【隨堂筆記】電腦硬體與軟體及數位資料表示

電腦處理最小資料單位是bit位元(0跟1): 0 代表關、1 代表開
```
 1 byte(位元組) = 8 bits
 1 KB = 1024 bytes
```
p.s. byte 常用於數位資料單位表示
單位對照表。
(來源：第 12 期電腦科學概論 & 程式設計思維入門共學營-電腦硬體與軟體及數位資料表示)
電腦處理資料僅使用二進位制(0、1)，因此資料表示與處理需進行位元轉換
數位資料處理常使用2進位(binary)、10進位(denary)、16進位(hex)、8進位
N進位表示以數字 N 作為底數，每遇到數字 N 即進位
ex. 10進位: 0 -> 2進位: 0000
```
 10進位: 1 -> 2進位: 0001(= 0000+1)
 10進位: 2 -> 2進位: 0010(= 0001+1)
 10進位: 3 -> 2進位: 0011(= 0010+1)
 10進位: 4 -> 2進位: 0100(= 0011+1).......以此類推
```
2進位(binary)、10進位(denary)、16進位(hex)數字對照表。
(來源：第 12 期電腦科學概論 & 程式設計思維入門共學營-電腦硬體與軟體及數位資料表示)
進位制度轉換(點此)
像素(pixel = pel)為構成數位影像圖片的單位，每個像素皆由三原色(RGB，Red、Green、Blue)所組成，每個顏色由十進位0-255數字表示。
ex. 10進位表示法：白色(255, 255, 255)、黑色(0, 0, 0)
ex. 16進位表示法：白色 #FFFFFF、黑色 #000000
一個像素所能表達的不同顏色數取決於位元每畫素（bpp,bit per pixel），bpp最大數可以通過取2的次冪取得。
8 bpp：256色(= 2^8)，亦稱為「8位元」(從數字0-255，共256個數字)
16 bpp：65,536色(= 2^16)，稱為高彩色，亦稱為「16位元」
24 bpp：16,777,216色(= 2^24)，稱為真彩色，亦稱為「24位元色」
32 bpp：2^24 +2^8，稱為全彩，亦稱為「32位元色」
p.s.電腦領域較常見的32位元色並不是表示2^32種顏色，而是在24位元色基礎上增加了8位元（2^8=256級）的灰階。
48 bpp：281,474,976,710,656色(= 2^48)，用於很多專業的掃描器。
電腦是使用ASCII、Unicode 編碼系統表示文字
ASCII：主要用於顯示現代英語
Unicode：用於顯示其他非英語的語言(ex.中文、日文)，此系統相容了世界大部分的語言
Unicode 主要透過可變長度的編碼解決了固定長度的記憶體空間浪費
p.s. UTF-8 為 Unicode 其中一種常見的版本
電腦是由以下四個主要硬體架構所構成：
輸入/輸出裝置（Input/Output Device）：輸入(ex. 鍵盤、滑鼠)、輸出(ex. 音響、螢幕)
邏輯運算單元（Arithmetic Logic Unit, ALU）：負責加減乘除、邏輯判斷
控制單元（Control Unit, CU）：暫存資料、暫存程式碼、暫存執行指令
記憶體單元（Memory）
p.s. ALU、CU 為中央處理器(CPU)的主要元件
p.s. 一般電腦關機記憶體內紀錄資料會消失
記憶體階層(由上至下)：
CPU 中央處理器
Register 暫存器
L1 Cache Memory 快取記憶體
L2 Cache Memory 快取記憶體
Main Memory 主記憶體
Hard Disk 硬碟
p.s. 階層越高讀取速度越快，越下層讀取速度越慢、體積越大
p.s. 通常要提高電腦的執行速度會把 Cache Memory 快取記憶體和 Main 主記憶體等規格升級
電腦是從記憶體中讀取指令後呈現相應的結果
電腦執行程式主要步驟：Fetch 擷取指令 -> Decode 解碼指令(解讀為0101狀態) -> Execute 執行指令

Fetch 擷取指令：控制單元（CU）抓取記憶體（Memory/RAM）中要執行的指令放在 CPU 中央處理器的暫存器（Register）中

Execute 執行指令：透過邏輯運算單元（ALU）來進行加減乘除、邏輯判斷的運算，並將運算結果透過控制單元（CU）協助存回記憶體（Memory/RAM）