計算機基礎 - 導言

作為現代的孩子，你一定使用過、見過或讀過關於計算機的資訊。這是因為它們是我們日常生活中不可或缺的一部分。無論是學校、銀行、商店、火車站、醫院還是你自己的家，計算機無處不在，使我們的工作變得更加輕鬆快捷。由於它們是我們生活中如此不可或缺的一部分，我們必須瞭解它們是什麼以及它們是如何工作的。讓我們從正式定義“計算機”這個術語開始。

計算機的字面意思是能夠計算的裝置。然而，現代計算機的功能遠不止計算。計算機是一種電子裝置，它接收輸入，根據使用者指令儲存或處理輸入，並以所需的格式提供輸出。

輸入-處理-輸出模型

計算機輸入稱為資料，根據使用者指令處理後獲得的輸出稱為資訊。可以使用算術和邏輯運算進行處理的原始事實和數字稱為資料。

可以應用於資料的處理過程有兩種型別：

• 算術運算 – 例如加法、減法、微分、平方根等計算。

• 邏輯運算 – 例如大於、小於、等於、相反等比較運算。

實際計算機的對應圖如下所示：

計算機的基本部件如下：

• 輸入單元 – 用於將資料和指令輸入到計算機的裝置（如鍵盤和滑鼠）稱為輸入單元。

• 輸出單元 – 用於以所需格式向用戶提供資訊的裝置（如印表機和顯示器）稱為輸出單元。

• 控制單元 – 顧名思義，該單元控制計算機的所有功能。計算機的所有裝置或部件都透過控制單元進行互動。

• 算術邏輯單元 – 這是計算機的大腦，所有算術運算和邏輯運算都在這裡進行。

• 儲存器 – 所有輸入資料、指令和處理過程中的中間資料都儲存在儲存器中。儲存器分為兩種型別 – 主儲存器和輔助儲存器。主儲存器駐留在 CPU 內，而輔助儲存器則位於 CPU 外部。

控制單元、算術邏輯單元和儲存器統稱為中央處理單元或CPU。我們可以看到和觸控的計算機裝置（如鍵盤、滑鼠、印表機等）是計算機的硬體元件。使計算機使用這些硬體部件執行的指令或程式集稱為軟體。我們無法看到或觸控軟體。硬體和軟體對於計算機的執行都是必不可少的。

計算機的特徵

為了理解為什麼計算機在我們生活中如此重要，讓我們瞭解一下它的某些特徵：

• 速度 – 通常，計算機每秒可以執行 300-400 萬條指令。

• 準確性 – 計算機具有非常高的準確性。可能發生的錯誤通常是由於資料不準確、指令錯誤或晶片中的錯誤造成的——所有這些都是人為錯誤。

• 可靠性 – 計算機可以重複執行相同型別的工作而不會因疲勞或厭倦而產生錯誤，而這些錯誤在人類中非常常見。

• 通用性 – 計算機可以執行各種各樣的工作，從資料輸入和訂票到複雜的數學計算和持續的天文觀測。如果你能輸入必要的資料並給出正確的指令，計算機就會進行處理。

• 儲存容量 – 計算機可以以傳統檔案儲存成本的一小部分儲存大量資料。此外，資料可以免受與紙張相關的正常磨損和撕裂的影響。

使用計算機的優勢

現在我們已經瞭解了計算機的特徵，我們可以看到計算機提供的優勢：

• 計算機可以重複執行相同的任務，並保持相同的準確性。

• 計算機不會感到疲勞或厭倦。

• 計算機可以承擔例行任務，同時釋放人力資源，使其能夠執行更智慧的功能。

使用計算機的劣勢

儘管有如此多的優勢，但計算機也有一些自身的劣勢：

• 計算機沒有智慧；它們會盲目地遵循指令，而不考慮結果。

• 計算機需要定期供電才能工作，這在任何地方都可能很困難，尤其是在發展中國家。

啟動

啟動計算機或嵌入式計算機裝置稱為啟動。啟動分為兩個步驟：

• 開啟電源
• 將作業系統載入到計算機的主儲存器中
• 保持所有應用程式處於就緒狀態，以備使用者需要時使用

計算機啟動時執行的第一個程式或指令集稱為BIOS或基本輸入/輸出系統。BIOS是一種韌體，即永久程式設計到硬體中的軟體。

如果系統已經在執行，但需要重新啟動，則稱為重新啟動。如果安裝了軟體或硬體，或者系統執行速度異常緩慢，則可能需要重新啟動。

啟動分為兩種型別：

• 冷啟動 – 當透過開啟電源啟動系統時，稱為冷啟動。冷啟動的下一步是載入 BIOS。

• 溫啟動 – 當系統已經在執行並且需要重新啟動或重新引導時，稱為溫啟動。溫啟動比冷啟動快，因為 BIOS 不會重新載入。