資訊科技概論 第三章 資料數位化與編碼

資料數位化：只要0與1你就能擁有全世界

開場影片：

¥ Matrix

十進位系統

¥ 早期人類有計量事物的需求時，最簡單的方法，就是使用10根手指頭做計算，因此很順理成章地產生了十進位系統（decimal system）—以10為基底(Base)，逢10進位的數字系統，十進位系統需要使用10個數字（0～9）。

¥ 十進位系統符合人類的直覺並滿足人類的需要，事實上，在我們的日常生活中，十進位系統也是最廣泛被使用的數字系統。

¥ 十進位數值可將數值加上括弧後，在右下方加上以10為底的標示。如：（13）₁₀

二進制(二進位系統)

¥ 在電腦世界中，由於電腦的核心組成份子─電子元件只能表達『通路』與『斷路』等2種狀況，通路通常以『1』表示，斷路以『0』表示，因此非常適合採用二進位系統。

¥ 二進位系統（binary system）—以2為基底(Base)，逢2進位的數字系統，二進位系統僅使用到兩個數字『0』和『1』，這是電腦最小的儲存單位，通常稱為位元（Bit）。

¥ 將8個位元組合成一個位元組(Byte)。習慣上，我們通常以「位元組」作為資訊計量單位，用以表示檔案的大小。

¥ 表示二進位會在右下方加上以2為底的標示，如：（1011）₂

二進制可以很輕易的透過物理性質表示

¥ 電的特性：高、低電壓。電位的上升、下降等，運用在電子元件上。

¥ 磁的特性：有、無磁性。磁性的南、北極等，運用在磁碟儲存上。

¥ 光的特性：有、無光源。光線的反射或有無，運用在光碟機讀取和光纖的資料傳輸上。

二進位轉成十進位原理與方法

¥ 二進位轉成十進位的方法，是利用乘法原理去展開，例如二進位數字(1011) 要將它轉為十進位數字，其過程如下。

　 (1011)2最左邊的1表示2³的係數，0表示2²的係數，左邊算起第2個1表示2¹的係數，最右邊的1表示2⁰的係數，轉為十進位相當於1* 2³ +0* 2² +1* 2¹ +1* 2⁰ 。

(1011) 2 =(1* 2³ +0* 2² +1* 2¹ +1* 2⁰) 10 =(8+0+2+1) 10＝(11) 10得到二進位的1011轉為十進位為11。

十進位轉成二進位原理與方法

十進位轉成二進位的計算需利用除法原理。

電腦中資料的儲存單位

二、資料編碼

ASCII碼 (ASCII Code)

¥ ASCII(American Standard Code for Information Interchange，美國資訊交換標準碼，唸做”as-key”) 為目前各電腦系統中使用最普遍也最廣泛的英文標準碼。

¥ 這套系統原先只有7位元，共128個字元，內容是一些英文字母與數字。

¥ 後來由IBM提出的新字元集，再增加128個字元，成為256個字元

¥ 這種ASCII字元集變成為8位元，有人稱之為Extended ASCII，增加的多為特殊符號、函數符號、以及一些控制字元

文字轉ASCII Code

ASCII Code為文字

牛刀小試3-1

資訊科技概論 第二章 電腦硬體與軟體

開場影片： PC and MAC

一、電腦硬體；組成電腦的各項實體設備

電腦的組成-依理論與功能

• 電腦依功能及理論上來說，其硬體結構可以分成五大單元，這些單元相互運作傳遞資訊，讓電腦發揮功效。

• 輸入單元

• 記憶單元

• 算術與邏輯單元

• 控制單元

• 輸出單元

輸入單元（Input Unit, IU）

輸入單元是將訊息或資料輸入電腦的管道，常見的設備有：鍵盤、滑鼠、讀卡機、掃描器、手寫板、觸控式螢幕、數位相機……等。這些設備將聲音、文字、條碼、影像等資料轉成電腦看得懂的電子訊號後，交給電腦內部處理。

輸出單元（Output Unit, OU）

資料經過電腦運算處理後，轉換成使用者看得懂得文字、圖像、音訊、視訊，顯示出來。常見的輸出單元有：螢幕、印表機、喇叭、繪圖機、智慧型終端機（例如ATM提款機、收銀機）…等。

記憶體單元(Memory Unit, MU)

記憶單元就是存放資料的地方。分成兩類：一種是「主記憶體（Main Memory）」，存放正在處理的程式和資料，例如：RAM。另一種是「輔助記憶體（Auxiliary Memory）」，用來存放所有程式和資料，例如硬碟、光碟等。

中央處理單元CPU

CPU的工作主要在於管理與運算，因此在CPU內又可分為：

l 控制單元

利用控制單元（Control Unit, CU）解讀指令，指揮各個單元之間的運作，是電腦的控制中樞，也就是有如指揮管制中心，負責控制電腦內其它各單元之間的工作配合及各項資料傳送。

l 算術與邏輯單元

如果接收到的資訊需要運算或邏輯判斷，則交給算術與邏輯單元（Arithmetic/Logic Unit, ALU）。ALU內有數個暫存器(Register)，可以用來暫時存放運算過程中使用到的資料或程式。

電腦五大單元的運作流程：

• 輸入單元讀入資料或指令到記憶單元，然後控制單元從記憶單元中讀取指令和資料，接著對指令進行解碼。

• 所有的控制動作都是由控制單元來處理。

• 算術與邏輯單元負責進行加、減、乘、除等數學運算及各種比較、判斷等邏輯運算。

• 最後將結果送到輸出單元，完成我們希望的動作

二、電腦軟體：指示電腦執行各項工作的指令或程式

軟體依照不同的性質，大致可以分為系統軟體(System Software)及應用軟體(Application Software)

系統軟體

• 作業系統

• 作業系統(Operating System, OS)是我們最常使用的系統軟體。

• 常見的作業系統有Windows、UNIX、Linux、Mac OS等。

• 語言轉譯程式

• 語言轉譯程式將程式語言所撰寫出來的原始程式碼，轉換成電腦硬體看得懂的機器碼，這樣電腦才有辦法執行。

• 例如：組譯器(Assembler )、直譯器(Interpreter)、編譯器(Compiler)

• 工具程式

• 工具程式(Utility Program)是輔助作業系統的工具，可以協助電腦的使用與管理。

• 例如：

• Windows XP提供的磁碟重組
工具、清理磁碟工具、磁碟
掃描等。

• 其他廠商所開發的工具程式：Norton Ghost備份軟體、WinRAR壓縮軟體、防毒程式、防火牆程式等。

作業系統功能

• 提供操作電腦的介面

• 作業系統會提供使用者介面(User Inter face, UI)，讓使用者跟電腦溝通。

• 早期的作業系統使用命令列介面，使用者必須藉由輸入指令的方式指示電腦執行各項工作。

• 目前的作業系統，大都提供圖形化使用者介面(Graphical User Interface, GUI)，只要使用滑鼠點選圖示或按鈕，就可以操縱電腦完成許多工作。

• 分配與管理系統資源

• 作業系統主要的功能在於適當且有效率地管理及運用各項系統資源，以提高電腦系統的效能。

• 系統資源包含：

• CPU、記憶體、檔案系統、輸出入設備等。

• 作業系統要擔任資源管理者的角色，負責監控各項系統資源的使用情形，並做適當的分配與管理。

• 控制和維護電腦運作

• 作業系統會監控硬體和軟體的執行狀況，並維護電腦的運作。

• 例如：Windows作業系統所提供的工作管理員，可看到目前軟體的執行狀態及CPU、記憶體的使用情形。

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牛刀小試2-2

資訊科技概論 第一章 資訊與生活的關係

開場影片：

日常生活中有哪些地方運用電腦(資訊科技)?

http://www.youtube.com/watch?v=OptqxagZDfM

一、資訊科技已經深入你的生活

早期的電腦不僅體積龐大，而且造價昂貴，其使用僅侷限於軍事或科學計算的領域，一般人沒機會接觸。時至今日，拜硬體技術的進步，運算晶片以每十八個月為週期，性能倍增，成本減半，再加上網際網路的四通八達及資訊科技的推陳出新，電腦應用已深入各行各業，和我們的日常生活息息相關，密不可分。

二、為什麼要學電腦(資訊科學)

一個無法充分利用資訊科技的現代人，將造成生活諸多不便。儘管電腦科技日新月異，一日千里，但其本質—資訊科學，卻是不變的學問。

學好資訊科學，等於多了一項利器，有助於我們面對新科技時能迅速上手，而不至於束手無策，以下介紹在日常生活中，經常可以見到的資訊科技的應用。

日常生活中常見的資訊科技應用

資料查詢功能

資料處理功能

訊息傳遞功能

休閒娛樂功能

消費購物功能

智慧住家功能

居家安全功能

電子化政府功能

三、資訊科學簡介

資訊科學就是電腦科學，包含各種與計算和資料處理相關的主題。

電腦(computer)是一種具備計算與資料處理功能的電子設備，主要是由「硬體」和「軟體」兩部分所組成。

硬體指的是電腦看得見的各項電子和機械設備；而軟體則是用來使電腦硬體發揮功能的程式及指令等。

兩者缺一不可，需互相合作，才能發揮出電腦最大的效用。

四、電腦的發展歷程

第一代電腦

O 1946~1958年—真空管時期

O 在1946年製造出來第一部通用型電腦ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Computer），ENIAC被公認為是全世界第一台電子計算機。

O 由於真空管體積大、佔空間、不易散熱、壽命短、易故障等缺點，此時的電腦只有美國政府和大銀行才負擔得起其花費。

第二代電腦

O 1959～1964年—電晶體時期

O 1947年美國貝爾實驗室成功研發第一個電晶體（transistor，圖1-20）。由於電晶體和真空管相比，具有耗電少、體積小（約為真空管的1/20大小）、速度較快、穩定性高等優點，使電腦製造發生極大的變革。

第三代電腦

O 1965～1970年—積體電路時期

O 1958年美國德州儀器公司將數百個積體電路元件（電晶體、電阻、二極體…等等）放到微小的晶片上，稱之為積體電路（Integrated Circuit，簡稱IC）。使用積體電路為主要元件的電腦，又比電晶體電腦具有更省電、體積更小、可靠度更高、價格更低廉等優勢。

第四代電腦

O 此時代表性的電腦有西元1977年美國蘋果電腦公司（Apple）發明的Apple II電腦。和西元1981年IBM公司發明的個人電腦(Personal Computer， PC)，現今的個人電腦就是以VLSI的基礎技術發展出來的成果。

牛刀小試1.1

牛刀小試1.2