BCH1 輸入／輸出設備、感應器與連接線材

本章的「硬件」不只是背名稱，而是要理解：
資料如何進入系統 → 系統如何處理 → 結果如何輸出。
當你掌握「資料流」，設備名稱、線材、通訊埠就會變得有邏輯可循。

• 輸入：把人或環境的訊號變成資料（文字、影像、聲音、數值）。
• 處理：CPU/軟件把資料運算、分析、轉換。
• 輸出：把結果呈現給人或影響環境（畫面、聲音、紙本、動作）。
• 通訊埠／線材：是資料的「道路」，決定資料能否順利到達。

例子：課室展示一段影片

• 輸入：鍵盤／滑鼠選擇影片檔案。
• 處理：播放器解碼影片與聲音。
• 輸出：投影機／顯示器顯示畫面；揚聲器播放聲音。
• 連接：HDMI 線連接電腦與投影機；（或用無線投影，視乎環境。）

• 先把設備分類（輸入／輸出／感應器／儲存）→ 再比較差異（速度、解析度、精準度）。
• 先理解「通訊埠是接口標準」→ 再記外形（同外形不一定同功能）。

• 只背「HDMI、USB」但不知道用來接甚麼、傳甚麼資料。
• 把「顯示器」當作處理器；或把「觸控螢幕」只當輸出而忽略它同時是輸入。
• 排難時跳到「重裝系統」而忽略最基本的線材／通訊埠問題。

• 輸入－處理－輸出循環（IPO cycle）：輸入（Input）→ 處理（Process）→ 輸出（Output），必要時再儲存（Storage）。
• 輸入/輸出設備（I/O device）：協助輸入或輸出資料的硬件，例如鍵盤、掃描器、顯示器、印表機。
• 訊號 vs 資料：感應器先量度「訊號」（例如溫度造成的電壓變化），系統再把它變成「資料」（例如 28°C）。

你可以把電腦系統想像成「廚房」：輸入是食材與指令，處理是烹調，輸出是成品上桌。
在電腦中：

• 輸入設備把動作／影像／聲音等轉成電腦可處理的數碼資料。
• 處理由 CPU 與軟件完成，可能包括運算、判斷、搜尋、排序、轉碼等。
• 輸出設備把處理結果呈現（畫面、聲音、列印）或影響外界。

例子 1：在網上搜尋資料

• 輸入：鍵盤輸入關鍵字、滑鼠點擊搜尋。
• 處理：瀏覽器與伺服器分析關鍵字、排序結果。
• 輸出：顯示器顯示搜尋結果；揚聲器播放影片聲音（如有）。

例子 2：智能門禁

• 輸入：指紋讀取器／拍卡器（感應器的一種）。
• 處理：比對身份、判斷是否允許進入。
• 輸出：門鎖打開／警報響起／指示燈顯示狀態。

• 輸入設備 vs 感應器：感應器通常量度環境物理量（光、溫度、距離），屬於輸入設備的一類，但更強調「量度」與「數值化」。
• 輸出設備 vs 儲存裝置：輸出是即時呈現；儲存是保存資料供日後使用。
• 同一設備可同時輸入與輸出：觸控螢幕既顯示畫面（輸出），又接收觸控位置（輸入）。

• 把「投影機」誤當作處理器（其實只是輸出）。
• 只看外形判斷通訊埠功能：例如同是 USB-C 外形，可能只支援充電／資料傳輸／或同時支援影像輸出（視乎裝置規格）。
• 排難時忽略「輸入資料本身是否正確」：例如感應器未校準，輸出自然不可靠。

輸入設備是把外界資訊或使用者指令輸入電腦系統的硬件。輸入的資料可以是： 文字、座標、影像、聲音、按鍵狀態、甚至是感應器量度值（數值）。

• 鍵盤：每個按鍵會產生對應的掃描碼（scan code），系統再解讀成字元或快捷鍵指令。
• 滑鼠／觸控板：以光學或電容方式量度移動，轉成游標的座標變化。
• 掃描器／攝影機：把光線轉成像素資料；若要變成「可編輯文字」，通常要配合 OCR 軟件。
• 麥克風：把聲音振動轉成電訊號，再由模擬數碼轉換器（ADC）轉成數碼資料。

例子：網上表格輸入

• 鍵盤：輸入姓名、學號。
• 滑鼠／觸控螢幕：選擇下拉式選單、按提交。
• 攝影機：掃描 QR code 自動填入登入資料（部分系統）。

例子：自助收銀

• 條碼掃描器：輸入商品條碼。
• 觸控螢幕：輸入付款方式／確認。

• 鍵盤 vs 觸控螢幕：鍵盤輸入大量文字通常更快；觸控螢幕適合點選與拖放，但長時間打字較慢。
• 掃描器 vs 攝影機：掃描器適合高品質文件輸入（平整、光線穩定）；攝影機較彈性，但受光線、角度影響。
• 麥克風 vs 鍵盤：語音輸入方便，但受環境噪音、口音影響；鍵盤在安靜環境更穩定。

• 把「影像輸入」與「文字輸入」混為一談：掃描器得到的是影像，若要可搜尋／可編輯文字，需要 OCR。
• 忽略環境：課室收音差，語音輸入可能比鍵盤更容易出錯。
• 只看規格不看需要：例如做簡單文書卻追求超高解析度掃描，成本不成比例。

輸出設備是把電腦處理結果輸出到外界的硬件。輸出可以是： 影像（顯示器／投影機）、聲音（揚聲器／耳機）、或實體輸出（印表機）。

• 顯示器／投影機：把像素資料轉為光點；解析度（像素數量）影響細緻度。
• 印表機：把資料轉成紙本；常見有噴墨與鐳射兩類，列印前通常會經過假脫機輸入輸出（spooling）。
• 揚聲器／耳機：把數碼聲音資料轉成聲波（涉及數碼模擬轉換器 DAC）。

例子：課堂匯報

• 投影機：讓全班看到簡報。
• 揚聲器：播放影片或音效。
• 印表機：列印工作紙或講義。

• 顯示器 vs 投影機：顯示器近距離清晰；投影機適合多人與遠距離，但受環境光影響較大。
• 噴墨 vs 鐳射印表機：噴墨適合相片、色彩；鐳射通常速度快、文字清晰、長期成本可能較低（視乎用量）。
• 揚聲器 vs 耳機：揚聲器共享；耳機私密且不影響他人，但需管理音量保護聽力。

• 把「畫面尺寸」當作「解析度」：尺寸大不等於更清晰。
• 忽略場景：投影機在強光環境下可能看不清；印表機在大量列印時要考慮速度與耗材。
• 只追求規格：例如簡單展示卻追求極高解析度，可能在效益上不合理。

• 感應器（sensor）：把某種物理量轉成電訊號／數碼資料的元件或設備。
• 模擬（analog）：連續變化的訊號，例如電壓可在 0–5V 之間任意變化。
• 數碼（digital）：離散的訊號，例如 0/1，或以固定步距表示數值。
• 模擬數碼轉換器（ADC）：把模擬訊號量化成數碼值，讓系統可處理。

以「光線感應器」為例：光越強，電阻／電壓會改變。若輸出是模擬電壓，電腦或微控制器會用 ADC 把它轉成一個整數（例如 0–1023）。

ADC 會牽涉兩個重要概念：

• 解析度：可分辨的最小差別（例如 10-bit ADC 有 1024 個級別）。
• 量化誤差：因為只能取最近的級別，所以會有少量誤差。

• 溫度感應器：輸入溫度 → 轉成數值 → 系統決定是否開啟風扇。
• 距離感應器：量度距離 → 系統判斷是否有人靠近 → 自動亮燈。
• 加速度計（手機）：量度晃動／方向 → 自動旋轉畫面。

• 模擬 vs 數碼感應器：模擬可提供連續變化但需 ADC；數碼通常已內置轉換與處理，讀取較方便。
• 精準度 vs 解析度：解析度高不代表精準度高；精準度關乎與真實值的接近程度。
• 感應器 vs 致動器：感應器輸入資料；致動器輸出動作（例如馬達、蜂鳴器）。

• 把「解析度」誤當成「精準度」：數值顯示很多位小數，不代表量度就準。
• 忽略校準：同一款感應器可能因環境與個體差異而有偏差。
• 忽略取樣率：取樣太慢會漏掉變化；取樣太快則增加資料量與處理負擔。

• 通訊埠（port）：裝置上的連接介面（例如 USB 埠、HDMI 埠）。
• 介面標準：規定「插口外形」與「資料如何傳輸」的規格。
• 適配器（adapter）：把一種介面轉換成另一種介面的裝置／線材。
• 隨插即用（Plug and Play）：裝置接上後系統能自動辨識並設定（仍可能需要驅動程式）。

連接能否成功，取決於兩件事：物理上插得進，以及通訊協定／訊號格式相容。
例如同是「影像輸出」，HDMI 是數碼訊號；VGA 是模擬訊號。若你用適配器把 HDMI 轉到 VGA， 適配器內部其實要做「數碼 → 模擬」的轉換，並非只是換插頭外形。

• 連接投影機：常見用 HDMI；舊款投影機可能只有 VGA，需要適配器。
• 連接印表機：可用 USB；亦可透過乙太網絡或 Wi‑Fi 作網絡列印。
• 連接耳機／揚聲器：可用 3.5mm 音訊插頭或藍牙。

• USB vs 藍牙：USB 通常更穩定且可供電；藍牙無線方便但受距離與干擾影響。
• 乙太網絡 vs Wi‑Fi：乙太網絡穩定、時延較低；Wi‑Fi 方便但受環境與保安設定影響。
• HDMI vs VGA：HDMI 傳輸數碼影像與聲音；VGA 主要傳輸模擬影像，通常不帶聲音。

• 以為「插得入就一定能用」：外形相同不一定支援同功能。
• 用錯方向：部分線材／適配器是「單向」，例如某些 DisplayPort → HDMI 只支援單向轉換。
• 忽略供電：某些適配器或外置設備需要額外供電，否則不穩定或無法工作。

• 驅動程式（driver）：讓操作系統能控制特定硬件的軟件。
• 隊列（queue）：先到先服務（FIFO）的等待隊伍；列印工作會排隊等待。
• 假脫機輸入輸出（spooling）：把 I/O 工作先寫入暫存（通常是磁碟/記憶體），讓程式不用「等」設備慢慢完成。

印表機通常比 CPU 慢得多；若每次列印都要程式「等到印完」，系統會很慢。
因此操作系統會：

• 把列印工作先交給列印服務（spooler）。
• 列印工作進入隊列，按順序送到印表機。
• 即使你關閉文件，列印仍可繼續，因為工作已被假脫機到系統中。

• 你一次過印 10 份文件：它們會在隊列中排隊；你可以暫停、取消某一份。
• 印表機顯示「離線」：隊列可能一直累積，直到連接恢復才繼續。
• 掃描器不能掃描：可能是驅動程式缺失或權限設定問題（不一定是掃描器壞）。

• 線材問題：裝置完全不被偵測／間歇性斷線。
• 驅動程式問題：裝置可見但功能不完整、或出現未知裝置。
• 隊列問題：顯示「正在列印」但一直不動、或有工作卡住。

• 看到「印不到」就不停按列印，令隊列愈來愈長。
• 取消工作但其實卡住的是「第一份」，後面的工作也會一同卡住。
• 更新驅動程式前未確認裝置型號，導致安裝錯誤版本。

系統設計（以本章角度）可理解為：按照需求選擇合適的輸入／輸出設備、感應器、連接方式， 並確保它們能可靠地協同工作。

• 先列出需求：要輸入甚麼？輸出甚麼？環境限制？（距離、光線、噪音、網絡狀況）
• 再決定設備：選擇輸入／感應器與輸出設備。
• 再決定連接：有線／無線、通訊埠是否相容、是否需要適配器。
• 最後考慮運作：驅動程式、隊列、權限、保安與維護。

例子 1：銷售點終端機（POS）

• 輸入：條碼掃描器、觸控螢幕。
• 處理：系統查詢庫存與價格、計算折扣。
• 輸出：收據印表機、顯示付款金額。

例子 2：智能走廊照明

• 輸入：動作感應器／光線感應器。
• 處理：判斷是否有人、是否太暗。
• 輸出：開燈／關燈（致動器）。

• 有線 vs 無線：有線通常更穩定、時延較低；無線更方便但要處理干擾與保安。
• 追求高規格 vs 追求合適：高規格不一定帶來更好效果，關鍵是符合需要與限制。

• 先買設備才想用途：結果設備功能用不上或互不相容。
• 忽略使用者：例如操作太複雜、提示不清楚，造成大量人為錯誤。
• 忽略私隱與保安：例如攝影機、門禁資料的存取權限未妥善設定。

排難（troubleshooting）是用有系統的方法找出問題原因並修正。重點不是「運氣好試中」， 而是能解釋你為何這樣做，以及如何確認問題已解決。

• 先檢查最基本：電源、線材、通訊埠是否穩固。
• 再檢查設定：例如顯示輸出模式、音量輸出裝置、列印目標印表機。
• 再處理軟件層：驅動程式、權限、服務（例如列印服務）。
• 最後才做大動作：例如重新安裝軟件／系統（通常不是第一步）。

例子：投影機沒有畫面

1. 檢查 HDMI 線是否插好、是否插錯通訊埠。
2. 檢查投影機的輸入來源（Source）是否選對。
3. 檢查電腦是否輸出到外接顯示（複製／延伸）。

例子：印表機不列印

1. 檢查是否選錯印表機、是否離線。
2. 檢查隊列是否卡住，必要時清理隊列。
3. 檢查驅動程式／網絡連接。

• 硬件故障：更換線材／換通訊埠仍無改善，或裝置完全無反應。
• 設定問題：裝置正常但輸出到錯的地方（例如聲音出到另一個輸出設備）。
• 驅動程式／服務問題：裝置可見但功能失效、或某些服務停止。

• 同時改很多設定，之後無法判斷是哪一步造成影響。
• 忽略錯誤訊息：其實系統已提示「無訊號」「離線」「未選擇輸出裝置」。
• 用力插拔導致通訊埠損壞；線材亂放造成絆倒風險。