計算機概論

計算機概論

The Instruction to Computer

第一章 電腦的發展史

The History of Computer Development

運算的起源及電腦的前身( 一 )

太極生兩儀，兩儀生四象，四象生八卦 六爻（ 26 = 64 ）全部有 84,934,656 變化 陽爻 -- 1 九 陰爻 -- 0 六

乾為天

運算的起源及電腦的前身( 二 )上

初 初九：潛龍，勿用。

上九：亢龍有悔。

九五：飛龍在天，利見大人。

九四：或躍在淵，無咎。

九三：君子終日乾乾，夕惕若，厲無咎。

九二：見龍再田，利見大人。

運算的起源及電腦的前身( 三 )

算盤 (七珠 -十六進制；五珠 -十進制 ) 算珠的上下撥動與電腦的「 up and down 」和「 on an

d off 」概念。西元 650 年印度人發明以 0 符號作為進位的運算，讓電腦的基礎運算概念更趨於完整。

計算尺 十七世紀初，歐洲開始文藝復興運動，自然科

學因而逢勃發展，由於許多科學定理所建立的近代科學基礎理論，陸續公開。世人須要快速計算乘除。公元 1630 年歐佛德 (W.Oughted)依據比例及對數的原理，發明了計算尺。

運算的起源及電腦的前身( 四 )

加法器的發明 (由 PASCAL 巴斯卡發明 )世界上最古老的計算機，是在十七世紀中葉由巴斯卡發明的，能執行加、減的運算。其次是由萊布尼茲 (Leibniz) 所完成能計算乘除的計算機。經過長期的使用演進，才出現近代的手搖計算機。

近代電腦的演進 ( 一 )

數值統計機的發明( 由 HOLLERITH 赫來瑞茲所發明 ) 。由赫萊瑞茲 (Hollerith) 所發明用作人口調查的統計機，就是今日電腦的起源，此種開創新紀元的機器，具有資料輸入的打卡機，電子閱讀機及累加器等設備。

近代電腦的演進 ( 二 )

機電器式計算機 Mark I 的發明馬克一號 (Mark ) Ⅰ 由哈佛大學與 IBM 公司合作發展出來，以繼電器為主要元件的自動程序控制計算機，於 1944 年正式啟用，其內部有 72 個儲存記錄器，每秒可執行 3 個加法運算。

近代電腦的演進 ( 三 )

電子數值積分計算機 (ENIAC) 的發明ENIAC 是美國賓州大學領導發展出來的，以真空管為主要元件，是世界上第一部電子數位電腦，具有 20 個儲存記錄器及程式記憶單元。每秒可完成 5,000 個加法運算，是當時最快的計算機，共用了 18,000 個真空管，體積龐大，長達 30 公尺，高達 3 公尺，寬達 10 公尺，重量超過 30 公噸。

電腦的世代（一）

第一代電腦 (1946 年 ~1954 年 )

以真空管為主要的構成元件。第二代電腦 (1955 年 ~1963 年 )

以電晶體為主要的構成元件。1 個電晶體 ＝ 1 個真空管的功能

電腦的世代（二）

第三代電腦 (1964 年 ~1969 年 ) 以 IC ( 積體電路 ) 為主要的構成元件。1 個積體電路 ＝ 100 個電晶體的功能

第四代電腦 (1970 年 ~1981 年 ) 以 VLSI ( 超大型積體電路 ) 為主要的構成元件。1 個超大型積體電路 ＝ 6,000 個積體電路

最新消息

Intel 的最新電晶體最薄的元件僅只有三個原子大小。現在 CPU 大小可塞下十億個電晶體Pentium 4 有 4500 萬個電晶體，大約可放下二十五個 Pentium 4

2006 左右才會有此應用的實際商品

第二章 電腦的應用

The Application of Computer

人工智慧人工智慧（（ Artificial IntelligenceArtificial Intelligence ））

是科學家們希望把電腦設計的和人腦一樣是科學家們希望把電腦設計的和人腦一樣有思考的能力。所謂的人工智慧，是電腦有思考的能力。所謂的人工智慧，是電腦和人一樣有創造力、思考力、和主動學習、和人一樣有創造力、思考力、和主動學習、判斷的能力。判斷的能力。Turing TestTuring Test

分辨人跟電腦分辨人跟電腦http://aimovie.warnerbros.com/html/flhttp://aimovie.warnerbros.com/html/flash.htmlash.html

TuringTuring

Turing TestTuring Test

Turing MachineTuring Machine

Turing AwardTuring Award

I am Turing.

專家系統專家系統（（ Expert SystemExpert System ））一種特別的軟體，它設計一個專家，處理一種特別的軟體，它設計一個專家，處理各種問題。這個軟體程式會過閱所有一切各種問題。這個軟體程式會過閱所有一切的可能答案。專家系統可以解決複雜的問的可能答案。專家系統可以解決複雜的問題，假設一個醫療的專家系統，使用的人題，假設一個醫療的專家系統，使用的人想詢問他的身體狀況，可以鍵入流鼻涕，想詢問他的身體狀況，可以鍵入流鼻涕，咳嗽，和發燒等症狀，然後，專家系統，咳嗽，和發燒等症狀，然後，專家系統，會自動過濾資料庫裡所有的症狀，診斷可會自動過濾資料庫裡所有的症狀，診斷可能是得了感冒，發熱，或其他疾病，並進能是得了感冒，發熱，或其他疾病，並進一步分析最有可能感染到哪種疾病。一步分析最有可能感染到哪種疾病。

深藍 深藍 Deep BlueDeep Blue （一）（一）高效能的高效能的 IBMRS/6000 IBMRS/6000 超級電腦（超級電腦（ Super CSuper Computeromputer ））1997 1997 年 年 5 5 月以「深藍」月以「深藍」 (Deep Blue) (Deep Blue) 超級電腦擊敗全世界的西洋棋王卡斯帕洛超級電腦擊敗全世界的西洋棋王卡斯帕洛夫 夫 (Garry Kasparov) (Garry Kasparov) 成為第一部在正式成為第一部在正式棋賽中擊敗世界級棋手的電腦，並為電腦棋賽中擊敗世界級棋手的電腦，並為電腦發展史寫下新的里程碑。發展史寫下新的里程碑。

深藍 深藍 Deep BlueDeep Blue （二）（二）32 32 個節點個節點每一個節點都控制一張微通道插卡，每張每一個節點都控制一張微通道插卡，每張卡上裝有八顆完全為西洋棋所設計的超大卡上裝有八顆完全為西洋棋所設計的超大型積體電路，總共有 型積體電路，總共有 256 256 顆加速晶片。顆加速晶片。「深藍」的程式碼是在 「深藍」的程式碼是在 AIX AIX 作業系統環作業系統環境下以 境下以 C C 語言開發。由這些節點所組合語言開發。由這些節點所組合起來的結果，是一台具有超過五百倍成長起來的結果，是一台具有超過五百倍成長空間、極具高效能的平行運算電腦系統。空間、極具高效能的平行運算電腦系統。它能在每秒鐘之內思考 它能在每秒鐘之內思考 2 2 億個棋步。億個棋步。

最快的電腦最快的電腦ＩＢＭ「藍色基因」－ＩＢＭ「藍色基因」－ Blue Gene Blue Gene （開發（開發中）中）

1000,000 1000,000 個 個 1G 1G 處理器處理器1 PHz – 1 PHz – 比現存最快的電腦快五百倍比現存最快的電腦快五百倍

1 peta = 1000 tera1 peta = 1000 tera

1 tera = 1000 giga1 tera = 1000 giga

研究人類蛋白分子 研究人類蛋白分子 3D 3D 結構凝解之動力模結構凝解之動力模式式

網際網路網際網路 InternetInternet

美國國防部於 美國國防部於 1970 1970 年在其 年在其 ARPANET ARPANET 網網路上建立了加州大學聖塔芭芭拉分校及洛路上建立了加州大學聖塔芭芭拉分校及洛杉磯分校、杉磯分校、 SRI International SRI International 研究所及研究所及猶他大學等四個節點，揭開了電腦與電腦猶他大學等四個節點，揭開了電腦與電腦間數據傳輸的序幕，成為 間數據傳輸的序幕，成為 Internet Internet 的前的前身。身。 19901990 年 年 CERN CERN 實驗室的 實驗室的 Tim BernerTim Berners-Lees-Lee 開發出 開發出 HTML HTML 及 及 URLURL ，正式宣告全，正式宣告全球資訊網（球資訊網（ WWWWWW ）的誕生；接下來 ）的誕生；接下來 BernerBerners-Lee s-Lee 於 於 1991 1991 年推出由他所設計的第一年推出由他所設計的第一套網際網路伺服器與瀏覽器。套網際網路伺服器與瀏覽器。

程式語言程式語言機械語言（機械語言（ Machine LanguageMachine Language ））０ 和 ０ 和 11組合語言（組合語言（ Assembly LanguageAssembly Language ））

機械語言符號化機械語言符號化組譯器（組譯器（ AssemblerAssembler ））

高階語言（高階語言（ High Level LanguageHigh Level Language ））編譯器（編譯器（ CompilerCompiler ））直譯器（直譯器（ InterpreterInterpreter ））

較常見的高階語言（一）較常見的高階語言（一）FORTRANFORTRAN ：：最早的高階語言。最早的高階語言。COBOLCOBOL ：：適用於商用資料處理。適用於商用資料處理。BASICBASIC ：：語法簡單，適用於初學者。語法簡單，適用於初學者。PROLOG, LISTPROLOG, LIST ：：人工智慧上常用的語言。人工智慧上常用的語言。PASCALPASCAL ：：紀念法國數學家 紀念法國數學家 Pascal Pascal 而名。而名。C, C++C, C++ ：：效率高的高階語言。具有多用性，效率高的高階語言。具有多用性，適合撰寫系統程式。適合撰寫系統程式。 C++ C++ 為 為 C C 的物件導的物件導向版本。向版本。

較常見的高階語言（二）較常見的高階語言（二）JavaJava ：：全方位的物件導向語言。全方位的物件導向語言。C# (C sharp)C# (C sharp) ：微軟開發新一代 ：微軟開發新一代 C++ C++ 語語言用來打擊 言用來打擊 Java.Java.

Visual Basic, Visual C++Visual Basic, Visual C++ ：： Basic, C++ Basic, C++ 的的視覺化視窗程式設計環境。視覺化視窗程式設計環境。VBScript, JavaScript, JScriptVBScript, JavaScript, JScript ：網頁描述：網頁描述語言。語言。SQLSQL ：結構式查詢語言。：結構式查詢語言。

第三章　電腦的結構

The Structure of Computer

電腦的基本結構電腦的基本結構

中央處理單元 － 中央處理單元 － Center ProcCenter Processor Unit essor Unit

記憶單元記憶單元 － － Memory UnitMemory Unit輸入輸出單元 － 輸入輸出單元 － Input/OutpInput/Output Unitut Unit

中央處理單元中央處理單元Center Processor UnitCenter Processor Unit Center Processor Unit (CPU)Center Processor Unit (CPU) 控制單元（控制單元（ Control UnitControl Unit ））

– 控制指揮各單元間的資科流向。控制指揮各單元間的資科流向。 算術邏輯單元（算術邏輯單元（ Arithmatic & Logic UArithmatic & Logic Unitnit ））– 針對儲存在暫存器內的資料，執行有關加針對儲存在暫存器內的資料，執行有關加

減乘除等算術運算，或比較判斷的邏輯運減乘除等算術運算，或比較判斷的邏輯運算。算。

記憶單元記憶單元Memory UnitMemory Unit 主記憶體主記憶體

– DRAMDRAM （（ Dynamic Random Access MemDynamic Random Access Memoryory ：動態隨機存取記憶體）：動態隨機存取記憶體）

– SDRAMSDRAM （（ Synchronous Dynamic RandSynchronous Dynamic Random Access Memoryom Access Memory ：同步動態隨機存取：同步動態隨機存取記憶體）記憶體）

– CacheCache 輔助記憶體：磁片輔助記憶體：磁片、、硬碟硬碟、、光碟光碟。。

輸入輸出單元輸入輸出單元Input/Output UnitInput/Output Unit 輸入輸入

– 鍵盤、滑鼠…鍵盤、滑鼠… 輸出輸出

– 螢幕、印表機螢幕、印表機 ......

磁碟陣列磁碟陣列Disk Array Disk Array RAID -- Redundant Array of InexpensivRAID -- Redundant Array of Inexpensive Drivese Drives

三優點三優點– 集合數個硬碟機成為一個大容量硬碟集合數個硬碟機成為一個大容量硬碟– 將資料分成數個區段，存取的速度快。將資料分成數個區段，存取的速度快。– 鏡射或同位元檢測模式能提供容錯功能。鏡射或同位元檢測模式能提供容錯功能。

RAID 0, RAID 1, RAID 0+1, RAID 5RAID 0, RAID 1, RAID 0+1, RAID 5 http://www.epoch.com.tw/Hardware/tech/tech-1/diskarid.hhttp://www.epoch.com.tw/Hardware/tech/tech-1/diskarid.h

tmtm

作業系統（一）作業系統（一）Operating SystemOperating System MS-DOSMS-DOS

– 文字模式文字模式– 記憶體限制記憶體限制– 單工單工– 罪行：浪費了當時 罪行：浪費了當時 386/486 386/486 的半邊大腦。的半邊大腦。

OS/2OS/2– 多重程式多重程式– 32 32 位元位元

作業系統（二）作業系統（二）Operating SystemOperating System UNIXUNIX

– 貝爾實驗 貝爾實驗 1970 1970 年代完成年代完成– 多使用者（多使用者（ Multi-UserMulti-User ））– 多元程式（多元程式（ Multi-ProgrammingMulti-Programming ））– 多工（多工（ Multi-TaskingMulti-Tasking ））

Windows 3.1Windows 3.1– 可說是 可說是 DOS DOS 下的應用程式下的應用程式– 圖形使用者介面（圖形使用者介面（ GUIGUI ））

作業系統（三）作業系統（三）Operating SystemOperating System LinuxLinux

– Unix likeUnix like– GNU GENERAL PUBLIC LICENSEGNU GENERAL PUBLIC LICENSE http://www.gnu.org/copyleft/gpl.htmlhttp://www.gnu.org/copyleft/gpl.html

Windows 95Windows 95– Graphic User Interface (GUI)Graphic User Interface (GUI)– 隨插即用（隨插即用（ Plug & PlayPlug & Play ））– 人性化的使用者介面人性化的使用者介面

作業系統（四）作業系統（四）Operating SystemOperating System Windows 98/98se/MEWindows 98/98se/ME

– 三版同核心系統三版同核心系統– 與 與 95 95 類似類似– 被喻為 “當鋪”被喻為 “當鋪”

Windows NTWindows NT– 多使用者多使用者– 伺服器取向伺服器取向– 遠較 遠較 win 98 win 98 系列隱定系列隱定

作業系統（五）作業系統（五）Operating SystemOperating System Windows 2000Windows 2000

– 融合 融合 NT NT 與 與 98 98 的優點的優點– 安全性較 安全性較 NT NT 高高

Windows 2000 ProfessionalWindows 2000 Professional– 個人用取向，支援雙 個人用取向，支援雙 CPUCPU

Windows 2000 ServerWindows 2000 Server– 伺服器取向，支援四顆 伺服器取向，支援四顆 CPUCPU– Active DirectoryActive Directory

作業系統（六）作業系統（六）Operating SystemOperating System Windows 2000 Advanced ServerWindows 2000 Advanced Server

– 較 較 Server Server 版功能強，支援八顆 版功能強，支援八顆 CPUCPU– 叢集服務叢集服務

Windows 2000 Datacenter ServerWindows 2000 Datacenter Server– 最高等級的 最高等級的 win 2000win 2000 ，支援 ，支援 32 32 顆 顆 CPUCPU

Windows XPWindows XP– 最新版 最新版 WindowsWindows

第四章　資訊科學

Computer Science

資訊科學Computer Science包括所有之前之泛圍電腦理論電腦科技電腦組統與結構、作業系統、程式語言、演算法、資科結構、應用軟體等。

軟體、硬體

數字系統（一）Digital System 二進位

• 0, 1

• 1000012 = 3310

• 10012 = 1 * 23 + 0 * 22 + 0 * 21 + 1 * 20 = 910

八進位 十六進位

• 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F

數字系統（二）Digital System 十進位

• 1110 = 1 * 23 + 0 * 22 + 1 * 21 + 1 * 20

ODBC

• 010 = 00002, 110 = 00012, 210 = 00102,

310 = 00112, 410 = 01002, 510 = 01012,

610 = 01102, 710 = 01112, 810 = 10002,

910 = 10012

圖形Picture BMP

• 全彩 1024 * 7683 * 1024 * 768 = 2,359,296 = 2.17 MB

GIF• 僅支援 256 色• 可做動畫

JPG• 破壞性壓縮

多媒體Multimedia MPEG (Motion Picture Experts Group)

• 影像壓縮格式（破壞性） MP3

• 去除人耳不注意的聲音的一種破壞性壓縮。 WMA (Windows Media Audio)

• CD-quality – 64 kbps

• Near-CD-quality – 48kbps

多媒體（二）Multimedia DirectX

• 微軟發展用來開發多媒體的函式庫• DirectDraw

• Direct3D

• DirectSound

OpenGL• 發展 3D 模型動畫函式庫

未來的世界The Future World

誰也不能預測