2. 電腦系統
2.1
電腦主要單元
(1). 電腦的相關資料
電腦的名稱
¾ Computer
¾ 計算機 \ 電子計算機
¾ 電腦
電腦的基本構成
¾ 為接受資料、命令，並分析、過濾以迅速處理，然後輸出結果的電子化設備
¾ 包含硬體(Hardware)及軟體(Software)，兩者互相搭配，才能有效運作:
硬體: 組成電腦的各項機械、電子設備 軟體: 用以控制電腦動作的指令、程式
(2). 電腦的 5 大單元 (p. 1)
輸入單元(Input Unit)：
¾ 為資料輸入電腦的管道
¾ 輸入資料時，輸入單元會將這些資料轉換成電子訊號才傳送至電腦內部處理 (如: 鍵盤、滑鼠、讀卡機、光筆、條碼閱讀機、掃瞄器)
記憶單元 (Memory Unit )：
¾ 是電腦存放程式與資料的地方。
¾ 包含主記憶體及輔助記憶體兩種:
主記憶體用來儲存處理中的程式和資料(如 RAM)
輔助記憶體則是用來儲存暫時不用的程式和資料(如: 硬碟機、軟碟機、光碟機)
控制單元 (CU, Control Unit)：負責控制、協調電腦各單元間的相互運作
算術與邏輯單元(ALU, Arithmetic/Logic Unit)：是電腦執行算術運算、邏輯判斷單元
輸出單元(Output Unit )：電腦輸出資料的管道 (如:螢幕、印表機、喇叭、繪圖機)
(3). 馮鈕曼架構 (Von Neumann Architecture)
前述電腦硬體的五大單元架構就是馮鈕曼架構 (Von Neumann Architecture) (p. 2)
五大單元架構的運作方式 (p. 3)
(4). 電腦的儲存單位
電腦儲存資料基本單位為位元(bit)，8 個位元則稱為 1 個位元組(Byte)
電腦儲存設備都以位元組為資料存取的單位：
¾ 1 Kilo Bytes (KB) = 210 Bytes = 1024 Bytes
¾ 1 Mega Bytes (MB) = 220 Bytes = 1024 KB
¾ 1 Giga Bytes (GB) = 230 Bytes = 1024 MB
¾ 1 Tera Bytes (TB) = 240 Bytes = 1024 GB
Kilo、Mega 的換算問題
¾ 目前仍以 1024 為換算單位 (但公制單位，應用 1000 為計算單位)
2.2
電腦的演進與種類
(1). 電腦的演進 (p. 4)
電腦先驅 － 差分機與分析機 (十九世紀) (p. 5~6)
第 1 代電腦 (1946 ~ 1953) (真空管電腦)
¾ 1946，ENIAC (Electronic Numer ical Integr a tor And Computer)
¾ 真空管的缺點: 真空管的壽命短、不易散熱、易故障
第 2 代電腦 (1954 ~ 1963) (電晶體電腦)
¾ 1954，貝爾實驗室
第 3 代電腦 (1964 ~ 1970) (積體電路電腦)
¾ 1964，IBM 使用積體電路(IC, Integrated Circuit)研製 IBM 360 系列電腦
第 4 代電腦 (1971 ~ 現在)
¾ 高密度 IC『超大型積體電路 (VLSI, Very Large Scale Integrated Circuit)』
¾ x86 是目前個人電腦中最廣為使用的架構:
Intel 8088、8086、80286、80386 (Pentium、Celeron)、80486、Athlon
未來趨勢 － 第 5 代人工智慧電腦
¾ 使用極大型積體電路、人工智慧、平行處理等技術
¾ 能了解人類的口語，具有推理、累積知識能力的電腦
¾ 類神經網路(Neural Network)、機器學習(Machine Learning)
¾ 模糊邏輯(Fuzzy Logic)、影像辨識(Pattern Recognition)
¾ 自然語言瞭解(Natural Language Understanding)..
(2). 電腦的種類
分類
¾ 可依電腦依其功能、速度、價格、體積等因素,
¾ 大致上可區分為微電腦、工作站電腦、迷你電腦、大型電腦、超級電腦等。
微電腦(Microcomputer)
『個人電腦』 (PC, Personal Computer)，體積小、價格低、容易使用
¾ All-in-One PC
¾ 筆記型電腦
¾ 平板電腦:
(1) 一種外型類似筆記型電腦，但螢幕可翻轉摺疊成一塊平板狀 (2) 一種則是只有單一板塊，不具備鍵
¾ 輕省型筆記型電腦
z PDA (Personal Digital Assistant, 個人數位助理) z Eee PC: 成功達成低價、輕薄、好攜帶的特性
z 輕省型筆記型電腦: 方便攜帶的上網工具，所以也稱為 Netbook。
¾ 掌上型攜帶式電腦 － PDA
z PDA 以觸控筆進行操作與輸入
z PDA 結合手機、GPS (Global Position System, 全球衛星定位系統)等功能 z PDA 使用嵌入式系統 (Embedded System)
z PDA 上面常用的嵌入式作業系統有:
Windows Mobile (亦稱 Windows CE)、Palm OS、Linux
工作站電腦 (Workstation)
¾ 功能與價錢超出個人電腦許多，設計重點與個人電腦不相同
¾ 工作站皆有其特色，有的著重繪圖功能，有的則著重大量資料的處理能力
¾ 通常提供工程單位與科技研究單位使用。
迷你電腦 (MiniComputer)
¾ 通常使用在企業或學術機構，常為大型電腦的替代品
大型電腦(Mainframe)
¾ 外觀巨大，價格高，只有大型企業或組織才負擔得起這些費用
¾ 內部通常有數十顆到數百顆 CPU 同時運作，可快速處理大量的資料 (如銀行的金融處理、航空公司的定位系統等)
¾ 大型電腦因其商務需求，重視整體運算的效能，並強調穩定、安全。
¾ 特點—穩定性(Reliability)、可靠性 (Availability) 及可服務性 (Serviceability)
超級電腦(Supercomputer)
¾ 主要用在高科技研發或軍事應用上面，其特色是具有超高速的運算能力 (如氣象局、軍事單位、研究單位)
分散式運算
¾ 追求更高的運算能力
¾ 如果集合數千、數萬部個人電腦一起運算，那麼速度可就不輸超級電腦了
2.3
電腦的應用
(1). 機器人方面
簡介
¾ 變形金鋼 (Transformer): 行動自如，變換身形且具有思考的能力
¾ 全世界第一家機器人製造商 Unimation Inc. 成立之後，包括史丹佛大學, 麻省理 工學院, 日本一橋大學等, 都特別成立實驗室研究。..
電子玩偶
¾ 現有產品
SONY 公司出品的 AIBO 寵物狗 QRIO 人形機器人
Honda 公司的人形機器人
美國 iRobot 公司出品的 Roomba 吸塵器機器人 Mitsubishi 公司出品的 Wakamaru 家用機器人等等
¾ 功能:
從以前僅會走路，發展到能夠拿球投籃，跳民族舞蹈與街舞了
¾ 比賽:
(1) 機器人格鬥 (2) 機器人走迷宮
(3) (LEGO Education)與國際奧林匹克機器人委員會所合辦的國際奧林匹克機器 人大賽 (World Robot Olympiad)
FIRA (Federation of International Robot-soccer Association) 國際機器人足球聯盟 所舉辦的 FIRA 機器人足球錦標賽...等
(2). 電腦
光學電腦 (Optical Computer)：
¾ 光學電腦使用光線取代電流
¾ 以不同的波長來表示不同的數據，並改用光學元件來傳送、計算與儲存訊號
DNA 電腦 (DNA Computer)：
¾ 在 DNA 內記錄資訊
¾ 利用基因代碼的生化反應進行運算
量子電腦 (Quantum Computer)：
¾ 將量子力學的原理應用到資訊的運算與處理
¾ 例如量子電腦是利用粒子的量子態 (如基態與激發態) 來代表 0 與 1
2.4
綜合練習
(1). 簡單問答
請說明電腦的定義與用途。
請簡述電腦硬體架構的 5 大單元。
請說明電腦硬體 5 大單元的運作原理。
請簡述何謂嵌入式系統。
如果一個中文字需要佔用 2Bytes 空間, 請計算 10 GB 磁碟可以存放多少個中文字。
請說明電腦儲存資料的單位與換算方式？
何謂分散式運算？
何謂 x86 架構？
