第一章　電腦發展簡史

第一章　電腦發展簡史 1-1 認識電子計算機 1-2　電腦系統的組成與運作 1-3　資料處理簡介 1-4　電腦的特性啟芳出版社

1-1 認識電子計算機 • 電子計算機(computer)其實就是俗稱的「電腦」，最初發明的電腦是由真空管組成的龐大機器，稍微複雜的電腦就能佔滿一整個房間，然而這樣的龐然巨物卻只能處理簡單的四則運算，而且運算速度並不快。

1-1 認識電子計算機 • 隨著科技進步，電腦的體積愈來愈小，運算速度也愈來愈快。 • 80年代末期，電腦已普遍用來從事計算與文書處理的工作，今日的電腦更由於具備強大的多媒體與通訊能力。

1-1.1 電腦的發展世代 1642年，法國數學家巴斯卡(Pascal)設計出以齒輪帶動槓桿運作的「加法器」，開創了電腦的「機械時期」。 1822年，英國的巴貝奇(CharlesBabbage)發明可進行簡單四則運算的「差分機」，後更設計出具有現代電腦運作觀念的「分析機」，也因而被尊稱為電腦之父。

1-1.1 電腦的發展世代 1890年，美國人何樂利(Hollerith)製造了使用打孔卡片處理資料的機器，協助美國政府進行人口普查工作，後又成立了專門研究發展打孔卡片處理機的公司，並於1924年更名為國際商業機器公司(International Business Machines Corporation)，也就是現在著名的IBM。

1-1.1 電腦的發展世代 1939年時，美國愛荷華州立大學的教授阿塔那索夫(Atanasoff)在其助手貝利(Berry)的協助下，創造出人類的第一部電子式數位電腦ABC（Atanasoff-Berry Computer）。

1-1.1 電腦的發展世代 • ABC的出現代表人類在電腦硬體技術上的重要突破，也真正開啟「電腦」的發展世代。

1-1.1 電腦的發展世代 • 第一代電腦(1946～1954)：真空管 • 本時期的電腦以真空管作為主要的電路元件，並以水銀延遲線或磁蕊作為主記憶元件，期間較具代表性的發明則為美國賓州大學教授莫克利(Mauchly)與伊克特(Eckert)為軍方設計的一部大型電腦—ENIAC。

1-1.1 電腦的發展世代 • 第一代電腦(1946～1954)：真空管 • ENIAC要執行一個新運算工作時，操作員就必需根據程式與資料花數天時間重新設定數千個電子開關。 • 1946年，范紐曼(von Neumann)提出「內儲程式」的概念，建議將程式與資料一併儲存在電腦中，改善電腦系統的工作效率。

1-1.1 電腦的發展世代 第二代電腦(1954～1964)：電晶體 • 美國貝爾實驗室(Bell • Laboratories)在1947年 • 發明了電晶體元件， • 並於1954年製造出第 • 一部以電晶體為主要電路元件的電腦—TRADIC，開創了「第二代電腦」時期。

1-1.1 電腦的發展世代 第三代電腦（1964～1970）：積體電路 • 積體電路就是所謂的IC • （integrated circuit）它 • 將所有電子元件聚集在 • 一個大約指甲大小的晶 • 片(chip)上，如此不但體積縮小、成本低廉、而且運算速度更快，代表性的電腦產品為IBM公司的System/360。

1-1.1 電腦的發展世代 第四代電腦（1970～現代）：超大型積體電路 • 由於積體電路技術不斷改良 • ，因此每個晶片上所含的電 • 子元件數目愈來愈多，有些 • 人便把使用超大型積體電路 • （very large scale integrated • circuit，VLSI）為主要元件的電腦稱為第四代電腦。

1-1.1 電腦的發展世代 第四代電腦（1970～現代）：超大型積體電路 • 在1971年，Intel成功地把電腦中負責控制與算術邏輯的部份全部集中在一個晶片中，發明出全世界第一個微處理器(microprocessor)，即是CPU。

1-1.1 電腦的發展世代 第四代電腦（1970～現代）：超大型積體電路 • 美國蘋果電腦在1977年推出 • APPLE Ⅱ，成功創造出微電 • 腦市場，也引起IBM積極跨 • 足個人電腦市場的興趣，更 • 間接造就了比爾蓋茲 • (Bill Gates)及其創辦的微軟 • (Microsoft)公司不斷成長茁壯。

1-1.1 電腦的發展世代 未來電腦發展趨勢 • 未來電腦的發展趨勢，在特性上除了體積愈來愈小和速度愈來愈快外，在人工智慧(artificial intelligence，AI)的發展下，電腦將變得愈來愈聰明，不僅可接受自然語言，也可以辨識影像、進而思考、學習、推理…等，而且可以透過各種型態的網路彼此支援，互補不足。

1-1.1 電腦的發展世代 未來電腦發展趨勢 • 在1997年的IBM • “Deep Blue”電腦與世界 • 棋王Gray Kasparov對奕 • ，棋王以一局之差落敗 • ，震驚了全世界。

1-1.1 電腦的發展世代 未來電腦發展趨勢 • 現今工業界也發展出類人 • 型機器人能接受簡單的口 • 語命令，除了能平穩行走 • 與轉彎外，也能上下樓梯 • 與爬坡、操作燈光開關等 • ，甚至是跳舞也沒問題。

1-1.1 電腦的發展世代 未來電腦發展趨勢 • 還有可愛的電子寵物PLEO • 像是真的有生命型態的寵物 • ，會對主人搖頭擺尾，累了 • 的時候會自己跑去睡覺，也 • 會有鬧情緒的時候。

1-1.1 電腦的發展世代 未來電腦發展趨勢 • 現在的家用吸塵器也變聰明 • 了，能自動清潔家中環境， • 不論是木地板、塑膠地板、 • 瓷磚、短毛地毯，皆可勝任 • ，沒電時還會自動回到充電 • 站充電，非常聰明。

1-1.2電腦的類型 • 由於電腦科技日趨千里，不論在體積、處理速度、或是功能型態上都有顯著進步，各類型電腦間的界線也愈來愈為模糊，因此電腦並沒有絕對的分類方式，只是為了方便說明起見，以下則依其體積、使用型態與價格…等因素，約略分為幾種不同的類型：

1-1.2電腦的類型 超級電腦超級電腦(supercomputer)的功能最為強大，但價格也最為昂貴，因此一般只有國家級的單位（如軍事或氣象單位）會採用功能如此強大的電腦。

1-1.2電腦的類型 超級電腦克雷(Cray)研製了世界第一台超級電腦 CRAY-1，另外，IBM 、昇陽(Sun)、惠普 (HP)…等公司也都致力於超級電腦的研發工作。

1-1.2電腦的類型 大型電腦大型電腦(mainframe)的主要特色是速度快、容量大，並能同時支援數十甚至數百個使用者。許多需要快速處理大量資料的行業（如銀行、保險、證券業…等），都必須使用大型電腦系統作為幕後處理資料的工具。

1-1.2電腦的類型 大型電腦 • 分散各地的使用者則透過終端機(terminal)來存取資料或要求特定服務。

1-1.2電腦的類型 微電腦 • 微電腦(micro computer)是一般 • 家裡、學校或工作場所上最常 • 使用到的電腦，又稱個人電腦 • (personal computer，PC)，主要 • 是為單一使用者所設計的電腦 • 。微電腦也發展出各類不同機 • 種，例如桌上型、筆記型…等。

1-1.2電腦的類型 嵌入式電腦 • 嚴格來說，嵌入式電腦(embedded computer)並不能算是一種電腦，而是指隱藏在各種設備中的微型電腦晶片，其軟體與硬體都具有特定功能，是專為某些特殊目的而設計的電腦晶片，許多智慧型家電如手機、錄放影機、印表機等皆有嵌入電腦晶片幫忙運作。

一個能夠發揮作用的電腦系 統則通常包含下列要素：硬體(hardware) 軟體(software) 使用者(user) 資料與處理程序 1-2 電腦系統的組成與運作

1-2 電腦系統的組成與運作 使用者可藉由軟體的幫助指揮硬體完成指定的工作，這些工作主要包括四個部份： (IPOS)

1-2 電腦系統的組成與運作 輸入(input)：接受外界匯入的資料或指令。處理(process)：按照指令指示，將資料作某種形式的轉換或處理。輸出(output)：送出處理結果供使用者取用。儲存(store)：將資料或處理結果留存起來，以供未來之用。

1-2.1 電腦硬體簡介 • 所謂「硬體」是指電腦系統中看得到、摸得到的實體設備，例如主機、螢幕、鍵盤、滑鼠、印表機…等。

1-2.1 電腦硬體簡介 其中主機可視為電腦硬體的核心，其內部包含微處理器、主記憶體、硬碟…等重要設備。而外部其他連接至電腦主機上的硬體設備（如鍵盤、滑鼠、螢幕…等），則通常又稱為週邊(peripheral)設備。

1-2.1 電腦硬體簡介 電腦中有些物質同時具備硬體與軟體的特性，例如基本輸入/輸出系統 (basic input/output system ，BIOS)是一種燒錄在積體電路上用來啟動電腦的控制程式，因此有人稱之為韌體(firmware)。

1-2.2 電腦軟體簡介 • 「軟體」是一系列電腦指令與資料的集合，用來控制硬體並驅使電腦工作。 • 軟體通常可再分為「系統軟體」與「應用軟體」兩大類。

1-2.2 電腦軟體簡介 系統軟體 • 系統軟體(system software)是電腦運作的核心，主要功能在於管理與控制所有電腦資源，讓使用者或應用軟體能夠輕易地與電腦溝通並進行作業。 • 例如作業系統、軟體開發程式、工具程式等。

1-2.2 電腦軟體簡介 應用軟體 • 應用軟體(application software)是因應多數人的需要而發展出來的軟體，例如文書處理軟體、影像處理軟體、遊戲軟體…等。 • 某些公司或個人自行（或委託他人）開發的專用程式亦屬於應用軟體的範疇。 • 例如公司內部的「人事薪資系統」或是「會計系統」等。

1-2.3 使用者 • 以往實際操作與維護電腦的 • 各種專家通常有著工程師、 • 操作員、程式設計師或系統 • 分析師之類的頭銜，而一般 • 使用者則泛稱為終端使用者 • (end users)。

1-3 資料處理簡介 • 人們將各種形式的資料(data)經電腦處理後獲得資訊(information)，而這整個運作過程則為資料處理(datap rocessing)。

1-3 資料處理簡介 人們會根據不同的應用需求搭配合適的軟硬體設備，並採用不同的資料處理方式，如下表

1-3 資料處理簡介(承上頁) 註：許多工作可同時包含了數種資料處理方式。

1-4 電腦的特性 電腦從最初應用在科學計算的領域，到現在能被各行各業廣泛利用來處理資料，這些可歸因於其具有下列的幾項特性：執行速度快儲存容量大準確性高傳遞訊息能從事危險性高的工作

1-4 電腦的特性 執行速度快 • 電腦最重要的特性就是速度快。即使是較慢的電腦，每秒鐘也可完成數千萬個加法，比起人工真是快得太多了。

1-4 電腦的特性 執行速度快衡量電腦效能時經常使用MIPS (Millions of Instructions Per Second)為單位，意思是每秒能執行幾百萬個指令，如100 MIPS代表每秒可執行100,000,000個指令。

1-4 電腦的特性 執行速度快 • 另外，有時我們也會用FLOPS (Floating-point Operations Per Second)搭配數量詞（如Mega，106，或是Giga，109）來代表電腦每秒能執行幾次浮點運算指令，也就是MFLOPS或GFLOPS。

1-4 電腦的特性 儲存容量大 • 電腦的記憶裝置，可用來儲存大量的程式及資料。 • 輔助記憶體如硬碟、光碟等設備能儲存多如整座圖書館的資料。

1-4 電腦的特性 準確性高 • 只要人類能精確地下達命令，其本身發生錯誤的機會微乎其微。 • GIGO (garbage in garbage out)在資訊界是個常用的術語，這是指當輸入的資料不正確時，經處理運算後輸出的資訊，也將是錯誤而沒有用的。

1-4 電腦的特性 傳遞訊息 • 透過網路的連結，電腦可以正確又快速地將訊息傳送到遠方。電腦網路無遠弗屆的特性改變了人類溝通的方式，電子郵件、網路電話、視訊會議…等相關應用也因應而生。

1-4 電腦的特性 • 能從事危險性高的工作 • 在高溫、高壓、高輻射及任何不適合人類的環境中，電腦都能派上用場，為人代勞。

第一章 電腦發展簡史