本选方案乙；日后预算充裕时再升级处理器，并以外置硬碟补充储存容量。
- 答案：方案甲处理器快，但 8 GB 记忆体接近多工上限，1 TB 硬碟拖慢所有档案读写，瓶颈在记忆体与硬碟；方案乙记忆体加倍、固态硬碟提速，日常文书、学习和一般剪辑流畅，弱点只是偶尔汇出短片较慢。对以文书和学习为主、偶尔剪片的用途，日常体验重于偶发运算，建议选方案乙，日后再升级处理器。判断的关键是找出各方案的瓶颈部件，再按实际用途权衡。
6常见错误 Mistakes
75 题快测 Quick check
Q1处理器内哪个部件负责算术运算和比较？
Q2写出提取－译码－执行周期的三个步骤。
Q3随机存取记忆体与唯读记忆体在断电后有什么分别？
Q4固态硬碟比传统硬碟有什么优点和缺点？
Q5一台电脑开机和载入程式都慢，最值得先升级哪个部件？
8重点回顾 Recap
- 处理器内含算术及逻辑运算部件、控制单元、暂存器，反复执行提取－译码－执行周期
- 随机存取记忆体断电即失，唯读记忆体保留开机固件
- 硬碟容量大价格低但慢；固态硬碟以快闪记忆体储存，快而抗震
- 输入设备送入数据，输出设备呈现结果，各部件以汇流排连接
- 整体性能由最慢的瓶颈部件决定，升级要对准瓶颈