初入計算機概論

計算機概論是所有電腦的基礎

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計算

  • 希臘阿基米德以極限求圓面積

  • 羅馬

    • 羅馬數字：非對位系統
    • 羅馬幾乎失聯了所有的希臘知識
    • 例如他們不知道希臘已經認證的地球是個圓形

  • 阿拉伯

    • 大量的翻譯希臘文獻
    • 阿拉伯 採借了印度的數字符號

  • 歐洲

    • 展開了 十字軍東征 的侵略掠奪得到的寶貝
      • 譯成阿拉伯文的希臘文明遺產
      • 十進制阿拉伯數字與計算法

計算機始的重要人物

  • Blaise Pascal(1623 - 1662)

在11歲時自行發展歐氏幾何，並證明「三角形內角和為 180°」
Pascal在19歲到21歲為了幫助父親課稅，發明了堪稱史上最早的計算機械。
Pascal 24歲，開始進行大氣壓力的實驗， 並發現大氣壓力隨海拔增高而減少的事實，並由此得到大氣層外必為真空的結論，

  • Charles Babbage (1791–1871 )
英國數學家、發明家兼機械工程師。由於提出了差分機與分析機的設計概念，被視為電腦先驅。
  • Augusta Ada Byron (1815-1852)

她是第一位主張計算機不只可以用來算數的人，
也發表了第一段分析機用的演算法。因此，
愛達常被公認為史上第一位程式設計師。

  • Mark I (Howard Aikan )1943
    是美國第一部大尺度自動數位電腦，被認為是第一部萬用型計算機。
    它的生產和設計者（IBM）給它起的名字是全自動化循序控制計算機
    ，哈佛一型是它的使用者哈佛大學給它起的名字。
    哈佛一型是第一部被實作出來的全自動電腦，
    同時與當年的其他電子式電腦相比它非常可靠。
    大家認為「這是現代電腦時代的開端」以及「真正的電腦時代的曙光」。

第一台利用繼電器取代電腦

  • Grace Hopper (1906-1992)

全世界第一套的compiler: A-0

  • 第一個bug

1947 年 9 月 9 日，
哈佛大學 Mark II 電腦的一名工程師團隊記錄了第一個實際的電腦「錯誤」
一隻飛蛾卡在機器的繼電器之間。記錄於 15:45，錯誤昆蟲的遺骸被貼在頁面上，
上面寫著：

“發現錯誤的第一個實際案例。”

電腦先驅格蕾絲·霍珀 (Grace Hopper)是哈佛 Mark II 團隊的成員，
但史密森學會指出，該日誌可能不是霍珀的。然而，她很可能幫助這件事變得出名。

  • ENIAC (計算彈道)1946

世界上第一部可變程式的電子計算機
透過插孔改變指令

  • John von Neumann (1903-1957)

內儲程式的計算機(程式與資料都儲存
在電腦裡面 )IAS computer

  • Neumann 架構

類似list一條list儲存多種資料

  • Alan Turing

他被譽為電腦科學與人工智慧之父。
二次世界大戰期間，「Hut 8」小組，
負責德國海軍密碼分析。 期
間他設計了一些加速破譯德國密碼的技術，
包括改進波蘭戰前研製的機器Bombe，
一種可以找到恩尼格瑪密碼機設定的機電機器

圖靈機，又稱確定型圖靈機，
是英國數學家艾倫·圖靈
於1936年提出的一種將人的計算行為抽象化的數學邏輯機，
其更抽象的意義為一種計算模型，
可以看作等價於任何有限邏輯數學過程的終極強大邏輯機器

打字機

  • QWERTY
    音譯：科蒂鍵盤，是各國通用的現今流行的鍵盤組合
    由1867年10月提出的專利
    QWERTY鍵盤安排次序的原則是
    為了要減少打字機在打字時連
    動杆之間的擠壓及故障發生率的狀況，
    因而要把常用字母隔開

白話點：
是為了讓打字速度不要那麼快
避免打字機故障

但現今技術以解決這項問題
QWERTY組合卻早已廣為流傳
所以是無法輕易改變的

  • Dvorak
    在1930年代期間設計，
    是主流鍵盤排列QWERTY鍵盤的競爭對手
德沃夏克和迪力在研究過字母頻率和手的生理結構之後， 依以下的宗旨設計了這種鍵盤的排列方式
  • 電傳打字機

1949年8月16日台灣正式使用
遠距離列印交換的編寫形式。
電傳既具有電話的快速，
又具有打字機的準確，
尤其是當電文中有資料時，
這種優點表現得特別明顯。
人們普遍認為，
電傳這種通訊方式，
除了具備高效性和精確性之外，
還比電報和電話更為便宜。
電傳是在傳真機普遍使用以前的通訊裝置，
其原理有點近似電報

例如說：我在屏東打字，字會顯示在台北的機器上

GUI

  • Xerox
    Xerox Alto是Xerox PARC（帕洛阿爾托研究中心）
    於 1970 年代開發的電腦系統
    Alto 是第一台具有圖形作業系統的計算機，
    並且基於早期的圖形介面設計而構建
    Alto並未在商業上取得成功，
    但它對未來電腦系統的發展產生了重大影響。
  • APPLE
    • Apple II
      Apple II 由史蒂夫·沃茲尼亞克設計，
      於 1977 年首次推出。
      它是第一款廣泛成功的個人電腦之一，
      具有彩色圖形和擴展槽。(參觀Xerox時學習借鑒)
      吸引了大量的教育和家庭用戶。
      它的開放性設計促進了第三方軟體的發展。
    - Lisa 1983 因為史蒂夫·賈伯斯的第一個女兒叫麗莎·布倫南（1978年出生）， 所以通常推斷這個名字也有個人聯想 該項目始於 1978 年， 旨在打造一個相對於Apple II 為代表的傳統設計的更現代版本 Lisa可說更為先進（同時也更為昂貴）， `這也具體的表現在許多方面，如內存保護，` `協作式多任務處理，基於硬碟的作業系統，` `內置的屏幕保護程序，` `支援紙帶的先進計算器程序，` `支援高達2兆(百萬)字節(即2MB)的內存，` `擴充插槽，和一個更大更高的解析度顯示。` 這些超越時代的設計 - Macintosh 1984 Apple Macintosh（簡稱：Mac） `是蘋果公司在1984年所推出的一款個人電腦，` `是蘋果公司所推出的第二款採用圖形用戶界面的個人電腦產品，` 亦是蘋果公司旗下的麥金塔系列電腦中的第一款產品， `於1984年1月24日發布` 在Mac發布後的一段時間內， 其銷售額曾十分強勁， 在1984年5月時蘋果公司即售出了70,000台Mac， 但好景不長，`從1984年下半年開始`， Macintosh的銷量便一路下滑， 到年底的月銷量已跌至萬台以下， `導致其在次年10月即告停產`。

硬體架構

主要元素

  • 中央處理單元（CPU）：
    負責執行指令、處理數據。架構設計包括CPU的指令集（如x86、ARM）、處理核心數量及其運作方式（單核、多核、超線程等）。
  • 記憶體架構：
    隨機存取記憶體（RAM）：短期存儲數據，提供運行中的程序和系統需要的暫存空間。
    快取記憶體（Cache）：臨時存儲經常訪問的數據，加快CPU訪問數據的速度。
    主存與次存：
    指揮如何管理主存（RAM）與次存（如硬碟、SSD）之間的數據交換。
  • 總線架構：
    連接處理器、記憶體和其他設備的通訊路徑。不同總線（如系統總線、資料總線、地址總線）影響數據的傳輸速度和效率。
  • 輸入/輸出（I/O）系統：
    硬體如何與外部設備（如鍵盤、螢幕、硬碟）互動，設計影響硬體和外部設備之間的數據交換效率。
  • 主板（Motherboard）：
    整個硬體架構的核心，將所有硬體元件互相連接，並確保它們能有效運作。

硬體架構的作用

  • 性能與效率：
    不同的架構設計會直接影響系統的性能。
    例如，多核心架構可以提升並行處理能力，
    快取記憶體的大小和設計可以加快數據存取速度。
  • 兼容性：
  硬體架構必須與軟體系統兼容，
  從指令集架構（ISA）到I/O設備的設計都需與操作系統和應用程序相容。
  • 功耗與散熱：
    現代硬體架構中，
    功耗管理和散熱設計也是重要考量，
    特別是移動設備和伺服器中。

CPU 架構

Memory Unit（記憶體單元）：

  • 元件負責儲存數據和指令，
    CPU通過與記憶體單元進行數據交換來執行運算。
    圖中顯示，記憶體單元與累加器（Accumulator）
    和B寄存器（B Register）進行雙向數據傳輸。
  • Accumulator（累加器）：
    累加器是一種寄存器，
    用來儲存運算的中間結果。
    它通常是算術或邏輯運算中的主要暫存器，
    會接收從記憶體單元讀取的數據，
    並在完成運算後將結果返回到記憶體或繼續進行其他運算。
  • Logic Circuits（邏輯電路）：
    邏輯電路是算術邏輯單元中的核心組件，負責進行各種邏輯運算（如與、或、非、異或等）和算術運算（如加法、減法）。它會從累加器和B寄存器中接收數據，並執行指令。
  • B Register（B寄存器）：
    B寄存器是另一個暫存器，通常用來存放第二個運算數。與累加器配合，B寄存器可以存放需要與累加器中的值進行運算的數據。
  • Control Unit（控制單元）：
    控制單元負責指揮整個CPU的運作，
    發送控制信號來調度ALU進行各項運算。
    控制單元指揮累加器、B寄存器和邏輯電路進行相應操作，
    並與記憶體單元交互數據。