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導論
目錄
 1-1
 1-2
 1-3
 1-4
電腦的發展史
電腦的類型
電腦的組成
電腦如何完成任務
1-1
電腦的發展史
 中國的算盤
 法國數學家Blaise Pascal 在1642
年所製造的Pascaline
 法國織布工人Joseph-Marie
Jacquard 在1801年所發明的提
花織布機
 英國數學家Charles Babbage 在
1830年所提出的差分機
(difference engine)
 分析機 (analytical engine)
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 美國科學家Herman Hollerith 在
1890年自製的打孔卡片製表機
器
 美國愛荷華州立大學教授John
V. Atanasoff與研究生Clifford E.
Berry製造ABC
 英國數學家Alan Turing在1943
製造COLOSSUS
 美國哈佛大學教授Howard Aiken
在1944年製造Mark I
 賓州大學教授John W. Mauchly
和J. Presper Eckert Jr. 製造
ENIAC和UNIVAC
 IBM在1953、1954年推出IBM
701、IBM 650進入商業電腦市
場
第一代電腦 (1951-1958)
 元件：真空管
 語言：機器語言
 速度：2,000IPS
 記憶體：主記憶體為磁蕊，
輔助記憶體為打孔紙卡
第二代電腦 (1959-1964)
 元件：電晶體
 語言：組合語言或早期的高階
語言
 速度：1MIPS
 記憶體：主記憶體為4-32KB的
磁鼓或磁蕊，輔助記憶體為磁
帶
第三代電腦 (1965-1970)
 元件：積體電路 (IC)
 語言：高階語言
 速度：10MIPS
 記憶體：主記憶體為32KB-3MB
的半導體記憶體
第四代電腦 (1971-現在)
 元件：超大型積體電路 (VLSI)
 語言：高階語言
 速度：100MIPS-1BIPS
 記憶體：主記憶體為3MB以上
的半導體記憶體
1-2
電腦的類型
 超級電腦 (supercomputer)
 大型電腦 (Mainframe)
 迷你電腦 (minicomputer)
 個人電腦 (PC)
 麥金塔 (Mac)
 平板電腦
 個人數位助理 (PDA)
 低價電腦
 嵌入式電腦
 穿戴式電腦
1-3
電腦的組成
1-3-1 硬體
 系統單元
 輸入裝置
 輸出裝置
 儲存裝置
1-3-2 軟體
 作業系統
(TQC, WinXP)
 公用程式
(防毒軟體、監控軟體…)
 應用軟體
(TQC, OFFICE…)
 程式語言
(C++, FORTRAN, C…)
電腦系統層
1-4
電腦如何完成任務
問題描述
 利用自然語言表示
 缺點: 具模糊性
 導致電腦解讀翻譯錯誤發生
演算法
 為克服語言模糊性，需透過演算法轉換。
 演算法具備條件





輸入
輸出
明確性
有效性
有限性
程式
 具演算法架構後，透過程式來轉換。
 常見程式語言如下:






C
C++
Java
VB
FORTRAN
…
指令集架構
 程式於何種電腦上運作，需先轉換為該電腦所
支援的指令集。
 指令集為電腦與程式間的轉換介面。
 指令集架構包含:




執行指令
運算單元
資料類別
定址模式…
微架構
 透過介面(如ISA)轉換為系統實作，稱之為微架
構。
 介面代表動作方式。
 微架構代表完成動作的實際運作方法。
邏輯電路
 將為結構轉換成邏輯電路，透過邏輯電路來完
成特定功能的運作。
 邏輯電路(邏輯閘)






AND
OR
NOT
XOR
NOR
…
電子電路
 將邏輯電路轉換成電子電路，完成實際運作。
 電子電路:



CMOS電路
NMOS電路
砷化鎵電路
第一代軟體 (1951～1959年)
 第一世代的軟體是以機械語言撰寫，它的指令是建在
特殊電腦的電路上。
 最早的人工程式設計語言稱為組合語言 (assembly
language)，它使用助憶碼來代表每個機械語言指令。
 一種稱為組譯器 (assembler) 的程式便是讀取每一個
助憶形式的指令，並將它們翻譯成對等的機械語言。
第二代軟體 (1959～1965年)
第二代軟體 (1959～1965年)
 高階語言 (high-level languages) 允許程式設計師以更
像英文的陳述句來撰寫指令。
 有兩種在第二世代其間被發展出來，且今日仍然在使
用的語言是FORTRAN (一種為數值應用而設計的語言)
與COBOL (一種為商業應用而設計的語言)。
 每個高階語言都伴隨著一個翻譯程式，它將以高階語
言撰寫的陳述句翻譯成相對應的機械碼。
第三代軟體 (1965～1971年)
 一種可以決定程式何時執行的程式，以使電腦能夠控
制電腦資源。程式稱為作業系統 (operating system)。
 載入器 (loader) 將程式載入記憶體，連結器 (linker) 則
將大程式的每個部分連結在一起。
第三代軟體 (1965～1971年)
第四代軟體 (1971～1989年)
 1970年代出現了較佳的程式設計技術，稱之為結構化
程式設計 (structured programming)，它是一種邏輯的、
嚴謹的程式設計方法。Pascal以及Modula-2便是以結
構化程式設計為基礎所建立的兩種語言。
 一種允許使用者將組合語言陳述句加入程式的語言C於
此時出現，而一種結構化語言C++也因為允許使用者
存取低階陳述句，而成為工業界選用的語言。
第四代軟體 (1971～1989年)
 由IBM PC發展的PC-DOS以及由其相容廠商發展的
MS-DOS則成為個人電腦的標準。麥金塔作業系統引
進滑鼠與點選圖形介面 (the point-and-click graphical
interface) 從而徹底改變了使用者/電腦的互動情形。
 Lotus 1-2-3是最早在商業上成功的試算表，它允許初
學者鍵入以及分析所有種類的資料。
 WordPerfect是最早的文書處理器之一。
 dBase IV則是一種可以讓使用者儲存、組織以及檢索
資料的系統。
第五代軟體 (1990年～現在)
 第五世代值得注意的有三個事件：微軟 (Microsoft) 成
為電腦軟體的領導者、物件導向設計與程式設計，以
及全球資訊網。
 90年代中期，文書處理器、試算表程式、資料庫程式
以及其他應用程式在一起成為超級套裝軟體，稱為辦
公室套件 (office suit)。
 物件導向設計 (object-oriented design) 成為設計大程
式計畫時的最佳選擇。鑒於結構化設計是根據工作階
層，物件導向設計則是根據資料物件階層。
第五代軟體 (1990年～現在)
未來新趨勢
 模式辨認 (pattern recognition)
 模糊邏輯 (fuzzy logic)
 虛擬實境 (virtual reality)
 人工智慧 (artificial intelligence)
 自然語言 (natural language)
 專家系統 (expert system)
 微科技、奈米科技 (microtechnology、
nanotechnology)