快速建立對電腦的認知 電腦的用途及發展歷史 電腦的特性及組織成分

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1 快速建立對電腦的認知 電腦的用途及發展歷史 電腦的特性及組織成分
第一章 資訊時代 快速建立對電腦的認知 電腦的用途及發展歷史 電腦的特性及組織成分

2 『資訊』(information)和『資料』(data)有何差別？簡單的說，『資訊』指的是「資料經過處理後所獲得有用的東西」。 電腦能夠將資料轉化為有用的資訊。

3 大綱 1.1 電腦與生活 1.2 電腦的特性 1.3 電腦的演進 1.4 電腦的種類 1.5 電腦的組成 1.6 重點回顧 本章習題
1.1 電腦與生活 1.2 電腦的特性 1.3 電腦的演進 1.3.1 電腦的誕生 1.3.2 電腦的演進歷史 1.3.3 未來的電腦（第五代電腦） 1.4 電腦的種類 1.4.1 電腦的分類 1.4.2 個人電腦 1.5 電腦的組成 1.5.1 硬體 (Hardware) 1.5.2 軟體 (Software) 1.6 重點回顧 本章習題

4 1.1 電腦與生活 電腦與人類的生活已經密不可分，舉凡自動控制、 交通運輸、文件處理、教育訓練、休閒娛樂、生產製造、醫療體系、金融交易、行政業務、電腦繪圖、電腦模擬、連線網路、網際網路均能夠看到電腦應用帶給人們生活上的改變。 自動控制： 交通運輸：

5 1.1 電腦與生活 文件處理： 教育訓練： 製作統計報表是 電腦常見的功能之一 電腦輔助教學

6 1.1 電腦與生活 休閒娛樂： 生產製造： 電影剪輯 機器人本身就是一部電腦

7 1.1 電腦與生活 醫療體系： 金融交易： 電腦與醫療設備的結合 ATM其實也是一台電腦，並與銀行主機連線

8 1.1 電腦與生活 行政業務： 電腦繪圖： 政府採購也已經上網 摩天大樓的電腦繪圖

9 1.1 電腦與生活 電腦模擬： 飛行模擬器也內含電腦控制

10 1.1 電腦與生活 連線網路： 網際網路： 樂透彩券也是電腦連線的一項應用 透過網路蒐集資訊非常方便

11 1.2 電腦的特性 電腦之所以如此流行，是因為電腦具備了下列優點： 速度快 量測電腦速度的表示方法 使用電腦內部處理速度來表示，微秒(ms)、奈秒(ns) 、百萬赫茲(MHz)、十億赫茲(GHz) 。 使用每秒可執行多少工作為準，每秒可執行多少百萬個指令(MIPS)、每秒可執行多少百萬個浮點數運算(MFLOPS)、每秒可執行多少個交易(TPS)。 儲存能力強 電腦容量的單位 以二進制為主， 一個二進制位數稱為一個位元(bit；通常使用小寫b表示)， 8個位元構成一個位元組(Byte；通常使用大寫B表示)。位元組是電腦容量最常被使用的表示單位 K Bytes（千位元組）、M Bytes (百萬位元組)、G Bytes (十億位元組)、T Bytes（兆位元組）。 可靠度高 Y2K千禧蟲問題 具備通訊能力

12 1.2 電腦的特性 電腦並非毫無缺點，以下是大量應用電腦所帶來的問題： 容錯能力 健康問題 著作權爭議 網路言論 跨國犯罪 環保議題 其他：
1.2 電腦的特性 電腦並非毫無缺點，以下是大量應用電腦所帶來的問題： 容錯能力 健康問題 著作權爭議 網路言論 跨國犯罪 環保議題 其他： 網路資料外洩的隱私權爭議問題

13 1.3 電腦的演進(Self-Study) 電腦早期並非如同我們現在所看到的電腦外觀，在本節中，我們將重新回顧電腦的誕生及歷史演變，並介紹電腦未來的發展方向。 電腦的誕生 電腦(computer)又被稱為計算機（如同本書書名），雖然後來為了避免與傳統計算器(calculator)產生混淆，而使用『電腦』一詞加以翻譯。 中國最早的計算工具 『算盤』 西方最早的加法器 1642年，法國數學家巴斯卡(Blaise Pascal)利用齒輪的機械原理設計加法器。 乘法器 加法器發明30年後，德國人萊伯尼茲(Gottfried Leibnitz)又發明了一台乘法器，使用反覆加法原理製作而成。 1820年，法國人湯瑪斯(C. X. Thomas) 則改良該乘法器，變成一台可以做加減乘除四則運算的機器。

14 1.3.1 電腦的誕生(Self-Study) 現代計算工具
計算工具一直沒有大多的發展，直到十九世紀中葉，英國數學家巴基貝(Charles Babbage)建造了一台差分機(Difference engine)可以進行複雜的計算等式差數的工作，差分器使用打孔紙卡來控制一連串的動作，這是一個突破性的發展。 後來巴基貝又構思了一台『分析機』(analytical engine)，該機器具有輸入單元、輸出單元、記憶單元、算數單元、控制單元等五項單元。 到了十九世紀末，在美國人口調查局工作的赫羅瑞斯(Herman Hollerith)，則使用卡片上不同的打孔位置來儲存資料，自製了一台表格運算機器，並且使用六週完成全美人口普查作業，取代了原本人力必須花費七年所完成的工作。值得注意的是，這台機器對於卡片、打卡機與讀卡機等輸出入方式建立了基礎，一直被沿用至1980年。 後來，赫羅瑞斯獨自創立了列表機器公司，這家公司可以說是國際商業機器公司IBM(International Business Machine Corporation)的前身。

15 1.3.1 電腦的誕生(Self-Study) 使用繼電器的計算工具
除了打卡機與讀卡機之外，一種小型且利用人工操作機器的計算器(calculator)也是在十九世紀中葉被發展出來，但當時的計算器是完全機械式的，操作不易。 在1937年，美國貝爾電話實驗室(Bell Telephone Laboratories)的史提必茲(George Stibitz)則開始使用電力操作機械作業的計算器，稱為電動計算器(Electrodynamic calculator)，此機器採用繼電器(Relay)作為機械作業的元件，透過繼電器的電路中斷與連續來記錄資料，並於1940年完成第一部繼電式電腦(Relay Computer)。 同一時期，在1937年，哈佛大學的愛肯教授(Professor Howard Aiken)設計了另一台電動式計算器，經由IBM的製造，於1944年問世，稱之為Mark I計算器。此機器長約51英呎，寬約8英呎，重達5噸，也是一台繼電式計算器，可以在0.3秒完成加法或減法運算，乘法則平均需時4秒，除法最多必須花費16秒。除了四則運算外，它還可以參考事先計算好的函數表，進行演算的工作。

16 1.3.1 電腦的誕生(Self-Study) 使用真空管的計算工具
另一方面，在1942年，美國愛荷華州立大學愛特納索夫教授(Professor John V. Atanasoff)及其助理貝瑞(Clifford Berry)則完成了由45個真空管構成記憶體的數位計算機，這部機器是世界上第一部電子數位計算機，並以他們兩個人的名字命名為ABC(Atanasoff-Berry Computer)。隔年，英國為解出德軍密碼，則使用電子電路方式，製作了Colosuss機器。 在1946年，賓州大學電機系毛琦雷教授(Professor J. W. Mauchly) 與它的學生愛克特(J. P. Eckert)則透過ABC電腦的基礎設計了一台可以計算大砲發射軌道的機器，稱為電子數值積分及計算器(Electronic Numerical Integrator And Calculator)，命名為ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Calculator)，此為史上第一部全電子式數位電腦。 爾後1952年，賓州大學又完成了第二部機器，名稱為電子離散變數計算機，命名為EDVAC。事實上，毛琦雷教授與愛克特，在完成ENIAC之後，便於1947年成立了毛琦雷-愛克特公司，該公司後來被雷明頓蘭得(Remington Rand)公司收購，並於1951年完成了世界上第一部商業用途電腦，命名為UNIVAC(Universal Automatic Computer)。在此同時，使用真空管所設計的機器淘汰了使用繼電器所設計的機器。並且『真空管』確立了電腦發展歷史的確切地位，稱為第一代電腦。

17 1.3.2 電腦的演進歷史 自從真空管電腦出現後，電腦的組織元件不斷推陳出新，歷經真空管、電晶體、積體電路、超大型機體電路等四個階段，分別被稱之為第一代、第二代、第三代、第四代電腦。其特色如下表格： 第一代 第二代 第三代 第四代 元件 真 空 管 電 晶 體 積體電路 超大型積體電路 時期 1942~1958 1959~1963 1964~1970 1971年~現今 內部作業速度 10-3 秒 10-6秒 10-9 秒 10-9~-13 秒 輸入裝置 打孔卡紙 紙條裝置 按鍵 磁碟 鍵盤輸入 指標裝置 光學掃描 輸出裝置 列印輸出 螢幕影像 語音輸出 主記憶體材質 磁鼓 磁蕊 半導體晶片 輔助記憶體材質 磁帶 光碟

18 第一代硬體 〈1951 -1959〉 真空管 磁鼓 讀卡器  磁帶裝置 大、不大可靠 、 產生大量的熱 在一個讀/寫頭下方旋轉的記憶裝置
這些循序附屬儲存裝置的發展 8

19 第二代硬體 〈1959 -1965〉 電晶體 磁蕊 磁碟 取代真空管、快 、小、 耐久、便宜 取代磁鼓、 資訊隨時可用
取代磁代、 資料可以直存取 9

20 第三代硬體 〈 1965-1971〉 積體電路 電晶體 終端機 取代電路板、更小、更便宜、更快、更可靠 現在用來建構記憶體
一種具有鍵盤與螢幕的輸入/輸出裝置 10

21 第四代硬體 〈 1971-?〉 大型積體電路 個人電腦，商業市場， 工作站 此時晶片技術有極大的進展
由於個人電腦的推出，造就了如 Apple 以及 Atari等新公司的成立，工作站也在此時期出現。 11

22 1.3.3 未來的電腦（第五代電腦） 下一代(Next Generation)的電腦，究竟會出現什麼重大的變化？
1.3.3 未來的電腦（第五代電腦） 下一代(Next Generation)的電腦，究竟會出現什麼重大的變化？ 這實在很難說。但歷史上曾經出現第五代電腦的說法 日本在1980年曾經提出發展第五代電腦的十年計劃，目標是要設計一個高度人工智慧的電腦，使電腦不但具有智慧、專家性質，並且能與人類透過自然語言溝通及解決問題。雖然計劃最終宣告失敗，但在此十年當中，人工智慧(AI)研究得以蓬勃發展，並且在前幾年日本成功推出風靡一時的智慧寵物（如機器狗）。 下一代的電腦究竟會出現什麼變化尚且不知，除了人工智慧之外，電腦目前正朝向更快的電腦、更小的電腦、容量更大的電腦、更安全的電腦等方向努力，並且未來的電腦系統將具備網路及無線網路設備、並擁有更大的頻寬以及更方便、舒適的使用環境。

23 1.4 電腦的種類 1.4.1 電腦的分類 電腦的分類可以依據用途、處理資料的類型、綜合分類等選項來加以分類如下： 一、依用途分類
1.4 電腦的種類 電腦的分類 電腦的分類可以依據用途、處理資料的類型、綜合分類等選項來加以分類如下： 一、依用途分類 一般用途電腦 (General Purpose Computer) 特殊用途電腦(Special Purpose Computer) 二、依處理資料的類型分類 類比式電腦(Analog Computer) 數位式電腦(Digital Computer) 混合式電腦(Hybrid Computer) 三、依據『記憶容量、處理速度、軟體支援度、體積、價格』綜合分類 超級電腦、大型電腦（機架電腦）、中型電腦、小型（迷你）電腦、工作站、微型個人電腦

24 1.4.2 個人電腦 凡是價格便宜、針對個人或家庭設計的電腦都屬於個人電腦(Personal Computer；PC)
1.4.2 個人電腦 凡是價格便宜、針對個人或家庭設計的電腦都屬於個人電腦(Personal Computer；PC) 目前較流行的個人電腦包含蘋果(Apple)公司的麥金塔(Macintosh)電腦及IBM相容個人電腦(PC；Personal Computer)。 IBM相容PC造就了三項大事： 組裝電腦大行其道 微軟崛起 以CPU做為個人電腦名稱。 麥金塔電腦的設計架構和IBM PC不同，它採用的是motorola的CPU，又稱為Power PC。麥金塔電腦的作業系統是蘋果公司獨立開發的Mac-OS系列，並且具有親切的人機介面。 筆記型電腦(NoteBook)為了隨身攜帶，因此具有重量輕、體積小、散熱快、低耗電量等特點。 迅馳(Centrino)不是一顆CPU也不是一顆晶片，它只是一種 Intel為了行動運算技術而訂定出來的一種技術規格（例如支援無線通訊、使用 Intel 855 晶片等），凡是符合該技術規格者，Intel將允許該筆記型電腦使用Intel Centrino標籤出售。

25 1.4.2 個人電腦 DeskNote是介於Desktop（桌上型）與NoteBook（筆記型）電腦之間的一種電腦機型，外觀與筆記型電腦一樣，但需要插上電源才能夠執行。 個人數位助理(PDA)是一種非常小型的掌上電腦，使用者可以直接使用手寫輸入、觸控螢幕等來輸入資料。 平板電腦(Tablet PC)的體積及性能與筆記型電腦差異不大，但可以直接使用手寫輸入、觸控螢幕等來輸入資料。 純平板電腦沒有鍵盤 而摺疊式平板電腦仍具有鍵盤，且螢幕可以旋轉。 網路電腦(Network Computer)是一種過度性產品，它具有CPU與記憶體，可以連結到電視，讓使用者透過電視及網路連上Internet，進行網路活動。

26 1.5 電腦的組成 電腦系統可以分為使用者(user)、硬體(hardware)與軟體(software)等三項
1.5 電腦的組成 電腦系統可以分為使用者(user)、硬體(hardware)與軟體(software)等三項 『使用者』就是使用或管理電腦的人 『硬體』就是組成電腦的電子元件以及各項設備 『軟體』則是一種抽象化的名詞，它必須以某種排列方式附著於某個硬體之上，例如：附著於記憶體、硬碟、光碟片中，而『軟體』的功能則是告知電腦該去做什麼或提供電腦所需要資料的來源。

27 1.5.1 硬體 (Hardware) 『硬體』若從功能面加以區分，一般會將電腦硬體分為算數邏輯單元、控制單元、記憶體單元、輸入單元、輸出單元等5大單元，這5個單元分別負責不同的工作，其中的CPU、主記憶體則可以說是電腦的核心元件。 電腦硬體的5大單元

28 1.5.1 硬體 (Hardware) 【其他分類】： 由於電腦硬體分類，各家說法不一，除了上述分為五大單元之外，尚有下列四種分法：
五大單元：CPU（含算數邏輯單元、控制單元）、主要記憶體、次要記憶體、輸入單元、輸出單元‧ 四大組成部份：CPU（含算數邏輯單元、控制單元）、記憶體（含主要記憶體、次要記憶體）、輸入單元、輸出單元‧ 三大組成部份：CPU（含算數邏輯單元、控制單元）、記憶體（含主要記憶體、次要記憶體）、輸入／輸出單元‧ 三大組成部份：系統單元（含CPU、算數邏輯單元、控制單元、主記憶體）、次要記憶體、輸入／輸出單元‧ 其中，主要記憶體又稱主記憶體，次要記憶體又稱輔助記憶體。

29 1.5.1 硬體 (Hardware) 中央處理單元(CPU)包含算數邏輯單元(ALU)、控制單元(CU)與暫存器(Register)。
電腦的核心部分 ALU是實際計算的單元 而CU則用來控制及協調電腦其他各單元的運作。 主記憶體也稱為內部記憶體，以半導體元件製成，特性為存取速度快、成本高。 任何要被執行的程式都必須放置於主記憶體中，CPU才能存取該程式。 依照存取特性可以分為隨機存取記憶體(RAM)及唯讀記憶體(ROM)。當電源消失時，RAM將無法保存資料，而ROM的資料將不會消失。 次要記憶體又稱輔助記憶體，也稱為外部記憶體 目前以磁性物體或光學材料組成，例如：硬碟機、軟碟片、光碟片。 輔助記憶體的存取速度比主記憶體慢數十倍，但容量則比主記憶體多數十倍。

30 1.5.1 硬體 (Hardware) 輸入單元是具有輸入功能的週邊設備 鍵盤、滑鼠、搖桿。 輸出單元將程式執行的結果輸出 螢幕、印表機
中央處理單元和主記憶體則為電腦的核心部分，其餘的周邊設備（輸入單元與輸出單元）必須與之連結，透過中央處理單元的控制，使周邊設備正常運作。

31 1.5.1 硬體 (Hardware) CPU 主記憶體 輔助記憶體 輸入單元 輸出單元 ALU CU 暫存器 RAM ROM 硬碟 軟碟
光碟 ： 鍵盤 滑鼠 軌跡球 手寫輸入裝置 語音輸入裝置 螢幕／顯示器 投影機 印表機 繪圖機

32 1.5.2 軟體 (Software) 『軟體』是一種抽象化的名詞，它必須以某種排列方式附著於某個硬體之上。
軟體分為資料(data)與程式(program)兩大類，以0、1的二進位表示法儲存在電腦設備中。 程式是由一組有順序的指令所構成，而指令則是指揮電腦作業方式的命令。 程式可以分為系統程式與應用程式兩大類。 系統程式一般為較接近硬體底層的低階程式，例如：作業系統、程式的發展工具等等。 應用程式則是架構在系統程式之上，依據某種特殊需求而開發出來的軟體，例如：Office、帳務系統、電腦遊戲等等。 【韌體】： 韌體的特性介於硬體與軟體之間，它其實是將程式固定寫入在某些唯讀記憶體中，例如BIOS程式就是寫入在ROM之中。

33 1.5.2 軟體 (Software) 系統程式與應用程式階層圖 系統程式與應用程式關係圖

34 1.5.2 軟體 (Software) 作業系統 作業系統(operating system；簡稱OS)是介於電腦硬體與應用軟體之間的橋樑，負責所有硬體資源的操作細節以及配置，本書將於第7、8章，對於作業系統詳加介紹。 【常見的作業系統】 作業系統分為三大類 工作站級以上使用：Unix，例如：SunOS、AIX、Solaris…等。 個人電腦：DOS、OS/2、Microsoft Windows 95/98/NT/Me /2000/XP、linux(Unix-like)、FreeBSD(Unix-like) …等。 麥金塔專用：Mac OS。

35 1.5.2 軟體 (Software) 程式發展工具 程式必須使用程式語言來開發，而開發完成的程式則必須透過程式發展工具（如編譯器）轉換為可以直接透過作業系統執行的軟體。 DEV C++程式開發工具 Borland C++ Builder 6.0程式開發工具

36 1.5.2 軟體 (Software) 應用軟體 應用軟體(application)是針對某種特殊目的而設計的程式
Microsoft Internet Explorer瀏覽器可用來瀏覽WWW的網路資料 Outlook Express可以用來收發電子郵件 Word可以處理各類文書，Excel可以用來製作試算表。 ………………. 使用Microsoft Word製作通告 使用Microsoft Outlook Express收發電子郵件

37 1.5.2 軟體 (Software) 系統程式 作業系統
DOS、Windows 95/98/me、 Windows NT/2000/XP、Linux… 程式發展工具 編譯器、直譯器、組譯器… 應用程式 瀏覽器、繪圖軟體、影像處理、 辦公室常用軟體Office…

38 第一代軟體 〈 1951-1959〉 機械語言 組合語言與翻譯機 程式規劃師的變化 電腦程式以二進位數(許多1與許多0) 撰寫
程式先以人造的程式規劃語言撰寫 ，然後再翻譯成機械語言 程式規劃師的變化 程式規劃師分為應用程式規劃師與系統程式規劃師 13

39 第二代軟體 〈1959 -1965〉 高階語言 使用像英文的陳述句來使程式規劃變得更為容易 ： Fortran, COBOL, Lisp.
組合語言 機械語言 14

40 第三代軟體 〈 1965 -1971〉 系統軟體 將使用者與硬體之間加以區隔 公用程式 語言翻譯器 決定何種程式於何時即將執行的作業系統
電腦程式規劃師建立程式來讓不知道如何寫程式的人使用 15

41 第三代軟體 〈 〉 應用套裝軟體 系統軟體 高階語言 組合語言 機械語言 16

42 第四代軟體 〈 1971-1989〉 結構化程式規劃 有關使用者的新應用軟體 Pascal, C, C++
試算表，文書處理器， 資料庫管理系統 17

43 第五代軟體 〈 1990 – 現在〉 微軟 物件導向設計 全球資訊網 新的使用者 Windows作業系統以及其他的微軟應用軟體占據主要市場
根據資料物件的階層系統 (例如 Java) 全球資訊網 藉由網際網路可以容易地達成全球通訊的目的 新的使用者 今日的使用者不需要具備電腦知識 18