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李家同老師專門替中學生寫的電腦入門

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作　　者╱

李家同、侯冠維

出版社別╱

小五南

書　　系╱

學習高手

出版日期╱

2021/07/27 (1版 2刷)

I S B N ╱

978-957-763-741-3

書　　號╱

ZI32

頁　　數╱

258

開　　數╱

正20K

定　　價╱

390 (特價 308)

若無法觀看影片請連結此網址

●配合108課綱議題：資訊科技
●幫助中學生了解電腦基本架構的入門書

AI人工智慧時代，世界各國都在加強資訊教育
配合十二年國教新課綱，資訊科技已列為國、高中必修科目
資訊教育不能晚，但你對電腦懂多少？

電腦是我們日常學習和工作所必須，在小學便有資訊課，教授認識軟體與操作和程式設計課程等，但是不教硬體內容，不討論電腦是如何組成和運作的。長大了會操作電腦的我們，對電腦本身也不見得知道多少原理。

本書的內容就是要分解電腦，讓讀者可以了解電腦有哪些零件，這些零件有哪些功能。雖然分解電腦說明功能的難度很高，但是更難的是──如何讓中學生看得懂。於是，有了本書的產生。

透過本書，你可以—
☆對國中生來說，對電腦的認識有限，本書可以讓讀者了解電腦的基本架構。
☆對不懂電腦的人來說，都能獲得一些有關電腦原理的知識。
☆除了文字，會實際拆解電腦，搭配照片和解說圖示意圖，幫助讀者了解。

李家同
現為國立清華大學鈺寶科技榮譽講座教授。

國立台灣大學電機工程學系學士，美國加州大學柏克萊校區電機及計算機博士。

曾任靜宜大學校長、暨南大學校長、清華大學代理校長，以及總統府無給職資政等。

研究領域為符號邏輯、演算法設計分析、生物計算、生物資訊等。

曾獲得許多獎項的肯定，包括科技部連續五屆傑出研究獎、教育部工科部學術獎、侯金堆傑出榮譽獎等，也是美國電機電子學會榮譽會員。

侯冠維
國立清華大學電機系博士就讀中
學歷
國立清華大學電機系碩士
經歷
旺宏電子工程師

第一章如何使電腦聽話
第二章二進位數字
2.1 十進位數字
2.2 二進位的正整數表示法
2.3 如何將十進位正整數化為二進位數字
2.4 二進位數的加減乘除
第三章數位線路
3.1 及閘
3.2 或閘
3.3 反閘
3.4 反及閘
3.5 反或閘
3.6 互斥或閘
3.7 利用及閘、或閘和反閘製造較複雜的線路
3.8 加法器的組成
第四章組合語言和機械語言
4.1 組合語言指令
4.2 組合語言程式
4.3 機械語言
4.4 機械語言程式範例
4.5 機械語言程式的執行
第五章作業系統
5.1 電腦開機流程
5.2 作業系統簡介
5.3 硬體驅動程式
5.4 多工處理
5.5 記憶體與磁碟管理
5.6 應用程式介面
5.7 大型主機作業系統
第六章電腦通訊
6.1 網際網路
6.2 網域名稱系統
6.3 通訊埠
6.4 私有IP位址
6.5 網路架構：主從式與對等式網路
6.6 資訊安全與密碼學


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第6章電腦通訊

如今，我們可以用電腦上網，到許多不同的網站去取得資料，也可以傳送Email、傳訊息，甚至電腦上也已有相當好的通話功能，讓遠在不同國家的人們可以互相聯絡。另一方面，過去手機只能用來打電話，但如今我們可以用手機上網、傳送資料和照片。其實手機的內部也有CPU、記憶體等硬體，也有作業系統和許多軟體在其中，可以說手機其實也是一部電腦。我們將在這一章介紹電腦通訊是如何達成。

6.1　網際網路
兩部電腦間的通訊兩部電腦間的通訊如圖6.1-1。
我們可以看出，兩個電腦之間必須要用一條電纜線連接起來，當然在作業系統中要有負責傳送和接收資料的軟體。更重要的是，兩部電腦之間負責接收和發送資料的軟體必須符合一樣的規格，否則你傳了資料給對方，對方可能完全無法辨認，不知道接收到的是什麼。就像一個國家的外交部有一個禮賓司司長，這位官員懂得外交禮節，英文叫做
protocol。而電腦之間的protocol，被稱為通訊協定。也就是說，雙方的電腦都要按照一個共同的約定來互送資料。因為電腦通訊是全球性的，電腦的通訊協定因此也是國際性的。全世界的電腦，如果要和別的電腦通訊，必須遵守全世界共同的約定。
圖6.1-1的通訊是用一條傳輸線，資料為什麼能夠在這條線上面傳輸？傳輸的方法，是將資料編碼成為一連串的數字，並使用不同的電壓大小來代表不同的數字，因此纜線上面實際上傳送的是電。
除了用一條電纜線來傳輸以外，也有可能兩個電腦之間是無線的，如圖6.1-2。
沒有線連接的電腦通訊，要依靠電磁波來傳送資料，大家所熟知的WIFI，就是讓電腦使用無線通訊的一種技術。要如何使用電磁波來傳送資料，牽涉到很多的數學應用，超出了本書能夠解釋的範圍，大家若有興趣，未來可以更進一步研究。
希望大家了解，電腦通訊不同於我們熟悉的信件通訊。傳統上的郵寄信件，如果你要寄信給別人，你只要寫好信，放入信封，信封上註明對方的地址，再投入郵筒，對方就會收到你的信了。
但電腦通訊不是如此簡單，即使你知道了對方電腦在網路上的位址，你也不能用電腦打好一封信，然後用你的電腦將你的信送到對方的電腦去。因為電腦與電腦之間的通訊有很多繁文縟節的通訊協定，你是搞不清楚這些協定的。但是現在已經有不少的軟體公司替你服務，你只
要拜託他們就可以了。比方說，你可以用電郵系統（e-mail），他們就可以很有效率而且穩定地替你辦妥電腦通訊。

區域網路（Local Area Network, LAN）
說明了兩部電腦之間的通訊，我們再來介紹一群電腦之間的通訊。
我們可以想見：一家公司、一家醫院，或者一所學校內部，一定有很多的電腦，這些電腦都要互通訊息。比方說，醫生如果要看病人的X光片，他的電腦就要和醫院內的的另外一部電腦通訊。例如：從放射科的一部電腦取得病人的X光片資料。醫生結束診斷以後，要將資料傳送給醫院的藥局，讓藥劑師來準備他所開的藥，這個訊息也是由他的電腦傳送到藥局的電腦。如此，這些資料不需要透過紙本傳遞，只要透過電腦，就可以很快地傳送給不同的人，病患也可以更快地就完成看診並拿到藥。而在學校裡，學生要註冊時需要向學校提供許多個人資料，或者老師要將學生的成績傳到學校，師生們想要問圖書館有沒有某一本書，這些都可以藉由電腦通訊來完成，讓電腦幫我們傳送訊息，使得生活變得更加便利。
這種將距離相近的一群電腦連接起來的技術，稱為區域網路。因為區域網路要讓一群電腦能互相通訊，它們所用的通訊方法也是很特別的。圖6.1-3顯示一種叫做乙太網路（ethernet）的技術，這種網路專門用在區域網路上。

廣域網路（wide area network, WAN)）
在介紹廣域網路之前，我們必須先介紹IP位址，又稱為網際網路協定位址（internet protocol address）。

網際網路協定位址（P位址）
我們前面已經介紹過MAC位址，它就像人民的身分證一樣，每一臺電腦都有獨一無二的MAC位址。假如我們換了新的電腦，就會有一個新的MAC位址。倘若我們永遠只用MAC位址來和別的電腦通訊，這會造成一些麻煩，比方說，我們原本要連上Google的網頁，這個網頁一定在某一臺電腦裡面，而Google某一天換了一臺新電腦，把舊電腦丟掉了，我
們就無法再用舊的MAC位址連上Google網頁了，因此我們必須要用IP位址。
就好像A國家在另一個B國家設立了大使館，大使館當中有外交官，外交官是會換的，比方說：A國家的侯外交官今天被開除了，換成了李外交官，如果我手上只有侯外交官的電話，頓時我將無法再和A國家交涉，這是嚴重的問題。而IP位址就像是一個房子的地址一樣，是不會換的。就好像大使館當然有一個地址，假如B國家想要和A國家交涉，可以直接到大使館就好，而不用擔心目前負責的外交官是哪一位。
簡單地說，假設你在家裡用一臺電腦A，因為某種原因，你改用電腦B，這兩臺電腦的MAC地址的確不同，但IP位址不變。我們以後會解釋，為何你的電腦仍然可以順利地對外通訊。
IP位址是一個32位元的二進位數字，通常被寫成每8位元為一組的四組數字，例如：在本書撰寫的期間，清華大學的網頁所在的電腦IP位址是140.114.69.135，大家可以試著把這串數字輸入到你的瀏覽器中，應該可以看到學校的網頁。為什麼四組8位元數字會長這個樣子？在第二章，我們已經介紹了二進位數字，一個8位元的二進位數字，可以表示的數字範圍是0∼255之間，因此全世界任何一臺電腦所在的IP位址都會是
n1.n2.n3.n4的形式，其中n1、n2、n3、n4都是0~255之間的數字。要注意IP位址就像地址一樣，是不會常常換的，我們可以換新電腦，MAC位址就會不同，但是IP位址仍然一樣。