第 1 章 計算機發展史

本章大綱 1 - 1 什麼是電腦 1 - 2 電腦的演進 1 - 3 電腦的應用 1 - 4 網際網路的世界

1 - 1 什麼是電腦 一直以來， 人類不斷的在發明可以幫助人們處理資料的工具， 從算盤、計算尺、到機械式的加法器等等。發明這些工具的目的， 無非是希望能藉以提升資料處理的速度及準確度。但在二十世紀前， 這些計算器都還停留在機械式的範疇， 且在計算及處理資料的能力上未能有大幅度的提升。直到使用電子科技的電腦 (以前稱為計算機或電子計算機) 誕生， 人類才跨出革命性的一步， 並開啟了資訊時代。

1 - 1 - 1 電腦的定義 電腦是一種可以接受資料、命令， 並加以分析、過濾以迅速處理資料， 然後輸出對應結果的電子化設備， 由於其作用與人腦類似， 所以一般稱為 「電腦」。 一部電腦包含硬體 (Hardware) 及軟體(Software) 兩大部分， 兩者互相搭配， 才能有效運作， 完成我們要求的工作。

1 - 1 - 1 電腦的定義 所謂硬體， 是指組成電腦的各項機械、電子設備；軟體則是用以控制電腦動作的指令、程式。

1 - 1 - 2 電腦的特色 電腦已成為現代社會中不可或缺的設備， 幾乎人人都有機會接觸到電腦， 也常常必須使用電腦。 處理資料速度快 1 - 1 - 2 電腦的特色 電腦已成為現代社會中不可或缺的設備， 幾乎人人都有機會接觸到電腦， 也常常必須使用電腦。 處理資料速度快 電腦可以在極短的時間內處理大量資料， 例如在一秒鐘內執行百萬個加法運算， 遠遠超過人類的計算能力。電腦快速處理資料的能力， 可以幫助我們處理複雜的運算， 或在數量龐大的資料中找到有用的資料， 以迅速完成工作。

1 - 1 - 2 電腦的特色 舉例來說， 協助氣象單位預測天氣的電腦， 可以快速處理四面八方匯集而來的氣象資料， 讓我們可以盡早得知可能的天氣變化。而一般飛行所用的導航系統， 更是利用電腦不斷的計算和修正航向， 幫助飛機順利的起降。在沒有電腦， 全靠人工計算、比對資料的時代裡， 一週天氣預報、發射太空梭...， 都是不可能的任務。

電腦常用的時間單位 由於電腦處理資料的速度非常快， 若使用日常生活中的小時、分， 甚至秒來描述時間， 都很不方便， 因此通常會使用更小的單位。以下為電腦領域中， 較常用的時間單位：

電腦常用的時間單位 毫秒 (Millisecond， ms)： 千分之一秒；1 ms = 10-3 s。 微秒 (Microsecond， μs )： 百萬分之一秒；1μs = 10-6 s。 奈秒 (Nanosecond， ns)： 十億分之一秒；1 ns = 10-9 s。

1 - 1 - 2 電腦的特色 儲存容量大 電腦使用各種不同的媒介來儲存資料， 可記憶的資料量非常大。一套 32 巨冊的大英百科全書， 只要 2 張薄薄的光碟片就可容納， 不僅節省空間、容易攜帶、方便查詢， 還可以永久保存。

電腦的儲存單位 電腦的儲存設備基本上都以位元組 (Bytes) 作為資料存取的基本單位， 但由於其可儲存的資料量非常大， 因此一般常見的單位與換算方式如下：

電腦的儲存單位 1 Kilo Byte (KB) = 210 Bytes = 1024 Bytes 1 Mega Byte (MB) = 220 Bytes = 1024 KB 1 Giga Byte (GB) = 230 Bytes = 1024 MB 1 Tera Byte (TB) = 240 Bytes = 1024 GB

1 - 1 - 2 電腦的特色 準確性高 電腦的動作完全由程式所控制， 也就是說其對資料的運算完全依照使用者的設定及指令。只要程式本身沒有錯誤， 輸入的資料也正確， 就一定可以獲得準確的結果， 因為電腦並不會發生遺漏資料、計算錯誤...等人工計算容易產生的問題。

1 - 1 - 2 電腦的特色 傳輸容易 電腦可以透過網路、紅外線...等互相傳送資料， 不受空間的限制。尤其目前網路普及，不論您在世界的哪一角落， 透過網際網路， 都可以快速傳遞訊息。

1 - 1 - 3 電腦的功能 電腦的這些特色， 到底能為我們帶來什麼實質上的幫助呢？以下為您分述電腦三個最重要的功能：

1 - 1 - 3 電腦的功能 處理大量的資訊 處理速度快是電腦最大的特色， 所以對於需要大量運算的工作， 用電腦來處理是最合適的， 例如： 1 - 1 - 3 電腦的功能 處理大量的資訊 處理速度快是電腦最大的特色， 所以對於需要大量運算的工作， 用電腦來處理是最合適的， 例如： 氣象預測需要計算大量的氣象資料。 經濟分析需要計算大量的經濟數據。 人口普查分析需要統計大量的人口普查資料。

1 - 1 - 3 電腦的功能 提高工作效率 使用電腦可以達到「自動化」的操作或處理， 除了可以大量減少人力需求外， 還可縮短工時， 讓整體的工作效率提昇不少！以下列舉 3 個透過電腦來取代人工作業，藉以提高工作效率的範例：

1 - 1 - 3 電腦的功能 辦公室自動化：如文書編輯、薪資處理、電子試算表、桌上排版、網路會議等。 1 - 1 - 3 電腦的功能 辦公室自動化：如文書編輯、薪資處理、電子試算表、桌上排版、網路會議等。 工廠自動化：如自動包裝、機械手臂、電腦輔助設計 (CAD)、電腦輔助製造(CAM) 等。 家庭自動化：如保全系統、智慧型家電、電腦輔助教學等。

1 - 1 - 3 電腦的功能 提供有用的資訊 在資訊氾濫的社會中， 電腦可以幫我們從一堆雜亂的資料中過濾、整理出有用的資訊， 並提供良好的方式， 以便再利用這些資訊。例如：

1 - 1 - 3 電腦的功能 圖書館的全文檢索系統， 讓我們可以依據關鍵字找出想要參考的文章。 1 - 1 - 3 電腦的功能 圖書館的全文檢索系統， 讓我們可以依據關鍵字找出想要參考的文章。 公司行號利用電腦建立的資料庫， 可以根據設定的條件， 迅速而精確地查出所有符合條件的資料。 利用電腦連上網際網路， 全世界圖文並茂、聲光俱佳的多媒體資訊都可以任您瀏覽。

1 - 2 電腦的演進 從第一台電腦問世至今， 不過是幾十年的時間， 但其對人類的影響， 卻足以媲美前兩次的工業革命。在本節中， 我們要介紹電腦的發展歷史：

1 - 2 電腦的演進

1 - 2 - 1 第一代 - 真空管電腦 (1946 ~ 1954) 1946 年， 人類第一部電腦問世， 稱為 ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer)， 是由美國賓州大學的 John W. Mauchly 與 J. Presper Eckert 以「真空管(Vacuum Tube)」為主要元件製造而成。總共使用了約 18，000 個真空管， 15，000 個繼電器，長 15 公尺， 寬 9 公尺， 重 30 噸， 一秒鐘內大約能作 5，000 次加法運算。

1 - 2 - 1 第一代 - 真空管電腦 (1946 ~ 1954) 雖然真空管的壽命短、不易散熱、易故障、又佔空間， 但 ENIAC 的發明不僅為日後的電腦發展奠下基礎， 也宣告了「資訊化」時代的來臨。

1 - 2 - 1 第一代 - 真空管電腦 (1946 ~ 1954) ENIAC 出現後， 1951 年第一部商用電腦 UNIVACI 誕生， 為美國人口普查局處理人口統計的資料， 前後共運轉了 12 年。 而ENIAC 則運轉了約十年， 於 1955 年 10 月 2 日退休。台灣第一部電腦則是 IBM 公司於 1954 年發展完成的 IBM 650 (由交通大學於民國 50 年引進)。

1 - 2 - 2 第二代 - 電晶體電腦 (1954 ~ 1964) 1947 年， Bell 實驗室的三位科學家 J. Bardeem、H. W. Brattain 及 W. Shockley 發明了電晶體。由於電晶體與真空管比起來， 耗電少、體積小、穩定度又高，因此逐漸被大量應用在電子學的領域， 且不久後便取代了真空管的地位。

1 - 2 - 2 第二代 - 電晶體電腦 (1954 ~ 1964) 而 1954 年， Bell 實驗室使用電晶體製造了世界上第一部電晶體電腦， 讓電腦的發展又往前進了一步。此電腦中有 800 個電晶體， 體積及重量都較真空管電腦小， 而加法運算的速度則可達到百萬分之一秒 (微秒)。

1 - 2 - 3 第三代 - 積體電路電腦 (1964 ~ 1971) 1964 年 IBM 公司向全世界宣布， 使用積體電路 (lntegrated Circuit， IC) 研製成功的 IBM 360 系列電腦正式推出， 是第三代電腦的開始。一片積體電路可以取代數個電晶體的功用， 因此第三代電腦的體積變小了許多， 重量也變輕了， 運算速度則較電晶體電腦快了數百倍， 可達到 10-8 秒， 然而價價格卻更為便宜， 由此可發現電腦不斷朝更快、更小、價格更低發展。

1 - 2 - 3 第三代 - 積體電路電腦 (1964 ~ 1971)

1 - 2 - 4 第四代 - 微處理電腦 (1971 ~ ) 由於第三代積體電路技術不斷的改良， 延伸出高密度 IC， 稱為「超大型積體電路(Very Large Scale Integrated Circuit， VLSI)」。超大型積體電路維持積體電路體積小的優勢， 且由原先只能容納數十個電子元件， 發展為可容納數千至數萬個電子元件。

1 - 2 - 4 第四代 - 微處理電腦 (1971 ~ ) 1971 年美國 Intel 公司成功的將電腦中負責處理運算及控制部分的電子元件， 設計到一片 VLSI 晶片上， 發展出 「微處理器 (Micro Processor)」， 使電腦的體積大幅縮小， 並因而促成個人電腦 (Personal Computer， PC) 的推出， 每個人都能擁有電腦的時代於是來臨。 由於第四代電腦使用微處理器為電腦的核心， 因此又稱為「微處理電腦」。

1 - 2 - 4 第四代 - 微處理電腦 (1971 ~ ) 最早支援一般用途的微處理器是 Intel 公司於 1974 推出的 8080， 此後電腦科技的發展更加迅速。 1981 年 IBM 公司推出的第一台個人電腦 (IBM PC) 使用 Intel 8088 微處理器， 1983 年則開始使用 Intel 8088 或 8086 微處理器， 1984 年以後使用 Intel 80286、80386、80486 的個人電腦陸續推出， 直到今日的 Pentium 系列電腦。

1 - 2 - 4 第四代 - 微處理電腦 (1971 ~ )

積體電路 積體電路就是所謂的 IC， 在一片薄薄的晶片中， 可以容納電阻、電晶體、二極體等電子元件， 並因電路設計的不同， 可以有許多不同的功能。積體電路的規格依可容納的電子元件數目分為以下幾類： 圖表 1-8 積體電路的分類

1 - 2 - 5 未來的趨勢 電腦不斷的朝體積小、儲存容量大、速度快、準確性高、功能強大、價格便宜等方向發展。但電腦仍有其功能上的限制：人類無法解決的問題， 電腦也無法解決， 問題必須被量化、有正確的資料輸入、給予正確的解題方法 (程式、指令)， 才能產生正確的輸出結果。也就是說， 電腦沒有人類的「智慧」， 無法自行思考、累積知識、創造知識。

1 - 2 - 5 未來的趨勢 因此， 電腦在擁有高速運算的效能後， 未來的發展便朝向所謂具有「人工智慧」(Artificial Intelligence， AI) 的第五代電腦：使用極大型積體電路、人工智慧、平行處理等技術， 能了解人類的口語， 具有推理、累積知識能力的電腦。

1 - 2 - 5 未來的趨勢 第五代電腦與前四代的發展不同， 其追求的已不是物理性的體積縮小， 或性能上的速度加快， 而是根本能力上的改變， 因此所需突破的技術層面更高。目前能做到的只是讓電腦更方便使用、更人性化， 離真正的目標還有一段距離。

人工智慧 人工智慧的概念最早由 Alan Turing 提出， 並於 1956 年達特茅斯 (Dartmouth) 研討會中經多位學者討論後定名， 其主要的目的在於「讓電腦能夠像人類一樣思考、推理及行動」。目前人工智慧發展最大的問題在於：人類如何思考， 若我們無法先了解人類的思考方式， 又如何讓電腦思考。

人工智慧 雖然人工智慧仍在研究發展的階段， 但已有部分研究的成果被廣泛使用， 例如：專家系統 (Expert System， ES。請參考 5 - 4 -3 節)、遊戲理論 (Game Theory) 等。其中遊戲理論最著名的例子便是 IBM 於 1997 年 5 月打敗世界棋王的 「深藍 (Deep Blue)」。

人工智慧 除此之外， 人工智慧應用的領域還包括類神經網路 (Neural Network)、機器學習 (Machine Learning)、模糊邏輯 (Fuzzy Logic)、影像辨識 (Pattern Recognition)、自然語言瞭解 (Natural Language Understanding) ...等等。

1 - 3 電腦的應用 在這個資訊化的時代， 電腦已經是現代生活不可或缺的工具， 從食、衣、住、行、育、樂， 到金融、商務、科技、國防...等事務， 都與電腦有著密切的關係。 自動化的家電 以我們最熟悉的家庭生活而言， 許多家用電器都增加了電腦化的自動控制功能， 例如電視的選台功能、洗衣機的水流控制、冷氣機的預約定時等， 都是利用電腦來處理的！

1 - 3 電腦的應用 電腦化的各行各業 電腦更是被大量、廣泛的運用在各行各業中， 而且都有很大的成效。例如：便利商店中開立發票的電子收銀機、銀行郵局的通儲及自動提款機、電影戰爭場面的電腦特效、醫院的電話預約或現場掛號...等等， 都是拜電腦所賜。 面對日益競爭的商業環境， 如何有效運用高科技並結合電腦軟硬體工具， 提昇企業競爭力， 是目前各行各業努力的方向！

1 - 3 電腦的應用 例如現在我們可以在全省的便利商店繳交電信費、停車費等帳款，就是因為它導入了 POS 的系統， 門市人員只需將帳單上的條碼以掃描器輸入， 就可立即完成繳費的動作， 所以無論我們在任何地區、任何時間， 都可以享受到全年無休的繳款服務。

1 - 3 電腦的應用 輔助教學 許多電腦教學軟體充份運用精彩的動畫， 配合互動式遊戲、歌曲、故事及聲光俱佳的音效， 不但使學習變有趣了， 也降低學習的恐懼。這方面的應用例如：線上教學幼教光碟、電影或卡通英文教學、電腦教學...等等。

1 - 3 電腦的應用

1 - 4 網際網路的世界 網際網路 (Internet) 是全球性的電腦網路， 近年來由於網際網路的蓬勃發展， 為我們的生活帶來了許多便利。同樣的事情， 在過去可能必須花費許多時間， 到好幾個不同的地方才能辦妥， 但現在透過網路， 只要輕敲鍵盤、點選滑鼠， 眨眼間即可完成。

1 - 4 網際網路的世界 在日常生活中透過網際網路， 我們可以獲得許多訊息， 小如收發電子郵件、看電子賀卡、電子報、找工作、線上遊戲、網路訂票、對統一發票；大到商業廣告、學術研究、政令宣傳...等活動， 都可以透過網際網路來進行。

1 - 4 網際網路的世界 訂閱電子報 電子報和報紙一樣， 都具有傳遞資訊的功能， 只不過電子報是藉由電子郵件的方式來傳送， 其種類琳瑯滿目， 舉凡各類生活資訊都包含在內。

1 - 4 網際網路的世界

1 - 4 網際網路的世界 寄送電子賀卡：透過網際網路寄送電子賀卡， 用最快的速度傳遞您溫馨的問候。

1 - 4 網際網路的世界 線上遊戲：線上遊戲在各地掀起一陣旋風， 經由網際網路的連結， 您就可以與千里之外的玩家交手。

1 - 4 網際網路的世界 網路廣播與線上影片 網際網路上有許多影片、電視節目、電影片段、視聽歌曲及現場廣播節目等， 透過與網際網路的連線，便可以在自己的電腦上收看、收聽各地的影音節目。

1 - 4 網際網路的世界

1 - 4 網際網路的世界 線上購物 買書、買火車票、電影票， 想聽演唱會、看舞台劇...， 透過網際網路， 不用大老遠去排隊， 就可以採購所需的各類商品及票券。

1 - 4 網際網路的世界

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