計算機概論

臺北科技大學 115-1 學期課程，課號 363000。

課程大綱

本課程以 Windows 11 作為主要實作平台，使用 Rust 程式語言帶領學生理解計算機系統的基本組成與應用程式開發流程。課程內容涵蓋 Rust 程式設計基礎、資料表示、位元運算、檔案與路徑管理、磁碟資訊、行程觀察、記憶體使用、網路通訊、Windows API、簡易 GUI 應用程式，以及 Windows 系統工具開發。 不同於傳統以概念講授為主的計算機概論，本課程強調「以實作理解電腦系統」。學生將透過 Rust 撰寫 Windows CLI 與簡易應用程式，逐步理解電腦如何表示資料、管理檔案、使用磁碟、執行行程、配置記憶體、進行網路通訊，以及應用程式如何與作業系統互動。課程成果將以可執行作品為主，期中完成 Rust Windows System Information CLI，期末完成 Rust Windows System Utility 或簡易 Windows App。 本課程同時作為後續「作業系統」課程的前導，使學生先從 Windows user-space 應用程式開發切入，再於作業系統課中進一步理解 Windows 11 的行程、執行緒、記憶體、檔案系統、服務、登錄檔、事件紀錄、網路堆疊與裝置模型。

課程進度

第1週：課程導入：Rust、Windows 11 與計算機系統概論。說明本課程以 Rust 作為主要實作語言，透過 Windows 應用程式與系統工具開發，理解電腦系統的基本組成與運作方式。介紹 CPU、記憶體、磁碟、檔案、行程、網路與作業系統之間的關係，並完成 Rust、VS Code、Cargo 與課程目錄環境確認。 第2週：Rust 基礎語法與 CLI 程式設計。介紹變數、型別、控制流程、函式、模組、Cargo 專案結構與基本錯誤處理。實作內容為建立第一個 Rust CLI 專案，完成簡單命令列輸入、輸出與參數處理。 第3週：資料表示、二進位、十六進位與位元運算。介紹電腦如何表示整數、文字、狀態與旗標，內容包含 binary、hexadecimal、補數、bit mask、bit flag 與資料編碼。實作內容為撰寫進位轉換、bit mask 與 flag 判斷程式。 第4週：Windows 檔案系統與路徑管理。介紹檔案、目錄、絕對路徑、相對路徑、副檔名、檔案大小、建立時間、修改時間與檔案屬性。實作內容為使用 Rust 撰寫檔案掃描器，列出指定資料夾下的檔案資訊。 第5週：磁碟與儲存裝置資訊。介紹磁碟、volume、partition、filesystem、容量、可用空間與檔案配置概念。實作內容為撰寫磁碟空間查詢工具，顯示磁碟總容量、可用容量、使用比例與基本儲存資訊。 第6週：行程觀察與 Process Viewer 入門。介紹 application、process、PID、執行狀態、父子行程、user space 與作業系統資源分配概念。實作內容為使用 Rust 撰寫簡易 process viewer，列出目前執行中的 process 名稱、PID 與基本資訊。 第7週：記憶體使用觀察與期中作品規格說明。介紹 RAM、virtual memory、heap、stack、working set、process memory 與系統記憶體使用狀態。實作內容為撰寫簡易 memory information tool，顯示系統記憶體與指定行程記憶體資訊。課堂後段說明期中作品規格、繳交格式與評分標準。 第8週：期中作品製作週。本週不安排正式授課，保留時間讓學生完成期中作品。學生需整合前半學期內容，完成一個 Rust Windows System Information CLI，功能至少包含基本系統資訊、檔案或磁碟資訊、process list 與 memory usage，並準備簡短作品說明。 第9週：期中作品繳交、展示與評分。學生於當週課堂繳交期中作品，由授課教師現場檢查程式執行結果、原始碼、功能完成度與概念說明。學生需能說明其作品如何對應資料表示、檔案系統、磁碟資訊、行程觀察與記憶體使用等計算機系統概念。 第10週：Rust 模組化程式設計與錯誤處理。介紹 module、crate、Result、Option、error propagation、檔案讀寫錯誤、使用者輸入錯誤與程式穩定性。實作內容為將期中作品功能拆成不同模組，並加入較完整的錯誤處理與訊息提示。 第11週：Windows API 入門與系統資訊取得。介紹 Windows API、作業系統介面、library binding、user-space application 與 OS resource access 的關係。實作內容為使用 Rust 呼叫 Windows API 或相關 crate 取得系統、行程、磁碟或視窗資訊。 第12週：TCP/UDP 網路通訊。介紹 IP、port、socket、TCP、UDP、client/server、local network 與基本網路通訊模型。實作內容為使用 Rust 撰寫 TCP client/server 或 UDP message tool，讓學生理解應用程式如何透過作業系統進行網路通訊。 第13週：簡易 GUI 應用程式設計。介紹 Windows GUI、事件驅動程式設計、視窗、按鈕、文字顯示、使用者互動與 CLI/GUI 的差異。實作內容為製作簡單 Windows utility GUI，用於顯示系統資訊、磁碟資訊、行程資訊或記憶體資訊。 第14週：輸入輔助、Hotkey 與 Windows App 延伸。介紹 global hotkey、文字輸入輔助、剪貼簿、簡化版 input helper、裝置互動概念與 Windows 應用程式延伸方向。實作內容為完成簡易 hotkey 或 text helper 工具，並說明其與輸入法、應用程式互動及作業系統事件機制的關係。 第15週：期末作品製作週。本週不安排正式授課，保留時間讓學生完成期末作品。學生需完成一個 Rust Windows System Utility 或簡易 Windows App，可選擇 system information tool、disk monitor、process viewer、memory monitor、network tool、GUI dashboard、input helper 或 file management utility 等方向進行實作。作品需整合至少三項本課程學過的計算機系統功能，並準備展示與說明資料。 第16週：期末作品繳交、展示與評分。學生於當週課堂繳交期末作品，由授課教師現場檢查程式執行結果、原始碼、功能完整度、使用者操作方式與概念說明。學生需說明作品使用的 Rust 技術、對應的計算機系統概念，以及如何銜接後續作業系統課程中的 process、thread、memory management、file system、service、network stack 與 device model 等內容。

評量方式

期中可以繳交企劃書 50%，期末要繳交完整作品、程式碼跟技術設計完整說明 50%

教材

【遵守智慧財產權觀念，請使用正版教科書，不得使用非法影印教科書】 使用外文原文書：否 第一次上課，會自己編講義