1.2 霍金：「人類文明正活在電腦程序之中」

電腦時代來臨

　　你知道嗎？多年前的電腦元件如大拇指般大小，追求極致的工程師們，現在已經將電腦元件進化到比針尖還小了！上一章節我們談論到早期的機械式計算工具的發展，雖然那些都不是一部真正的電腦，但卻帶來電腦設計上不同的想法，以利後續電腦發展得更為順利，接下來讓我們一起來看看電腦時代的來臨吧！

第一代電腦 1943-1958｜真空管時期

  • 第二次世界大戰期間，美國軍方要求賓州大學的毛琪雷（Dr.John W.Mauchly）博士與他的學生愛克特(J.Presper Echert)設計一部用來計算砲彈彈道的機器。於是在1946年，他們製造了第一部以真空管取代繼電器為電子元件的自動電腦「ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Calculator）」。

真空管是什麼？
真空管是一種在電路中控制電子流動的電子元件，
參與工作的電極被封裝在一個真空的容器內。
但隨著時代發展，真空管已經不一定是真空的囉！

  • ENIAC 使用了18800個真空管，長50英呎，寬30英呎（大約42坪），所有的程序都是用「機械碼」（關於1跟0組成的機器語言與其階級將於第2.1章與第6.1章介紹更多）撰寫，並以硬體上的變化做為依據。雖然他的計算速度飛快，能在一秒內計算4500次的加法運算。但在運作過程中它產生大量的熱量容易造成損壞且非常消耗電力。除此之外，真空管的消耗率也極高，每15分鐘就可能燒掉一支，且須再花15分鐘以上才能找出壞掉的管子，使用上極為不便。

  • 繼 ENIAC 被發明後，美國數學家馮紐曼（Dr. John Von Neumann）提出將程式儲存在電腦記憶體的重要概念，也就是馮．紐曼模型（Von Neumann model），後來完成的 EDSAC 和 EDVAC，都是採用這個原理。

第二代電腦 1959-1963｜電晶體時期

  • 1948年美國貝爾實驗室的科學家 J.Bardeen、H. W. Brattain 和 W. Shockley 共同發展出電晶體，這項發明給一般的電腦帶來極大的影響。它的大小只有真空管的二十分之一，且耗電量及散熱量都少了很多，使電腦的體積更小、更輕、更省電，故障率更低，計算能力更快。貝爾實驗室製造的第二代電腦 TX-0，便是使用800個電晶體所製造出來的。

電晶體是什麼？
由半導體材料組成，至少有三個對外端點（稱為極），
可以用於放大、開關、穩壓、訊號調變和許多其他功能。

  • 這個時代除了電晶體的應用外，編寫程式系統（Programming System）也被發展出來，正式現在所說的「高階程式語言」(關於程式語言的階級將於第6.1章介紹更多)，它能編譯轉換人類語言與機器語言。讓工程師不須再自己去應付機器，對未來的資訊工業有重大影響！

第三代電腦 1964-1971｜積體電路時期

  • 1958年傑克（Jack St. Clair Kilby）和羅伯（Robert Noyce），以「矽」為材料發明了「積體電路（IC， Integrated Circuit）」。

積體電路是什麼？
是一個大小約一毫米的東西，將所有電子元件（電晶體、電阻、電容、二極體等）集合在上面。
一個一公分平方的晶片就可以存放相當於一份報紙的字數。

  • 1964年4月1日，美國IBM公司向全世界宣佈，以積體電路成功研製IBM SYSTEM-360型電腦，這是第三代電腦的開始。積體電路使電腦體型更小且輕便，速度又快了幾百倍。除此之外，使用三千三百萬個小時後，才可能發生故障，所以耗用能源少，成本更為低廉。

第四代電腦1972-至今｜超大型積體電路時期

  • 1975年，超大型積體電路（VLSI，Very Large Scale Integrated Circuit）被完成，一片積體電路晶片可以裝進數萬個電子元件，它讓電腦的體積小了數百倍，但計算速度卻快了千倍。而以晶片製造的電腦就是現在的個人電腦（PC）。

積體電路的大小？
是指容量，看看一片積體電路晶片可以容納多少電子元件！
- 小型積體電路（SSI）：數十個電子元件
- 中型積體電路（MSI）：數百個電子元件
- 大型積體電路（LSI）：一千多個電子元件
- 超大型積體電路（VLSI）：數萬個電子元件

電腦時代比較表

小結：第五代電腦的發展？

　　從這個章節我們可以看到電腦的快速發展，而第五代電腦的發展是什麼呢？其實第五代電腦在1982年就被日本科學家提出，此代的電腦正是屬於人工智慧（AI，Artificial Intelligenec）的時代。目的是開發一部電腦能擁有超級電腦的運算效能和可用的人工智慧。研發人工智慧是要將人類解決問題的一連串步驟化繁為簡，利用程式設計的方法，把過程公式化以處理問題，簡單來說就是要把電腦變成人。究竟我們未來的生活會變得如何，你、我都是參與者！

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