第一章資訊時代

第一章資訊時代 20世紀末、21世紀初號稱資訊時代，電腦已經徹底改變人類的生活，對於首次接觸資訊相關課程的讀者而言，首重要務應該是「快速建立對電腦的認知」，在本章中，我們將介紹電腦的用途及發展歷史，並且討論電腦的特性以及組織成分。本章內容大多與日常生活有很大的關係，這正是資訊時代的最佳證明。

由於電腦的普及，人類取得資訊的方式正進行徹底的轉變，而什麼是『資訊』(information)呢？它和『資料』(data)有何差別？簡單的說，『資訊』指的是「資料經過處理後所獲得有用的東西」。由於電腦的普及，人類取得資訊的方式正進行徹底的轉變，而什麼是『資訊』(information)呢？它和『資料』(data)有何差別？簡單的說，『資訊』指的是「資料經過處理後所獲得有用的東西」。

大綱 • 1.1 電腦與生活 • 1.2 電腦的特性 • 1.3 電腦的演進 • 1.3.1 電腦的誕生 • 1.3.2 電腦的演進歷史 • 1.3.3 未來的電腦（第五代電腦） • 1.4 電腦的種類 • 1.4.1 電腦的分類 • 1.4.2 個人電腦 • 1.5 電腦的組成 • 1.5.1 硬體 (Hardware) • 1.5.2 軟體 (Software) • 1.6 資訊時代的下一步－知識時代 • 1.7 重點回顧 • 本章習題

1.1 電腦與生活 • 早在1940年代，人類就開始發展電腦(Computer)，早期電腦的用途大多為科學計算，但隨著電腦技術的演進，至今電腦已經和我們的生活密不可分，居住在現代化的國家中，幾乎無時無刻與電腦有所接觸，甚至有時卻不自知。在此，我們簡單舉幾個電腦應用的例子，您也可以試著想像一下，您離得開電腦嗎？ • 自動控制： • 交通運輸：

1.1 電腦與生活 • 文件處理： • 教育訓練：製作統計報表是電腦常見的功能之一網頁版的電腦輔助教學（測驗式）

1.1 電腦與生活 • 休閒娛樂： • 生產製造：電影剪輯機器人本身就是一部電腦

1.1 電腦與生活 • 醫療體系： • 金融交易：電腦與醫療設備的結合 ATM其實也是一台電腦，並與銀行主機連線

1.1 電腦與生活 • 行政業務： • 電腦繪圖：政府採購也已經上網摩天大樓的電腦繪圖

1.1 電腦與生活 • 電腦模擬：飛行模擬器也內含電腦控制

1.1 電腦與生活 • 網路與資訊交換：透過網路蒐集資訊非常方便樂透彩券也是電腦連線的一項應用網路電話技術已經商品化

1.2 電腦的特性 • 電腦之所以如此流行並廣泛應用，是因為電腦具備了下列優點： • 速度快： • 電腦擁有極高速的運算能力，因此取代了傳統的人工作業模式，特別是需要繁複且長時間的工作，諸如統計資料、申報所得稅、查詢電話號碼等等。【電腦速度的單位】：量測電腦速度的表示方法有兩種：一種是使用電腦內部處理速度來表示，例如：微秒(ms)、奈秒(ns)等，而時間為頻率的倒數，因此也可以使用百萬赫茲(MHz)、十億赫茲(GHz)等來表示。另外一種則是使用每秒可執行多少工作為準。例如 MIPS(Million Instructions Per Second)：每秒可執行多少百萬個指令。 MFLOPS(Million Floating Operations Per Second)：每秒可執行多少百萬個浮點數運算。 TPS(Transactions Per Second)：每秒可執行多少個交易。一般而言，MIPS通常使用在個人電腦、工作站、大型主機的運算速度量測，MFLOPS則使用於超級電腦等需要大量浮點數運算的機器運算速度量測，至於TPS則使用於特定商業交易用途的電腦速度量測。

1.2 電腦的特性 • 儲存能力強： • 電腦的儲存能力在最近十年間，呈現倍數成長，目前市面上販售的個人電腦動輒可以存放數千億個位元組(數百GB)，並且儲存媒體也一再推陳出新，五花八門，例如：軟碟、磁碟、光碟、磁帶等等。只要一片光碟片就能夠存放一部百科全書，因此想要使用電腦儲存整個圖書館的藏書資料，也絲毫沒有容量上的困擾。【電腦容量的單位】：電腦儲存體容量的表示方法以二進制為主（只有0,1兩種數字），一個二進制位數稱為一個位元(bit；通常使用小寫b表示)， 8個位元構成一個位元組(Byte；通常使用大寫B表示)。位元組是電腦容量最常被使用的表示單位，不過目前電腦容量通常非常大，因此，我們常常會以K Bytes（千位元組）、M Bytes (百萬位元組)、G Bytes (十億位元組)、T Bytes（兆位元組）來描述電腦容量，詳見2-1節。

1.2 電腦的特性 【國家數位典藏計畫】：世界各國正積極推動典藏數位化工作，例如聯合國的世界記憶計畫、美國的美國記憶計畫等等。其優點在於利用電腦儲存能力強的特性及網路資料查詢的方便性，使得傳統的大量資料得以永久並有效的保存，並容易取得與查詢。有鑒於知識經濟時代的到來，台灣也推動了數位典藏計畫，藉由將國家重要的文物典藏數位化，建立國家數位典藏；進而促進台灣的人文與社會、產業與經濟的發展。有興趣的讀者，可以至http://www.ndap.org.tw/查詢目前國家數位典藏的進度與成果。

1.2 電腦的特性 • 可靠度高： • 電腦可以處理的運算是非常精準的，並且電腦極少出錯，尤其是硬體上的錯誤更少。因此，比起傳統的人工作業來說，電腦確實可靠多了。然而，電腦並不是完全不會出現錯誤，但錯誤主要是由於人為因素所造成，就一套可信賴的軟體而言，人為因素所造成的錯誤，大部分可歸咎於程式設計師，例如Y2K千禧蟲問題曾經使得全世界的電腦重新檢測一遍，但無論如何，電腦科技不斷地在進步當中，因此電腦仍舊是目前極可信賴的科技之一（Y2K問題也已經平安度過）。【Y2K千禧蟲問題】：歷史上最著名的電腦危機應該算是西元2000年的Y2K千禧蟲問題，嚴格來說，Y2K的錯誤並非全都是程式設計師的錯，之所以發生Y2K問題，最主要還是因為現實的考量。在早期記憶體昂貴的年代，為了節省電腦記憶體空間，因此在儲存年份時，程式設計師通常只會記錄西元末兩位，所以可以記錄1900~1999年，但到了2000年時，由於舊的電腦系統仍舊使用00來記錄西元2000年，因此產生1900與2000的混淆情況。

1.2 電腦的特性 • 具備通訊能力： • 隨著網路的發達，電腦的通訊能力獲得了更極致的發揮，我們可以透過網路來交換檔案、共享資源、收發電子郵件、搜尋資料。甚至電腦的通訊能力也可以用做網路電話、傳真、視訊等應用，由於所付出的代價比傳統通訊方式節省很多，因此也形成使用者的另一項選擇。

1.2 電腦的特性 • 當電腦被發明後，一些社會觀察家擔心電腦將帶來某些社會問題，著名的控制論之父諾伯特維納(Norbert Wiener)曾對資訊時代作出兩個預言， • 其一是工作被電腦取代，而導致大量的失業人口； • 其二是人類過度依賴電腦，而造成無法挽救的危機。 • 在今天電腦廣泛被使用後，事實證明，第一個隱憂是多慮了，因為傳統工作雖然被電腦取代，但電腦也帶來了更多新的工作機會，因此只要教育及勞工政策的適當調整，就可以解決此一問題。 • 至於第二個預言則已經有實際案例發生，在1998年，法國的債券市場，因為美國的某位交易員在透過網路交易時，連續誤按了百餘次【Enter】鍵，導致原本中等數量的債券出售變成大量拋售的假象，如此大量的賣壓，致使當日債券市場大亂，許多人因此破產甚至自殺，所以這種現象確實值得正視。 • 或許在這個電腦及網路普及的年代，我們不可能放棄電腦及網路而走回頭路，因此我們應該更正視這些問題，以便適時加以防範。

1.2 電腦的特性 • 以下是目前大量應用電腦技術所帶來的一些問題： • 容錯能力： • 電腦的高可靠度及運算儲存能力，使得現代人越來越依賴電腦，但電腦一旦出現嚴重錯誤時，將造成無法彌補的嚴重後果，因此電腦的容錯能力非常重要，例如股市交易所使用的主機存放大量交易資料、ATM提款機與各銀行之中央主機連線，這些都是不允許出現錯誤的應用。對於這些特殊要求，特定用途的電腦通常能夠允許某些錯誤的產生，並且立即恢復功能，當然這也必須付出較多的成本。但當系統的容錯能力不足時，仍會造成嚴重後果。 • 健康問題： • 由於現代人長時間使用電腦，因此容易對健康產生危害，例如視力減退，頸部、背部、腿部僵硬，電磁與輻射危害等等。這些有的可以透過周邊設備的改善來加以防範（例如使用LCD螢幕而非CRT螢幕），但更多的問題其實來自於不當使用電腦所導致，例如光線不足，坐姿錯誤、缺乏運動等等。

1.2 電腦的特性 • 著作權爭議： • 電腦具備大量儲存能力，並且由於網路盛行所帶來的方便，使得電子化文件、音樂、影片等盜版問題嚴重。在台灣，專為電腦與網路所制定的法律尚未完備，但電腦與網路的犯罪仍受已存在的各項法律（如著作權法）所規範。例如成大曾經爆發大學生下載MP3而遭起訴及Kuro點對點服務下載音樂等案例，雖然大多數的案例，最後都以和解收場，但同時也告訴我們，電腦與網路雖然使得資料的流通更加便利，但仍舊必須注意其合法性。 • 網路言論： • 常有人說，網路的世界如同虛擬世界，這句話部分是正確的，但並非完全正確。使用者在網路上常匿名聊天、發表文章，但這些舉動仍必須受法律所規範，例如不可毀謗、妨礙他人名譽等。網路偵查犯罪看似困難，但目前警察機關已成立專職於資訊犯罪偵查的部門，透過與國內各大網路服務供應商（如Hinet、SeedNet）的合作，偵查網路犯罪的困難度已經降低許多。

1.2 電腦的特性 • 跨國犯罪： • 由於網際網路拉近了人們的距離，使得某些跨國性的網路犯罪層出不窮，這主要是因為各國所規範的法律不同，由於主機可以放置於任何一台連結上網際網路的電腦，但瀏覽者卻分布於全世界的各個角落，因此產生如網路賭博、網路色情等犯罪問題，這些牽扯到跨國性質的網路犯罪，確實比以往傳統犯罪難以偵查預防，而有賴於道德規範、網路業者、軟體廠商、社會大眾的配合。 • 環保議題： • 許多電腦零件的生產過程會產生廢水及有毒物質，並且電腦的汰舊率極高，因此或多或少都會對環保產生不良影響，在這方面國內電腦產業的業者大多遵從環保法規，但在舊電腦的回收上，則必須多加努力。

1.2 電腦的特性 • 新時代的新問題： • 隨著時代的演變，電腦及網路的應用也不斷地擴充，因此，常常會有一些新的問題產生，例如在2003年12月，台灣發生健保局網路資料外洩的隱私權爭議問題，由於越來越多的公司、機關將網路視為另一種交易平台，而網路程式目前並不需要經過專業人士認證，因而使得某些具有明顯或不明顯漏洞的程式充斥在網路交易平台中，對於一般使用者而言，或許不易發現這些漏洞所在，而放心地透過網路平台進行各項交易，但具有深厚電腦背景的使用者卻能夠輕易地透過漏洞查詢甚至修改他人的相關資料。這些新的問題，必須透過人文教育、法律及電腦技術共同合作來解決。

1.3 電腦的演進 • 電腦早期並非如同我們現在所看到的電腦外觀，在本節中，我們將重新回顧電腦的誕生及歷史演變，並介紹電腦未來的發展方向。 • 1.3.1 電腦的誕生 • 電腦(computer)又被稱為計算機（如同本書書名），雖然後來為了避免與傳統計算器(calculator)產生混淆，而使用『電腦』一詞加以翻譯。 • 中國最早的計算工具 • 『算盤』 • 西方最早的加法器 • 1642年，法國數學家巴斯卡(Blaise Pascal)利用齒輪的機械原理，在可循轉的輪子上面刻上十個刻度代表0~9等十個十進位數字，當輪子旋轉一周，按照齒輪原理牽動左邊另一個輪子也移動一個刻度，代表著進位。 • 乘法器 • 加法器發明30年後，德國人萊伯尼茲(Gottfried Leibnitz)又發明了一台乘法器，它是使用反覆加法原理製作而成。而在1820年，法國人湯瑪斯(C. X. Thomas) 則改良該乘法器，變成一台可以做加減乘除四則運算的機器。

1.3.1 電腦的誕生 • 現代計算工具 • 計算工具一直沒有大多的發展，直到十九世紀中葉，英國數學家巴基貝(Charles Babbage)建造了一台差分機(Difference engine)可以進行複雜的計算等式差數的工作，差分器使用打孔紙卡來控制一連串的動作，這是一個突破性的發展。 • 後來巴基貝又構思了一台『分析機』(analytical engine)，該機器具有輸入單元、輸出單元、記憶單元、算數單元、控制單元等五項單元。 • 到了十九世紀末，在美國人口調查局工作的赫羅瑞斯(Herman Hollerith)，則使用卡片上不同的打孔位置來儲存資料，自製了一台表格運算機器，並且使用六週完成全美人口普查作業，取代了原本人力必須花費七年所完成的工作。值得注意的是，這台機器對於卡片、打卡機與讀卡機等輸出入方式建立了基礎，一直被沿用至1980年。 • 後來，赫羅瑞斯獨自創立了列表機器公司(Tabulating Machine Company)，這家公司可以說是國際商業機器公司IBM(International Business Machine Corporation)的前身。

1.3.1 電腦的誕生 • 使用繼電器的計算工具 • 除了打卡機與讀卡機之外，一種小型且利用人工操作機器的計算器(calculator)也是在十九世紀中葉被發展出來，但當時的計算器是完全機械式的，操作不易。 • 在1937年，美國貝爾電話實驗室(Bell Telephone Laboratories)的史提必茲(George Stibitz)則開始使用電力操作機械作業的計算器，稱為電動計算器(Electrodynamic calculator)，此機器採用繼電器(Relay)作為機械作業的元件，透過繼電器的電路中斷與連續來記錄資料，並於1940年完成第一部繼電式電腦(Relay Computer)。 • 同一時期，在1937年，哈佛大學的愛肯教授(Professor Howard Aiken)設計了另一台電動式計算器，經由IBM的製造，於1944年問世，稱之為Mark I計算器。此機器長約51英呎，寬約8英呎，重達5噸，也是一台繼電式計算器，可以在0.3秒完成加法或減法運算，乘法則平均需時4秒，除法最多必須花費16秒。除了四則運算外，它還可以參考事先計算好的函數表，進行演算的工作。

1.3.1 電腦的誕生 • 使用真空管的計算工具 • 另一方面，在1942年，美國愛荷華州立大學愛特納索夫教授(Professor John V. Atanasoff)及其助理貝瑞(Clifford Berry)則完成了由45個真空管構成記憶體的數位計算機，這部機器是世界上第一部電子數位計算機，並以他們兩個人的名字命名為ABC(Atanasoff-Berry Computer)。隔年，英國為解出德軍密碼，則使用電子電路方式，製作了Colosuss機器。 • 在1946年，賓州大學電機系毛琦雷教授(Professor J. W. Mauchly) 與它的學生愛克特(J. P. Eckert)則透過ABC電腦的基礎設計了一台可以計算大砲發射軌道的機器，稱為電子數值積分及計算器(Electronic Numerical Integrator And Calculator)，命名為ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Calculator)，此為史上第一部全電子式數位電腦。 • 爾後1952年，賓州大學又完成了第二部機器，名稱為電子離散變數計算機，命名為EDVAC。事實上，毛琦雷教授與愛克特，在完成ENIAC之後，便於1947年成立了毛琦雷-愛克特公司，該公司後來被雷明頓蘭得(Remington Rand)公司收購，並於1951年完成了世界上第一部商業用途電腦，命名為UNIVAC(Universal Automatic Computer)。在此同時，使用真空管所設計的機器淘汰了使用繼電器所設計的機器。並且『真空管』確立了電腦發展歷史的確切地位，稱為第一代電腦。

1.3.2 電腦的演進歷史 • 自從真空管電腦出現後，電腦的組織元件不斷推陳出新，歷經真空管、電晶體、積體電路、超大型機體電路等四個階段，分別被稱之為第一代、第二代、第三代、第四代電腦。其特色如下表格：

1.3.2 電腦的演進歷史 • 第一代電腦（真空管：1942~1958年）： • 從第一部商業用途電腦UNIVAC開始，真空管(vacuum tube)就被充當電腦的核心元件，真空管如同燈泡一樣，一部電腦必須使用多達千個以上的真空管組成，因此體積非常龐大。並且真空管的耗電量驚人且容易產生高熱，當真空管被燒毀時，必須更換真空管，因此第一代電腦需要大量的散熱設備。 • 第二代電腦（電晶體：1959~1963年）： • 電晶體(Transitor)在1948年被發明，從此開始，科學家就努力的想要使用耗電量較小的電晶體來製作電腦，如此一來，將可以減少電力消耗且不需要大量散熱設備。不過，由於當時生產同一性質的電晶體非常困難，因此當某一個電晶體被燒毀後，就很難找到相同特性的電晶體來加以更換。 • 直到1954年，面障電晶體(Surface barrier transistor)問世後，才突破此項困難。麻省理工學院(MIT)研發的TX-0是第一部電晶體電腦，在此時期，尚有IBM的7090、Burroughts的B-200系列等，這些電腦可以在百萬分之一秒內，完成數十個加法運算。使用電晶體製作的電腦，在運算速度方面，比真空管電腦快了許多，而且體積小、耗電量少、不需巨大的冷卻系統、不需要暖機、壽命長、準確性高，因此淘汰了真空管電腦。

1.3.2 電腦的演進歷史 • 第三代電腦（積體電路：1964~1970年）： • 第二代的固態電晶體電路後來被單晶積體電路(Monolithic Integrated Circuitry)及混合式積體電路(Hybrid Integrated Circuitry)所取代，積體電路(Integrated Circuitry；簡稱IC)內包含了許多的電晶體、電阻、二極體等元件，並將之微聚濃縮在一個晶片(chip)上，每個積體電路約比指甲還要小，使得電腦的體積得以大幅度縮小、成本更低、並提高了可靠度。1964年出廠的IBM 360系列就是積體電路電腦，它強調在更換新電腦時，所有舊有軟體都可以在新電腦中執行無誤，而不需要重新設計。

1.3.2 電腦的演進歷史 • 第四代電腦（超大型積體電路：1971年~現今）： • 自從IC被發明出來以後，IC的集積度不斷提升。從包含10顆電晶體的小型積體電路（SSI），直到1971年開始製造包含106顆的超大型積體電路(VLSI)。VLSI由於包含多達106顆以上的電晶體，因此只要使用相當小的體積，就可以設計功能極度複雜的電路，例如微處理器(microprocessor)。VLSI的體積小、資料傳輸速度很快、準確性很高、記憶體容量也非常大，因此除了桌上電腦的中央處理器、主記憶體之外，在其他電子通訊方面的應用也越來越多，例如手機能夠做到如此小，功能如此多，都有賴半導體的發展貢獻，就目前而言，VLSI不但已經非常純熟，半導體製造廠商甚至已經具備ULSI及GSI的製造技術，使得一顆IC內可以包含108~109顆以上的電晶體。 • 【IC技術的演進】 SSI(Small-Scale Integration)：一顆IC含10個電晶體 MSI(Medium-Scale Integration)：一顆IC含102個電晶體 LSI(Large-Scale Integration)：一顆IC含104個電晶體 VLSI(Very Large-Scale Integration)：一顆IC含106個電晶體 ULSI(Ultra Large-Scale Integration)：一顆IC含108個電晶體 GSI(Giga-Scale Integration)：一顆IC含109個電晶體

1.3.3 未來的電腦（第五代電腦） • 下一代(Next Generation)的電腦，究竟會出現什麼重大的變化？ • 這實在很難說。但歷史上曾經出現第五代電腦的說法 • 在1980年，日本曾經提出發展第五代(Fifth Generation)電腦的十年計劃，目標是要設計一個和人類一樣，具有智慧，能夠和人類以自然語言溝通，並具有專家性質，能夠替人們解決問題的電腦或機器人。 • 當時，曾引起美國及西歐各國的關注，並投注大量人力與資金一較長短，雖然計劃最終宣告失敗，但在此十年當中，確實使得人工智慧(AI；Artificial Intelligence)領域的研究蓬勃發展。 • 事實上，日本也並非完全失敗，雖然無法設計出高度具有智慧的電腦與機器人，但近幾年卻成功推出風靡一時的智慧寵物（如機器狗），也創立了龐大的商機。

1.3.3 未來的電腦（第五代電腦） • 人工智慧 • 人工智慧的目的是要發展更聰明的電腦，人工智慧包含的技術非常廣闊，並且有許多方面尚待努力，但在某些方面也確實已經獲得不錯的成果，例如：在博弈方面的遊戲，電腦已經可以輕易勝過一般等級的人類對手，在醫療方面，目前也已經有一些醫療專家系統(expert system)可以提供看病的服務。 • 近幾年來的熱門研究則是資料探勘，它是針對大量資料進行探勘的工作，由於電腦容量越來越大，儲存的資料也越來越多，這些資料有時乍看之下並無太多用途，但其實隱含著許多非常有用的知識(knowledge)，因此我們希望電腦有能力幫助人類找出這些知識，以便對應用做出某些改善。 • 人工智慧大多從軟體設計著手，但隨著硬體的進步，有些問題反而自然得到了解決，例如要設計可以打敗世界西洋棋王的電腦，目前就是靠著硬體的強大效能得以完成。

1.3.3 未來的電腦（第五代電腦） • 除了人工智慧之外，未來的電腦技術正朝向幾個趨勢發展，如下所述： • 更快的電腦： • 電腦的速度越快，處理資料的速度就越快，完成的工作也就越多，因此，加快電腦的速度是永無止盡的需求，目前為了加快電腦的速度及產能，大致上分為幾個努力方向：製程技術、電腦組織與結構的設計、平行化處理等等，這些技術都已經有了一些成果。 • 但無論如何，目前的矽晶片電腦有其物理上的極限（包含電子運行速度，以及集積度過高而無法散熱等問題），未來的電腦將可能朝向生物電腦、光電腦及量子電腦發展，何者會率先成功，目前尚無法得知，但這三類電腦都已經與本書所介紹的矽晶片電腦（或稱之為經典電腦）的運作原理有根本上的不同。

1.3.3 未來的電腦（第五代電腦） • 更小的電腦： • 電腦其實已經和許多產業結合在一起，例如3C整合就是將電腦(Computer)、通訊(Communication)、消費性電子(Consumer Electronics)整合在一起，使得許多設備內都包含一些微電腦以便提供更多的服務，例如行動電話、個人數位助理PDA、甚至是電視機等。更小的電腦的努力方向大致上可以分為：製程技術、電腦組織與結構的設計等等，其中目前正在研究將奈米科技應用於電腦科技，或許未來將出現比人體細胞還要小的電腦，並且可以用於醫療應用，您能想像身體裡面佈滿電腦的景況嗎！【奈米科技】：由於在奈米（10-9 m）的世界裡，許多物質的物理特性將會呈現另一種風貌，奈米科技並不僅止應用在電腦製造方面，它還可以進行許多其他方面的應用（例如製作易於清洗的清潔用品），這也就是為何市面上各類產品都可能標榜奈米技術的原因。

1.3.3 未來的電腦（第五代電腦） • 容量更大的電腦： • 隨著電腦科技的進步，資訊呈現指數性成長，因此更大的記憶體容量也是永無止盡的需求，不論是在主記憶體（如RAM）、次要記憶體（如硬碟、CD-ROM）等方面皆是如此，增加容量的努力方向不外乎新技術的研發以及製程技術的改良。 • 更安全的電腦： • 電腦與網路雖然蓬勃發展，但也面臨著許多病毒(virus)、病蟲(worm)的威脅，幾乎任何龐大的軟體系統都隱含著有一些漏洞，而駭客(hacker)則藉由此漏洞竊取電腦內的資料或癱瘓、破壞電腦甚至是整個網路，使得電腦變得並不安全。電腦安全的維護是一項長遠的攻防大戰，不斷的出現新病毒，而防毒軟體也不斷地更新，以應付這些新病毒所帶來的困擾。 • 網路及無線網路： • 網路已是電腦不可或缺的基本功能，目前許多電腦零件（如主機板）已經內建網路設備（例如網路卡），而手提式電腦則更內建了無線網路設備，未來的電腦將網路及無線網路視為基本配備之一是毫無疑問的，差別只在於所支援的網路規格與種類而已。

1.3.3 未來的電腦（第五代電腦） • 更大的頻寬： • 網際網路的流行，使得透過網路傳輸資料變成方便且廣泛的資料傳輸方式，為了應付更大的資料傳輸量，我們需要更大的頻寬、更新的網路結構以及更佳的資料壓縮技術。 • 更方便、舒適的使用環境： • 電腦徹底改變了人類的生活，根據統計顯示，人們使用電腦的時間不斷地向上攀升，因此提供一個更方便、舒適的電腦使用環境也日益重要。除此之外，為了更有效模擬環境，許多關於視覺、聽覺、觸覺的新型設備也被設計出來，透過這些設備，人們在操作電腦模擬時，就如同置身真實世界一般，而這些相關技術都包含在虛擬實境(virtual reality)的研究範疇內。 • 更具整合性： • 由於各項技術的演進，人類對於電腦的需求已經從傳統工作上的需要邁向生活上的需要，近年來，數位家庭的觀念崛起，電腦將結合無線技術及網路，在生活中扮演控制中樞的角色，透過一個遙控器（可能手機就是該遙控器），操控著家庭中的所有電子設備，而扮演設備整合的中央電腦，也可能結合在某種必備的電子設備（如電視）之中。

1.4 電腦的種類 • 1.4.1 電腦的分類 • 電腦的分類可以依據用途、處理資料的類型、綜合分類等選項來加以分類如下： • 一、依用途分類 • 一般用途電腦 (General Purpose Computer)： • 大部分的電腦都是一般用途電腦，可以使用不同的軟體進行不同的工作。例如可以用它來作文書處理工作，也可以用它來玩電腦遊戲、瀏覽網路資料等等。 • 特殊用途電腦(Special Purpose Computer)： • 專為某種特殊用途而設計的電腦，不論是硬體或軟體的設計都已經被固定，只能用於該特殊用途。例如巡弋飛彈的導航電腦、汽車內的微電腦控制系統等等。

1.4.1 電腦的分類 • 二、依處理資料的類型分類 • 類比式電腦(Analog Computer) • 類比式電腦可以處理連續時變(Continuously time-varying)的物理量，例如聲音、電流、波形等，因此它可以快速解出微分方程式，並透過周邊將結果以連續時變方式輸出，例如繪出波形圖，或直接控制電子儀表。類比式電腦通常應用於化學工廠、航空工業、電機工廠等場所。 • 數位式電腦(Digital Computer) • 大部分的電腦都是數位式電腦，可以用來處理非連續時變（離散）的文數資料。它可以透過程式控制方式，以非常快的速度進行數學與邏輯運算，並具有高度精確性。本書所介紹的電腦都是數位式電腦。 • 混合式電腦(Hybrid Computer) • 混合式電腦綜合了類比式與數位式電腦的特性，它能夠將類比的量度能力與數位的邏輯處理能力合併。例如接收連續時變的連續物理量，經過處理後，以數位方式來輸出。

1.4.1 電腦的分類 • 三、綜合分類 • 數位式電腦的綜合分類與記憶容量、處理速度、軟體支援度、體積、價格高低等皆有關係，並且可以區分為超級電腦、大型電腦、中型電腦、小型（迷你）電腦、微型個人電腦等。大型電腦IBM 3090 超級電腦Cray T90 個人電腦IBM PC

1.4.1 電腦的分類 • 超級電腦(Super-Computer)： • 超級電腦是性能最強，架構最特殊的電腦，最大的特點就是計算能力超強、速度極快，超級電腦擁有許多的處理器，並組織成處理器陣列，如此便能夠在同一時間內同時進行許多運算。 • 超級電腦的價格非常貴，約在數百萬~數千萬美元，例如 CRAY 公司的CRAY-1、CRAY-2、Cray X-MP、Cray Y-MP8D、Cray Y-MP2E、Cray Y-MP8E、Cray C90、Cray EL、Cray T3D、Cray J90、Cray T90；CDC公司的Star 100、Cyber 205、IBM的Deep Blue、等等都是超級電腦。 • 超級電腦適合用於資料量超大、處理速度要求非常嚴格的應用，例如氣象預報、核彈試爆模擬、DNA模擬解析、航太科技等等。有時候，也會利用其超強的計算能力來解決一些軟體工程無法突破的困難，例如IBM的Blue Deep（深藍）曾在1997年擊敗世界西洋棋王卡斯帕洛夫。 • 超級電腦由於價格昂貴，一般不會大量生產，並且由於應用領域特殊，通常是科學家、氣象單位、軍事單位才會需要使用超級電腦，因此在某些國家，超級電腦被列為管制出口的設備之一。超級電腦 Deep Blue

1.4.1 電腦的分類 • 大型電腦(Large-scale Computer；Mainframe) • 大型電腦一般稱為機架電腦(Mainframe)，大型電腦的指令眾多、記憶容量極大、處理速度也非常快，幾乎一切指標皆僅次於超級電腦。DEC公司的VAX 8800；IBM公司的360、4381、3090；CDC的Cyberg60等都是大型電腦，其價格約在數百萬美元左右。大部分都是銀行、保險業、政府單位等才會使用大型電腦。 • 中型電腦(Medium-scale Computer) • 中型電腦的各項能力比大型電腦又遜色一些，價格也便宜一點，約在數十萬到百萬美元左右。IBM公司的4331、CDC公司的Cyber 171、DEC公司的DEC10、VAX8600等都是中型電腦。使用中型電腦的單位大多是公、民營大型企業、大學、及研究機構。中型電腦VAX 8600

1.4.1 電腦的分類 • 小型電腦(Mini-scale Computer；Mini Computer) • 小型電腦又稱迷你電腦(Mini Computer)，它的價格、效率相較於超級電腦而言，確實非常迷你，約在十萬美元以下，不過卻足以應付大多數中小型企業的需求，因此在某個時期，使用迷你電腦的現象相當普遍。HP公司的HP 3000、NEC公司的NEC 200、DEC公司的VAX780（1-MIPS）等都是迷你電腦。迷你電腦大多是一般中小企業、工廠在使用。 • 工作站(Workstation) • 通常是專為特殊用途使用而設計的電腦，例如專門製造電影動畫特效的3D工作站。由於工作站的價格比迷你電腦便宜許多，因此一度廣受歡迎（在個人電腦效能尚未提昇前），SUN的Sun Ultra、Sun SPARC及IBM的IBM POWER、DEC的DEC ALPHA等都是工作站，工作站的作業系統為UNIX系列，通常在工程或學術單位的計算機中心都可以找到工作站實驗室。迷你電腦VAX PDP-11 Sun Blade 150 工作站

1.4.1 電腦的分類 • 微型電腦(Micro Computer) • 微型電腦的效能最慢，但價格非常便宜，只需數百到數千美元左右，例如神通公司的小神通、Apple公司的 Macintosh、IBM公司的PC XT/AT/386/486/Pentium等等。微型電腦又稱為個人電腦(Personal Computer；PC)，目前大眾言談之間的電腦大多屬於個人電腦。由於個人電腦的價格低、體積小，因此迅速在一般家庭及個人使用中普及。最早期的個人電腦Commodore PET

1.4.2 個人電腦 • 凡是價格便宜、針對個人或家庭設計的電腦都屬於個人電腦(Personal Computer；PC)，它包含了神通公司的小神通、Apple公司的Apple I、II、Macintosh；IBM公司的PC XT/AT/386/486 /Pentium等等。 • 由於IBM在1981年推出IBM PC且將電腦架構公開，因此，各家廠商可以依照其架構製造IBM相容PC，因此使得PC一詞變成了IBM相容PC的簡稱。 • IBM相容PC • IBM在1981年推出了第一代的16位元個人電腦IBM PC，採用Intel的8088微處理器，由於售價便宜，因此，個人電腦隨之流行起來。在1983年，IBM則推出了PC-XT，附帶一個10MB的硬碟，而軟碟片的容量則為360KB。1984年，IBM使用Intel的80286微處理器，推出了IBM PC-AT機種，同時搭配的硬碟容量為20MB，軟碟片的容量則為1.2MB。 • IBM的32位元個人電腦在1987年也誕生了，使用的是Intel的80386微處理器，並且慢慢的將硬碟視為基本配備之一。386 PC根據數學處理器的不同，又分為80386SX與80386DX兩種。 • 1991年，486 PC問世，採用的是Intel 80486微處理器，機型分為80486SX、80486DX、80486DX2，效能上比386進步很多，彩色螢幕也被視為基本配備之一，並且在晚期出現的486電腦，已經可以執行Windows95視窗作業系統。

1.4.2 個人電腦 • IBM相容PC(續) • 早年，由於IBM將公司主力放在大型電腦的研發，個人電腦對於IBM而言，根本就像是玩具一樣，評估後發現也不太具有商機（當然事後證明並非如此），因此，不但將設計架構完全開放（除了保留BIOS的版權），並且將作業系統委託微軟開發，因而造就了下列三項大事。 • IBM相容PC大量出現，組裝電腦大行其道 • 微軟的崛起 • CPU代名詞

1.4.2 個人電腦 • 正如同上述三點，IBM相容PC長期使用Intel的CPU，使得IBM相容PC變成使用CPU做為名稱的現象 • 在Pentium CPU出現之後，相容於IBM PC的各家廠商CPU也推出市場，但市場仍被Intel的CPU大量盤據，因此，我們後來聽到的Pentium電腦、Pentium II電腦、Pentium III電腦、Pentium 4電腦等，都是以使用的CPU來做為電腦名稱的代表。 • 事實上，IBM相容PC的發展，到了晚期變成，Intel先發展新一代的CPU，然後主機板廠商就會立刻設計可以使用該類CPU的主機板，最後搭配各種記憶體、硬碟、周邊等設備就完成了一台新的個人電腦（從CPU出現後幾乎半年內，使用該CPU的個人電腦就會問世）。 • 以Intel而言，在1993年，推出了64位元的奔騰(Pentium) CPU，所以搭配此類CPU的電腦稱之為Pentium電腦或586電腦。而後，在1995年又推出了Pentium Pro CPU，是686電腦的第一代，但銷售並不成功。反而是在1997年推出的Pentium II CPU才是真正686電腦時代的來臨，不過，由於86系列的名詞已被放棄，因此之後的IBM相容電腦都使用Pentium一詞來加以稱呼。在1998年，Intel推出了Pentium III CPU，而在2000年，Intel則推出了Pentium 4 CPU。此外，在Pentium II推出後，Intel為了低價電腦，則另外推出了低價64位元的Celeron與伺服器等級的Xeon等處理器。

1.4.2 個人電腦 • 在Pentium CPU推出時，IBM相容PC的CPU市場已經不再由Intel所獨攬，諸如AMD、VIA等也推出了AMD 5x86、Cyrix 6x86、AMD K6、Cyrix 6x86MX、AMD K6-III、AMD K7、AMD Athlon、AMD Duron、C3等CPU。 • 所以我們現在很難給IBM相容PC一個正確的名詞，一般都只會稱呼該部個人電腦為XX等級的電腦，例如：Pentium III等級電腦，或者只能夠以該部個人電腦使用何種CPU方式來加以描述，並且除了CPU名稱之外，還會加上CPU時脈，例如，電腦教室的PC是Pentium 4 3.6GHz，代表就是這些PC使用的CPU為Pentium 4，時脈為3.6GHz。

1.4.2 個人電腦 • 在2000年之後，IBM相容PC所使用的CPU只剩下AMD（超微）、Intel（英特爾）兩家大廠競爭 • 在2003年之前，不論市場或技術，Intel始終保持大幅領先，在此時段，Intel所採用的Pentium 4以不斷提高時脈的方式來提升CPU的效能 • 當同一時期的Intel Pentium 4對上AMD-Athlon K7時，K7總是敗下陣來，可以說是看時脈就可以決定效能的時代 • 由於產能與生產技術是Intel的強項，因此AMD轉而尋求架構上的突破，而非高時脈的追求。 • 在2003年，AMD 的AMD -Athlon 64(K8)有了突破性的成果 • K8不再追求高時脈，而成功的提升了每個週期的指令處理數量，在市場專業人士的推波助瀾下，時脈不等於效能的觀念終於成形 • 這個改變使得Intel的Pentium 4市場佔有率大幅下降，原本，Intel打算將追求時脈到達5GHz後才尋求新的CPU架構，但由於功耗過大，使得始終無法突破4GHz的門檻。

1.4.2 個人電腦 • 在這個階段中，AMD首先將設計朝向了多核心的設計 • 理論上，越多核心的處理器架構，只要在核心元件間的資料存取方式取得突破，效能就可以大幅提升，K8在多核心的設計上取得了先機，因此，AMD在2004年率先推出AMD Athlon 64 X2 Dual-Core雙核心CPU，隨後又推出了AMD Athlon 64 FX-62。 • 當然此時Intel也體認到多核心設計的重要性，隨後也跟上腳步，提出了Core微架構的CPU，並於2005推出Core 2 Duo/Extreme雙核心CPU（Extreme為可更改倍頻數以降頻或超頻的CPU）。 • 兩家公司近年也推出四核心CPU，分別是AMD Phenom與Core 2 Quadro。

1.4.2 個人電腦 • 值得注意的是，隨著市場的脈動，個人電腦的各種元件變成各家廠商必爭之地，也因此，使得個人電腦的效能大幅提昇，以往負責多人多工的工作站與伺服器，慢慢都被個人電腦所取代。 • 造成這種現象，除了個人電腦硬體效能提昇的因素之外，另一方面則是由於作業系統的支援，例如Windows就發展了Windows NT/2000/XP/2003的Workstation與Server版本，另一方面也出現了FreeBSD及Linux等可以安裝於PC上的Unix作業系統。

第一章 資訊時代