電腦的演進

電腦的演進史


索引
(一)早期的計算工具 (二)電腦時代
巴斯卡計算器 第一代電腦
莫南計算器 第二代電腦
差分機與分析機 第三代電腦
打孔卡片處理機 第四代電腦

(一)早期的計算工具

在電腦還沒有發明之前,人類用什麼工具來計算?
中國的算盤    
     中國的算盤         用手刻畫

除了中國的算盤外,西洋人也有許多機械式的計算工具。

巴斯卡計算器

  這是由法國哲學家間數學家巴斯卡(Blaise Pascal)於1642年設計的第一部加法計算器,這個像雪茄盒大小的機器,內部包含一組相連的齒輪,只要在上面撥出數字,齒輪之間互相轉動算出累加後的值,並顯示在上方的小窗口上。

巴斯卡計算器

 

莫南計算器

  西元1666年,莫南(Thomas Morland)發明的乘法計算器,它的原理和巴斯卡類似。

莫南計算器

 

差分機與分析機

 

  英國發明家兼數學家巴倍奇(Charles Babbage)於西元1830年獲得英國政府的支助,著手設計可以用來解多項式的機器,稱為差分機

差分機

  由於設計上的缺陷,使這個龐然大物經常故障,無法運轉使用,白花了17,000英鎊後,政府撤回經濟上的支援。但他不因此喪氣,再接再厲設計另一部能做多種計算的機器,稱為分析機。雖然在他有生之年沒有製造出來,他的兒子繼承他的遺志,完成了差分機的計算部門。而且分析機的設計正是後來設計電腦的構想,包括輸入裝置、處理機和計算器、指揮工作和計算順序的控制單元、儲存裝置、輸出裝置等五大部門。

分析機

 

打孔卡片處理機

  這是由美國人口普查局的統計學家何樂禮(Herman Hollerith)發明,他採用Jacqquard的打孔卡片原理,使穿過孔的細棒構成一個電路,計算機便加一。當時的人口普查統計,利用這部機器將七年半的工作縮短到六個星期,確實地統計出數字來,這項發明使計算器的機械時代移轉到電器化時代,電腦技術也從此開始萌芽了

何樂禮的打孔卡片處理機

 

(二)電腦時代

第一部電腦長什麼樣子呢?他是用什麼東西做的啊?

 

第一代電腦 西元1940年~1958年

  第二次世界大戰期間,美國軍方要求賓州大學莫奇來(Mauchly)博士和他的學生愛克特(Eckert)設計以真空管取代繼電器的"電子化"電腦ENIAC,目的是用來計算砲彈彈道。這部機器使用了18800個真空管,長50英呎,寬30英呎,佔地1500平方英呎,重達30噸(大約是一間半的教室大,六隻大象重)。它的計算速度快,大約一秒鐘可以做300多個乘法運算。然而,這部龐然大物所產生的熱量造成嚴重的冷卻問題,同時消耗大量電力。

  另外,真空管的損耗率相當高,幾乎每15分鐘就可能燒掉一支真空管,操作人員須花15分鐘以上的時間才能找出壞掉的管子,使用上極不方便。

全世界第一部電腦-ENIAC

 

第一代電腦使用的電子原件:
真空管

 

 

第二代電腦 西元1959年~1963年

  西元1948年美國貝爾實驗室的科學家J.Bardeen、H. W. Brattain和W. Shockley共同發展出電晶體,這項發明給一般的電子應用帶來極大的變革,尤其是電腦。它使電腦的體積更小,重量更輕,省電,故障率降低,計算能力更快。由貝爾實驗室製造的第二代電腦TX-0,便是用了800個電晶體所製造出來的。由於體積大幅縮小,重量輕,使得電腦的應用範圍由軍事用途擴大到政府機關行政用途。

  這時期高階程式語言也發展出來了,程式師只要將注意力集中在解決問題上,不再需要自己去應付機器所有的細節,對未來的資訊工業發展,有重要的影響。

用電晶體製造的TX-0

 

第二代電腦主要電子原件:
電晶體(放在一塊錢上)

 

 

第三代電腦 西元1965年~1970年

  西元1964年,美國IBM公司積體電路設計成功的IBM SYSTEM-360型電腦問世後,開啟了第三代電腦的序幕。西元1959年,德州儀器和Fairchild半導體公司共同推出積體電路(Intergrated Circuit, IC)。它由矽作成,是一種能傳導電流的晶體,一片比八分之一英吋還小的晶片上,包含了幾百個電子原件,構成一個完整的電子電路。一個一公分平方的晶片就可以存放相當於一份報紙的字數,而且計算速度幾乎快到以十億分之一秒為單位。另外,使用三千三百萬個小時後,才可能發生故障,因此耗用能源少,價格更為低廉。

  同時,多元語言程式廣為應用,打字機式操作的遙控作業逐漸普遍,促進了預先定位和信用確認範疇的消費者服務業之繁榮。

IBM SYSTEM 360

 

 第三代電腦主要電子原件:
 積體電路(IC)

 

 

第四代電腦 西元1971年~????

  西元1975年,超大型積體電路VLSI)被完成,一片積體電路晶片可裝進上萬個電子原件,體積比第一代電腦小了數百倍,計算速度卻快了千倍以上。它促進了設計電子電路、資料通訊、計算機軟硬體和輸入/輸出裝置的長遠進步。這種晶片製造的電腦,就是近代風行的個人電腦(PC, Personal Computer)。

  延續超大型積體電路而發展的微處理機(一片晶片上的通用處理機),體積小,能力強大而價格低廉,更可實際應用於家庭和商業利用於每一種機器上,如:微波爐、冷氣機、音響、電視、洗衣機等等。無庸置疑,電腦將是日常生活中不可或缺的一環。

第四代電腦-個人電腦(微電腦)

 

 第四代電腦主要電子原件:
 超大型積體電路(VLSI)

 

  到目前為止,個人電腦一直扮演時代進步的重要工具,在這個時代,資訊工業正處於快速成長階段,進步之快讓人無法喘息,微處理機(CPU)的處理速度與日俱增,由美國英代爾公司(INTEL Corp.)所研發的電腦晶片,從1989年到1998年短短的十年內,將CPU只有8MHz的處理速度,發展到目前的300MHz以上,以往複雜的立體動畫浮點運算,原本要花二十幾天的計算時間,現在只要一分半鐘,甚至更快的速度便可完成,您可以想像的到嗎?

下表整理出電腦時代的重要發展:

主要電子原件 特        性 帶給人類的貢獻
第一代 真空管 代表電腦是ENIAC。體積和重量龐大,耗電又容易發熱。 提供軍事上的用途。如:計算砲彈的彈道,導航計算等。
第二代 電晶體 代表電腦是TX-0。體積比ENIAC小,重量也較輕、省電、速度快。 政府機關行政用途。如:人口普查、統計會計資料等。
第三代 積體電路 代表電腦是IBM-306電腦。體積比TX-0小,重量更輕,耗電量更少,售價更低。 政府機關及商業上用途。如:預先定位,商業管理等。
第四代 超大型積體電路 代表電腦是個人電腦(PC)。各方面都比IBM-360更小、更快、省電。 廣泛應用到日常生活中。如:微波爐、汽車、影印機等。

 

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