今天我們要介紹學科的第一章節 - 電腦概論，下面是一些相關重點整理，如果有寫錯或是有任何問題，歡迎留言或來信告知，我的信箱是 nickchen1998@gmail.com。

電腦主機與週邊設備的資料傳送通道

在電腦系統中，主機與週邊設備之間的資料傳輸是關鍵的環節。主機負責處理和管理數據，而週邊設備則負責與外部世界進行互動，如鍵盤、滑鼠、顯示器等輸入/輸出裝置。資料的有效傳輸需要透過特定的通道來實現，這些通道被稱為 I/O Port（輸入/輸出端口）。

I/O Port 的作用

I/O Port 是主機與週邊設備之間進行資料傳送的主要通道。透過 I/O Port，資料可以從主機傳送到週邊設備（如顯示器、印表機），或從週邊設備傳送到主機（如鍵盤、滑鼠）。不同的週邊設備通過特定的 I/O Port 與主機進行連接，從而確保資料傳輸的順暢與穩定。

常見的週邊設備

1. 輸入設備：如鍵盤、滑鼠、掃描器等，這些設備將外部資訊轉換為電腦可以處理的資料，並透過 I/O Port 傳送到主機。
2. 輸出設備：如顯示器、印表機等，這些設備接收主機傳送的資料並以可視化的形式呈現給使用者。
3. 儲存設備：如硬碟、USB 隨身碟等，這些設備既可以作為輸入設備，將資料輸入主機，也可以作為輸出設備，從主機中提取資料進行儲存。

其他通道

除了 I/O Port 外，還有一些其他的資料傳輸通道，例如 RAM（隨機存取記憶體），負責在主機內部傳輸資料，以及硬碟驅動器（HDD）和固態硬碟（SSD）之間的資料傳輸通道。這些通道主要負責主機內部的資料傳輸，與 I/O Port 共同協同工作，以確保系統的正常運作。

I/O Port 作為主機與週邊設備之間的重要橋樑，負責處理各種輸入輸出操作，並且確保資料能夠準確而迅速地傳輸，對於電腦系統的穩定性和效率至關重要。

基本單位與運算

在電腦科學中，單位與運算是理解電腦運作的重要基礎。位元（bit）和位元組（byte）是電腦中最基本的數據單位，通過這些單位的轉換和運算，我們可以理解電腦如何處理和存儲資訊。

位元（Bit）與位元組（Byte）

• 位元（Bit）：是計算機最小的數據單位，通常表示為 0 或 1。一個位元只能儲存一個二進制值。
• 位元組（Byte）：是由 8 個位元組成的數據單位。位元組是電腦用來儲存數據的常見單位。例如，一個字母或符號通常使用一個位元組來表示。

單位轉換

• 1 位元組（Byte） = 8 位元（Bit）
• 1 KB (Kilobyte) = 1024 位元組
• 1 MB (Megabyte) = 1024 KB
• 1 GB (Gigabyte) = 1024 MB
• 1 TB (Terabyte) = 1024 GB

常見運算

計算機在處理速度、容量及資料傳輸速度時，經常使用這些單位。以下是幾個常見的運算：

1. 資料儲存：假設一張圖片佔用 5 MB，那麼 100 張圖片將佔用多少空間？答案是：100 × 5 MB = 500 MB。
2. 資料傳輸速度：若一個檔案大小為 1 GB，下載速度為 10 Mbps，則該檔案的下載時間為多少？答案可以通過以下公式計算：時間 = 檔案大小 / 速度，其中 1 GB = 1024 MB，10 Mbps = 1.25 MB/s，因此時間為 1024 MB / 1.25 MB/s = 819.2 秒，約 13.65 分鐘。

範例題目

1. 轉換題：一個檔案大小為 2048 KB，請問這個檔案是幾 MB？

   • A. 2 MB
   • B. 4 MB
   • C. 8 MB
   • D. 16 MB
   • 答案：A. 2 MB

2. 計算題：如果一個影片的大小為 1.5 GB，下載速度為 5 Mbps，請問下載這個影片需要多少時間？

   • A. 約 40 分鐘
   • B. 約 20 分鐘
   • C. 約 1 小時
   • D. 約 30 分鐘
   • 答案：B. 約 20 分鐘

3. 單位題：下列哪一個是描述電腦傳輸速度的單位？

   • A. BPS
   • B. RPM
   • C. MIPS
   • D. UPS
   • 答案：A. BPS

程式語言與資料壓縮

程式語言和資料壓縮技術是電腦科學中的重要領域。程式語言為開發軟體提供了各種語法規則和功能，讓開發者可以有效地控制電腦的運作；而資料壓縮則允許更高效地存儲和傳輸資料，特別是在處理大數據或多媒體檔案時。

常見程式語言

1. C 語言：C 是一種結構化、功能強大的高階語言，具有良好的指標（Pointer）處理能力，適合用於系統程式設計。它可以直接操作記憶體，使其在開發作業系統、嵌入式系統等底層程式時廣受歡迎。
2. JAVA：JAVA 是一種跨平台的物件導向程式語言，擁有龐大的類庫支持，廣泛應用於桌面、移動裝置以及 Web 開發。雖然 JAVA 支援物件的操作，但不像 C 語言那樣具備指標功能，這使得它在安全性上更加穩定。
3. C#：C# 是由微軟開發的多用途語言，主要用於 Windows 應用程式和遊戲開發。它繼承了 JAVA 和 C++ 的許多優點，是現代應用程式開發的熱門語言之一。

資料壓縮技術

資料壓縮可以分為 失真壓縮（Lossy Compression） 和 無失真壓縮（Lossless Compression）。

失真壓縮（Lossy Compression）

失真壓縮技術會在壓縮過程中丟失部分數據，這些數據在還原時無法完全恢復原貌。此技術常用於影像、音訊和影片的壓縮，因為這些多媒體檔案允許一定程度的數據丟失，而不會明顯影響使用體驗。

• MP3：常見的音訊壓縮格式，使用失真壓縮技術，能夠有效地將音訊檔案壓縮成更小的檔案大小，同時保持相對不錯的音質。
• JPEG：常見的圖片壓縮格式，使用失真壓縮技術，使得圖片可以被壓縮至較小的檔案大小，但會有一些細節的損失，適合用於網路傳輸和儲存。

無失真壓縮（Lossless Compression）

無失真壓縮技術在壓縮和解壓縮的過程中，能夠完全還原原始數據，這對於需要精確度的資料（如文書、程式碼、數據檔案）尤為重要。

• ZIP：常見的檔案壓縮格式，使用無失真壓縮技術，能夠將多個檔案或資料夾打包成一個壓縮檔案，並在解壓縮後還原成原始檔案。
• PNG：圖片格式，與 JPEG 不同，PNG 使用無失真壓縮，適合用於需要高品質圖片、透明背景的場合。

作業系統與電腦硬體

作業系統（Operating System, OS）是電腦系統中的核心軟體，負責管理電腦的硬體資源，並為應用程式提供運行環境。硬體則是作業系統運行的基礎，兩者相輔相成，缺一不可。理解作業系統與硬體的關聯，有助於更好地了解電腦系統的工作原理。

作業系統的功能

作業系統的主要功能是管理電腦資源，並協調硬體與軟體之間的互動。常見的作業系統包括 Windows、macOS、Linux 等。以下是作業系統的幾項關鍵功能：

1. 資源管理：作業系統負責管理 CPU、記憶體、硬碟等硬體資源，並決定如何分配這些資源以讓多個應用程式能夠同時運行。
2. 檔案管理：作業系統提供檔案系統，用於組織、儲存及檢索檔案和資料夾。使用者可以通過作業系統創建、讀取、編輯和刪除檔案。
3. 硬體控制：作業系統透過驅動程式與硬體進行溝通，管理輸入/輸出設備如鍵盤、滑鼠、打印機、顯示器等。
4. 使用者介面：作業系統提供圖形使用者介面（GUI）或命令行介面（CLI），讓使用者能夠與電腦互動，執行操作指令。
5. 記憶體管理：作業系統管理電腦的主記憶體（RAM），負責將程式載入記憶體並確保它們不會相互干擾。

常見的作業系統

1. Windows：微軟開發的作業系統，廣泛用於桌上型電腦和筆記型電腦，擁有友善的使用者介面和豐富的應用程式支援。
2. macOS：蘋果公司為其 Mac 系列電腦開發的作業系統，擁有穩定的性能和強大的多媒體處理能力。
3. Linux：一個開源且高度可定制的作業系統，廣泛應用於伺服器、嵌入式系統和超級電腦。

電腦硬體概述

電腦硬體指的是所有構成電腦系統的物理設備，主要包括：

1. 中央處理器（CPU）：CPU 是電腦的「大腦」，負責執行程式的指令並進行運算。其性能直接影響到電腦的整體運作速度。
2. 記憶體（RAM）：RAM 是暫存資料的地方，電腦在運行程式時會將資料存放在 RAM 中，以便快速讀取。RAM 容量越大，電腦能同時處理的程式數量越多。
3. 硬碟（HDD/SSD）：硬碟負責長期存儲資料。固態硬碟（SSD）比傳統的機械硬碟（HDD）速度更快，能大幅提升系統運行效率。
4. 主板（Motherboard）：主板是電腦的核心電路板，負責連接並協調所有其他硬體設備，如 CPU、記憶體、硬碟等。
5. 顯示卡（GPU）：GPU 負責處理圖形顯示相關的計算任務，對於需要大量圖形處理的應用如遊戲、設計軟體等尤其重要。

作業系統與硬體的互動

作業系統與硬體之間的互動主要通過驅動程式來實現。驅動程式是介於作業系統與硬體之間的軟體，負責讓作業系統能夠正確地控制和操作硬體設備。當我們插入新硬體設備（如 USB 裝置）時，作業系統會加載對應的驅動程式來管理該設備。

此外，現代作業系統還支援 多工處理 和 虛擬記憶體 技術，以提高系統效率和穩定性。例如，Windows 支援多工處理，允許多個應用程式同時運行，而不會相互干擾。