單元 1.1.3 輸入、輸出和儲存
主儲存器是易失性儲存器，[1] 設計用於 CPU 快速訪問。 它由暫存器、快取記憶體和 RAM 組成。 通常體積小，執行速度極快（快取記憶體執行速度幾乎與處理器相同）。
一種非常快速的形式的易失性儲存器，它由許多儲存位置組成，每個儲存位置都儲存一個二進位制數，並由一個唯一的地址標識。 RAM 是一種直接儲存器，這意味著可以隨時跳轉到儲存器中的任何位置。 RAM 用於儲存當前正在使用的程式，通常比 ROM 的容量更大。
非易失性儲存器，只能從中讀取，不能寫入。 它通常用於儲存計算機系統中的 BIOS、韌體和載入程式，並在引入可重寫儲存器之前在啟動過程中使用，以替代大多數主機板，以便為消費者更新 BIOS 變得更加簡單。
另一種高速易失性儲存器，快取記憶體儲存器旨在以接近處理器速度的速度執行。 它非常小，並儲存最常訪問的資料，以減少處理器等待資料和指令的時間。
計算機同時具有 ROM 和 RAM 記憶體。
(a) 簡要描述這兩種型別記憶體之間的區別。 [2]
(b) 舉例說明這兩種型別記憶體中合理儲存的內容。 [2]
(c) 訪問計算機檔案可能是順序的，也可能是隨機的。 使用示例描述這兩種型別的訪問。 [4]
答案
(a) ROM 意味著資料在製造過程中是固定的，或者說是永久性的，不能被刪除或修改，而 RAM 允許新增、修改或刪除資料。 2
認可 ROM 是非易失性的，RAM 是易失性的，但沒有解釋非易失性和易失性的含義。
(b) ROM 中資料的示例將是引導載入程式、其他系統軟體或硬體（系統）設定/BIOS 1
RAM 中資料的示例將是正在執行的程式，例如應用程式或作業系統。 1
(c) 順序檔案必須從頭開始讀取 1
示例：儲存在磁帶上
隨機訪問檔案可以訪問任何點 1
示例：RAM 1
[問題總計 8]
在某些情況下，如果機器的主記憶體不足，它需要一種方法來擴充套件它，以便容納更多資訊或程式。 這是透過虛擬記憶體來完成的，因為物理硬體無法擴充套件。 這是當輔助儲存器的一部分被保留用於儲存原來在 RAM 中的專案時。 當需要資料時，它將從該區域複製到 RAM，並且如果它在一段合理的時間內沒有被需要，它將被複制到輔助儲存器。
分頁的優點在於它允許計算機即使在 RAM 已滿的情況下也能繼續執行； 但是，它也有缺點，因為從輔助儲存器讀取到 RAM 的速度明顯慢於直接從 RAM 讀取。 這意味著計算機在讀取資料來源之間時，可能會顯得緩慢且對某些任務無響應。 此外，如果這種讀寫過程發生很多次，輔助儲存器將不斷被讀取，這會使系統速度更慢，因為磁碟會不斷尋找它需要的檔案。 這種效應被稱為磁碟抖動。
| 優點 | 缺點 |
|---|---|
| 即使 RAM 已滿，也能使系統繼續執行。 | 需要更頻繁地從輔助儲存器讀取。 |
| 允許非常大的檔案被載入到“記憶體”中並按需訪問。 | 限制了驅動器上的可用空間，因為必須為頁面檔案保留一部分空間。 |
| 提供了更高效的主記憶體利用率。 | 如果 RAM 不斷被填滿，那麼輔助儲存器將需要執行許多快速讀取操作，這會使系統速度變慢，並使硬碟驅動器保持執行狀態（磁碟抖動）。 |
也稱為後備儲存器，輔助儲存器是非易失性儲存器，[2] 用於永久儲存資料，例如作業系統和使用者檔案。
磁帶、硬碟、軟盤
磁性儲存使用微小的磁化點，每個小部分都被磁化成南北極，以指示位是 1 還是 0。這些點由讀/寫頭讀取。 在硬碟中，讀/寫頭使用旋轉的碟片在簇上填充扇區。 通常，硬碟上的資料不會被永久刪除，只是指標被刪除。 但是，已刪除的資料可以被覆蓋，從而永久刪除它。
優點
- 通常按位計算成本最低（與固態儲存器和光學儲存器相比）
- 快速訪問資料（當不 碎片化）
缺點
- 由於存在活動部件，磁性硬碟驅動器明顯比固態硬碟驅動器慢。
- 活動部件最終會失效
CD、CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD 和藍光光碟
光學介質使用雷射照射旋轉的反射盤。凹坑和凸起用於指示位是 1 還是 0。光感測器檢測由凹坑引起的反射。
優點
- 生產和購買成本低廉
- 便攜
缺點
- 容易劃傷 - 這可能會導致部分檔案無法讀取
- 儲存容量遠低於固態和磁性儲存
- 資料訪問速度相對較慢
SSD、RAM、快閃記憶體
固態和快閃記憶體儲存使用電晶體柵極儲存資料。如果電晶體單元為高電平，則表示二進位制 1，如果為低電平，則表示 0。
優點
- 與磁性驅動器中的旋轉磁碟不同，固態儲存沒有移動部件。
- 可靠且快速的儲存
- 電晶體可以非常小 - 例如，今天許多智慧手機和相機中都可以找到 64 GB 的微型 SD 卡。
缺點
- 價格昂貴
- 製造難度大
一位六年級學生使用不同型別的輔助儲存介質與她的計算機系統互動。對於以下每種輔助儲存介質，說明學生可能使用它做什麼。在每種情況下，確定介質的特性使其適合該用途。
(i) 硬碟 [2]
用途
特性
(ii) DVD-ROM [2]
用途
特性
(iii) 固態隨身碟 [2]
用途
特性
答案
儲存軟體/作業系統/資料檔案
大容量/快速訪問資料
[2]
匯入軟體/百科全書...
不可寫入/資訊不可更改（取決於第一點）。
[2]
將工作從學校帶回家/備份資料 小巧/輕便/大容量/便攜/可在任何機器上使用/耐用
[2]
虛擬儲存是指實際上並不存在但由軟體建立以使其看起來存在的儲存。它是一種對邏輯儲存和物理儲存進行抽象/分離的方式。
這是將資料“儲存在雲端”的概念。實際的資料儲存過程是透過網際網路將資料傳輸到外部線上儲存設施，該設施儲存資料，並可從任何地方訪問。它可以用於自動備份或檔案共享，並且通常具有非常大的儲存容量。虛擬儲存可以幫助您降低成本，因為它可以避免您需要大型伺服器來儲存大量資料。缺點是您不再能夠控制自己的安全，因此可能更容易受到攻擊。但是，需要注意的是，雲端儲存的安全措施通常非常強大。
通常，區域網有一個集中的儲存。當用戶訪問某些檔案時，它們似乎被儲存到裝置上，但實際上它們可能儲存在伺服器硬碟驅動器中。
資料被儲存到多個磁碟驅動器中，以提高效能/冗餘性
一家線上音樂商店允許客戶下載音樂、電影和其他檔案。登入後，客戶可以檢視過去的下載內容並更改聯絡方式和付款資訊。如果沒有合適的預防措施，這些資料中的一部分可能會受到意外或惡意損壞。
(a) 定義意外損壞和惡意損壞這兩個術語。描述哪些人可能導致線上音樂商店儲存的資料出現這兩種型別的損壞。[4]
(b) 詳細描述商店應採取的程式，以確保資料在損壞後可以恢復。[2]
答案
(a) 意外損壞是指資料被無意更改或刪除 1
可能導致線上音樂商店儲存的資料意外損壞的人員包括客戶或商店員工，他們無意中刪除或更改了資料 1
惡意損壞是指資料被有意更改或刪除 1
可能導致線上音樂商店儲存的資料惡意損壞的人員包括駭客（或類似人員）或心懷不滿的商店員工，他們故意刪除或更改資料 1
(b) 商店應採取的程式，以確保資料在損壞後可以恢復
- 伺服器應定期備份 1
- 備份應儲存在安全的位置/異地 1
- 可以利用“雲計算” 1
- 輸入
- 鍵盤
- 滑鼠
- 觸控式螢幕
- 操縱桿
- 鍵盤
- 麥克風
- 相機
- 網路攝像頭
- 輸出
- 警報器
- 信標/燈光
- LED
- VDU/顯示器
- 印表機
- 揚聲器
- 電視
- 加熱器
- 執行器
一個水箱裡裝著熱帶魚。水必須保持在恆溫。一個計算機系統用於維持水的所需溫度。
(i) 說明系統中將使用的一個輸入裝置及其用途。
[2]
(ii) 說明系統中將使用的一個輸出裝置及其用途。
[2]
(iii) 說明系統中將使用的儲存裝置以及它將儲存的資料。
[2]
答案
答案/指示性內容
(i)
- 溫度感測器 熱感測器/熱敏電阻
- 用於讀取水溫（輸入到處理器）。
(ii)
- 鍵盤
- 允許使用者更改所需的溫度。
(iii)
- 加熱器
- 用於提高水溫 - 執行器 - 用於控制加熱器開關 - 螢幕/顯示器 - 用於顯示當前溫度
(iii)
- 固態儲存/快閃記憶體卡/硬碟。
- 用於儲存執行系統的程式/用於儲存引數