資訊工程研究所申設(shè)簡報(bào)課件

1、資訊工程研究所申設(shè)簡報(bào)課件資訊工程研究所申設(shè)簡報(bào)課件本章重點(diǎn)本章將介紹計(jì)算機(jī)的入門基礎(chǔ)知識(shí)本章重點(diǎn)本章將介紹計(jì)算機(jī)的入門基礎(chǔ)知識(shí)大綱計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史計(jì)算機(jī)的分類計(jì)算機(jī)的特性計(jì)算機(jī)的組成方式 軟體硬體常用單位換算中文系統(tǒng) 33大綱計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史551-1 計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史第零代：機(jī)械時(shí)期(16421946) 第一代：真空管時(shí)期(19461954) 第二代:電晶體時(shí)期 (19541964) 第三代：積體電路時(shí)期(19641970) 第四代：超大型積體電路時(shí)期(1971目前) 第五代：人工智慧時(shí)期(1982目前) 41-1 計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史第零代：機(jī)械時(shí)期(16421946)機(jī)械時(shí)期西元前3000年，中國

2、人發(fā)明了算盤 西元1642年法國數(shù)學(xué)家巴斯卡發(fā)明了世界上第一部會(huì)自動(dòng)進(jìn)位的計(jì)算機(jī)稱為加法器西元1673年德國人雷布尼玆設(shè)計(jì)出乘法器西元1820年法國的湯姆斯改良雷布尼茲的乘法器完成可執(zhí)行加、減、乘、除四則運(yùn)算的機(jī)器西元1833年電腦之父巴貝奇完成差分機(jī)及分析機(jī)西元1890年何樂禮利用打孔卡片來處理資料 機(jī)械時(shí)期西元前3000年，中國人發(fā)明了算盤 圖1-1 差分機(jī)圖1-1 差分機(jī)真空管時(shí)期毛齊雷在1946年利用真空管製作了第一部自動(dòng)數(shù)位計(jì)算機(jī)ENIAC(Electronic Numerical Integrator and Computer)1947年第一部商用計(jì)算機(jī)UNIVAC (UNIVer

3、sal Automatic Computer)用於戶口普查的用途真空管原件的特性 耗電量大且體積龐大散熱不易故障率高線路複雜，所以維修不易 真空管時(shí)期毛齊雷在1946年利用真空管製作了第一部自動(dòng)數(shù)位計(jì)真空管時(shí)期 (cont.)本階段的電腦採用的程式語言是機(jī)器語言且並無使用作業(yè)系統(tǒng)，且採用的輔助記憶體為卡片，主記憶體為磁蕊(magnetic core) 磁蕊是由一位華人王安所發(fā)明，它是以磁性粉末塗滿在直徑0.3到2.0 mm 的圓柱形陶鐵上，圓柱中間有一導(dǎo)線；運(yùn)作原理是利用不同的電流方向使陶鐵磁化的方向不同本時(shí)期計(jì)算機(jī)計(jì)算的速度單位為2-10 秒(約為10-3秒)稱為毫秒(milli-secon

4、d)。 真空管時(shí)期 (cont.)本階段的電腦採用的程式語言是機(jī)器語電晶體時(shí)期1954年麻省理工學(xué)院(MIT)林肯實(shí)驗(yàn)室利用電晶體製成第一部高速電子計(jì)算機(jī)TX-O電晶體原件的特性體積較小耗電量較少散熱較少價(jià)格較低代表產(chǎn)品為1959年由Honeywell推出的Honeywell 400 電晶體時(shí)期1954年麻省理工學(xué)院(MIT)林肯實(shí)驗(yàn)室利用電晶電晶體時(shí)期(cont.)採用的程式語言是組合語言未使用作業(yè)系統(tǒng)高階語言FORTRAN及COBOL在此一階段提出採用的輔助記憶體為磁帶(tape)，而主記憶體則為磁蕊或磁鼓(magnetic drum)計(jì)算的速度單位為2-20 秒(約為10-6秒)稱為微秒

5、(micro-second) 電晶體時(shí)期(cont.)採用的程式語言是組合語言圖1-3 真空管與電晶體圖1-3 真空管與電晶體積體電路時(shí)期積體電路是指將電阻、電晶體及二極體等電子元件濃縮在一晶片上1965年IBM公司設(shè)計(jì)了利用積體電路(Integrated Circuit-IC)製造的計(jì)算機(jī) IBM 360開始採用作業(yè)系統(tǒng)來管理系統(tǒng)資源主記憶體為半導(dǎo)體記憶體計(jì)算的速度單位為2-30 秒(約為10-9秒)稱為奈秒(nano-second) 積體電路時(shí)期積體電路是指將電阻、電晶體及二極體等電子元件濃縮表1-1表1-1超大型積體電路時(shí)期西元1971年四位元微處理機(jī)INTEL 4004發(fā)表，為微處理機(jī)

6、之開始主記憶體為半導(dǎo)體記憶體計(jì)算的速度單位為2-40 秒(約為10-12秒)稱為pico-second超大型積體電路時(shí)期西元1971年四位元微處理機(jī)INTEL 4圖1-4 INTEL 4004圖1-4 INTEL 4004人工智慧時(shí)期日本於1982年宣佈第五代電腦計(jì)畫，期望使計(jì)算機(jī)具有與人類一般之智慧能累積知識(shí)、自行推理並且具備處理聲音訊號(hào)的能力主要強(qiáng)調(diào)平行處理的能力主要應(yīng)用領(lǐng)域則為機(jī)器人(robot)、虛擬實(shí)境(virtual reality)及專家系統(tǒng)(expert system)等 人工智慧時(shí)期日本於1982年宣佈第五代電腦計(jì)畫，期望使計(jì)算機(jī)1-2 計(jì)算機(jī)的分類 以用途來分類 以處理的資

7、料的型態(tài)來分類 以體積、功能、速度與價(jià)格來分類 171-2 計(jì)算機(jī)的分類 以用途來分類 19以用途來分類一般用途不限定使用之用途的計(jì)算機(jī)如商用或家用電腦，可被用來做為文書處理、撰寫程式、執(zhí)行程式、播放音樂或上網(wǎng)等用途特殊用途限定使用之用途的計(jì)算機(jī)如醫(yī)院使用的醫(yī)用電腦或飛行器上使用的電腦等以用途來分類一般用途以處理的資料的型態(tài)來分類處理數(shù)位資料的數(shù)位計(jì)算機(jī)(digital computer) 目前工程上、商用上及科學(xué)上用的計(jì)算機(jī)多屬於數(shù)位計(jì)算機(jī)類型處理類比資料的類比計(jì)算機(jī)(analog computer)主要是用來處理電流、電壓等連續(xù)性質(zhì)的資料類比計(jì)算機(jī)速度較數(shù)位計(jì)算機(jī)快，但是精確度較差處理數(shù)位

8、與類比資料的混合計(jì)算機(jī)(hybrid computer)以處理的資料的型態(tài)來分類處理數(shù)位資料的數(shù)位計(jì)算機(jī)(dig以體積、功能、速度與價(jià)格來分類超級(jí)電腦(super computer)大型電腦(large scale computer)中型電腦(medium scale computer) 迷你電腦(mini computer) 微電腦(micro computer) 以體積、功能、速度與價(jià)格來分類超級(jí)電腦(super co超級(jí)電腦(super computer) 功能最強(qiáng)、速度最快及價(jià)格最高IBM的深藍(lán)(Deep Blue)超級(jí)電腦可在一秒鐘內(nèi)推演2億個(gè)西洋棋的棋步1996年2月10日，深藍(lán)首

9、次挑戰(zhàn)來自俄羅斯的世界西洋棋王卡玆巴洛夫(Garry Kasparov)，以2:4落敗在1997年5月深藍(lán)捲土重來並以3.5：2.5的比數(shù)打敗了卡玆巴洛夫2001年IBM推出新一代的超級(jí)電腦ASCI White，ASCI White內(nèi)建8000多顆 IBM Power3處理器以及160兆位元組的儲(chǔ)存系統(tǒng)，每秒可處理12.3兆次的計(jì)算，主要用於核子武器測(cè)試核武試爆模擬等用途 超級(jí)電腦(super computer) 功能最強(qiáng)、速度最快大型電腦(large scale computer)泛指稱為mainfram的機(jī)器基本處理速度為1秒鐘1百萬個(gè)以上的指令使用者一般是透過螢?zāi)缓玩I盤來使用大型電腦的系

10、統(tǒng)資源並完成相關(guān)之工作，目前被銀行、航空及較大型之企業(yè)所廣泛採用可支援超過百人以上之使用者同時(shí)使用 大型電腦(large scale computer)泛指稱為中型電腦(medium scale computer)可支援的最多同時(shí)使用系統(tǒng)資源的使用者數(shù)量約為100人左右如VAX 8500 中型電腦(medium scale computer)可支援迷你電腦(mini computer)可支援的最多同時(shí)使用系統(tǒng)資源的使用者數(shù)量約為16人左右如IBM AS/400由於個(gè)人電腦的效能愈來愈強(qiáng)，此一等級(jí)的電腦已逐漸被個(gè)人電腦所取代 迷你電腦(mini computer)可支援的最多同時(shí)使用系微電腦(m

11、icro computer)即個(gè)人電腦(personal computer；PC)通常被簡稱為PCApple II(1977年推出售價(jià)$1,298美元)及IBM PC (1981年推出售價(jià)$1,565美元)為目前被廣為使用的個(gè)人電腦之始祖 微電腦(micro computer)即個(gè)人電腦(perso1-3 計(jì)算機(jī)的特性 高計(jì)算速度 高儲(chǔ)存容量 高計(jì)算準(zhǔn)確度 261-3 計(jì)算機(jī)的特性 高計(jì)算速度 28高計(jì)算速度IBM的深藍(lán)可在一秒鐘內(nèi)推演2億個(gè)西洋棋的棋步ASCI White每秒可處理12.3兆次的計(jì)算一般的家用電腦在一秒鐘內(nèi)可處理數(shù)百萬個(gè)(甚至千萬個(gè))基本運(yùn)算 高計(jì)算速度IBM的深藍(lán)可在一秒鐘

12、內(nèi)推演2億個(gè)西洋棋的棋步高儲(chǔ)存容量 假設(shè)有20,000本中文書，每本書都是10萬字左右一個(gè)中文字佔(zhàn)2 bytes空間，所以1本10萬字中文書約需2105 bytes 空間 (若不考慮資料格式) DVD容量：4.7 G bytes = 4.7109 bytes 4.7109/ 2105 23,500 (本) 1片4.7 G bytes的DVD光碟片儲(chǔ)存20,000本中文書在資訊時(shí)代要保存大量資料是相當(dāng)容易而且低成本 高儲(chǔ)存容量 假設(shè)有20,000本中文書，每本書都是10萬字左高計(jì)算準(zhǔn)確度 高計(jì)算準(zhǔn)確度的條件程式採用的演算法正確無誤輸入資料正確無誤一個(gè)因?yàn)槌淌藉e(cuò)誤造成的問題 1962年美國水手一號(hào)

13、(Mariner 1)太空船預(yù)計(jì)前往金星，但因?yàn)镕ORTRAN 程式DO Loop的錯(cuò)誤語法，造成發(fā)射過程偏離軌道，必須摧毀太空船，損失了1800萬美元 錯(cuò)誤程式段 : DO 5 I=1.3 FORTRAN編譯器將此敘述解讀為 : DO5I=1.3 正確寫法 : DO 5 I=1,3 高計(jì)算準(zhǔn)確度 高計(jì)算準(zhǔn)確度的條件1-4 計(jì)算機(jī)的組成方式 軟體 硬體 301-4 計(jì)算機(jī)的組成方式 軟體 32計(jì)算機(jī)的組成計(jì)算機(jī)的組成軟體軟體(software)主要分類系統(tǒng)軟體(system software)應(yīng)用軟體(application software)系統(tǒng)軟體是指電腦系統(tǒng)為維特正常運(yùn)作或開發(fā)應(yīng)用程式所

14、不可缺少的軟體如作業(yè)系統(tǒng)(Operating System；OS)、程式語言處理器(組譯程式、編譯程式、直譯程式)、載入程式、鏈結(jié)程式、公用程式等等應(yīng)用軟體是為了處理某個(gè)特定的問題而撰寫的程式市售套裝軟體，如電腦遊戲軟體、文書處理軟體及多媒體軟體等等使用者自行撰寫的程式 軟體軟體(software)主要分類硬體硬體(hardware)主要分為輸入單元(input unit)輸出單元(output unit)中央處理單元(Central Processing Unit；CPU) 硬體硬體(hardware)主要分為輸入單元負(fù)責(zé)將外部的資料送入電腦系統(tǒng)內(nèi)部常見的輸入設(shè)備鍵盤、滑鼠、讀卡機(jī)(card

15、 reader)磁碟機(jī)、磁帶機(jī)條碼掃瞄機(jī)(bar code reader；常用在便利商店或超市)掃描器(scanner)、搖桿、麥克風(fēng)光學(xué)記號(hào)閱讀機(jī)(Optical Mark Reader；OMR；用在輸入2B鉛筆劃記的答案卡)磁墨字元閱讀機(jī)(Magnetic Ink Character Reader；MICR；常用在銀行，做為支票判讀設(shè)備)數(shù)位板(digitizer)輸入單元負(fù)責(zé)將外部的資料送入電腦系統(tǒng)內(nèi)部圖 1-12, 1-14圖 1-12, 1-14輸出單元輸出單元的工作是負(fù)責(zé)將電腦系統(tǒng)處理所得的結(jié)果送到電腦系統(tǒng)的外部常見的輸出設(shè)備螢?zāi)?、印表機(jī)、繪圖機(jī)(plotter) 、磁碟機(jī)、磁帶機(jī)

16、 輸出單元輸出單元的工作是負(fù)責(zé)將電腦系統(tǒng)處理所得的結(jié)果送到電腦圖1-13、1-15圖1-13、1-15中央處理單元 中央處理單元由以下三大部門組成 控制單元(control unit)。記憶單元(memory unit)。算術(shù)及邏輯單元( Arithmetic and Logic Unit；ALU ) 電腦系統(tǒng)的核心是中央處理單元，系統(tǒng)藉由中央處理單元內(nèi)的控制單元送出控制訊號(hào)來指揮記憶單元、算術(shù)及邏輯單元及輸出入單元間的運(yùn)作並必須負(fù)責(zé)不同單元間的協(xié)調(diào)工作 中央處理單元 中央處理單元由以下三大部門組成 圖 1-16 圖 1-16 圖 1-17圖 1-171-5 常用單位換算 空間單位 時(shí)間單位

17、411-5 常用單位換算 空間單位 43空間單位空間單位是指電腦內(nèi)部資料的儲(chǔ)存單位電腦內(nèi)部資料存取的最小單位為位元組(byte)，1個(gè)位元組等於8個(gè)位元 空間單位空間單位是指電腦內(nèi)部資料的儲(chǔ)存單位表 1-3表 1-3範(fàn)例 請(qǐng)依下列資料量的大小排列出以下四個(gè)項(xiàng)目之順序： (A) 30000 KB(B) 3.2 GB(C) 3000 MB(D) 300000000 B。解：3.2 GB3000 MB300000000 B30000 KB題意中B代表Byte，這是一般廣泛被採用的簡寫方式。通常在計(jì)算本類型的題目時(shí)，會(huì)採用近似值來做計(jì)算(除非項(xiàng)目與項(xiàng)目之間的差距很小，才會(huì)用實(shí)際值來計(jì)算)(A) 1KB

18、103 B ，所以30000 KB3104103 B3107 B(B) 1GB109 B，所以3.2 GB3.2109 GB(C) 1MB106 B ，所以3000 MB3103106 B3109 B(D) 300000000 B3108 B由以上計(jì)算可知 3.2 GB3000 MB300000000 B30000 KB 範(fàn)例 請(qǐng)依下列資料量的大小排列出以下四個(gè)項(xiàng)目之順序：範(fàn)例記憶體容量中1M Bytes等於多少K Bytes? (A) 1000 (B) 1024(C) 2000 (D) 2048。解：B採用實(shí)際值來計(jì)算，計(jì)算過程如下：因?yàn)? M 220 且1 K210，所以1 M210 K1

19、024 K答案選(B)。假設(shè)採用近似值來計(jì)算，計(jì)算過程如下：因?yàn)? M 106 且1 K103，所以1 M103 K1000 K答案選(A)若用實(shí)際值計(jì)算找不到答案時(shí)，才採用以近似值計(jì)算求得的答案，這樣的原則就可以了。因此本題以實(shí)際值計(jì)算的答案出現(xiàn)在選項(xiàng)中，因此選(B) 範(fàn)例記憶體容量中1M Bytes等於多少K Bytes? (時(shí)間單位 時(shí)間單位是指電腦內(nèi)部資料處理的速度單位時(shí)間量愈小代表速度愈快，因此微微秒速度最快、奈秒次之，而毫秒則是最慢 時(shí)間單位 時(shí)間單位是指電腦內(nèi)部資料處理的速度單位表 1-4表 1-4範(fàn)例假設(shè)某部的電腦處理速度100 MIPS，請(qǐng)問原則上每分鐘可處理多少個(gè)指令？解：

20、6109個(gè)指令MIPS：每秒執(zhí)行的百萬指令個(gè)數(shù)(Million Instruction Per Second；MIPS)100 MIPS =每秒執(zhí)行100個(gè)百萬指令 每秒執(zhí)行100106個(gè)指令 每秒執(zhí)行108個(gè)指令因此一分鐘可執(zhí)行10860=6109個(gè)指令 範(fàn)例假設(shè)某部的電腦處理速度100 MIPS，請(qǐng)問原則上每分鐘1-6 中文系統(tǒng) 中文碼 中文字型 491-6 中文系統(tǒng) 中文碼 51中文碼常用的中文字約有5400個(gè)，但電腦常用的英文內(nèi)碼ASCII Code與EBCDIC Code都只能表示數(shù)百種符號(hào)，絕對(duì)無法滿足中文系統(tǒng)的需求計(jì)算機(jī)表示中文必須利用2個(gè)位元組才足夠表示中文中文碼常用的中文字約

21、有5400個(gè)，但電腦常用的英文內(nèi)碼ASC常見的中文碼外碼(external code)外碼又稱為輸入碼內(nèi)碼 (internal code)交換碼(interchange code)常見的中文碼外碼(external code)外碼外碼是指使用者利用中文輸入法(如倉頡輸入法、注音輸入法等)將中文字輸入計(jì)算機(jī)時(shí)，中文輸入法會(huì)將中文字拆解成數(shù)個(gè)碼並傳送給計(jì)算機(jī)，這些拆解的碼即稱為中文外碼 外碼外碼是指使用者利用中文輸入法(如倉頡輸入法、注音輸入內(nèi)碼內(nèi)碼是中文字在計(jì)算機(jī)內(nèi)部表示的方式不同的中文字應(yīng)具有不同的內(nèi)碼中文內(nèi)碼應(yīng)具有唯一性目前臺(tái)灣使用的標(biāo)準(zhǔn)中文內(nèi)碼為大五碼(BIG-5)，其他如神通碼、王安碼、倚天碼、電信明碼及IBM 5550碼也是中文內(nèi)碼，但已少有系統(tǒng)採用 內(nèi)碼內(nèi)碼是中文字在計(jì)算機(jī)內(nèi)部表示的方式交換碼交換碼負(fù)責(zé)不同中文系統(tǒng)間中文之轉(zhuǎn)換工作常用的交換碼有通用漢字標(biāo)準(zhǔn)交換碼(Chinese Ideographic Standard Code for Information Interchange；CISCII)及全漢字標(biāo)準(zhǔn)交換碼(Chinese Char