歡迎來到輸入與輸出的精彩世界！

你有沒有想過，電子遊戲是怎樣知道你按下了按鈕？或者自動門是怎樣知道要為你打開呢？在這一章，我們將會一起探索電腦如何接收來自外界的資訊、如何處理這些資料，以及如何顯示或執行結果的奇妙過程！

如果一開始覺得電腦術語有點深奧，千萬不用擔心。透過生活中的有趣例子和好玩的編程專題，你很快就會成為電腦小專家！

核心概念：「輸入—處理—輸出」（IPO）循環

每一個電腦系統、機械人和程式，都遵循一個簡單的三步驟循環，稱為 IPO 循環（IPO Cycle）：

• 1. 輸入（Input）： 使用者或感應器傳入（into）電腦的資訊、數據或訊號。
• 2. 處理（Process）： 電腦的大腦（演算法）運用這些資訊進行思考、計算或遵循指令規則。
• 3. 輸出（Output）： 從電腦傳出（out）的結果，例如圖像、聲音、燈光或實體動作。

生活小比喻：烤多士（吐司）

我們可以把多士爐想像成一個電腦系統：
• 輸入： 你把麵包放進去，然後按下拉桿。
• 處理： 計時器開始倒數，發熱線逐漸變熱。
• 輸出： 香噴噴、暖烘烘又酥脆的多士彈了出來！

重點提示： 沒有輸入，電腦就沒有資料可以運作；沒有處理，電腦就無法做出決定；而沒有輸出，我們就永遠無法看到或聽到結果！

各式各樣的輸入形式

輸入是指觸發程式執行動作或為程式提供資訊的任何數據或訊號。輸入可以直接來自人類，也可以來自周圍的實體環境。

1. 使用者輸入（來自你的直接操作！）

這些是你在玩遊戲或使用程式時，向電腦發出指令的方式：

• 按鍵： 按下空白鍵、方向鍵，或在鍵盤上輸入字母來控制角色或輸入文字。
• 滑鼠與指標操作： 點擊按鈕、拖放物件，或在螢幕座標（即 \(x, y\) 位置）上移動滑鼠。
• 觸控螢幕手勢： 在平板電腦或手機螢幕上輕點、滑動或捏合縮放。
• 文字與數字提示： 當程式發問時輸入答案（例如 Scratch 中的「詢問 [你叫甚麼名字？] 並等待」積木，會把你輸入的內容存入「詢問的答案」積木中）。
• 音訊／語音： 透過咪高峰（麥克風）收集聲音（例如在遊戲中測量拍手聲有多大，或是錄製你的聲音）。

2. 感應器輸入（實體運算 Physical Computing）

電腦不只是放在書桌上；它們還可以內置在智能裝置中，例如 BBC micro:bit 或 Crumble 控制板。這些裝置會使用實體輸入：

• 按鈕與開關： 按下 micro:bit 上的 A 鍵 或 B 鍵，或者撥動電路上的開關。
• 光線感應器（光敏電阻 LDR）： 測量房間的明暗程度（用於自動夜燈）。
• 溫度感應器： 檢測空氣的冷熱程度。
• 動作感應器（加速度計）： 偵測裝置何時被搖晃、傾斜或移動。
• 濕度感應器： 檢測土壤是濕還是乾，用於自動植物澆水系統。

你知道嗎？ 街燈到了晚上會自動亮起，可不是甚麼魔法——而是因為它內置了微型光線感應器（一種輸入），能夠偵測太陽何時落山！

重點提示： 輸入可以是使用者的操作（如點擊或打字），也可以是來自周圍世界的感應器讀數（如光線、傾斜度或溫度）。

各式各樣的輸出形式

輸出是指電腦完成處理指令後，所產生的動作、訊號、聲音或顯示內容。

1. 視覺輸出（我們看得見的事物）

• 螢幕圖像： 角色在螢幕上移動、更換造型、放大，或顯示對話泡泡（使用「說出」或「思考」積木）。
• 計分板與文字： 在螢幕上顯示玩家的最終得分或提示訊息。
• 單個 LED 燈： 小燈泡亮起、熄滅或閃爍。
• 彩色燈光（NeoPixels / Sparkles 全彩 LED）： 實體電路上的彩色燈在紅、綠、藍色之間變換。
• LED 點陣顯示屏： 由排列成網格的燈光組成，例如 BBC micro:bit 上的 \(5 \times 5\) LED 螢幕，可以顯示笑臉、數字或滾動文字。

2. 聽覺輸出（我們聽得見的事物）

• 揚聲器（喇叭）與蜂鳴器： 播放音效（例如角色跳躍時的「啵」一聲）、播放音符、發出警告嗶嗶聲，或大聲朗讀文字。

3. 動態與實體輸出（會移動或震動的事物）

• 馬達（電機）： 帶動機械人的輪子轉動，讓自走車向前行駛。
• 伺服馬達（舵機）： 轉動指定的角度，例如升起停車場的自動閘桿。
• 震動／觸覺回饋： 當遊戲角色撞到牆壁時，微型馬達會讓遊戲手掣（手把）震動。

重點提示： 輸出讓電腦能夠透過視覺（螢幕和 LED）、聽覺（揚聲器和蜂鳴器）以及動作（馬達和伺服馬達）與世界溝通互動。

在演算法與程式碼中運用輸入與輸出

現在讓我們來看看，在編程專題中輸入和輸出是如何緊密連接在一起的！

1. 事件驅動的輸入（Event-Driven Inputs）

在 Scratch 等圖像化積木編程語言中，程式通常會等待某個事件（即輸入）來觸發一組指令：

• 當 [空白] 鍵被按下 \(\implies\) 播放音效 [Laser]
• 當此角色被點擊 \(\implies\) 造型換成 [下一個造型]
• 當晃動時（在 micro:bit 上） \(\implies\) 顯示隨機數字

2. 條件驅動的輸入：選擇結構（Selection）

我們可以使用選擇結構（即 如果... 那麼... 否則... 積木）來檢查輸入，並決定要產生甚麼輸出：

• 如果 <按下鍵 [向上鍵]？> 那麼 y 改變 \(10\)
• 如果 <溫度 \(> 25\)> 那麼 開啟馬達 [ON]（啟動風扇降溫！）

3. 將輸入儲存在變數中

變數（Variable）就像電腦記憶體中有名字的儲物盒，用來存放數據。當使用者提供輸入時，我們通常會將它存放在變數中，以便稍後使用：

• 步驟 1： 電腦發問：「你叫甚麼名字？」（輸入提示）
• 步驟 2： 使用者輸入："Maya"（輸入數據）
• 步驟 3： 程式將變數 PlayerName 設為 詢問的答案（儲存輸入）
• 步驟 4： 角色說出：「Hello Maya!」（輸出）

4. 預測與測試輸出：除錯（Debugging）

優秀的電腦科學家一定會測試自己的程式！你應該設定測試輸入，檢查輸出是否符合預期：

• 測試輸入： 按下向右鍵。
• 預期輸出： 角色向右移動 \(10\) 步。
• 實際輸出： 角色向上移動了 \(10\) 步。（糟糕！我們發現了程式錯誤，需要除錯修復！）。

重點提示： 輸入能夠觸發事件或檢查條件，而將它們儲存在變數中，可以幫助程式產生我們想要的精確輸出。

常見錯誤與需要避免的陷阱

小小程式設計師要注意避開以下常見的思維誤區喔！

• 誤區 1：把電腦螢幕混淆為輸入裝置。
事實： 普通電腦螢幕是輸出裝置，因為它是用來顯示圖像的。觸控螢幕則很特別，因為它同時具備輸入裝置（感應你的觸摸）和輸出裝置（顯示畫面）的雙重功能！

• 誤區 2：以為電腦會「完全自動」思考和行動。
事實： 自動化裝置（如自動感應門或花園自動灑水器）並沒有人類的大腦。它們只是在運行預先編寫好的演算法，等待特定的感應器輸入（如動態或濕度訊號），然後才觸發對應的輸出。

• 誤區 3：忘記了「處理」這個步驟。
事實： 如果沒有運算指令，輸入不會瞬間自動變成輸出。如果你請使用者輸入兩個數字，除非你的演算法中包含加法運算積木，否則電腦不會自動把它們相加！

• 誤區 4：把儲存裝置與輸入／輸出混淆。
事實： USB 記憶棒（隨身碟）和硬碟是用來儲存資料（保存檔案以備後用）的，而不是直接用來感應外界資訊（輸入）或呈現動作結果（輸出）。

快速複習：測測你的小宇宙！

來動動腦筋，完成以下快速配對挑戰，看看你掌握了多少：

將輸入與對應的感應器配對：
1. 搖晃遊戲手掣 \(\implies\) 加速度計／動作感應器
2. 檢測睡房光線是否昏暗 \(\implies\) 光線感應器（光敏電阻 LDR）
3. 輸入你的秘密密碼 \(\implies\) 鍵盤（按鍵）

將輸出與對應的裝置配對：
1. 在 micro:bit 上顯示笑臉 \(\implies\) \(5 \times 5\) LED 點陣螢幕
2. 讓玩具車在地毯上向前行駛 \(\implies\) 馬達
3. 獲勝時播放勝利音樂 \(\implies\) 揚聲器／蜂鳴器

記住這個黃金法則： 輸入傳進去，演算法進行處理，然後呈現出輸出！