角色知識

個人電腦 (PERSONAL COMPUTER)

傳統電腦最基本必須的架構包括了處理器(processor)記憶體(memory), 處理器本身是許多功能電路的集合體,不同的訊號和資料輸入會啟用不同的電路進行計算並處理資料, 這些預先制定好的訊號也稱為該處理器的指令集(instruction set);而記憶體(memory)是一塊攤開所有待執行的指令和待處理的資料的空間, 處理器會持續地由記憶體中讀取指令和資料進行計算,然後再讀取下一道指令,直到程式結束。 電腦執行程式很像學生寫作業,處理器就像是學生的大腦,而記憶體像是書桌,學生把作業本攤平在書桌上就像把待執行的程式和資料攤開在記憶體, 接下來學生把第一題讀進大腦並開始計算,計算完成以後把結果寫回作業本,然後很自然地繼續讀下一題。

然而,除了一些永遠不更換程式也永遠不關機的微型系統以外,在這個基礎之上,還需要一些儲存裝置(storage) 來存放可替換的程式、待處理的資料、已完成的結果。如此之外,如果這個系統要能夠接受人類的操作或來自其他機器的指揮, 同時也需要將結果展示給人類或是傳遞到其他的機器,那麼這個系統還需要連接一些輸入與輸出(input and output)的裝置, 例如鍵盤滑鼠與螢幕,以及各種連接線與網路連線;綜合以上所述,我們就獲得了基本的個人電腦系統的硬體全貌。

而根據電腦系統的使用目的和複雜程度,作業系統(operation system)扮演的角色也可以很吃重複雜也可以很簡略, 最簡單的電腦系統甚至可以不需要作業系統。作業系統的基本任務在於安排處理器的工作以及統籌系統內的所有資源, 包括規劃和管理記憶體和儲存裝置的可用空間,以及連接到這部電腦內外的所有裝置的使用時間和權限。 如果沒有了作業系統,那麼設計程式的人就必須在程式中獨自承接這所有的工作,對於極簡單的微型系統來說這還是可行的, 對於複雜如個人電腦系統而言,有個作業系統來代理這些工作,讓設計程式的人只須專注在開發該程式特定的功能上,還是比較妥當的。

除此之外,電腦系統中的零件可能來自許多不同的製造商,有些零件可能比作業系統還要晚問世, 設計作業系統的廠商不可能預知其他的製造商將要開發什麼樣的周邊裝置,也無法得知這些裝置內部的電子訊號交流內容與意義, 那要怎麼讓這些「不認識」的裝置可以在電腦系統上運作呢?一方面是制定一些「標準裝置」的訊號傳輸內容,例如鍵盤與滑鼠, 製造這些裝置的廠商都必須要讓他們的產品符合這些標準,另一方面則是要求裝置的製造商提供驅動程式(driver), 這些驅動程式就像是裝置與電腦系統之間的翻譯官兼資料搬移工,他們會把來自裝置的訊號翻譯成作業系統指定的標準規格, 同時負責在電腦系統和裝置之間搬移資料。請點選以下的角色人像以獲得更詳細的介紹:

歐艾斯 (OS)

電腦的作業系統(Operation System),也是電腦系統的總管,管理著電腦裡一切可用的資源, 平時負責安排並監督在電腦裡每個軟硬體角色的工作,是電腦使用者忠實的助手與代理人。

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古依 (GUI)

個人電腦的圖形化人機介面(Graphical User-Interface)簡稱 GUI, 負責電腦與使用者之間的溝通事宜,手上總是拿著要告知使用者的報告事項表, 因為使用者的喜好與興致,經常會被要求做莫名其妙的打扮。

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CPU 核心

右手拿著筆做計算,左手拿著指令集手冊;本身是先進積體電路工藝的結晶, 將許多的計算與控制電路微縮在一塊晶片裡,但只能執行指令集裡有的動作, 運算時總是會發出高熱,所以頭上經常戴著散熱片帽子和風扇。

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GPU 核心

非常擅長畫圖,尤其擅長畫三角形;本身是先進積體電路工藝的結晶, 剛開始只是代替 CPU 做繪圖的工作,讓 CPU 核心可以專心於運算工作上, 經過進化以後,也能夠分擔一些計算工作。

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尼克 (NIC)

電腦系統面對網路時的櫃台人員,負責收發要透過網路傳輸的小包裹,並且檢查包裹在傳輸過程中是否有破損, 他與生俱來的的 MAC 編號可以當作這部電腦在網路上唯一的身分識別號碼。

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驅動程式

來自周邊裝置的派遣員工,負責周邊裝置與電腦間的溝通與資料運送, 每當作業系統或應用程式要使用該裝置的功能時,驅動程式就會代為操縱裝置, 並且在記憶體和裝置之間搬移輸出入資料和控制訊號。

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韌體

電腦內部或外部裝置內的預裝的程式,就像是傳說中寄宿在物件裡的精靈, 它們由微控制器執行而非 CPU,協助電腦系統進行對這些裝置的控制與檢測。

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DMA 快遞員

電腦內部的快遞員,負責在記憶體和各大儲存或計算零件之間搬移資料,以便讓 CPU 與 GPU 能夠專心地做運算與繪圖工作。

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防毒軟體

常駐在電腦系統裡的一套軟體,他就像海關人員,在每個入口對進入系統的檔案進行檢疫,找出惡意軟體並將它們阻擋下來。