第 1 章 計算機發展史.

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1 第 1 章 計算機發展史

2 本章大綱 什麼是電腦 電腦的演進 電腦的應用 網際網路的世界

3 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。

4 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。

5 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。

6 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。

7 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。

8 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：

9 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。

10 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。

11 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：

12 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

13 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。

14 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。

15 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：

16 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：
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。

17 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：

18 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。
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。

19 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：

20 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。
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。

21 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：

22 電腦的演進

23 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。

24 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。

25 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)。

26 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。

27 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)。

28 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。

29 第三代 - 積體電路電腦 (1964 ~ 1971)

30 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。

31 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」。

32 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。

33 第四代 - 微處理電腦 (1971 ~ )

34 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

35 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。

36 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。

37 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。

38 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。

39 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 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)」。

40 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。

41 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！

42 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！

43 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。

44 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。

45 電腦的應用

46 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。

47 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。

48 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。

49 網際網路的世界

50 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。

51 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。

52 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。

53 網際網路的世界

54 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。

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