電腦

電腦發展簡史

遠古時候人們就有計算上的需求，早在三千多年前我國便懂得使用算盤計算事物，是早期的十進位計算工具。而古聖先賢發明太極(1)兩儀(2)、四相(4)、八卦(8)、六十四卦(64)等為使用二進位的始祖。



西元1642年法國數學家巴斯卡(Blasise Pascal)為了減輕他父親稅務局煩忙的工作，設計製造出一種會自動進位並可執行加減運算的齒輪傳動式加法器(adder)。隨後德國數學家雷布尼茲(Gottfried Wilhelm Leibnitz)加於改善，使能執行乘除運算。

西元1822年英國劍橋大學數學家巴貝奇(Charles Babbage)在研究對數表時設計一套差分機(differential engine)，由於當時的科技水準無法製造出非常精密的零件，因此該機並沒有完成，但他的構想極為珍貴，他認為這部機器應包括輸入、輸出、儲存、運算、控制等五個單元，與目前的電腦架構極為接近，可說是電腦的開山鼻祖。

西元1887年美國統計學家何樂禮(Herman Hollerith)博士利用打孔卡片儲存人口調查資料，並設計製造卡片處理機器，當卡片經過讀卡機時，有孔欄位便會通過電流，無孔欄位則無電流通過，經過十幾年之時間打孔卡片系統、手搖計算機、電動計算機等相繼發明問世，不過均是機械式的，操作較為笨拙、速率較慢，但卻宣告人們可以使用機械代替人工了。

西元1937年美國哈佛大學艾肯教授(Howard Aikan)據根據巴貝奇差分機的原理，研製一部自動順序控制計算器(Automatic Sequence ControlledCalculator)，稱為馬克一號(Mark I)，它是第一部以繼電器(relay)組成的電子計算器，它能在短短0.3秒內完成一個加法或減法計算。



以上為電腦的發韌期，至於電腦的發展，可依製作的技術分成下列幾個時期。



● 第一代電腦（1946～1958）



使用的電子元件為真空管。西元1946年美國賓州大學機械系毛克萊博士(J.W.Mauchly)得到美國陸軍的贊助以真空管製造電腦，當時美軍的興趣在於能快速計算出砲彈之彈道。毛克萊與其學生艾克特(J.P.Eckert)研發世界上第一部真空管電腦，命名為Electronic Numeric Integrator And Computer，簡稱ENIAC，1946年於美國賓州大學安裝成功。它是一部真正的電腦，共花費45萬美元、使用18000個真空管、每秒可執行300個乘法運算，佔1500平方呎。



由於耗電量大並產生大量的熱，速度慢穩定性低，故於1955年便退休了，現在放置於史密斯博物館(Smithsonian Institution)供人參觀。



西元1952年美國普林斯頓匈牙利數學天才馮紐曼(John von Neumann)發表一篇論文提出兩點構想：



(1). 使用二進位數系(binary system)



(2). 指令(instruction)可像資料(data)般儲存於記憶體



剛提出時受到很大的爭議，今日卻已成電腦設計的主流了。



西元1949年英國劍橋大學使用馮紐曼的構想製造了Electronic DelayStorage Automatic Calculator簡稱EDSAC電腦，它才算是第一部內儲程式電子計算機(stored program electronic computer)。



第一代電腦其特色如下：



(1). 真空管發出大量熱量，耗電大



(2). 體積龐大



(3). 可靠性低



(4). 速率低，以毫秒計



● 第二代電腦（1959～1963）



西元1947年美國貝爾實驗室的三名科學家，J.Bardeen、H.W.Brattain、與W.Shockley等三人發明了電晶體(transistor)電子元件，電晶體使用半導體(semiconductor)使信號電流由一低電阻電路轉移(transfer)到一高電阻電路中，所以電晶體這個名詞是由轉移(transfer)與電阻器(resistor)這兩個字合併而成。1954年美國貝爾實驗室完成一部以電晶體為主的電腦TRADIC，它使用了800多個電晶體。電晶體很顯然地取代真空管成為電腦內部電路的基本組成



元件。



第二代電腦與第一代電腦比較其特色如下：



(1). 體積小、重量輕、壽命長



(2). 速率快，以微秒計



(3). 耗電少、成本低



(4). 可靠性高



(5). 以磁蕊為主記憶體，磁碟、磁帶為輔助儲存體



(6). 已發展出FORTRAN、COBOL等高階程式語言



● 第三代電腦（1964～1970）



電腦元件的製造技術又有新的突破。以蝕刻法製造出俗稱IC的積體電路(Integrated Circuit)。它是將許多電晶體濃縮在一個微小晶片(chip)中其面積約2.5*5公分，並使用多層印刷電路。除了體積縮小外，運算速度也快到億分之幾秒，不但在硬體上進步了，在軟體上也有重大的發展。西元1964年IBM公司使用積體電路製造360型電腦，是為第三代電腦的開始。



西元1965年，約0.25吋平方的小塊晶片上能含約1000個電路元件，到1970年增至15000個以上，稱為大型積體電路(Large Scale Integration Circuit)，簡稱LSI，如今已能容納七萬個以上了。



西元1969年美國史坦福大學泰德霍夫(Ted Hoff)博士，受雇於美國英代爾(Intel)公司，他將整個算術及邏輯單元做在單獨一塊晶片上，這樣設計成的中央處理單元(簡稱CPU)稱為微處理器(microprocessor)，實際體積比指甲還小，再與其他具有記憶、控制功能的晶片製作於印刷電路板上，造成設計與使用的巨大改變，小型電腦系統應運產生，個人電腦工業由萌芽，進而開花結果。



這一代的電腦除了體積縮小、速率加快、耗電減少、成本降低之外，諸如光學掃描器、磁性墨水閱讀機、超高速超容量磁碟機研發成功，更配合作業系統功能增強、BASIC、RPG等高階語言陸續推出，使電腦處理資料的能力大為提高。



● 第四代電腦（1970～ ）



使用超大型積體電路(Very Large Scale Integration)，簡稱VLSI，為電子元件。電腦體積更加縮小、功能愈大、價格卻愈便宜，由於軟體的配合，電腦應用範圍更加廣泛。由於電腦製作技術不斷的創新改良，電腦的“代”已經不是很明顯了，為了便於區別乃將使用VLSI者稱為第四代電腦。



● 未來的電腦



目前各先進國家均在研究一部具有人工智慧(artificial intelligence)簡稱AI的電腦，它不但能看、能聽、能說、能累積知識自行推理，它就是第五代電腦。

第一代

真空管

磁蕊

Core memory

機器語言



組合語言

ENIAC

ms



第二代

電晶體

磁蕊

Core memory

FORTRAN



COBOL

TRADIC

us



第三代

積體電路

IC

BASIC



RPG

IBM360

ns



第四代

大型LSI或超大型積體電路VLSI

半導體

高階語言



物件導向語言

　

ps



第五代

人工智慧與專家系統

　

LISP，

PROLOG

自然語言

Mesh
資料來源：http://tw.knowledge.yahoo.com/question/question?qid=1305092712136