110 年 國立政治大學圖書資訊與檔案學研究所檔案學組《計算機概論》

本題為計算機概論的基礎名詞解釋題，旨在測試考生對於資訊科技領域重要概念的理解程度。

(1) 雲端 (Cloud Computing)
定義：雲端運算是一種透過網際網路提供計算資源（如伺服器、儲存空間、資料庫、網路、軟體、分析、智慧等）的模式。使用者可以透過網路隨時隨地存取這些資源，而無需自行購買、維護和管理實體硬體或軟體。其主要特點包括彈性擴展、按需付費、資源共享和服務導向。
應用：

• 線上儲存與備份：如 Google Drive, Dropbox, OneDrive，使用者可以將檔案儲存在雲端，並從任何裝置存取，同時也可作為資料備份。
• 軟體即服務 (SaaS)：如 Google Workspace (Gmail, Docs), Microsoft 365，提供無需安裝即可使用的應用程式。
• 平台即服務 (PaaS)：提供開發者部署應用程式的平台，如 Heroku。
• 基礎設施即服務 (IaaS)：提供虛擬伺服器、儲存等基礎設施，如 Amazon Web Services (AWS), Microsoft Azure。

(2) 大數據 (Big Data)
定義：大數據是指規模龐大、結構複雜、產生速度快，以至於傳統的數據處理應用軟體難以捕捉、儲存、管理和分析的數據集合。其核心特徵通常被概括為 3V：
* Volume (量)：數據量極大，通常以 TB、PB、EB 等為單位。
* Velocity (速)：數據產生和處理的速度非常快，需要即時或近乎即時的分析。
* Variety (多樣性)：數據來源多樣，格式複雜，包括結構化數據（如資料庫表格）、半結構化數據（如 XML, JSON）和非結構化數據（如文字、圖片、影音）。
近年來也常加入 Veracity (真實性) 和 Value (價值) 等 V。
應用：

• 商業智慧與分析：分析客戶行為、市場趨勢，以制定更精準的行銷策略和產品開發。
• 醫療保健：分析病歷、基因數據，預測疾病風險，制定個人化治療方案。
• 智慧城市：分析交通流量、環境感測數據，優化城市管理和公共服務。
• 科學研究：處理天文觀測、粒子碰撞實驗等產生的海量數據。

(3) 5G
定義：5G 是指第五代行動通訊技術 (5th Generation mobile communication technology)。它是 4G (LTE) 的演進，旨在提供更高速度、更低延遲、更大連接數量的無線網路服務。5G 的三大主要應用場景是：

本題考驗考生對於家庭網路架設的基本步驟與考量。雖然題目以 ADSL 為例，但概念適用於各種寬頻連網方式。

家庭網路架設的基本步驟與設定如下：

第一步：評估與選擇網路服務

• 考量家中所需頻寬：這是題目中已提示的第一步。需要評估家中同時使用網路的設備數量、用途（如觀看 4K 影音、線上遊戲、視訊會議、一般瀏覽）以及使用者人數。
  • 一般瀏覽、收發信件：數 Mbps 即可。
  • 觀看 HD 影片：建議 25-50 Mbps。
  • 觀看 4K 影片、多人同時線上遊戲、視訊會議：建議 100 Mbps 以上，甚至更高。
• 選擇網路服務供應商 (ISP)：比較不同 ISP 提供的方案（如光纖、Cable、ADSL），包含速度、價格、合約條款、客服品質等。
• 申請與安裝：向 ISP 申請服務，ISP 會派員到府安裝寬頻數據機 (Modem)，並完成線路連接。

第二步：設定數據機 (Modem) 與路由器 (Router)

• 數據機 (Modem)：由 ISP 提供，負責將 ISP 傳輸過來的訊號（如光纖、Cable、電話線）轉換成電腦或路由器可以使用的數位訊號。通常 Modem 會提供一個網路埠 (Ethernet port)。
• 無線路由器 (WiFi Router)：這是架設 WiFi 的核心設備。
  • 連接：將 Modem 的網路埠透過網路線連接到路由器的 WAN (Wide Area Network) 埠。
  • 初始化設定：首次使用時，通常需要透過電腦連接到路由器的 LAN 埠，或直接透過 WiFi 連接（預設 SSID 和密碼通常印在路由器底部）。
  • 登入路由器管理介面：在瀏覽器輸入路由器的 IP 位址（如 192.168.1.1 或 192.168.0.1），使用預設的帳號密碼登入。

第三步：設定 WiFi 路由器

• 設定 WAN 連線：在路由器管理介面中，設定 WAN 埠的連線方式。若 ISP 提供的是固定 IP，則輸入 IP；若為動態 IP (DHCP)，則選擇自動取得。若為 PPPoE 撥接（ADSL 常見），則需輸入 ISP 提供的帳號和密碼。
• 設定無線網路 (WiFi)：
  • SSID (網路名稱)：設定一個獨特的 WiFi 名稱，方便辨識。

本題要求計算 1 小時彩色高畫質影片的資料量，並以乘法或除法表達，重點在於理解影片資料量的組成與單位換算。

首先，我們需要知道組成影片資料量的基本要素：

1. 解析度 (Resolution)：例如 $1920 \times 1080$ pixels。
2. 色彩深度 (Color Depth)：每畫素 (pixel) 所使用的位元數。彩色高畫質影片通常使用 24 位元 (bits) 或 32 位元 (bits) 來表示一個畫素的顏色。我們以 24 位元（True Color）作為計算基礎。
3. 影格率 (Frame Rate)：每秒播放的影格數，常見的有 24 fps, 30 fps, 60 fps 等。高畫質影片通常要求較高的影格率，我們以 30 fps 為例。
4. 時間長度 (Duration)：影片的總長度，這裡為 1 小時。

計算步驟：

步驟 1：計算每秒的資料量 (bits/second)

• 每畫素的位元數：彩色高畫質影片常用 24 bits/pixel。

• 每影格的資料量：解析度 $\times$ 每畫素的位元數
  $= (1920 \text{ pixels} \times 1080 \text{ pixels}) \times 24 \text{ bits/pixel}$
  $= 2073600 \text{ pixels} \times 24 \text{ bits/pixel}$
  $= 49766400 \text{ bits/frame}$

• 每秒的資料量：每影格的資料量 $\times$ 影格率
  $= 49766400 \text{ bits/frame} \times 30 \text{ frames/second}$
  $= 1492992000 \text{ bits/second}$

步驟 2：計算 1 小時的總資料量 (bits)

• 時間轉換：1 小時 = 60 分鐘 = 60 分鐘 $\times$ 60 秒/分鐘 = 3600 秒。
• 總資料量 (bits)：每秒資料量 $\times$ 總秒數
  $= 1492992000 \text{ bits/second} \times 3600 \text{ seconds}$
  $= 5374771200000 \text{ bits}$

步驟 3：將資料量從 bits 轉換為 GB

我們需要知道以下單位換算：

• 1 Byte = 8 bits
• 1 Kilobyte (KB) = 1024 Bytes
• 1 Megabyte (MB) = 1024 KB
• 1 Gigabyte (GB) = 1024 MB

所以，1 GB = $1024 \times 1024 \times 1024$ Bytes = $2^{30}$ Bytes。
而 1 Byte = 8 bits，所以 1 GB = $2^{30} \times 8$ bits = $2^{33}$ bits。

• 總資料量 (GB)：總資料量 (bits) / (8 bits/Byte) / (1024 Bytes/KB) / (1024 KB/MB) / (1024 MB/GB)
  $= \frac{5374771200000}{8 \times 1024 \times 1024 \times 1024}$ GB
  $= \frac{5374771200000}{2^{3} \times 2^{10} \times 2^{10} \times 2^{10}}$ GB
  $= \frac{5374771200000}{2^{33}}$ GB

表達方式：

我們可以將上述計算過程用乘法或除法表達出來。

假設：

• 解析度：$W$ (width), $H$ (height)
• 色彩深度：$C$ (bits per pixel)
• 影格率：$F$ (frames per second)
• 時間：$T$ (seconds)

則總資料量 (bits) = $W \times H \times C \times F \times T$

轉換為 GB：
總資料量 (GB) = $\frac{W \times H \times C \times F \times T}{8 \times 1024^3}$ (其中 $1024^3$ 是為了從 Bytes 轉換到 GB)

套用題目給的範例數值：

• $W = 1920$
• $H = 1080$
• $C = 24$ (bits/pixel)
• $F = 30$ (frames/second)

本題考驗考生對程式開發過程中常見名詞的理解。

(1) 編譯器 (Compiler)
定義：編譯器是一種電腦程式，它將一種程式語言（稱為原始語言或來源語言，Source Language）編寫的程式，轉換成另一種程式語言（稱為目標語言或目的語言，Target Language）。在軟體開發中，最常見的用途是將人類可讀的高階程式語言（如 C++, Java, Python 的部分實現）轉換成機器可直接執行的低階機器碼（Machine Code）或位元組碼（Bytecode）。
工作流程：

1. 詞法分析 (Lexical Analysis)：將原始碼分解成一系列的「詞彙」(tokens)，例如關鍵字、識別字、運算符、常數等。
2. 語法分析 (Syntax Analysis)：檢查詞彙序列是否符合程式語言的語法規則，生成抽象語法樹 (Abstract Syntax Tree, AST)。
3. 語意分析 (Semantic Analysis)：檢查程式的語意是否正確，例如型別檢查、變數宣告檢查等。
4. 中間碼生成 (Intermediate Code Generation)：生成一種獨立於機器架構的中間表示。
5. 程式碼最佳化 (Code Optimization)：對中間碼或目標碼進行優化，提高執行效率。
6. 目標碼生成 (Code Generation)：將中間碼轉換成目標語言（通常是機器碼）。
   編譯器將整個程式碼一次性轉換完成，生成一個可執行檔。這與直譯器 (Interpreter) 不同，直譯器是逐行讀取並執行程式碼。
   應用：C, C++, Java (編譯成位元組碼), Go 等語言的開發環境。

(2) Debug
定義：Debug（除錯）是指找出並修正電腦程式或硬體中的錯誤（稱為 Bug）的過程。Bug 可能導致程式崩潰、結果不正確、效能低下或行為異常。
除錯的常見方法與工具：

1. 除錯器 (Debugger)：這是最常用的工具。除錯器允許開發者：
   • 設定中斷點 (Breakpoints)：讓程式在執行到特定行時暫停。
   • 逐步執行 (Stepping)：逐行或逐個指令執行程式碼。
   • 檢查變數值 (Variable Inspection)：查看程式執行過程中變數的當前值。
   • 觀察記憶體 (Memory Inspection)：查看記憶體中的數據。
   • 堆疊追蹤 (Stack Tracing)：了解函數呼叫的順序。

本題要求使用程式邏輯（pseudo code 或實際程式碼）來計算學生成績，並根據調整規則判斷及格與否。考驗考生對陣列 (array)、迴圈 (for loop)、條件判斷 (if statement) 以及基本資料處理的掌握能力。

核心觀念：

1. 資料結構：使用陣列儲存學生的原始分數。
2. 迴圈：遍歷所有學生的分數進行計算與判斷。
3. 條件判斷：根據調整規則更新分數，並判斷是否及格。
4. ** Pseudo Code**：使用一種高階、易讀的程式語言描述，不拘泥於特定程式語言的語法。

題目分析：

• 有 10 位同學。
• 原始分數已給定。
• 部分同學有額外的分數調整（發問加分，缺席扣分）。
• 及格分數線為 60 分。
• 需要輸出調整後的成績，以及是否及格的訊息。

假設：

• 學生編號從 1 開始。
• 發問次數和缺席次數只針對特定學生，其他同學沒有額外調整。
• 調整規則是加到原始分數上。

Pseudo Code 設計：

// 定義常數
DEFINE SCORE_THRESHOLD = 60  // 及格分數線
DEFINE ASK_BONUS = 2        // 發問加分
DEFINE ABSENCE_PENALTY = 5  // 缺席扣分

// 儲存 10 位同學的原始分數 (使用陣列)
// 索引 0-9 對應同學 1-10
DECLARE original_scores AS ARRAY[10] OF INTEGER
original_scores = [58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 70, 80, 90]

// 儲存調整後的成績
DECLARE adjusted_scores AS ARRAY[10] OF INTEGER

// 儲存同學的特殊調整資訊 (使用陣列或 map/dictionary)
// 這裡我們用陣列，索引對應同學編號 (0-9)
// 元素為 [發問次數, 缺席次數]
DECLARE special_adjustments AS ARRAY[10] OF ARRAY[2] OF INTEGER
// 初始化所有同學的調整為 [0, 0]
FOR i FROM 0 TO 9
    special_adjustments[i] = [0, 0]
END FOR

// 設定特定同學的調整
// 2 號同學 (索引 1) 發問 2 次
special_adjustments[1][0] = 2
// 4 號同學 (索引 3) 缺席 1 次
special_adjustments[3][1] = 1
// 10 號同學 (索引 9) 發問 1 次
special_adjustments[9][0] = 1

// 迴圈處理每一位同學的成績
FOR i FROM 0 TO 9  // i 是陣列索引，代表第 i+1 號同學
    // 獲取原始分數
    current_score = original_scores[i]

    // 獲取該同學的特殊調整
    asks = special_adjustments[i][0]
    absences = special_adjustments[i][1]

    // 計算調整分數
    adjustment = (asks * ASK_BONUS) - (absences * ABSENCE_PENALTY)

    // 計算調整後的最終分數
    final_score = current_score + adjustment

    // 確保分數不會低於 0 (雖然題目沒說，但通常是這樣)
    IF final_score < 0 THEN
        final_score = 0
    END IF

    // 儲存調整後的成績
    adjusted_scores[i] = final_score

    // 判斷是否及格並顯示結果
    is_passing = (final_score >= SCORE_THRESHOLD)

    IF is_passing THEN
        PRINT "同學 " + (i + 1) + ": 成績 = " + final_score + ", 結果 = 及格"
    ELSE
        PRINT "同學 " + (i + 1) + ": 成績 = " + final_score + ", 結果 = 不及格"
    END IF
END FOR

// (可選) 輸出所有調整後的成績列表
// PRINT "所有調整後的成績: " + adjusted_scores

實際程式碼範例 (Python)：