必修單元 BCH2：電腦硬件 — 基本規格

定義

硬件規格（specification）是用量化方式描述硬件能力的資料，例如容量、速度、支援的接口、功耗等。規格的價值在於：讓你在「未實際使用」之前，先大致判斷某硬件是否符合需要。

不過，規格不是「成績表」：同一個數字在不同情境下，對體感速度的影響可能相差很大。

原理／運作

電腦效能是一個系統性結果。即使某一部分很快，如果其他部分跟不上，就會形成瓶頸，導致整體提升有限。

• 中央處理器（CPU）快，但記憶體不足 → 程式會頻繁把資料換到輔助儲存器，整體變慢。
• 顯示卡很強，但螢幕只支援低刷新率 → 你未必感受到更流暢。
• 硬碟容量很大，但時延高 → 開機、開程式、搜尋檔案會感到「卡」。

例子

以下三句都在說「快」，但其實指向不同面向：

• 「下載很快」：多半與網絡的頻寬與每秒位元有關。
• 「開機很快」：多半與輔助儲存器（例如 SSD）的時延與隨機讀取能力有關。
• 「剪片輸出很快」：多半與中央處理器核心數、顯示卡運算能力、記憶體容量等共同相關。

同一台電腦，可能「下載很快但開機很慢」，原因往往不是矛盾，而是不同部件在負責不同工作。

比較

規格是「設計上能做到甚麼」，例如支援的速度上限、容量上限；而Benchmark（基準測試）是「在某個測試情境下的實際表現」。

• 規格的優點：容易取得、便於初步篩選。
• Benchmark 的優點：更貼近實際使用，但要看測試條件是否與你的用途相似。

常見錯誤

1. 把 Mb 當 MB：Mb（位元）與 MB（字節）差 8 倍。
2. 只看時脈（GHz）：不同架構的「每一拍做多少事」不同，不能只看數字。
3. 忽略時延：某些工作（開程式、隨機存取）更受時延影響，而不是只看最大傳輸率。
4. 只看容量不看接口：同是 1TB，接口與控制器不同，速度與穩定性可差很遠。
5. 未先確認相容性：中央處理器、記憶體、主機板之間有規格配對，不能隨意混搭。

定義

• 位元（bit）：資料最基本的單位，只能表示 0 或 1。
• 字節（byte）：常用的資料大小單位，1 字節 = 8 位元。
• 每秒位元（bps）：描述「每秒能傳送多少位元」，常用於網絡速率（例如 100 Mbps）。

原理／運作

很多同學把「快」只理解為「每秒傳很多」。其實體感速度常同時受 頻寬 與 時延 影響：

• 頻寬（bandwidth）：像一條路的「可同時通行的車流量」。頻寬高，代表同一時間可搬運更多資料。
• 時延（latency）：像「第一部車從出發到到達要等多久」。時延低，代表系統回應更快。

舉例：下載大型檔案通常更看重頻寬；而開網頁、開程式、查詢資料庫等「很多小請求」的工作，往往更怕高時延。

例子

假設你要下載一個 800 MB 的影片，網絡速率是 80 Mbps（每秒位元）：

1. 把 800 MB 轉為 Mb：800 MB × 8 = 6400 Mb
2. 用速率估算時間：時間 ≈ 6400 Mb ÷ 80 Mbps = 80 秒

這是「理想估算」。真實情況還會受協定開銷、Wi‑Fi 干擾、伺服器速度等影響。

比較

時脈描述「每秒多少拍」，而實際速度更接近：

不同中央處理器架構、不同指令、不同快取命中率，會令「每拍有效工作」不同，所以不能只用 GHz 判定快慢。

常見錯誤

• 把「最高速度」當成「長期速度」：例如某些硬件標示「最高可達」，但長時間運作會因散熱降速。
• 把「接口標示速度」當成「實際拷貝速度」：實際速度還受控制器、檔案大小、系統負載影響。
• 忽略單位大小寫：Mb 與 MB 的大小寫差異，代表不同單位。
• 忽略比較條件：不同世代、不同測試條件的數字不能直接互相比。

定義

中央處理器（Central Processing Unit，CPU）負責執行程式指令與控制整個系統的運作。你在規格表上看到的核心數、時脈等，都在描述它「處理指令的能力與節奏」。

在 CPU 內部（按距離運算核心由近到遠）常見的記憶層次包括：

• 暫存器（register）：最接近運算單元，容量小但極快。
• 快取記憶體（cache memory）：用來存放「很可能快將會用到」的資料與指令，減少等待主記憶體。
• 主記憶體（main memory，通常指 RAM）：容量較大，但比暫存器／快取慢。

CPU 亦包含算術及邏輯運算部件（ALU），負責加減乘除、比較、邏輯運算等。

原理／運作

CPU 執行指令常用「取指 → 解碼 → 執行」的循環（可稱為機器週期的概念理解）。

為了提升效率，現代 CPU 常用流水線技術（pipelining）：把不同指令的不同步驟重疊進行。你可以把它想像成工廠流水線：同一時間不同站位各自處理不同產品的不同工序。

• 優點：理想情況下，每一拍都能完成更多「有效工作」。
• 限制：如果資料在主記憶體而不在快取，CPU 仍要等待；等待期間流水線可能「空轉」或停頓。

例子

假設規格表寫：

• 8 核心 / 16 執行緒：表示可同時處理多個工作；16 執行緒通常代表每個核心可處理多於一條工作線。
• Base / Boost：基礎時脈是較穩定的運作節奏；Boost 是在散熱與功耗允許時的短暫提升。
• L3 快取：快取越大不一定必然更快，但在特定工作（大量重複資料、遊戲場景等）可減少等待。

同一行規格不能直接推出「一定比另一款快」。你要把用途與瓶頸一併考慮。

比較

課堂延伸時，可能會接觸：

• 精簡指令集電腦（RISC）：指令較精簡，傾向用較多簡單指令組合完成工作。
• 複雜指令集電腦（CISC）：指令較複雜，單一指令可能完成較多工作。

重點不在背哪個「一定快」，而是理解：不同指令集與架構會影響「每拍完成的有效工作」，因此比較 CPU 不能只看時脈。

常見錯誤

• 只看 GHz：忽略核心數、快取、架構差異與程式特性。
• 把 Boost 當成長期速度：Boost 受散熱與功耗限制，長時間高負載未必維持。
• 忽略相容性：中央處理器與主機板插槽／晶片組不相符就無法使用。
• 忽略「瓶頸轉移」：即使 CPU 升級很大，若儲存裝置很慢或記憶體不足，體感提升仍有限。

定義

• 隨機存取記憶體（Random Access Memory，RAM）：常作主記憶體，讓 CPU 快速讀寫正在使用的程式與資料。
• 唯讀記憶體（Read-only memory，ROM）：存放較固定內容（例如部分啟動相關資料）。
• 快取記憶體（cache memory）：位於 CPU 內或非常靠近 CPU，用來加速常用資料的存取。
• 輔助儲存器（secondary storage）：例如硬碟／SSD，用於長期保存資料，速度通常慢於主記憶體。

原理／運作

易失性（volatility）指「一旦斷電，資料是否消失」。

• RAM 一般是易失性：關機後內容消失。
• 輔助儲存器（例如 SSD）一般不易失性：關機後資料仍在。

為何仍要用 RAM？原因是速度差異：CPU 需要非常頻繁地讀寫工作資料，若每次都直接使用輔助儲存器，等待時間會非常長。

例子

假設你同時開啟：瀏覽器（多個分頁）、文書處理、影片會議、再加上影像編輯。若 RAM 容量不足，系統會把部分不常用資料暫時移到輔助儲存器。

結果可能出現：

• 切換程式時明顯停頓
• 硬碟燈長亮、風扇轉速提高
• 開啟或還原視窗很慢

這些現象不是因為 CPU 立即變慢，而是因為資料搬運變慢：從輔助儲存器搬回 RAM 的時延較高。

比較

• 容量（先決條件）：不足時會造成明顯卡頓，通常是「先救容量」最有效。
• 速度（優化條件）：在容量足夠後，較高速度／較佳配置可帶來一定提升，但體感未必像「由不足變足夠」那麼巨大。

常見錯誤

• 把 RAM 當成「存檔的位置」：RAM 斷電會消失，真正保存檔案應放在輔助儲存器。
• 忽略主機板支援：主機板支援的記憶體類型、插槽數、最高容量都有限制。
• 混搭不當：不同規格的記憶體混用可能導致降速、無法啟動或不穩定。

定義

• 輔助儲存器（secondary storage）：長期保存資料的裝置。
• 硬碟（hard disk）：以磁性碟片儲存資料，需要機械轉動與讀寫頭定位。
• 快閃記憶體（flash memory）：一種可保存資料的半導體記憶體，常見於 SSD、USB 手指等。
• 固態硬碟（SSD）：以快閃記憶體為基礎的儲存裝置，通常比硬碟時延更低。

原理／運作

硬碟讀取資料時，需要：

• 碟片轉到合適位置
• 讀寫頭移動到合適磁道
• 等待碟片旋轉到目標扇區

這些機械等待會造成較高的時延，特別在「很多小檔案、分散位置」的情境（例如開機與開程式）更明顯。

SSD 以電子方式存取快閃記憶體，省去大部分機械等待，因此在隨機讀取與低時延方面通常更有優勢。

例子

兩個裝置都標示 1TB：

• 硬碟：容量大、成本較低，但時延高，開機與開程式較慢。
• SSD：容量相同，但時延低，隨機存取更快，整體體感通常更順。

因此，「容量相同」不代表「效能相同」。題目問到體感速度時，往往要留意「時延」與「隨機存取」能力。

比較

• 順序讀寫：連續大檔案（例如影片拷貝）較受此指標影響。
• 隨機讀寫：大量小檔案、碎片化、程式啟動、系統更新等更看重此能力與時延。

常見錯誤

• 把「有兩個硬碟」當成「有備份」：如果兩個硬碟都在同一部電腦內，同時損壞或中毒仍可能失去資料。
• 只看最高傳輸率：忽略時延與隨機存取，導致選購與體感落差。
• 忽略健康狀況：儲存裝置有壽命，長期使用需留意異常聲音、錯誤、或讀寫變慢等徵兆。

定義

• 解像度（resolution）：畫面由多少像素（pixel）組成，常以「橫向 × 縱向」表示，例如 1920×1080。
• 像素（pixel）：畫面最小的點。
• 刷新率（refresh rate）：顯示器每秒更新畫面的次數，單位通常是 Hz。

原理／運作

解像度提高，代表每一幀需要處理的像素數增加。若其他條件不變：

• 顯示運算量增加（每幀要算更多像素）
• 顯示輸出需要更高資料量（每秒要送更多像素資料）

因此在遊戲或 3D 圖形情境，解像度越高通常越考驗顯示運算能力，可能令幀率下降。

例子

以常見的 1920×1080（約稱 1080p）與 3840×2160（常稱 4K）比較：

• 1080p：1920×1080 ≈ 2,073,600 像素
• 4K：3840×2160 ≈ 8,294,400 像素

4K 的像素數約是 1080p 的 4 倍，因此在相同幀率下，顯示運算與輸出資料量都大幅增加。

比較

• 閱讀／文書：較重視解像度、顯示面積與文字清晰度。
• 遊戲／動作影片：較重視刷新率與動態流暢感（同時也要看輸入延遲等）。

很多情況是「平衡」：例如在硬件有限時，可能先降低解像度以換取更穩定的高刷新率。

常見錯誤

• 只追求更高解像度：忽略實際用途與顯示運算負擔，可能反而令遊戲更卡。
• 忽略線材／通訊埠限制：即使顯示器支援高刷新率，如果線材或通訊埠不支援，實際可能只能跑較低設定。
• 把刷新率當成所有人都必須：若主要用途是文書閱讀，過高刷新率未必帶來明顯收益。

定義

主機板（motherboard）是連接各硬件的主要電路板。它提供：

• 中央處理器與記憶體的安裝位置
• 擴充插槽（例如用於擴充卡）
• 各種通訊埠（例如 USB、影像輸出等）

匯流排（bus）可理解為硬件之間傳輸資料的「通道」；而通訊埠（port）則是對外連接周邊設備（peripheral device）的接口。

原理／運作

相容性問題常出現在「規格不匹配」或「版本限制」。主機板會限制：

• 支援哪一系列的中央處理器（腳位／插槽規格、晶片組）
• 支援哪一類記憶體（類型、最高容量、插槽數）
• 擴充介面類型與數量（例如 PCI 類）
• 通訊埠版本與供電能力（例如 USB 版本）

此外，開機時 BIOS 會初始化硬件；如果 BIOS 不支援某新硬件或設定不當，可能出現無法啟動或不穩定。

例子

你在主機板規格表可能看到：

• 記憶體插槽：例如 2 條或 4 條（影響可擴充上限與配置）
• USB 通訊埠：例如前置／後置、不同速度等級
• 擴充插槽：例如 PCI 類插槽數量

解題時，你要把這些資訊連回「能不能裝」與「能不能發揮」兩件事：能裝不代表能跑滿最高速度；能跑滿又可能受其他瓶頸限制。

比較

• 內部匯流排／擴充介面：主要連接內部硬件（例如擴充卡），較關乎擴充能力與內部傳輸。
• 外部通訊埠（例如 USB）：主要連接周邊設備，較關乎外接裝置的速度與便利性。

兩者都與傳輸有關，但服務的對象不同：一個面向機內擴充，一個面向外接設備。

常見錯誤

• 只看外形不看規格：某些接口外形相似，但版本、速度、供電能力可能不同。
• 忽略 BIOS：硬件新舊交替時，BIOS 版本可能影響能否支援。
• 忽略擴充上限：例如記憶體插槽數不足，日後升級受限。

定義

• 電源供應器（Power Supply Unit，PSU）：把交流電轉為電腦各部件需要的直流電，並提供穩定供電。
• 不間斷電源供應器（Uninterruptible Power Supply，UPS）：在停電或電壓不穩時提供備用電力，讓系統能安全保存資料與關機。

原理／運作

硬件運作會產生熱量。當溫度過高時，系統可能採取保護措施，例如降低時脈或限制功耗（常見稱為「降速」）。

結果是：即使規格表寫得很高，實際長時間運作可能達不到，尤其在：

• 長時間高負載（剪片輸出、遊戲、運算）
• 灰塵積聚、風道不良
• 散熱器或風扇效能不足

例子

很多人以為「功率越大越好」。其實要看系統總功耗與供電品質：

• 文書用途：整體功耗通常較低，500W 可能已足夠。
• 高效能顯示卡與多硬碟：功耗較高，需要更高功率與更穩定供電。

如果電源供應器品質差，即使標示高功率也可能不穩，反而更容易出現重啟、當機或硬件損壞風險。

比較

• 有 UPS：停電時仍可短暫供電，讓你保存檔案並安全關機，降低檔案損毀風險。
• 沒有 UPS：突發斷電可能造成未保存資料遺失，甚至導致檔案系統損壞或系統異常。

在學校、家中或小型辦公環境，UPS 對「保護資料」的價值常高於想像。

常見錯誤

• 只看功率數字：忽略供電品質與保護機制。
• 長期不清灰塵：灰塵堵塞會令散熱效率下降，導致降速與不穩定。
• 忽略風道設計：風扇多不代表散熱好；風流方向與進出風口更關鍵。

定義

瓶頸是指系統中最限制整體表現的一個部分。就算其他部件很強，只要瓶頸未解決，整體表現仍會被拖慢。

瓶頸不是固定的：不同用途會有不同瓶頸。例如玩遊戲可能是顯示運算；做大量分頁與開軟件可能是 RAM；大量拷貝小檔案可能是儲存裝置時延。

原理／運作

你可以用「症狀 → 推理 → 驗證」的方式：

• 症狀：開機慢、開程式慢 → 推理：儲存裝置時延或系統負載高
• 症狀：切換程式卡、瀏覽器分頁多就慢 → 推理：RAM 容量不足
• 症狀：計算／輸出很慢 → 推理：CPU／顯示運算或散熱降速

再配合任務管理器或系統監控工具觀察（CPU 使用率、記憶體用量、磁碟活動），即可更有根據地定位瓶頸。

例子

若某電腦的問題是「開機要等很久、開 Word 也很久」，而 CPU 使用率平時不高，這通常不是 CPU 不夠快，而是儲存裝置時延高（例如舊硬碟）。此時把硬碟換成 SSD 往往能立即改善體感。

相反，如果是「影片輸出時間很長、CPU 長期 100%」，那麼升級 CPU 才較可能直接縮短完成時間。

比較

• 估算：用單位換算快速判斷量級（例如大概需要幾分鐘／幾秒），適合解題與規劃。
• 實測：更貼近真實使用，但需要在相同條件下測試，並理解測試工具的限制。

在 ICT 學習中，估算能力能幫你避免常見誤解（例如把 Mbps 當 MB/s）。

常見錯誤

• 只買「看起來更快」的零件：但主機板不支援、供電不足或散熱不足，結果無法使用或不穩定。
• 忽略瓶頸轉移：升級一處後，瓶頸可能轉移到另一處，需按用途再評估。
• 把估算當成實際：忽略協定開銷與環境因素，導致期望不合理。

定義

Check Point 小測是一種「自我檢核」：用短題目檢查你是否能準確理解硬件規格、單位與情境推理。

它的目標不是令你記住某一題的答案，而是令你能在不同題目中重用同一套推理方法。

原理／運作

1. 先單位：看清楚題目用的是位元／字節／每秒位元（bps）／Hz／ms 等，避免一開始就掉入 Mb/MB 的陷阱。
2. 後概念：判斷是在問「容量」「速率」「時延」「相容性」「散熱供電」哪一類，對應回相關章節。
3. 再情境：結合用途推理（開機慢、剪片慢、多工卡、遊戲掉幀），找出最可能的瓶頸位置。

例子

題目若出現「80 Mbps」，要先做單位判斷：

• Mb 是位元（bit），而 MB 是字節（byte）。
• 1 字節 = 8 位元，所以把 Mbps 轉成 MB/s，通常要 ÷8。

因此理想情況下：80 Mbps 約等於 10 MB/s。若你沒有先處理單位，選項很容易被「80」這個數字帶走。

比較

• 猜答案：速度快，但容易被近似選項誤導，錯了也不知道為何錯。
• 用方法解題：速度可能較慢，但可重用、可解釋、可訂正；長遠更能提升成績與理解。

硬件規格題常出現「看似合理」的選項。能否分辨，關鍵往往在單位、概念與情境三者是否一致。

常見錯誤

1. 忽略單位大小寫：把 Mb 當 MB。
2. 只看一個數字：例如只看 GHz、只看容量，忽略快取、時延、散熱。
3. 忽略「最可能」：情境題要選最符合症狀的原因，而不是任何「也可能」的原因。
4. 未連回概念：做完題不看解析，錯誤就會重複出現。
5. 把估算當實測：忘記協定開銷與環境因素，導致推理不合理。