電腦硬件
基礎電腦硬件由中央處理器、主記憶體、輔助儲存器和輸入輸出設備組成：處理器負責運算和控制，主記憶體暫存執行中的程式，儲存設備長期保存數據。認識各部件的分工與快慢差異，才能判斷電腦性能的瓶頸。
- 處理器內含算術及邏輯運算部件、控制單元、暫存器，反覆執行提取－譯碼－執行周期
- 隨機存取記憶體斷電即失，唯讀記憶體保留開機固件
- 硬碟容量大價格低但慢；固態硬碟以快閃記憶體儲存，快而抗震
文體小知識：科技知識說明文——介紹中央處理器、主記憶體、輔助儲存器和輸入輸出設備的分工，說明數據流向與性能瓶頸。
§課文原文 Passage
1中央處理器是電腦的運算核心，內含算術及邏輯運算部件，負責加減乘除和比較判斷；控制單元指揮各部件協調工作；暫存器是處理器內部的快速儲存位置，暫存正在處理的指令和數據。處理器反覆執行提取－譯碼－執行周期：由主記憶體提取指令、翻譯指令內容、執行指令，循環不息，速度以時脈量度。
2主記憶體分兩類：隨機存取記憶體可讀可寫，斷電後資料即告消失，程式執行時必須先載入其中；唯讀記憶體出廠時已寫入開機固件，斷電後資料仍然保留，負責啟動工作。兩者之間還有快取記憶體，容量小但速度極快，存放常用數據以減少處理器等待。記憶體容量不足時，整體性能會明顯下降。
3輔助儲存器負責長期保存作業系統、程式和檔案。硬碟以磁碟和機械臂讀寫，容量大、每單位容量價格低，但機械動作令速度受限；固態硬碟以快閃記憶體儲存，沒有機械部件，讀寫速度快、抗震耐用，但每單位容量較貴。輔助儲存器斷電後數據保留，容量通常遠大於主記憶體，是檔案的家。
4輸入設備把數據送入電腦，例如鍵盤、滑鼠、掃描器；輸出設備把處理結果呈現出來，例如顯示器、打印機、揚聲器；各部件以匯流排連接傳送數據。整條數據流是：輸入設備送入數據，處理器配合主記憶體運算，結果可暫存記憶體、寫入輔助儲存器或經輸出設備呈現，五個部門各司其職。
1重點摘要 Summary
電腦硬件由中央處理器、主記憶體、輔助儲存器和輸入輸出設備組成：處理器負責運算和控制，主記憶體暫存執行中的程式，儲存設備長期保存數據。認識各部件的分工與快慢差異，才能判斷電腦性能的瓶頸。
2生字卡 Vocabulary
電腦系統的實體部件，例如處理器、記憶體和儲存設備。
執行指令的運算與控制核心，內含算術及邏輯運算部件和控制單元。
處理器內負責算術運算和邏輯比較的部件。
處理器內部暫存指令和數據的高速儲存位置。
可讀可寫的主記憶體，程式執行前必須載入其中，斷電後資料消失。
出廠時寫入開機固件、斷電後資料保留的記憶體。
處理器反覆提取指令、譯碼、執行的工作循環。
位於處理器與主記憶體之間、容量小而速度極快的記憶體，存放常用數據。
硬碟、固態硬碟等斷電後仍保留數據的長期儲存設備。
固態硬碟和 USB 儲存器所用的非揮發性記憶體。
3逐步講解 Steps
- 第一步：硬件五大分工一台電腦可拆成五個功能部門：輸入設備接收數據，處理器運算控制，主記憶體暫存程式和數據，輔助儲存器長期保存，輸出設備呈現結果，各部件以匯流排連接。舉個例子：按鍵盤輸入一句文字，處理器即時運算，字元顯示在屏幕上，儲存時寫入硬碟，五個部門各司其職，缺一不可；辨別部件屬於哪個部門，是硬件題的第一步。
- 第二步：處理器的內部處理器內部，算術及邏輯運算部件負責計算和比較，控制單元解讀指令並指揮各部件，暫存器以最快速度暫存當前指令和數據，快取記憶體存放常用數據以減少等待。舉個例子：計算 25 × 4 時，指令和數值先進入暫存器，運算部件得出 100，結果再送回暫存器，全程在處理器內完成；暫存器數目不多但速度最快，快取則在容量與速度之間取捨。
- 第三步：提取－譯碼－執行周期處理器的工作是無限循環三步：由主記憶體提取下一條指令，由控制單元翻譯指令要做什麼，再交部件執行，然後提取下一條。舉個例子：播放音樂時，處理器每秒執行以億計的指令，嗓音音數據運算後送往揚聲器；時脈越高，每秒完成的周期越多，處理速度一般越快；周期循環不息，處理器開機後便無間斷地工作。
- 第四步：兩種主記憶體隨機存取記憶體可讀可寫，是程式執行的舞台，但斷電即失；唯讀記憶體出廠時寫入開機固件，斷電不失，負責啟動。舉個例子：文件未儲存時突然停電，內容隨隨機存取記憶體消失；再開機時，唯讀記憶體中的固件先運行，電腦才能啟動。所以重要檔案要養成即時儲存的習慣；兩種記憶體分工明確，答題宜並列比較。
- 第五步：輔助儲存器比較硬碟用磁碟和機械臂讀寫，容量大、價格低，但機械動作慢且怕震盪；固態硬碟以快閃記憶體儲存，無機械部件，開機和載入程式快數倍，抗震耐用，單位容量較貴。舉個例子：同一台電腦把硬碟換成固態硬碟，開機時間由一分多鐘縮短到十幾秒，是性價比最高的升級之一；選購時按容量需求和預算在兩者之間取捨。
- 第六步：輸入輸出設備輸入設備把現實世界的資料轉成數碼訊號，例如鍵盤、滑鼠、掃描器、麥克風；輸出設備把運算結果轉回人可感知的形式，例如顯示器、打印機、揚聲器。舉個例子：視像會議時，鏡頭和麥克風是輸入，屏幕和揚聲器是輸出，數據在兩類設備之間經處理器和匯流排往返流動；判斷的準則是數據流向，入電腦屬輸入，出電腦屬輸出。
- 第七步：性能瓶頸整體速度由最慢的關鍵部件決定，這就是瓶頸。處理器弱，運算卡頓；記憶體不足，系統被迫以輔助儲存器頂替，全面變慢；只用硬碟，載入檔案慢。舉個例子：剪片電腦若記憶體充足但只用硬碟，匯出影片時硬碟讀寫滿載，其餘部件空等，先升級固態硬碟才最能提速；找出瓶頸再對準升級，預算才花得最有價值。
4圖解 Diagrams
5例題示範 Example
某學生有預算六千元組裝電腦，主要用途是文書處理和網上學習，偶爾剪輯短片。兩個報價：方案甲配較快處理器、8 GB 記憶體、1 TB 硬碟；方案乙配較慢處理器、16 GB 記憶體、256 GB 固態硬碟。試分析兩方案並建議取捨。
- 方案甲分析：處理器較快有利短片匯出的運算，但 8 GB 記憶體同時開瀏覽器、文書軟件和剪片軟件已接近上限；1 TB 硬碟容量大但速度慢，載入素材費時。
- 方案乙分析：16 GB 記憶體足以同時運行多個軟件，固態硬碟令開機和載入素材明顯加快；處理器較慢，匯出短片時間較長，但偶爾剪輯可以接受。
- 瓶頸判斷：方案甲的瓶頸在記憶體和硬碟，日常操作每一步都慢；方案乙的瓶頸只在偶發的匯出運算，日常使用體驗流暢得多。
- 建議：以日常使用為本選方案乙；日後預算充裕時再升級處理器，並以外置硬碟補充儲存容量。
- 答案：方案甲處理器快，但 8 GB 記憶體接近多工上限，1 TB 硬碟拖慢所有檔案讀寫，瓶頸在記憶體與硬碟；方案乙記憶體加倍、固態硬碟提速，日常文書、學習和一般剪輯流暢，弱點只是偶爾匯出短片較慢。對以文書和學習為主、偶爾剪片的用途，日常體驗重於偶發運算，建議選方案乙，日後再升級處理器。判斷的關鍵是找出各方案的瓶頸部件，再按實際用途權衡。
6常見錯誤 Mistakes
75 題快測 Quick check
Q1處理器內哪個部件負責算術運算和比較？
Q2寫出提取－譯碼－執行周期的三個步驟。
Q3隨機存取記憶體與唯讀記憶體在斷電後有什麼分別？
Q4固態硬碟比傳統硬碟有什麼優點和缺點？
Q5一台電腦開機和載入程式都慢，最值得先升級哪個部件？
8重點回顧 Recap
- 處理器內含算術及邏輯運算部件、控制單元、暫存器，反覆執行提取－譯碼－執行周期
- 隨機存取記憶體斷電即失，唯讀記憶體保留開機固件
- 硬碟容量大價格低但慢；固態硬碟以快閃記憶體儲存，快而抗震
- 輸入設備送入數據，輸出設備呈現結果，各部件以匯流排連接
- 整體性能由最慢的瓶頸部件決定，升級要對準瓶頸