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1942年由法国数学加巴斯卡所发明的巴斯卡机,这台机器是由许多的齿轮与杠杆所组成的. 一般我们对电脑世代的分类是以制造电脑所使用的元件不同来划分,共分为四个世代: 第一代(1946年~1958年):使用真空管制造. 第二代(1959年~1964年):使用电晶体制造. 第三代(1965年~1970年):使用积体电路制造. 第四代(1970年~) :使用超大型积体电路制造. 第一代电脑:真空管时代:使用真空管为材料以打孔卡片作为外部储存媒体以磁鼓作为内部储存媒体程式语言为机器语言及组合语言 第二代电脑:电晶体时代使用电晶体为材料开始使用磁带磁碟的发明以磁蕊作为内部储存媒体硬体的模组化高阶语言的出现 第三代电脑:积体电路的时代使用积体电路向上相容的概念作业系统的出现 软体的快速发展 迷你电脑的出现 第四代电脑:超大型积体电路的时代微处理机的出现以半导体作为内部储存媒体微电脑的流行套装软体的发展 资料转载於: http://mail.csjh.tpc.edu.tw/a90/a90021/www/pcl.htm 2. 电脑的发展 1. 电子计算机的定义及特性 A 电子计算机(Electronic Digital Computer) a. 简称计算机(Computer),俗称电脑. b. 包含了输入,输出,控制,记忆及运算逻辑等单元. c. 计算机与计算器(Calculator)的差异 项目 计算器 计算机(电脑) 运算能力 简单的数值运算 复杂的数值与非数值运算 储存能力 没有或很少 有很大的储存空间 显示能力 仅能在有限的小萤幕内显示 可在高解析的萤幕画面显示 操作方式 人工逐一输入 可内存程式,由电脑来自动产生结果 其他功能 没有或很少 功能多且完整 B. 电脑的特性 a. 快:处理速度快. b. 准:精准度及正确性高. c. 大:储存容量大. d. 可减轻人力,降低作业成本. e. 能提供资料保护之安全措施. C. 电脑的限制 a. 只有正确的资料输入,才有正确的结果输出(GIGO). b. 问题必须量化. c. 计算机非万能:人类必须提出解决方法,并将其程式化,电脑才能处理. 2. 电脑的发展史及趋势 A. 美国社会学家杜佛勒,将人类社会的变迁形容成「波」: 第一波是农业革命,第二波是工业革命,第三波是资讯革命. B. 电脑发展史: 第一代 第二代 第三代 第四代 主要电子元件 真空管 电晶体 积体电路IC 超大型积体电路VLSI 主记忆体 磁鼓,磁蕊 磁蕊 磁蕊,半导体(IC) 半导体(VLSI) 辅助记忆体 卡片 磁带,磁碟 磁带,磁碟 磁带,磁碟 执行速度 毫秒 , ms 微秒 , μs 奈秒(毫微秒) , ns 微微秒 , ps 体积 庞大(房间) 大(箱型) 中(桌上型) 小(桌上型) 耗电量 大 中 少 更少 C. 第五代电脑 a. 具人工智慧(Artificial Intelligence , AI). b. 常用的AI语言有LISP和PROLOG. c. 主要元件是超高速积体电路(VHSIC). d. 知识资讯处理系统(KIPS),平行处理结构及符号运算(处理文字能力). D. 电脑史上重要的第一次 a. 最早出现的计算工具:中国的算盘. b. 电脑之父:巴贝基(Charles Babage),完成差分机及分析机(未完成). c. 第一部电子数位计算机器:ABC,以真空管为元件,只能作特定的数学问题. d. 第一部机械式数位计算机:MARK-1,由IBM与哈佛大学教授艾肯(Aiken)合作发明;以继电器为主要元件. e. 第一部全电子数位计算机(人类第一部数位电脑):ENIAC,由美国宾州大学毛奇利(Mauchly)和艾克特(Echert)两位教授所发明.主要元件为真空管,以磁鼓为记忆元件,打孔机为储存媒介. f. 最早提出「内储程式」(Stored program):范纽曼. g. 第一部内储程式电脑:EDSAC. h. 第一部商用电脑:UNIVAC. E. 电脑的发展趋势 a. 体积愈来愈小. b. 记忆体容量愈来愈大. c. 速度愈来愈快. d. 准确性愈来愈高(更加可靠). e. 功能愈来愈强(用途越广) f. 价格愈来愈便宜. g. 愈来愈环保,愈省电 a) 绿色电脑(Green PC):符合环保概念的电脑 省电. 低辐射量. 低噪音. 材料可永续使用. 符合人体工学. b) 能源之星: 由美国环保署(EPA)发表的计画. 目的为节约电脑及其周边产品之电力使用量. 目标是不使用30分钟即自动进入省电模式(减少50~75%能源). 3. 积体电路(Integrated Circuit , IC) A. 将电阻,电晶体及二极体等电路元件浓缩在一矽晶片上的电路元件. B. IC规格 规格 名称 电子元件数量 CPU SSI 小型积体电路 10~100 MSI 中型积体电路 100~1,000 LSI 大型积体电路 1,000~10,000 VLSI 超大型积体电路 10,000~1,000,000 80386(275,000) ULSI 超特大型积体电路 1,000,000以上 Pentium !!!(25,000,000) 4. 常用倍率符号 电脑上常用的计量单位 符号 (注意大小写) 英文 原十进位值 电脑上实际值 中文 记忆体单位 T Tera 1012 240=1024G 兆 G Giga 109 230=1024M 十亿 M Mega(Million) 106 220=1024K 百万 K Kilo 103 210=1024 仟 时间单位 m mini 10-3 10-3 毫 μ micro 10-6 10-6 微 n nano 10-9 10-9 奈(毫微) p pico 10-12 10-12 匹(微微) 5. 电脑的分类 A. 依处理资料的信号型态区分 a. 数位电脑(Digital Computer):处理离散(数位)资料,目前的电脑即是. b. 类比电脑(Analog Computer):处理连续(类比)资料. c. 混合式电脑(Hybrid Computer) B. 依用途区分 a. 一般用途电脑(General Purpose Computer):目前的电脑即是. b. 特殊用途电脑(Special Purpose Computer):如雷达,导航等. C. 依功能等级区分 a. 超大型电脑(超级电脑):用於科学,核弹,气象;如Gray,IBM的深蓝. b. 大型电脑:如IBM 370/168,VAX 9000. c. 中型电脑:如IBM 3031,VAX 6500. d. 迷你电脑(小型电脑):如PDP-11,VAX-11/750. e. 微型电脑(微电脑,个人电脑):目前一般所使用的电脑. 6. 电脑系统的评估 A. 速度的计量单位 a. MIPS:CPU每秒钟所能处理的百万个指令数目. b. MFLOPS:CPU每秒钟所能处理的百万个浮点运算指令的数目. c. CPU的内部频率:CPU电子元件的时脤,单位是百万赫兹(MHz),一般会将频率写在CPU名称后.相同名称的CPU,频率愈快速度愈快.如80486DX133,Pentium 200,其中80486DX及Pentuim是CPU名称;其后的133及200则为内部频率. B. 生产量(工作量,Throughput):单位时间完成的工作数(产出量). C. 反应时间(回应时间,Response Time):电脑真正执行一个工作,所须的时间.可视为使用者对电脑提出一项需求起,直到使用者得到第一个反应的时间间隔. D. 回转时间(Turnaround Time):从使用者提出一个工作到电脑,至完成后送回使用者,所须的时间. E. 工作负荷量(Work Load):电脑系统单位时间内,所能承受的最大工作数. F. CPU使用率(CPU Utility):CPU被使用的程度,以%表示,最大为100%. 资料转载於:http://tr.ilvs.ilc.edu.tw/~bbfish/learn/c&c/计算机的发展.html 3. 电脑发展简史 远古时候人们就有计算上的需求,早在三千多年前我国便懂得使用算盘计 算事物,是早期的十进位计算工具.而古圣先贤发明太极(1),两仪(2),四相 (4),八卦(8),六十四卦(64)等为使用二进位的始祖. 西元1642年法国数学家巴斯卡(Blasise Pascal)为了减轻他父亲税务局烦 忙的工作,设计制造出一种会自动进位并可执行加减运算的齿轮传动式加法器 (adder).随后德国数学家雷布尼兹(Gottfried Wilhelm Leibnitz)加於改善 ,使能执行乘除运算. 西元1822年英国剑桥大学数学家巴贝奇(Charles Babbage)在研究对数表 时设计一套差分机(differential engine),由於当时的科技水准无法制造出 非常精密的零件,因此该机并没有完成,但他的构想极为珍贵,他认为这部机 器应包括输入,输出,储存,运算,控制等五个单元,与目前的电脑架构极为 接近,可说是电脑的开山鼻祖. 西元1887年美国统计学家何乐礼(Herman Hollerith)博士利用打孔卡片储 存人口调查资料,并设计制造卡片处理机器,当卡片经过读卡机时,有孔栏位 便会通过电流,无孔栏位则无电流通过,经过十几年之时间打孔卡片系统,手 摇计算机,电动计算机等相继发明问世,不过均是机械式的,操作较为笨拙, 速率较慢,但却宣告人们可以使用机械代替人工了. 西元1937年美国哈佛大学艾肯教授(Howard Aikan)据根据巴贝奇差分机的 原理,研制一部自动顺序控制计算器(Automatic Sequence Controlled Calculator),称为马克一号(Mark I),它是第一部以继电器(relay)组成的电 子计算器,它能在短短0.3秒内完成一个加法或减法计算. 以上为电脑的发韧期,至於电脑的发展,可依制作的技术分成下列几个时期. ● 第一代电脑(1946~1958) 使用的电子元件为真空管.西元1946年美国宾州大学机械系毛克莱博士 (J.W.Mauchly)得到美国陆军的赞助以真空管制造电脑,当时美军的兴趣在於 能快速计算出炮弹之弹道.毛克莱与其学生艾克特(J.P.Eckert)研发世界上第 一部真空管电脑,命名为Electronic Numeric Integrator And Computer,简 称ENIAC,1946年於美国宾州大学安装成功.它是一部真正的电脑,共花费45 万美元,使用18000个真空管,每秒可执行300个乘法运算,占地1500平方呎. 由於耗电量大并产生大量的热,速度慢稳定性低,故於1955年便退休了,现在 放置於史密斯博物馆(Smithsonian Institution)供人参观. 西元1952年美国普林斯顿匈牙利数学天才冯纽曼(John von Neumann) 发表一篇论文提出两点构想: (1). 使用二进位数系(binary system) (2). 指令(instruction)可像资料(data)般储存於记忆体 刚提出时受到很大的争议,今日却已成电脑设计的主流了. 西元1949年英国剑桥大学使用冯纽曼的构想制造了Electronic Delay Storage Automatic Calculator简称EDSAC电脑,它才算是第一部内储程式电 子计算机(stored program electronic computer). 第一代电脑其特色如下: (1). 真空管发出大量热量,耗电大 (2). 体积庞大 (3). 可靠性低 (4). 速率低,以毫秒计 ● 第二代电脑(1959~1963) 西元1947年美国贝尔实验室的三名科学家,J.Bardeen,H.W.Brattain, 与W.Shockley等三人发明了电晶体(transistor)电子元件,电晶体使用半导体 (semiconductor)使信号电流由一低电阻电路转移(transfer)到一高电阻电路 中,所以电晶体这个名词是由转移(transfer)与电阻器(resistor)这两个字合 并而成.1954年美国贝尔实验室完成一部以电晶体为主的电脑TRADIC,它使用 了800多个电晶体.电晶体很显然地取代真空管成为电脑内部电路的基本组成 元件. 第二代电脑与第一代电脑比较其特色如下: (1). 体积小,重量轻,寿命长 (2). 速率快,以微秒计 (3). 耗电少,成本低 (4). 可靠性高 (5). 以磁蕊为主记忆体,磁碟,磁带为辅助储存体 (6). 已发展出FORTRAN,COBOL等高阶程式语言 ● 第三代电脑(1964~1970) 电脑元件的制造技术又有新的突破.以蚀刻法制造出俗称IC的积体电路 (Integrated Circuit).它是将许多电晶体浓缩在一个微小晶片(chip)中其面 积约2.5*5公分,并使用多层印刷电路.除了体积缩小外,运算速度也快到亿 分之几秒,不但在硬体上进步了,在软体上也有重大的发展.西元1964年IBM 公司使用积体电路制造360型电脑,是为第三代电脑的开始. 西元1965年,约0.25吋平方的小块晶片上能含约1000个电路元件,到1970 年增至15000个以上,称为大型积体电路(Large Scale Integration Circuit) ,简称LSI,如今已能容纳七万个以上了. 西元1969年美国史坦福大学泰德霍夫(Ted Hoff)博士,受雇於美国英代尔 (Intel)公司,他将整个算术及逻辑单元做在单独一块晶片上,这样设计成的 中央处理单元(简称CPU)称为微处理器(microprocessor),实际体积比指甲还 小,再与其他具有记忆,控制功能的晶片制作於印刷电路板上,造成设计与使 用的巨大改变,小型电脑系统应运产生,个人电脑工业由萌芽,进而开花结果. 这一代的电脑除了体积缩小,速率加快,耗电减少,成本降低之外,诸如 光学扫描器,磁性墨水阅读机,超高速超容量磁碟机研发成功,更配合作业系 统功能增强,BASIC,RPG等高阶语言陆续推出,使电脑处理资料的能力大为提 高. ● 第四代电脑(1970~ ) 使用超大型积体电路(Very Large Scale Integration),简称VLSI,为电 子元件.电脑体积更加缩小,功能愈大,价格却愈便宜,由於软体的配合,电 脑应用范围更加广泛.由於电脑制作技术不断的创新改良,电脑的"代"已经 不是很明显了,为了便於区别乃将使用VLSI者称为第四代电脑. ● 未来的电脑 目前各先进国家均在研究一部具有人工智慧(artificial intelligence) 简称AI的电脑,它不但能看,能听,能说,能累积知识自行推理,它就是第五 代电脑.
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打孔卡或穿孔卡(或霍列瑞斯式卡或IBM 卡),是一块纸板,在预先知道的位置利用打洞与不打洞来表示数位讯息 (digital information)。在上世纪80年代,还有很多大学里都在使用这种传统的信息媒介,作为图书馆中图书检索的工具。实际上,打孔卡出现的时间要远得多。在19世纪的英国,有位著名的数学家查尔斯?巴贝奇,在1812年初次想到可以利用机械来计算数学表,也就是“可编程计算器”,于是在1834年到他去世的1871年期间,一直在试图建立一个叫“分析机(Analytical Engine)”的东西,而分析机实际上就是现代计算机的前身。就是利用打孔卡,作为分析机的只读存储器,相当于675个字节
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奥地利IT工程师Gustav Tauschek发明了第一个被广泛使用的计算机存储器,被称之为“磁鼓存储器”。“磁鼓存储器”被发明与1932年,但是经过20多年的时间,这项技术才被广泛应用。在“磁鼓存储器”被发明的后10年中,还有一些其他类型的存储器。比如德国工程师康拉德?楚泽Konrad Zuse发明的Z3计算机,就使用了机械滑动金属存储器,而Z3则被称之为世界第一台“图灵完全”的计算机(一种可不受储存容量限制的假想计算机)。阿塔纳索夫-贝瑞计算机,使用电容器列阵配合两个旋转鼓,进行打孔计算,与打孔板相同存储解决方案。而最著名的ENIAC计算机利用汞和镍构成水银延迟线存储器。到了20世纪50年代,由水银延迟线、阴极射线示波管静电存储器、磁鼓、磁芯等设备,构成了最早期电子计算机的主存储器。
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磁芯存储器是另外一个被广泛采用的存储技术,也是现代计算机主存储器发展的第二个重要的里程碑式的技术。尽管大多数人都认为,这项技术的所有关键部件直到1951年才被开发出来,但是实际上,这所有的想法都要追溯1949年,麻省理工学院的Jay Forrester首先提出了这项技术的构想。与此同时,美籍华裔科学家王安博士,对磁芯存储器的研究有着稍微不同的看法。磁芯存储器对核心的最基本的原理,就是使用了一个“磁芯”,磁芯在导线上流过一定电流下会被磁化或者改变磁化方向,有了两个不同的结果,这就可以作为0和1的状态来记录数据,并且获得了专利保护。在20世纪60年代到20世纪70年代初,全球90%以上的电脑都开始使用非易失性磁芯存储器技术。