相關補充資料--資訊處理的工具和計算機的發展

1. 資料處理的工具

資料的分析處理,講究的是分秒必爭的時效性,及精確無誤的正確性,因此人類在處理資料的工具也就日新月異;其演進概分為三個時期 :
  1. 人工時期: 或稱為手動時期,以人工為主,採用紙、筆、算盤和計算尺等工具。
  2. 機械時期: 採用加法器、差分機、打孔卡片、電磁繼電器等機械工具。
  3. 電子計算機時期: 以電子電路構成的計算機來處理資料 ,簡稱為EDP,其速度抉、容量大、體積小、精確性高,是目前最佳的資料處理工具。

有關資料處理工具演進三個時期列表 1.1 如下 :

表 1.1 計算工具之發展過程

  工 具 名 稱 年代(西元) 發 明 者 說 明





 

算盤 約為西元1100年(未-元之間 中國人 人類最早的計算工具
計算尺 1620 艾德蒙. 甘特(Edmmund Gunter) 西方早期常用的計算工具





 

加 法 器 1642 巴 斯 卡(Blaise Pascal) 以齒輪帶動計數轉盤,大小如香煙盒
自動進位加法器 1673 萊 布 尼 茲(Gottfried Leibniz 可連續加、乘
四則運算機 1820 湯 瑪 斯(C.X.Thomas) 可做加、減、乘、除運算
差 分 機 1833 巴 貝 基(Charles Babbage) 具有現代電腦輸入、輸出處理功能,由於巴貝基對計算工具貢獻良多,因此被尊稱為計算機之父。
打 孔 卡 片 1890 何 樂 禮(Herman Hollerith) 以打孔位置來儲存資料
馬克一號計算機(MARK- 1) 1944 艾 肯(Howard Aiken) 史上最大的電力機械計算機以電磁繼電器做成。






ENIAC(第一代電腦) 1946∼1956 莫屈里和艾克特(John Mauchly & J.P.Eckert) 以真空管為主要元件,代表性機型有 ABC、ENIAC、EDSAC
第二代電腦 1957∼1964 集體創作 以電晶體為主要元件
第三代電腦 1965∼1969 集體創作 以積體電路(IC)為元件
第四代電腦 1970∼現在 集體創作 以超大型 IC(VLSI)為元件
第五代電腦 未來 集體創作 屬於智慧型的電腦

2.電子計算機的發展

(1) 真空管時代(第一代電子計算機)

第一代電子計算機係以真空為主要元件,如圖 1.3,其代表機型主要有ABC、ENIAC及EDSAC。
ABC計算機:美國阿田納索夫博士(Dr.John V.Atanasoff)和助手貝利(Berry)於1937∼1942年間完成第一部實驗用電子計算機。
ENIAC計算機:是於1946年由美國賓州大學的毛克利(J.W.Mauchly)和艾克特(J.P.Eckert)教授為美國陸軍所設計製作的,供彈道研究之用。它共用了18800支真空管,耗電150瓩,是個長約50呎,寬30呎(佔地約42坪), 重30噸的龐然大物如圖1.4。是全世界第一部通用型電子計算機。
EDSAC計算機:ABC和ENIAC都是靠改變接線來輸入指令的,直到1946年美國數學家范紐曼 (Dr.John Von Neumann)提出┌所有資料和指令應該存放在計算機內部┘的內儲程式觀念,導致在1949年製造出第一部內儲式電子計算機稱為 EDSAC。從此以後的電腦使用上更為方便。
以上所介紹的電子計算機,其內部的運算速度是以毫秒(10-3秒)為單位,也就是在一秒鐘之內能完成幾千次的加法運算。但由於它們是以真空管製成,所以有下列的缺點:
  1. 體積龐大,不易搬移。
  2. 線路複雜,故障率高。
  3. 耗電量大,發熱量多。
  4. 造價昂貴,普及性低。

(2). 電晶體時代(第二代電子計算機)

為了消除真空管的缺點,科學家不斷的研究,終於在1948年美國貝爾電話實驗室發明了電晶體,如圖1.5,而於1957年遂有了電晶體取代真空管的計算機 TX-O 製造成功。
以電晶體為主要元件的第二代計算機,其特性如下:
  1. 體積小、重量輕、價格低、可靠性高。
  2. 電力消耗功率小、散熱量少。
  3. 運算速度快,以微秒(10-6秒)為單位。
  4. 使用組合式電腦語言正處於萌芽階段如 FORTRAN、COBOL。
  5. 讀卡機、印字機、磁帶機等週邊設備相繼應市。

 

圖1.5電晶體 圖1.6積體電路IC 圖1.7超大型積體電路(VLSI)

(3) 積體電路時代(第三代電子計算機)

所謂積體電路(intergrated circuit簡稱IC)是在一小片矽晶片上一個完整的電子電路,面積約1/8平方吋。也就是說,將許多零件如電晶體、電阻器.....等微縮在一塊矽晶片上如圖1.6。1964年美國IBM公司研製成功了以IC為主要元件的IBM360型電腦,是第三代電子計算機的開始,而後有PDP-8、PDP-11.....等陸續被推出。
積體電路的發明,帶動了電子計算機的改革。而這時期的電子計算機具有以下的特點:
  1. 體積比電晶體更小、更輕,價格也更低廉。
  2. 耗電量更少。
  3. 記憶容量大增。
  4. 運算速度更快,以奈秒(10-9秒)計。
  5. 使用語言除上述以外,各種語言陸續被發明。

(4). 大型積體電路時代(第四代電子計算機)

積體電路技術,在工程師們辛勤的研究下,單位面積的電子元件數目不斷的提高。依其密度可分為四個等級。
  1. 小型積體電路(small scale IC簡稱SSI)──每一IC可容納 1∼10個電子元件。
  2. 中型積體電路(medium scale IC簡稱MSI)──每一IC可容納10∼100個電子元件。
  3. 大型積體電路(large scale IC簡稱LSI)──每一IC可容納100∼1萬個電子元件。
  4. 超大型積體電路(very large scale IC簡稱VLSI)──每一IC可容納1萬∼25萬個電子元件。

第四代電子計算機是採大型或超大型積體電路為其主要元件,如圖 1.7,使得計算機的積體更加縮小,運算速度愈來愈快可高達10-10秒,此時期的各種週邊設備成長快速,微電腦普遍的被使用,個人電腦、辦公室自動化等新產品不斷的推出,電腦也因而逐漸從軍方、辦公室,走入學校、家庭,成為時代的寵兒。如圖1.8

(5). 人工智慧型時代(第五代電子計算機)

目前各工業先進國家正積極研究具有「人工智慧」的計算機,也就是配合語音合成器及光電技術,使電腦具有辨識、分析各種圖形與聲音的能力,而不僅能聽、看、說,更可做到思考及推理等更高層次的功能。