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Chapter 1 電腦發展簡史 1-1 認識電子計算機 1-2 電腦系統的組成與運作 1-3 資料處理簡介 1-4 電腦的特性 1-1 認識電子計算機 電子計算機(computer)就是俗稱的「電腦」，最初發 明的電腦是由真空管組成的龐大機器，稍微複雜的電 腦就能佔滿一整個房間，然而這樣的龐然巨物卻只能 處理簡單的四則運算 ，而且運算的速度並 不快。 1-1 認識電子計算機 隨著科技進步，電腦的體積愈來愈小，運算速度也愈 來愈快。 80年代末期，電腦已普遍用來從事計算與文書處理的 工作，今日的電腦更由於具備強大的多媒體與通訊能 力，不但可用以從事更高階的計算與分析工作，亦普 遍使用在各種與日常生活相關的事物上。 1-1.1 電腦的發展世代 1642年，法國數學家巴斯卡(Pascal)設計出以齒輪帶動 槓桿運作的「加法器」，開創了電腦的「機械時期」 。 1-1.1 電腦的發展世代 1822年英國的巴貝奇(Charles Babbage)發明可進行簡單四則 運算的「差分機」，後更設計 出具有現代電腦運作觀念的「 分析機」，也因而被尊稱為電 腦之父。 1-1.1 電腦的發展世代 1890年，美國人何樂利((Hollerith)製造了一部使用打 孔卡片處理資料的機器，成功協助美國政府進行人口 普查工作，稍後又成立了專門研究發展打孔卡片處理 機的公司，1924年正 式更名為國際商業機 器公司(IBM)。 1-1.1 電腦的發展世代 在1939年時，美國愛荷華州立大學的教授阿塔那索 夫(Atanasoff)在其助手貝利(Berry)的協助下，創造 出人類的第一部電子式數位電腦ABC(Atanasoff -Berry Computer，如下圖)。 1-1.1 電腦的發展世代 ABC的出現代表人類在電腦硬體技術上的重要突破， 也真正開啟所謂「電子計算機」的發展世代。 1-1.1 電腦的發展世代 第一代電腦(1946～1954)：真空管 本時期的電腦以真空管作為 主要的電路元件，並以水銀 延遲線或磁蕊作為主記憶元 件。 代表性的發明則為美國賓州大學教授莫克利(Mauchly) 與伊克特(Eckert)為軍方設計的一部大型電腦— ENIAC。 1-1.1 電腦的發展世代 第二代電腦(1954～1964)：電晶體 美國貝爾實驗室 ( Bell Laboratories ) 在1947年 發明了電晶體元件，並 於1954年製造出第一部 以電晶體為主要電路元 件的電腦—TRADIC，開創了「第二代電腦」時期。 1-1.1 電腦的發展世代 第三代電腦（1964～1970）：積體電路 積體電路(IC)將所有電子 元件聚集在一個大約指甲 大小的晶片( chip )上，如 此不但體積縮小、成本低 廉、而且運算速度更快， 代表性的電腦產品為IBM公司的System/360。 1-1.1 電腦的發展世代 第四代電腦（1970～現代）：超大型積體電路 由於積體電路技術不斷改良 ，因此每個晶片上所含的電 子元件數目愈來愈多，有些 人便把使用超大型積體電路 (VLSI)為主要元件的電腦稱 為第四代電腦。 1-1.1 電腦的發展世代 未來電腦發展趨勢 未來電腦的發展趨勢，在特性上除了體積愈來愈小和 速度愈來愈快外，在人工智慧(AI)的發展下，電腦將 變得愈來愈聰明，不僅可接受自然語言，也可以辨識 影像、進而思考、學習、推理…等，而且可以透過各 種型態的網路彼此支援，互補不足。 1-1.2 電腦的類型 電腦並沒有絕對的分類方式，只是為了方便說明起見 ，以下則依其體積、使用型態與價格…等因素，約略 分為幾種不同的類型： –超級電腦(supercomputer) –大型電腦(mainframe) –工作站與伺服器(work station and server) –微電腦(micro computer) –嵌入式電腦(embedded computer) 1-2 電腦系統的組成與運作 電腦系統包含下列要素: 硬體(hardware)、軟體(software)、使用者(user)、資料 與處理程序(data processing)。 1-2 電腦系統的組成與運作 使用者可藉由軟體的幫助指揮硬體完成指定的工作 ，這些工作主要包括四個部份： 1-2 電腦系統的組成與運作 •輸入(input)：接受外界匯入的資料或指令。 •處理(process)：按照指令指示，將資料作某種形 式的轉換或處理。 •輸出(output)：送出處理結果供使用者取用。 •儲存(store)：將資料或處理結果留存起來，以供未來 之用。 1-2.1 電腦硬體簡介 所謂「硬體」是指電腦系統中看得到、摸得到的實 體設備，例如主機、螢幕、鍵盤、滑鼠、印表機等。 1-2.1 電腦硬體簡介 • 主機：是電腦硬體核心，包含有微處理器、主記憶 體、硬碟等。 • 周邊設備：鍵盤、滑鼠、螢幕等。 • 韌體：同時具有軟、硬體特性，基本輸入 / 輸出系 統(BIOS)是一種燒錄在積體電路上用來啟動電腦的 控制程式。 1-2.1 電腦軟體簡介 「軟體」是一系列電腦指令與資料的集合，用來控 制硬體並驅使電腦工作。通常可再分為「系統軟體」 與「應用軟體」兩大類。 1-2.1 電腦軟體簡介 系統軟體 系統軟體(system software)是電腦運作的核心，主要功 能在於管理與控制所有電腦資源，讓使用者或應用軟 體能夠輕易地與電腦溝通並進行作業。 –作業系統：Windows XP、Linux。 –軟體開發程式：直譯器、編譯器、程式碼鏈結器。 –工具程式：磁碟分割工具、連線程式。 1-2.1 電腦軟體簡介 應用軟體 應用軟體(application software)是因應多數人的需要而 發展出來的軟體，例如文書處理軟體、影像處理軟體 、遊戲軟體等。 某些公司或個人自行（或委託他人）開發的專用程式 亦屬於應用軟體的範疇。例如公司內部的「人事薪資 系統」或是「會計系統」等。 1-2.3 使用者 以往實際操作與維護電腦的 各種專家通常有著工程師、 操作員、程式設計師或系統 分析師之類的頭銜，而一般 使用者則泛稱為終端使用者 (end users)。 1-3 資料處理簡介 人們將各種形式的資料(data)經電腦處理後獲得資訊 (information)，而這整個運作過程則為資料處理(dat a processing)。 1-3 資料處理簡介 根據不同的應用需求搭配合適的軟硬體設備，並採用 不同的資料處理方式，如下表： 1-4 電腦的特性 電腦從最初應用在科學計算的領域，到現在能被各行 各業廣泛利用來處理資料，這些可歸因於其具有下列 的幾項特性： –執行速度快 –儲存容量大 –準確性高 –易於資料交換與傳遞 –穩定性高 1-1.2 電腦的類型 超級電腦 功能最為強大，但價 格也最為昂貴，因此 一般只有國家級的單 位（如軍事或氣象單 位）會採用功能如此 強大的電腦。 1-1.2 電腦的類型 大型電腦 主要特色是速度快、容量大 ，並能同時支援數百個使用 者。需要快速處理大量資料 的行業（如銀行、保險、證 券業等），都必須使用大型 電腦系統處理資料。 1-1.2 電腦的類型 工作站 強調數學與圖形的計算能力，多用於工廠的電腦輔助 製造、電腦輔助設計等工作。 伺服器 著重於提供大量儲存空間及快速 傳輸能力，能同時提供多使用者 使用設備、程式或資料。 1-1.2 電腦的類型 微電腦 是一般家裡、學校或工作場所上最常使用到的電腦， 又稱個人電腦(PC)，主要是為單一使用者所設計的電 腦。 1-1.2 電腦的類型 嵌入式電腦 是指隱藏在各種設備中的微型 電腦晶片，其軟體與硬體都具 有特定功能，是專為某些特殊 目的而設計的電腦晶片，許多 智慧型家電如手機、錄放影機 、印表機等皆有嵌入電腦晶片 幫忙運作。 1-4 電腦的特性 執行速度快 電腦最重要的特性就是速度快。即使是較慢的電腦， 每秒鐘也可完成數千萬個加法，比起人工真是快得太 多了。 衡量電腦效能時經常使用MIPS 、FLOPS、MFLOPS 或GFLOPS等單位。 1-4 電腦的特性 儲存容量大 電腦的記憶裝置，可用來儲存大量的程式及資料。輔 助記憶體如硬碟、光碟等設備能儲存多如整座圖書館 的資料。 1-4 電腦的特性 準確性高 只要人類能精確地下達命令，其本身發生錯誤的機會 微乎其微。 GIGO (garbage in garbage out)在資訊界是個常用的術 語，這是指當輸入的資料不正確時，經處理運算後輸 出的資訊，也將是錯誤而沒有用的。 1-4 電腦的特性 易於資料交換與傳遞 透過網路的連結，電腦可 以正確又快速地將訊息傳 送到遠方。電腦網路無遠 弗屆的特性改變了人類溝 通的方式，電子郵件、網 路電話、視訊會議等相關 應用也因應而生。 1-4 電腦的特性 穩定性高 在高溫、高壓、高輻射及任何不適合人類的環境中， 電腦都能派上用場，為人代勞。除此之外不會像人類 一樣鬧情緒、發脾氣、感到厭煩而影響作業，他會依 照程式忠實的執行。 1-1.1 電腦的發展世代 第一代電腦(1946～1954)：真空管 由於ENIAC要執行一個新運算工作時，操作員就必需 根據程式與資料花數天時間重新設定數千個電子開關 。 所以1946年，范紐曼(von Neumann)提出「內儲程式 」的概念，建議將程式與資料一併儲存在電腦中，改 善電腦系統的工作效率。 1-1.1 電腦的發展世代 第四代電腦（1970～現代）：超大型積體電路 在1971年，Intel成功地把電腦中負責控制與算術邏輯 的部份全部集中在一個晶片中，發明出全世界第一個 微處理器(microprocessor)，即是CPU。 1-1.1 電腦的發展世代 未來電腦發展趨勢 在1997年的IBM 電腦 Deep Blue 與世界棋王 Gray Kasparov對奕，棋王以一局之差落敗，震驚了全世界 。 1-1.1 電腦的發展世代 未來電腦發展趨勢 能平穩行走與轉彎外，也能上下樓梯與爬坡、操作燈 光開關的類人形機器人（左）。還有會自行吸地和自 動充電的家用吸塵器（右） 。 1-3 資料處理簡介 不同的資料處理方式，如下表： 1-1.2 電腦的類型 超級電腦 克雷 ( Cray ) 研製了世界 第一台超級電腦CRAY-1 ，另外IBM、Sun、HP等 公司也都致力於超級電 腦的研發工作。