第 1 章 資訊新未來.

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1 第 1 章 資訊新未來

2 本章提要 1-1 電腦是什麼 1-2 電腦的演進 1-3 電腦的種類

3 1-1 電腦是什麼 一直以來, 人類不斷的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誕生, 人類才跨出革命性的一步, 並開啟了資訊時代。

4 電腦是什麼

5 1-1-1 電腦的定義 與硬體的 5 大單元架構 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。 電腦的英文名稱為 Computer, 所以正式的中文名稱應為計算機或電子計算機, 不過目前一般皆通稱為電腦, 所以本書也將使用電腦為其名稱。

6 電腦的定義與硬體的 5 大單元架構 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。 其中所謂硬體, 是指組成電腦的各項機械、電子設備；而軟體則是用以控制電腦動作的指令、程式。

7 電腦的定義與硬體的 5 大單元架構 電腦硬體的架構主要是由輸入、記憶、控制、算術與邏輯、輸出等 5 大單元所組成：

8 電腦的定義與硬體的 5 大單元架構

9 電腦的定義與硬體的 5 大單元架構 輸入單元 (Input Unit)：輸入單元是電腦輸入資料的管道。
當我們輸入資料時, 輸入單元會將這些資料先轉換成電子訊號, 然後才傳送至電腦內部處理。 鍵盤、滑鼠、讀卡機、光筆、條碼閱讀機、掃瞄器、數位相機...等均屬輸入單元的設備。

10 電腦的定義與硬體的 5 大單元架構 記憶單元 (Memory Unit)：記憶單元是電腦存放程式與資料的地方。
它包含主記憶體及輔助記憶體兩種, 主記憶體是用來儲存處理中的程式和資料, 輔助記憶體則是用來儲存暫時不用的大量程式和資料。 硬碟機、軟碟機、光碟機...等是目前在個人電腦上使用相當普遍的輔助記憶體。

11 電腦的定義與硬體的 5 大單元架構 控制單元 (CU, Control Unit)：控制單元負責控制、協調電腦各單元間的相互運作。
電腦的所有作業程序、與其他單元間互動的協調工作、資料的傳遞等, 皆需透過此單元來控制監督。

12 電腦的定義與硬體的 5 大單元架構 算術與邏輯單元 (ALU, Arithmetic/Logic Unit)：此單元是電腦執行算術運算、邏輯判斷的單元, 可說是電腦的核心。 當資料由輸入單元送至記憶單元後, 電腦透過程式的控制將資料讀入此單元進行運算, 最後才將運算的結果送回記憶單元。 控制單元和算術與邏輯單元也可以合稱為中央處理單元 (CPU, Central Processing Unit)。

13 電腦的定義與硬體的 5 大單元架構 輸出單元 (Output Unit)：輸出單元是電腦輸出資料的管道。
資料經過算術運算後, 藉由輸出單元將運算的結果顯示或列印出來。 螢幕、印表機、喇叭、繪圖機...等均屬於輸出單元的設備。 本書第 2 ~ 4 章會詳細介紹這 5 大單元, 至於軟體種類的說明, 則請參考本書 8-1 節。

14 1-1-2 電腦硬體 5 大單元的運作方式 5 大單元各司其職, 分工合作, 以實現人們所要求的任務, 以下是 5 大單元的運作示意圖：

15 電腦硬體 5 大單元的運作方式

16 電腦的儲存單位與時間單位 由於電腦處理資料的速度非常快, 若使用常用的小時、分, 甚至秒來描述其處理時間, 都很不方便, 因此通常使用更小的單位。以下為電腦領域中, 較常用的時間單位： 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。

17 電腦的儲存單位與時間單位 電腦的儲存設備基本上都以位元組 (Byte) 作為資料存取的基本單位, 一般常見的單位與換算方式如下：
1 Kilo Bytes (KB) = 210 Bytes = 1024 Bytes 1 Mega Bytes (MB) = 220 Bytes = 1024 KB 1 Giga Bytes (GB) = 230 Bytes = 1024 MB 1 Tera Bytes (TB) = 240 Bytes = 1024 GB

18 電腦的儲存單位與時間單位 Kilo、Mega...等都是公制單位的前置字, 其實依照公制的規定, 每個單位間的換算應該使用 103, 而不是 210, 所以理論上 1 MB 應該等於 1000 KB, 其他單位也一樣應使用 1000 而非 1024 做為換算的數字。

19 電腦的儲存單位與時間單位 為了解決可能發生混淆的問題, 國際電工委員會 (IEC, International Electrotechnical Commission) 曾經提出一套新的前置字, 建議使用 KiB、MiB、GiB、TiB 做為以 1024 換算的單位, 讓 KB、MB、GB、TB 的換算數字回歸原本公制單位規定的 1000。

20 電腦的儲存單位與時間單位 不過 IEC 提出的前置字尚未廣被接受, 目前大眾仍然習慣使用 1024 做為 KB、MB、GB、TB 的換算數字。所以本書隨後內容除非特別說明, 否則也會以 1024 為換算數字。

21 1-2 電腦的演進 從第一台電腦問世至今, 不過是短短 50 幾年的時間, 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, 我們要看看近半世紀以來電腦的發展：

22 電腦的演進

23 1-2-1 電腦先驅 － 差分機與分析機 (十九世紀)
1-2-1 電腦先驅 － 差分機與分析機 (十九世紀) 十九世紀的英國數學家 Charles Babbage 獲得了英國政府的資助, 開始研發差分機 (Difference Engine), 這是一部使用蒸氣為動力的機械式計算器。 而後他更擴展了原先想法, 認為理想的計算機應該具有程式化的功能, 也就是可以依照指令改變執行程序, 因此轉而研發分析機 (Analytical Engine)。

24 電腦先驅 － 差分機與分析機 (十九世紀)

25 電腦先驅 － 差分機與分析機 (十九世紀) 可惜因為當時的技術跟不上 Babbage 的設計, 所以差分機與分析機最後皆無法製造成功。
電腦先驅 － 差分機與分析機 (十九世紀) 可惜因為當時的技術跟不上 Babbage 的設計, 所以差分機與分析機最後皆無法製造成功。 不過因為 Babbage 劃時代的想法與設計, 已具備現代電腦運作的概念, 所以一般都公認 Babbage 為電腦之父。

26 電腦先驅 － 差分機與分析機 (十九世紀) Babbage 設計分析機時, 當時的數學才女 Ada Lovelace 非常欣賞分析機的想法, 所以也一起參與研究。 Ada 為分析機寫了一份如何計算白努利數(Bernoulli Numbers) 的規劃 (演算法), 並且設計了一個流程圖, 因此後世稱 Ada 為歷史上第一位程式設計師。

27 1-2-2 真空管電腦 － 第 1 代電腦 (1946 ~ 1953) 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, 其目的是用來計算砲彈的彈道。 這部電腦總共使用了約 18,000 個真空管, 15,000 個繼電器 (Relay), 長 15 公尺, 寬 9 公尺, 重 30 噸, 一秒鐘內大約能作 5000 次加法運算。

28 真空管電腦 － 第 1 代電腦 (1946 ~ 1953) 真空管的壽命短、不易散熱、易故障、又佔空間, 不過 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。

29 真空管電腦 － 第 1 代電腦 (1946 ~ 1953)

30 真空管電腦 － 第 1 代電腦 (1946 ~ 1953) ENIAC 出現後, 1951 年第一部商用電腦 UNIVACI 誕生了, 這部電腦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。 台灣第一台電腦, 是交通大學於民國 50 年引進的 IBM 650 (1954 年推出, 屬於真空管電腦)。

31 1-2-3 電晶體電腦 － 第 2 代電腦 (1954 ~ 1963) 1947 年, 貝爾實驗室的三位科學家 John Bardeen、Walter Brattain 及 William Shockley 發明了電晶體 (Transistor)。 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。

32 電晶體電腦 － 第 2 代電腦 (1954 ~ 1963)

33 電晶體電腦 － 第 2 代電腦 (1954 ~ 1963) 電晶體的發明開啟了半導體科學的突破與發展, John Bardeen、Walter Brattain 與 William Shockley 三人也因此獲得了 1956 年的諾貝爾物理獎。 而 John Bardeen 在 1972 年更因為超導理論獲得第二次諾貝爾物理獎, 成為目前唯一獲得兩次諾貝爾物理獎的科學家。

34 電晶體電腦 － 第 2 代電腦 (1954 ~ 1963) 1954 年, 貝爾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 10-6 秒。

35 積體電路電腦 － 第 3 代電腦 (1964 ~ 1970) 1964 年 IBM 公司向全世界宣布, 使用積體電路 (IC, Integrated Circuit) 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, 重量也輕了許多, 運算速度則較電晶體電腦快了數百倍, 可達到 10-8 秒, 然而價格卻更為便宜, 電腦不斷朝更快、更小、價格更低發展。

36 積體電路電腦 － 第 3 代電腦 (1964 ~ 1970)

37 1-2-5 微處理器電腦 － 第 4 代電腦 (1971 ~ 現在) 由於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 (VLSI, Very Large Scale Integrated Circuit) 。 超大型積體電路能容納比積體電路更多的元件, 每平方公分可容納數千至數萬個電子元件。

38 微處理器電腦 － 第 4 代電腦 (1971 ~ 現在) 1971 年美國英特爾 (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 (Microprocessor), 而第 4 代電腦便是使用微處理器做為電腦的中央處理單元 (CPU)。 目前設計微處理器的廠商, 也不僅止於英特爾公司, 還有 AMD、IBM、Sun、威盛 (VIA)...等。

39 微處理器電腦 － 第 4 代電腦 (1971 ~ 現在) 在這之前, 電腦只有大型電腦、迷你電腦等種類 (關於電腦的種類請參考 1-3 節), 不論體積或售價, 都不是一般人所能負擔。 不過微處理器使電腦的體積大幅縮小, 因而促成個人電腦 (PC, Personal Computer) 的推出, 每個人都能擁有電腦的時代於是來臨。

40 微處理器電腦 － 第 4 代電腦 (1971 ~ 現在) 最早被用來當成個人電腦 CPU 的微處理器是英特爾公司於 1974 推出的 8080, 此後個人電腦的發展更加迅速。 1981 年 IBM 公司推出的 IBM PC 使用 Intel 8088 微處理器, 1983 年則開始加入 Intel 8086 微處理器, 1984 年以後使用 Intel 80286、80386、80486 的個人電腦陸續推出, 直到今日採用Pentium、Celeron、Athlon、Opteron...等各種不同微處理器的個人電腦。

41 微處理器電腦 － 第 4 代電腦 (1971 ~ 現在)

42 微處理器電腦 － 第 4 代電腦 (1971 ~ 現在) 因為英特爾早期推出的個人電腦微處理器都是以 "86" 做為結尾, 這一系列的微處理器皆具備類似的架構而且向下相容 (新的可以相容舊的, 例如 可以執行原本使用於 的指令), 所以被稱為 x86 架構。x86 是目前個人電腦中最廣為使用的架構, 其他廠商製造的個人電腦微處理器也大多會相容於 x86 架構。

43 微處理器電腦 － 第 4 代電腦 (1971 ~ 現在) 除了 x86 架構以外, 另一種常見的個人電腦架構 － 蘋果電腦 (Apple, 現稱為麥金塔電腦 Macintosh, Mac), 也是採用 VLSI 技術的第四代微處理電腦。

44 1-2-6 未來趨勢 － 第 5 代人工智慧電腦 這幾年, 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。
1-2-6 未來趨勢 － 第 5 代人工智慧電腦 這幾年, 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。

45 未來趨勢 － 第 5 代人工智慧電腦 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 (AI, Artificial Intelligence) 的第 5 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。

46 未來趨勢 － 第 5 代人工智慧電腦 第 5 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。

47 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？

48 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的使用, 例如：專家系統 (Expert System)、遊戲理論 (Game Theory) 等。 其中最著名的例子便是 IBM 製造的電腦 － 深藍 (Deep Blue), 於 1997 年 5 月打敗世界棋王。

49 人工智慧 除此之外, 人工智慧應用的領域還包括有類神經網路 (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。

50 1-3 電腦的種類 電腦依其功能、速度、價格、體積等因素, 大致上可區分為微電腦、工作站電腦、迷你電腦、大型電腦、超級電腦等 5 種。

51 1-3-1 微電腦 微電腦 (Microcomputer) 即大家所熟知的 個人電腦 (PC, Personal Computer) , 以體積小、價格低、容易使用為其特色, 廣受家庭、學校、及公司行號所喜愛。

52 微電腦

53 微電腦 隨著科技的進步, 個人電腦的體積也越來越小, 除了一般大家熟悉的桌上型電腦, 還發展出了可攜帶式的筆記型電腦與平板電腦。
這些可攜式電腦也是採用個人電腦的架構, 但是體積縮小很多, 至於詳細的說明則請參考 節。

54 1-3-2 工作站電腦 工作站電腦 (Workstation) 外表看似個人電腦, 但功能與價錢超出個人電腦許多, 它的內部構造和設計重點與個人電腦也不盡相同。 各家廠牌的工作站皆有其特色, 有的著重繪圖功能, 有的則著重大量資料的處理能力。通常提供工程單位與科技研究單位使用。

55 工作站電腦

56 1-3-3 迷你電腦 迷你電腦 (MiniComputer) 通常使用在企業或學術機構, 因為比較便宜, 而且較易維護, 所以常成為大型電腦 (參閱下一節) 的替代品。

57 迷你電腦

58 1-3-4 大型電腦 大型電腦 (Mainframe) 可用來處理相當大量的資料, 而且速度也很快。
一般是使用於較具規模的單位或企業, 用以處理大量的資訊, 如銀行的金融處理、航空公司的訂位系統等。

59 大型電腦

60 1-3-5 超級電腦 超級電腦 (Supercomputer) 主要是使用在高科技研發或軍事應用上面, 其特色是具有超高速的運算能力。
如氣象局便需藉其能力來預測天氣、軍事單位用來計算飛彈彈道、研究單位用來做非常複雜的運算...等。 下圖是 2005 年 11 月超級電腦評比中, 取得世界第一快榮耀的 IBM BlueGene (藍色基因)：

61 超級電腦

62 超級電腦 國際超級電腦大會 (ISC, International Supercomputer Conference) 每半年會針對世界上的超級電腦進行速度評比, 並且將結果公布於 網站。

63 分散式運算 － 完成平民的超級電腦夢想 追求更高的運算能力一向是資訊科學的重要課題, 此外其他領域學科, 如氣象、醫學、生命科學...等, 也都需要高速的電腦來進行模擬或運算, 因此超級電腦可說是很多單位夢寐以求的機器。

64 分散式運算 － 完成平民的超級電腦夢想 可是建造一台超級電腦必須花費相當多的費用, 不是普通人或一般團體單位都可以負擔。
但是正好最近十年來個人電腦上的微處理器速度以倍數成長, 雖然單一個人電腦的運算能力仍比不上超級電腦, 但如果集合數千、數萬部個人電腦一起運算, 那麼速度可就不輸超級電腦了。

65 分散式運算 － 完成平民的超級電腦夢想 事實上, 前 500 名的超級電腦中, 就有相當多是使用大量個人電腦串接而成的。
下圖是美國 NCSA (National Center for Superdomputing Applications, 國家超級電腦應用中心) 使用超過 1450 台個人電腦組成的 Tungsten 超級電腦, 在 2003 年 11 月的評比高居世界第 4 名, 而 2005 年 11 月仍維持第 28 名：

66 分散式運算 － 完成平民的超級電腦夢想

67 分散式運算 － 完成平民的超級電腦夢想 當然一次買大量個人電腦來串接也是需要很高的費用, 不過因為網路已經逐漸普及, 如果可以透過網路串接許多台個人電腦, 讓每一台個人電腦下載部分資料進行運算, 完成後將結果回傳到中央伺服器, 然後再繼續下載其他資料來計算, 就是一個經濟而且又能獲得強大運算能力的方法, 這個方法稱為分散式運算 (Distributed Computing)。

68 分散式運算 － 完成平民的超級電腦夢想 目前最有名的分散式運算計畫為 (Search for Extra-Terrestrial Intelligence, 尋找外太空智慧), 志願參加者只要連線到其網站 下載並安裝相關軟體後, 就可以讓自己的個人電腦在閒置時, 開始計算與分析望遠鏡自宇宙獲得的資料, 尋找是否有外星人的存在, 所有參與者都有機會成為發現外星生命的第一人。

69 分散式運算 － 完成平民的超級電腦夢想

70 分散式運算 － 完成平民的超級電腦夢想 參加分散式運算計畫可以讓自己電腦得到充分運用, 因為對於大多數人而言, 電腦中央處理單元處於閒置狀態的機會非常多, 這些閒置未用的運算能力總計起來, 可能相當於非常高速的超級電腦, 如果都能運用於有意義的計算上, 對於人類的未來不啻為一股非常大的助力。

71 1-3-6 筆記型電腦、平板電腦、PDA 除了上述的五大種類外, 目前常見的電腦還有筆記型電腦 ( NB ,Notebook)、平板電腦 (Tablet PC)、PDA (Personal Digital Assistant, 個人數位助理), 以下分別為您介紹：

72 筆記型電腦 一般人對於電腦的印象都是擺在桌上又大又重的機器, 但是筆記型電腦的誕生則打破了這個觀念。筆記型電腦的體積與重量比起一般電腦可說是又小又輕, 讓人可以帶著走, 並且放在膝上使用。

73 筆記型電腦

74 筆記型電腦 筆記型電腦的發展逐漸成熟, 不論價格與性能都已經不輸給一般個人電腦, 因此放棄個人電腦轉而購買筆記型電腦的人越來越多。
筆記型電腦再也不是高階商務人士專用的電腦, 已經逐漸成為一般人購買電腦的選擇之一。

75 平板電腦 平板電腦一樣具備了方便攜帶的特性, 通常比筆記型電腦還輕還小, 所以一般筆記型電腦需要放在膝上使用, 而平板電腦就類似一塊塗鴉板, 可以直接拿在手上使用觸控筆輸入。 此外, 平板電腦還具備了觸控式螢幕, 並具有手寫輸入的功能, 使用上更具人性化。

76 平板電腦 平板電腦分為兩個款式, 一種外型類似筆記型電腦, 但螢幕可翻轉摺疊成一塊平板狀, 另一種則是只有單一板塊, 不具備鍵盤的純粹平板。

77 平板電腦

78 平板電腦 平板電腦曾經獲得了微軟與其他公司的重視, 認為可以取代筆記型電腦的地位, 不過就目前來看, 因為價格居高不下、電池續航力較低、重量仍然不夠輕等因素, 導致現在平板電腦仍無法普及。

79 PDA PDA 為掌上型的攜帶式產品, 是目前主流市場上體積與重量最小的電腦, 可以直接放在掌上以觸控筆進行操作與輸入。
PDA 一般用在記事、行事曆與通訊錄等用途, 不過目前也逐漸結合手機、GPS (Global Position System, 全球衛星定位系統)等功能, 形成多用途的 PDA。

80 PDA

81 PDA 前述的筆記型電腦與平板電腦大多仍採用與個人電腦相同的 x86 架構, 但是 PDA 的體積非常小, 電池所能提供的電力比較低, 中央處理單元與記憶單元也受到限制, 加上每一台 PDA 內部的硬體元件都不盡相同, 所以必須使用嵌入式系統 (Embedded System)。

82 PDA 嵌入式系統並不是一個固定架構的系統, 而是一種硬體與軟體結合並客制化 (Customize) 架構的泛稱, 會針對一個特殊用途而量身訂做各項軟硬體。 PDA 上面常用的嵌入式作業系統有 Windows Mobile (亦稱 Windows CE)、Palm OS、Linux, 不過目前 Windows Mobile 已經有勝出成為主流的趨勢。

83 新一代的可攜式電腦 － UMPC 目前筆記型電腦的體積與重量仍然不是很方便隨身攜帶, 而 PDA 在功能與效能上有所侷限, 原本平板電腦企圖彌補這中間的缺口, 提供輕薄短小但是功能強大的電腦給使用者, 不過很可惜在市場上並未成功。

84 新一代的可攜式電腦 － UMPC 雖然如此, 追求更輕、更薄, 且功能強大的電腦依舊是科技產業不變的目標。英特爾與微軟於 2006 年開始推廣 UMPC (Ultra Mobile PC), 希望能提供重約 900 公克, 價格在 500 到 999 美元之間的可攜式電腦。

85 新一代的可攜式電腦 － UMPC

86 新一代的可攜式電腦 － UMPC 微軟推廣 UMPC 的計畫取名為 Origami, 這是日本語, 意思是『折紙』, 傳達出 UMPC 如紙一樣輕薄好攜帶的特性。 至於 UMPC 是否真的能如微軟口號："Go everywhere. Do everything.", 為人類科技生活帶來新型態的改變, 就讓我們拭目以待吧！

87 新一代的可攜式電腦 － UMPC

88 未來的電腦 － 光學電腦、 DNA 電腦、量子電腦
特 別 企 劃 未來的電腦 － 光學電腦、 DNA 電腦、量子電腦 過去三十多年來, 幾乎所有的電子設備都少不了積體電路, 積體電路是由矽晶片所組成, 矽工業的快速發展帶給我們便利的科技生活。 雖然矽工業目前仍然繼續推出更快更小的積體電路, 但是可以預見, 終有一天積體電路會達到其物理極限, 再也無法繼續縮小體積與加快速度。

89 未來的電腦 － 光學電腦、 DNA 電腦、量子電腦
特 別 企 劃 未來的電腦 － 光學電腦、 DNA 電腦、量子電腦 所以目前科學家持續地研究各種新型態的電腦, 除了希望能取代由積體電路所組成的傳統電腦, 也期望能獲得更快的運算能力, 為人類的文明再創新高峰。 以下是目前比較受到矚目的新型態電腦：

90 特 別 企 劃 光學電腦 光學電腦 (Optical Computer)：光學電腦使用光線取代電流, 以不同的波長來表示不同的數據, 並改用光學元件來傳送、計算與儲存訊號, 然後藉由光的互動性來執行電腦運算。 不過目前的光學晶體管體積都相當龐大, 所以仍無法製作出真正實用的電腦。

91 特 別 企 劃 DNA 電腦 DNA 電腦 (DNA Computer)：生物電腦一直都是科幻小說常見的題材, 但現實生活中, 科學家已經開始研究在 DNA 內記錄資訊, 並且利用基因代碼的生化反應進行運算。 DNA 電腦具備真正的平行處理能力, 不像目前電腦實際上一次只能做一件事情, 所以 DNA 電腦特別適合用來解決繁雜龐大的問題。

92 特 別 企 劃 DNA 電腦

93 特 別 企 劃 量子電腦 量子電腦 (Quantum Computer)：量子電腦的觀念最早是由理察費曼 (Richard Feynman) 提出, 將量子力學的原理應用到資訊的運算與處理。 例如量子電腦是利用粒子的量子態 (如基態與激發態) 來代表 0 與 1, 量子資訊的記錄單位稱為 qubit (Quantum Bit, 量子位元)。

94 特 別 企 劃 量子電腦 特別的是, 傳統電腦中的位元只能處於一個狀態 (非 0 即 1), 但是量子位元可以同時處於兩種狀態, 所以量子位元的組態比傳統電腦的位元多, 也因此能夠增加容量, 並且具有平行處理能力, 可以提高運算速度。

95 特 別 企 劃 量子電腦 與前面兩者相較, 量子電腦是目前最具前景與潛力的未來電腦, 傳統超級電腦 100 億年才能解決的大數因子分解問題, 如果使用 5000-qubit 的量子電腦, 大約 30 秒便可以解決。

96 特 別 企 劃 量子電腦