系統軟體：你電腦的幕後功臣

各位同學好！你們有沒有想過，當你輕點圖示或者點擊滑鼠時，電腦或手機裡面發生了什麼事呢？這絕對不是魔法！而是一個強大的管理員在幕後運作，確保所有事情都順暢運行。這個管理員就叫做系統軟體。

在這一章，我們將會揭開這個關鍵軟體的神秘面紗。我們會了解電腦的「老闆」（作業系統）、它的得力助手（公用程式和驅動程式），以及電腦執行工作的不同方式。了解這些知識是理解電腦如何運作的關鍵。我們立刻開始吧！


宏觀視角：硬體、軟體，以及你！

你可以將一個電腦系統想像成一個分層協作的團隊。你不能直接與電腦的實體部分溝通。你中間需要一個翻譯員和一個管理員。

它們之間的關係是這樣的：
1. 使用者（就是你！）： 你想做些事情，例如寫一篇論文或者玩遊戲。
2. 應用軟體： 這些是你直接用來完成工作的程式。（例如：Microsoft Word、Chrome、遊戲）。
3. 系統軟體： 這是管理電腦本身的管理員。它控制硬體，並允許應用程式運作。系統軟體中最重要的部分就是作業系統 (OS)。
4. 硬體： 這些是你摸得到的電腦實體部分。（例如：中央處理器、隨機存取記憶體、硬碟、鍵盤）。

比喻時間到！想像一下一間餐廳。
- 你就是使用者（顧客）。
- 餐牌就是應用軟體（你用來選擇菜色的東西）。
- 餐廳經理和服務生就是系統軟體（他們負責點餐、管理廚房，並確保你拿到食物）。
- 廚房、烤箱和食材就是硬體（製作食物所需的實體工具）。

你不會直接教烤箱如何煮東西；你會告訴服務生（應用程式）你想要什麼，然後經理（系統軟體）就會搞定其餘的事情！

重點提示

系統軟體充當你的應用程式（例如遊戲和網頁瀏覽器）與實體電腦硬體之間的關鍵中間層。它管理整個系統，讓你的應用程式可以順利運行。


作業系統 (OS)：總控制器

作業系統，簡稱 OS，是系統軟體中最重要的類別。它是你開機時最先載入，關機時最後關閉的東西。如果沒有了作業系統，你這部電腦就只是一盒沒用的電子零件。

作業系統實際做了什麼？（基本功能）

作業系統有幾個主要工作，就好像一間公司的繁忙行政總裁一樣：

  • 處理器管理： 作業系統決定中央處理器（電腦的大腦）應該處理哪些任務，以及以什麼次序處理。這允許你同時運行多個程式，這個功能叫做多工處理。

  • 記憶體管理： 它管理電腦的主記憶體（隨機存取記憶體）。當你開啟一個程式時，作業系統會在記憶體中找一個空間給它。當你關閉它時，作業系統就會釋放那個空間給其他程式使用。

  • 儲存與檔案管理： 作業系統將你所有的數據整理成檔案和資料夾，儲存在你的硬碟或固態硬碟裡面。它會追蹤所有東西儲存在哪裡，讓你可以在之後找回它。（想像它是你數據的超級圖書館管理員！）

  • 裝置管理： 它控制所有連接到你電腦的輸入和輸出裝置，例如你的鍵盤、滑鼠、顯示器和印表機，確保它們可以和你的軟體溝通。

  • 使用者介面 (UI)： 作業系統提供一個方式讓你與電腦互動。大多數現代作業系統都使用帶有圖示、視窗和選單的圖形使用者介面 (GUI)。

作業系統家族成員：常見種類

你每日都在使用作業系統！以下是一些常見的：

- 微軟視窗 (Microsoft Windows)： 全世界最受歡迎的桌面和筆記型電腦作業系統。以其廣泛的軟體和硬體兼容性而聞名。
- 蘋果macOS (Apple macOS)： 運行在蘋果Mac電腦上的作業系統。以其使用者友善的設計和強大的圖形處理能力而聞名。
- Linux： 一個開源作業系統，意味著它的程式碼是免費給任何人查閱和修改的。在伺服器、程式設計師以及科技愛好者當中很受歡迎。
- 蘋果iOS (Apple iOS)： 為iPhone和iPad提供動力的行動作業系統。以其簡潔和安全性而聞名。
- Google Android： 全世界最受歡迎的行動作業系統。它是開源的，並給許多不同的手機製造商使用（例如：Samsung、Google）。

快速回顧

作業系統 (OS) 是核心軟體，負責管理所有硬體和軟體資源。它的主要功能是管理處理器、記憶體、檔案、裝置，以及提供使用者介面。


支援團隊：公用程式和驅動程式

作業系統雖然是老闆，但它需要一個支援團隊去處理特定的維護和翻譯工作。這就是公用程式和驅動程式的用武之地。

公用程式：電腦的工具箱

公用程式是小型系統軟體，執行特定任務，協助管理、維護和保護電腦。你可以將它們想像成工具箱裡面的工具。你不會常常使用它們，但當你需要時，它們就非常重要。

常見例子包括：
- 數據壓縮工具： 這些公用程式可以讓檔案變小，這樣它們就可以佔用更少儲存空間，並且在網際網路傳送會更快。（例如：WinZip、7-Zip）。比喻：將一袋衣服裡面的空氣擠出來，這樣就可以在行李箱裡面放更多衣服。
- 病毒檢查程式（防毒軟體）： 它們會掃描你的電腦，尋找惡意軟體（例如病毒），並將它們移除，以確保你的系統安全。
- 檔案管理員： 協助你瀏覽、尋找、複製、移動、重新命名和刪除檔案和資料夾。（例如：Windows 檔案總管、macOS Finder）。
- 磁碟重組軟體 (Defragmentation Software)： 這是用來整理你的硬碟。隨著時間過去，一個檔案的部分可能會分散在磁碟的不同地方。磁碟重組會將這些分散的部分重新組合起來，這樣可以讓你的電腦更快。比喻：整理凌亂的書架，這樣你就可以更容易地找到書。
- 系統監控軟體： 顯示你的電腦的實時效能資訊，例如中央處理器和隨機存取記憶體的使用情況。

驅動程式：翻譯員

驅動程式，或者簡稱「驅動」，是一種非常特殊的軟體，它充當作業系統與特定硬體之間的翻譯員。

每件硬體，從你的顯示卡到你的印表機，都有它自己獨特的語言。作業系統不認識所有這些語言。所以，當你連接新印表機時，你需要安裝它的驅動程式。驅動程式會精確地告訴作業系統如何「與」那個特定的印表機型號溝通，以便發送文件給它列印。

簡單比喻： 如果作業系統只會講英文，而你的新印表機只會講日文，那麼驅動程式就是英日翻譯員，允許它們完美地溝通。

重點提示

公用程式用於電腦系統的維護和管理（好像技工的工具一樣）。驅動程式用於作業系統與特定硬體之間的通訊和翻譯（好像語言翻譯員一樣）。


運作模式：電腦如何執行工作

並非所有計算任務都一樣。一個計算公司薪酬的系統和一個控制飛機的系統有非常不同的需求。「運作模式」描述了這些不同的資訊處理方法。

批次處理 (Batch Processing)

是什麼： 工作會集中收集並一次性處理大批工作。一旦批次處理開始，就不會有使用者互動。它會從頭到尾自行執行。
比喻： 在星期日一次性洗完所有衣服。你將所有衣服放入洗衣機，按開始，然後等洗好後才回來。
應用： 產生每月銀行月結單、在月底處理所有員工的薪金、批改多項選擇題試卷。

實時處理 (Real-time Processing)

是什麼： 數據一接收到就即時處理。系統必須提供即時反應，因為延遲可能會造成災難性後果。
比喻： 飛行員駕駛飛機。當飛行員移動控制桿時，飛機必須即時反應，而不是幾分鐘之後。
應用： 航空公司機票預訂系統、醫院的生命維持系統、飛行控制系統、線上遊戲。

平行處理 (Parallel Processing)

是什麼： 一個單一任務會被拆解成更小的部分，然後一部電腦裡面的多個處理器（或CPU核心）會同時處理這些部分。
比喻： 一個廚房裡面的廚師團隊，他們正在為一個大型宴會而努力。一個切菜，另一個煮肉，第三個準備甜點，全部都是同時進行。
應用： 複雜的科學模擬（例如天氣預報）、高階影片編輯和渲染。

分散式處理 (Distributed Processing)

是什麼： 一個單一任務會被分割並由多部獨立的電腦處理，而這些電腦是透過網路連接的。
比喻： 一個大型全球研究項目。香港、倫敦和紐約的科學家都處理同一個問題的不同部分，並透過網際網路分享他們的結果。
應用： SETI@home 項目（使用數百萬部家用電腦搜尋外星訊號）、分析 Google 或 Facebook 等公司的龐大數據集。

虛擬化 (Virtualisation)

是什麼： 利用軟體創建一部電腦的「虛擬」版本，運行在你實際的實體電腦之上。這部虛擬機器就好像一部獨立的電腦，擁有自己的虛擬硬體和作業系統。
比喻： 擁有一部「電腦中的電腦」。你可以在你的Mac電腦的一個視窗裡面運行完整版的Windows，反之亦然。
應用： 安全地測試新軟體而不會損害你的主系統、運行與你現有作業系統不相容的舊程式、以及允許雲端運算公司在一部實體伺服器上運行多個虛擬伺服器。

常見錯誤要避免！

千萬不要混淆平行處理和分散式處理。
- 平行處理 = 在一部電腦裡面有幾核處理器。
- 分散式處理 = 多部電腦協同工作。