『普林斯頓最熱門的電腦通識課』硬體

去年在一次偶然的機會重組桌機，我已經好多年沒自己組過電腦，這才發現現在組電腦比 20 年前更簡單，內部的元件更精簡，然後排線都已經標準化，光碟機、硬碟機或軟碟機等，都已經退出主流，取而代之的是 SSD 跟 USB 外接裝置及網路等，顯示卡如果不追求效能，直接用CPU 內建的 GPU 也非常足夠，不需要獨立顯卡。

因此，機殼裡面要組裝的東西就只剩主機板、記憶體、CPU 及 SSD，也可以說現代的主機板已經囊括太多功能，讓組裝電腦變成只要會裝拆就可以，一切都是標準化動作。

甚至有的機殼還有免用螺絲起子拆拔，以及主機板上非常人性化的防呆功能，現在組裝電腦幾乎是不用專業知識就能自己動手 DIY。

講這麼多，其實只是印證書中所講的，電腦的「邏輯架構」都沒甚麼改變，是它實際呈現的硬體樣式或模式改變了，變的更精簡更方便使用。

可攜式的儲存裝置，從軟碟機到光碟機，再到 USB 外接隨身碟，然後現在是直接連上網路存在雲端硬碟。

硬體越來越簡化，但使用者的習慣從以前都現在，似乎都沒甚麼太大變化；一樣是點選磁碟槽存取檔案，在使用上認定它就是個儲存槽，不管實體裝置有多大的不同，反正操作方式跟目的都是一樣的，這就是「抽象化」的好處。

至於 CPU 跟 記憶體的速度跟架構也是一日千里，只不過在一般使用者的認知上，也就只是處理速度越來越快，不會太在意平行處理、多核處理或多執行緒等這些不同架構而產生的影響。

只要知道現在 CPU 有內顯，如果不玩遊戲或是特殊應用，基本上是不用買獨立顯卡，少花一筆錢。

「網絡效應」在社群軟體、通訊軟體或影音平台最為明顯，越多人用 YouTube、 Line、FB 或 IG，吸引力或效用就越大，不得不說 Line 在台灣的普及率真的是太高了，得益於智慧型手機及平板的發展，現在連我爸媽這種以前不碰電腦的人，現也是 Line 大軍的其中一員；我爸還很愛到 YouTube 上去找教學影片來看，這已經是他們連結世界的「重要通道」。

至於講到「邏輯閘」，雖然常說數位世界，但因為大多數人都是使用者，其實對於底層的技術不用太了解，會碰到或用到邏輯閘這個觀念的人，不是學生就是這專業的相關工作者。

手機的「邏輯架構」真的跟電腦越來越像，或者是說根本一模一樣；現在 Window 11 已經有在 ARM 上面執行的版本，以後電腦跟其它嵌入式裝置的邊界會更模糊；當小小一片樹莓派 4 的效能已經超過 10 年前的電腦時，就可以預知這個世界未來會有更多的計算裝置或說微型電腦，圍繞在生活周遭。

科技的進步現在連台灣「中老年人」都非常有感，透過這些通道「拓展自己的世界」，這在 20 年前真的難以想像。

本章節重點摘要如下：

• 硬體是電腦運算中實體、有形的部分：你看得到、觸碰得到的器材與設備。
• 數十年來，電腦運算系統的「邏輯架構」大致不變，而硬體已經有了驚人程度的變化。
• 由兩個觀點來看電腦：

1. 邏輯或功能性組織；有哪些部件，它們做什麼以及它們如何連結。.
2. 實體結構；部件的模樣如何，它們是如何製造的。

• 個人電腦比麥金塔電腦便宜的原因是較多供應商激烈競爭的結果。各式各樣硬體附加元件，更多的軟體及更多的專門知識與技術，都更容易取得。
• 經濟學家稱這為「網絡效應 (network effect)」的一個例子：越多其他人使用某個東西，這東西就變得對你更有效用，其效用與使用者人數成「正比」。
• 手機有類似電腦的網絡效應，而且現在的智慧型手機跟執行電腦運算的硬體很相似。

電腦的邏輯或功能性架構包含：處理器(processor)、主記憶體(primary memory)、輔助儲存器(secondary storage)，以及其他元件，全部都由一個名為匯流排 (bus)的線路連結，這些線路在它們之間傳輸資訊。

• 手機或平板電腦有類似的架構，只不過滑鼠、鍵盤及顯示器結合成一個元件 → 「觸控螢幕」，還有電腦沒有的元件，如「羅盤」、「加速規」及判讀實體位置的 「GPS 接收器」。
• 從 1940 年代起，這個基本的邏輯架構 → 一個處理器、儲存指令與資料的記憶體及儲存器，以及輸入與輸出器材，被稱為「馮紐曼架構 (Von Neumann architecture)」。
• 處理器→中央處理器(central processing unit, CPU)，電腦的大腦。
• 主記憶體→隨機存取記憶體(random access memory, RAM)，依電性記憶體，關閉電源內容就消失。
• 輔助儲存器→磁碟(disk 或 drive)，非依電性記憶體，分為硬碟(hard disk/hard drive, HD)及固態硬碟(solid state drive, SSD)。
• 這些反映的是不同的「實體布局 (physical implementation)」。
• 磁碟機是「邏輯結構 (logical structure)」與「實體布局」之間有所差異的一個好例子。

Windows上的 File Explorer 或 MacOS 上的 Finder 等程式，把一個磁碟機的內容展示成資料夾與檔案層級結構形式 (hierarchy of folders and files)；但實際上，資料可以儲存於旋轉式機械裝置(硬碟)、無移動元件的積體電路(SSD)，或其他完全不同的裝置上。

磁碟本身的「硬體」和作業系統的「軟體」合稱「檔案系統 (file system)」。

• 在電腦運算領域，「抽象化」是一個很普遍的概念：「實作細節被隱藏起來」，在檔案系統中，不論實體所採用的技術有多不同 (HD vs. SSD)，都是以資料夾與檔案的層級結構形式把內容呈現給使用者。
• 電腦裡的電子電路是由大量的基本元素建構而成，這其中最重要的是「邏輯閘 (logic gate)」，邏輯閘根據一或二個輸入值，運算出一個輸出值；它使用電壓或電流之類的「輸入訊號來控制一個輸出訊號 (電壓/電流)」。

有足夠的邏輯閘以正確方式連結，就可能執行任何種類的運算。

• 在電腦中，一個「電晶體 (transistor)」基本上就是一個電閘，在電壓的控制下，開啟或關閉電流；用這簡單的基礎，可以建構非常複雜的系統。
• 現今，邏輯閘建造於「積體電路(integrated circuit, IC)」，積體電路常被稱為「晶片 (chip)」或「微晶片 (microchip)」。
• 在手機，電腦賦能的設備，以及提供雲端運算的伺服器，它們的邏輯或功能屬性全部相同。若不去看速度及儲存容量之類的實用性，它們全都能運算相同的東西。