電腦的歷史發展
在本世紀人類歷史演進中，電腦 (Computer，又稱電子計算機) 確實對我們的日常生活增加不少便利，特別是將人類的思考方向與邏輯往前進展的更具前瞻性。生活在過去的年代不懂文字，常被人譏為文盲，然而在現在的社會中不了解電腦，只怕會被看做文明智障，所以不論是針對考試或是在實務上，我們都需對電腦的演進及組織架構有大致的了解。
一、 前言：開路先鋒 --- 先人的智慧
- 三千多年前的 中國人 發明了『 算盤 』。
- 三百年前， 法國的一位數學家 巴斯卡 利用齒輪推動的原理發明了『 加法器 』。
- 西元1673年德國人萊布尼茲(Gottfried van Leibniz)改良加法器，利用連續加法做乘法運算。
- 西元1801年法國人約瑟夫•傑夸德(Joseph Jacquard)發明使用打孔卡片(Punched carboard card)控制的自動化織布機。對未來電腦的發展引進兩個重要的觀念：一、資訊可以在打孔卡片上編碼(Coded)；二、資訊可以儲存在卡片上，而且當這些卡片成串的組合在一起，就可以做為一連串的指令 - 實際上也就是程式。
- 西元1820年法國人湯姆斯改良萊布尼茲的機器，可做加、減、乘、除運算。
- 西元1833年英國數學家劍橋大學的查理•巴貝基(Charles Babbage)完成一部差分機(Difference engine)，爾後並完成一部功能更強的機器，稱為分析機(Analytical engine)，這一部機器在觀念上與現代電腦極為相似，對計算機貢獻良多，因此被尊稱為「電腦之父」。至於分析機的有些構思是來自其密友兼同事 - 蘿蕾斯伯爵夫人(Countess of Lovelace)，即詩人拜侖(Byron)的女兒艾達•奧古斯塔(Ada Augusta)的驚人見解。她被公認為"程式設計的鼻祖"(The first programmer)，她所研究就是一種用來送入分析機，並能使這部機器執行工作的指令。
- 西元1890年，美國政府授命赫勒里斯製造一部機器，來協助執行1890年美國人口普查工作。這部機器是以打孔片儲存資料，而且是由電力帶動的。由於這部機器的協助，人口普查的統計結果只花了三年的時間就完成了(如1880年度的人口普查資料花了七年的時間才統計完成，而且官員們還擔心著是否會遺漏了其中某些的細節)。
這些發明只是用來輔助計算的工具，它們都沒有記憶與儲存資料的功能， 因此不能稱為 『 電腦 』。
二、發展史：世界上第一部『 電腦 』是由 美國人毛琪雷與愛克特在 1946 年發明。隨著電腦科技之進步，『 電腦 』已由龐然大物演變到現在的微型電腦，也就是我們所稱的 個人電腦 ( Personal Computer ) 簡稱 PC。
第O代電腦(1939~1946) ：
電腦的試作機為1944年艾肯教授所完成的哈佛大學的 ASCC-MARK-I 。在MARK-I中，使用了3，000個以上的繼電器 (Relay)和多量的齒輪，MARK-I為電氣機械式的電腦。MARK-I 採用的構想與今天的電系統的構想，幾乎相同 。為執行計算，事先排定指令，編製程序手冊，並將它轉換於紙帶上，成為打孔的組合，指示機械，如此使機械能依循程序 手冊，實行計算。這種處理方式稱為，自動逐次控制方式。
第一代電腦(1946~1958)--真空管時期 ：
1946年，美國賓州大學的毛琪雷(Dr.John W.Mauchly)與愛克特(J.Presper Echert)，製造了第一部以真空管為電子元件的自動電腦， 稱為ENIAC(是Electronic Numerical Integrator And Calculator 的縮 寫，它的長度為50呎，寬30呎(佔地約42坪)，重30噸，共用了18800個 空管，是真空時期，也是第一代電腦的開始。ENIAC處理資料的媒體為打孔卡 片；計算機 讀進卡片的形式。乃遵循人類給予計算機的指令流程去做 的，也就說係採用插線 盤方式的。 但因人類可給予機器的指令種類及數量，是有限制的，因此無法要求其處理高水準的工作。
公元1945年，范諾曼(Dr. John Von Neumann)乃將作為控制方式的程式(Program)全部記憶於計算機的內部。這種將程 式記憶於電腦，以執行計算處理的方式，稱為內藏程式方式 (Stored Program Method)。公元1949年劍橋大學所完成的EDSAC，及1952年由賓州大學所完成的EDVAC等計算機都是採用此種原理。
自1952年 代就進入實用化時 代，在美國 經過試驗研究階段 後，電腦就成為商品出售，因而在民間企 業也開始使用。
第二代電腦(1958~1963)--電晶體時期 ：
隨電子科技的快速進步，電子元件由真空管進步電晶體(Transistor) 其大小只有真空管的二十分一，耗電量及散熱量都少了很多，1954年遂有了以電晶體代替真空管的電製造成功，是第二代電腦的開始。 在記憶單元使用磁心，亦為本時代的特徵之一。
由於全面性的 使用 電晶體，以及電腦內部的回路理論的發 達等，促進了演算或記憶的高速化和安 定化。在電路單元，使用真空管和使用電晶體，其性能和安定性方面有很大的差異。真空管的壽命比較短暫，與此比較電 晶體，其性能和安定性方面有很大的差異。真空管的壽命比較短暫，與此比較電晶體的壽命幾乎等於半永久的，其信賴 性也比真空管高100倍，從這些事實察知，電腦也迎接了電晶體的黃金時代。在此時代，出現了配合使用目的各種電腦，也就是製出 科學技術計算處理用，事務資料處理用，或能處理兩者的通用電腦。
這時代的特色乃為編寫程式系統(Programming System )的運用。由於編寫程式系統的出現，那麼對於指揮電腦運轉的程式(處理程序手冊，程式)的編寫成為更容易。 編寫程式系統未被運用以前，人類以機器語言編寫程式。機器語言就是電腦所能理解的語言，是一種既繁雜又難於 應付的語言。因此，人們遂以人類容易了解的語言編寫一種程式，將人們所要處理的問題的程式語言轉換為機器語言， 然後再將機器語言轉換為人理的問題的程式語言轉換為機器語言，然後再將機器語言轉換為人類容易了解的語言。這 種編譯轉換語言的工作，交由電腦處理，就是編寫程式系統。 這時期，同時也啟用了一種適用於多種企業的共通業務 的應用程式(Application Program)。
至第二代的後半期，子出現了資料通信系統，這系統在第三代有更佳的發展，同時也被實際利 用於各種不同範疇。 例如火車和飛機訂座位系統，暨人造衛生追蹤系統等均屬採用資料;通信系統的形態者。 利用資料通信系統，作即時的資料處理者，稱為線上即時處理(On-line Real-time System)。
第三代電腦(1964~1971)--積體電路時期：
電晶體的時代維持了十年，1964年4月1日，電腦界的巨無霸－美國IBM 公司向全世界宣佈，使積體電路(IC， Integrated Circuit)研製成功IBM 360型電腦，是第三代電腦的開始，電腦的速度又快了幾百倍。
積體電路為，一個大小約1公厘(mm)四方的東西 ， 其中排組了電晶體或二極 體(Diode)、電阻等電路，如將其擴大時則如照片的下 方所示者，其衵排組了約20 個電晶體，40個電 阻或電容器(Condenser)等性能的電路。由於採用積體電路，電腦的體型便顯得輕巧玲瓏了。但 是其更大的優點為促進電腦的高性能化，高信賴化，動作的高速化。電腦有各種各樣的規模，所謂規模之不同，係表示其演算速度，記憶容量，或事務 處理能力等各有差別。
第四代電腦(1972~)--超大型積體電路時期 ：
由於電子工業的技術突飛猛進，積體電電路也不斷的改良，一片積體電晶片(Chip)原先只能容納數十個電子元件的功能(所謂一個電元件就是原來一個真管或電晶體)，稱為小型積體電路(Small Scale Integrated Circuit，簡稱SSI)。後來一片積體電路晶片能容納數百個電子元件，稱為中型積體電路(Medium Scale Integrated Circuit，簡稱MSI)。等到一片積體電路晶片能容納一千多個電子元件，稱為大型積體電路(Large ScaleIntegrated Circuit，簡稱LSI)(注意：所謂大型是指容量大，而不是體積大)。1970年以後，己經能在一片積體電路晶片上容納數千個甚至數萬個電子元件，就稱為超大型積體電路(Very Large Scale Integrated Circuit，簡稱VLSI)。一般習慣上，將1970年以後使用VLSI的電腦稱為第四代電腦。
1971年，英特爾公司的首次宣布單片4位微處理器4004 試製成功，它所採用矽片為10.6平方毫米，積體度達到相當於 2，200個昌體管數。從此，揭開了微型機發展的帷幕。 微型機以小巧的身軀、靈活的方式和低廉旳價格，迅進入了辨公室、商店、工廠、實驗室和家庭，幾乎無處不有它的身 影。1973年，英特爾公司又宣布研製成勁8住微處理器8080， 使單片的隼成度提高到4800 個晶體管。
第五代電腦(1990以後)--未來：
目前各先進國家(如日本、美國，由日本在1982年率先提出)正研突可處理聲音，具有人工智慧，能夠累積知識。此代的電腦屬於人工智慧(Artificial
Intelligenec，簡稱
AI)的時代，又稱超導體電腦時代，或稱有機電腦時代，統稱無電腦時代；它是以超導體、砷化鎵或生物晶片等全新的技術所開發的電子元件為主，體積更小，處理速度更快。而具有知識處理能力，能聽、能看、會說話、也會思考，更具自行學習與推理能力的第五代電腦，將會是屬於未來的電腦。
電腦發展年代比較表：
| 項目/代別 | 第 一 代 | 第 二 代 | 第 三 代 | 第 四 代 |
| 年 代 | 1946 ∼ 1954 | 1954 ∼ 1964 | 1964 ∼ 1969 | 1970 年以後 |
| 電子元件 | 真空管 | 電晶體 | 積體電路 | 超大型積體電路 |
|
執行速度 單 位 |
毫秒(10-3秒) ms |
微秒(10-6秒) us |
奈秒(10-9秒) ns |
微微秒(10-9~10-13秒) ps |
|
記憶容量 單 位 |
1K ~ 4K Bytes |
4K ~ 32K Bytes |
32K ~ 3M Bytes |
3M Bytes 以上 |
|
處理速度 (指令/秒) |
2千(2x103個) | 1百萬(106)個 | 1千萬(107)個 | 1億(108)個 |
| 主記憶體 | 磁鼓、磁蕊 | 磁 蕊 | 磁蕊、半導體 | 半導體、磁泡 |
| 輔助媒體 | 打孔卡片 | 磁帶、磁碟 | 磁帶、磁碟 | 磁碟、半導體 |
| 語言發展 | 機器語言 |
組合語言 COBOL FORTRAN |
BASIC、RPG等 結構化高階語言 |
應用導向語言， 如C語言、PASCAL 語言 |
| 可 靠 性 | 低 | 高 | 略 高 | 較 高 |
| 耗 電 量 | 多 | 少 | 較 少 | 更 少 |
| 體 積 | 龐 大 | 小 | 較 小 | 更 小 |
|
電子元件 大 小 |
大姆 指 | 鉛筆的橡皮頭 | 0.5mm 鉛筆心 | 比針尖小 |
| 用 途 | 科學計算用 | 科學用 事物用 |
科學應用 事務用 科學控制用 |
各行各業多種用途 |
註：處理速度
1毫秒(millisecond：ms) = 10-3秒
1微秒(microsecond：us) = 10-6秒
1奈秒(nanosecond：ns) = 10-9秒(又稱毫微秒)
1微微秒(picosecond：ps) = 10-12秒
三、功能區分：電腦的發展過程也可以利用使用功能或儲存容量來區分，可分為下列幾類。
- 超級電腦(Super Computer)：專供大型運算，且速度至少在500MIPS以上。MIPS(Million Instruction Per Second)指每秒CPU所能處理的百萬指令。另外記憶體的容量在1千萬字元以上(10MB)。這是功能最強大、速度最驚人、體積亦龐大的電腦，價格在億元左右。由於個人電腦在價格上日愈低廉，而功能及穩定性上日愈強大，所以利用個人電腦和網路架構，如16至32台以上個人電腦，亦可形成一部超級電腦。
- 中大型電腦(Medium-scale & Large-scale Computer)：字元結構在32位元(bit)以上，且可以同時連接多種輔助記憶體，且處理速度在1至50MIPS之間。主記憶體的容量在100萬字元以上(1MB)。一般適用於研究機構、國防單位或大型企業等，價格在數百萬乃至數千萬之間。
- 迷你電腦(Mini Computer)：迷你電腦的設備和大型電腦相似，包括了主機、磁帶機、磁碟機、讀卡機和作為I/O用的終端機，例如王安電腦就是以迷你電腦為其主力產品。其計算機結構(Computer Architecture)已經設計成容許許多人同時使用(透過網路)，一般用於學校、中小型企業等，價格在數十萬到數百萬之間。
- 微電腦(Micro Computer)：所謂微電腦(micro computer)則是將微處理機接上必要的記憶裝置和輸入輸出設備，如此便是一部完整的微電腦了，如 IBM PC 。所謂微處理機(Microprocessor)即一般所稱之 CPU；若把 ALU與 CU 的電路燒製在同一矽晶片上，即稱為微處理機，如Z-80就屬於 8位處理機。是目前最普級、價格最大眾化的電腦。
各型電腦性能比較表：
| 超級電腦 | 大型電腦 | 中型電腦 | 迷你電腦 | 微 電 腦 | |
| 價 格 | 最 貴 <---------------------------------> 最便宜 | ||||
| 體 積 | 最 大 <---------------------------------> 最 小 | ||||
| 字 的 長 度 | 最 長 <---------------------------------> 最 短 | ||||
| 準 確 度 | 最 高 <---------------------------------> 最 低 | ||||
| 指 令 數 量 | 最 多 <---------------------------------> 最 少 | ||||
| 使 用 程 度 | 最不普遍 <---------------------------------> 最普遍 | ||||
| 記憶體容量 | 32MB | 12MB | 2MB | 1MB | 64KB |
| 處 理 速 度 | 10-9秒 | 10-9秒 | 10-8秒 | 10-6秒 | 10-6秒 |
| 作 業 方 式 | 分 時 | 分 時 | 分 時 | 分 時 | 不具分時 |
| 代 表 機 型 | CRAY-1 |
IBM 370/168 |
DEC-10 IBM 360 |
PDP-11 HP 3000 |
APPLE-II |
(資料來源：陳榮方之強棒計算機概論)
附錄:電腦發展大事年表(1946--1984)
年份
大事記要
| 公元前3000年 | 中國人發明算盤，人類最早使用的正式計算工具。 |
| 1642年 | 法國人布雷斯•巴斯卡發明加法器，稱為巴斯卡機(Pascaline)，可說是機械時期的開始。 |
| 1673年 | 德國人萊布尼茲(Gottfried van Leibniz)改良加法器，利用連續加法做乘法運算。 |
| 1801年 | 法國人約瑟夫•傑夸德(Joseph Jacquard)發明使用打孔卡片(Punched carboard card)控制的自動化織布機。 |
| 1820年 | 法國人湯姆斯改良萊布尼茲的機器，可做加、減、乘、除運算。 |
| 1833年 | 英國數學家劍橋大學的查理•巴貝基(Charles Babbage)完成一部差分機(Difference engine)，爾後並完成一部功能更強的機器，稱為分析機(Analytical engine)，對計算機貢獻良多，因此被尊稱為「電腦之父」。 |
| 1890年 | 赫勒里斯以打孔片儲存資料並用以處理1890年美國人口普查工作。 |
| 1894年 | 赫勒里斯設計了與今日計算機所用形式完成一樣的80欄卡片。 |
| 1896年 | 赫勒里斯成立列表機公司(Tabulating Machine Company)，為現在IBM前身。 |
| 1911年 | 赫勒里斯的公司與其它的許多公司合併。 |
| 1924年 | 赫勒里斯的合併公司，又經過改組且變更名稱為國際商業機器公司(International Bussiness Machines Corporation，IBM)。 |
| 1930年 | 愛德華州立大學的阿塔那索夫教授是第一個設計並製造電子數位計算機的人。 |
| 1844年 | 哈佛大學的艾肯教授製造完成MARK-I計算機，以繼電器為主要元件。 |
| 1946年 | 美國賓州大學的毛琪雷與愛克特製造完成第一部數位電子數字積分計算機(Electronic Numeric Integrator and Calculator；ENIAC)在美國建造完成；是第一代電腦的開始。 |
| 1947年 | 美國計算機協會(ACM)成立。 |
| 1947年 | 英國完成了第一個存儲真空管。 |
| 1948年 | 貝爾電話公司研製成半導體。 |
| 1949年 | 英國建造完成世界第一部內儲程式計算機"延遲存儲電子自動計算機"(Electronic Delay Storage Automatic Calculator；EDSAC)。 |
| 1950年 | 美國製造世界第二部內儲程式計算機(Electronic Discrete Variable Automatic Computer；EDVAC)。 |
| 1950年 | "自動化"一詞第一次用於汽車工業。 |
| 1951年 | Sperry Rand 公司建造了世界第一部商用電子自動計算機UNIVAC-1(UNIVersal Automatic COmputer)。 |
| 1951年 | 美國麻省理工學院製成磁心。 |
| 1952年 | 第一台"儲存程式計算機"誕生。 |
| 1952年 | 第一台大型電腦系統IBM701宣布建造完成。 |
| 1952年 | 第一台符號語言翻譯機發明成功。 |
| 1954年 | 電晶體取代真空管，是第二代電腦的開始。 |
| 1954年 | 第一台半導體電腦由貝爾電話公司研製成功。 |
| 1954年 | 第一台通用數據處理機IBM650誕生。 |
| 1955年 | 第一台利用磁心的大型電腦IBM705建造完成。 |
| 1956年 | IBM公司推出科學704電腦。 |
| 1957年 | 程式設計語言FORTRAN問世。 |
| 1959年 | 第一台小型科學計算機IBM620研製成功。 |
| 1960年 | 數據處理系統IBM1401研製成功。 |
| 1961年 | 程式設計語言COBOL問世。 |
| 1961年 | 第一台分系統電腦由麻省理工學院設計完成。 |
| 1963年 | BASIC語言問世。 |
| 1964年 | 積體電路取代電晶體，是第三代電腦的開始。 |
| 1964年 | 第三代電腦IBM360系列製成。 |
| 1965年 | 美國數字設備公司推出第一台小型機PDP-8。 |
| 1969年 | IBM公司研製成功90列卡片機和系統--3電腦系統。 |
| 1970年 | 超大型積體電路的使用，是第四代電腦的開始。 |
| 1970年 | IBM系統1370電腦系列製成。 |
| 1971年 | 伊利諾大學設計完成伊利阿克IV巨型電腦。 |
| 1971年 | 第一台4位元微處理機Intel 4004由英特爾公司研製成功，是微電腦的開始。 |
| 1972年 | 8位元微處理機Intel 8008發表。 |
| 1972年 | 微處理機基片開始大量生產銷售。 |
| 1973年 | 第一片軟磁碟由IBM公司研製成功。 |
| 1975年 | ATARI--8800微電腦問世。 |
| 1976年 | 16位元微處理機TMS 9900發表(Texas Instrument)。 |
| 1977年 | 柯莫道爾公司宣稱全組合微電腦PET--2001研製成功。 |
| 1977年 | TRS--80微電腦誕生。 |
| 1977年 | 蘋果--II型微電腦誕生。 |
| 1978年 | 超大型積體電路開始應用。 |
| 1978年 | 磁泡存儲器第二次用於商用電腦。 |
| 1978年 | 英代爾(Intel)公司正式推出八位元的8088中央處理器。 |
| 1979年 | 夏普公司宣布製成第一台手提式微電腦。 |
| 1979年 | 英代爾(Intel)公司正式推出十六位元的8086中央處理器。 |
| 1981年 | 美國Osborne公司推出第一部手提式 電腦- Osborne1。 |
| 1981年 | 32位元微處理機Intel IAPX 432發表。 |
| 1982年 | 英代爾(Intel)公司正式推出第一個真正十六位元的80286中央處理器。 |
| 1982年 | 微電腦開始普及，大量進入學校和家庭。 |
| 1984年 | 日本電腦產業著手研製"第五代電腦"---具有人工智慧的電腦。 |
| 1985年 | 英代爾(Intel)公司正式推出三十二位元的80386DX中央處理器。 |
四、電腦的特性：
- 速度快
- 儲存容量大
- 準確性高
五、計算機(Computer)與計算器(Calculator)：
- 計算器一般只用來做簡單的數值運算；電腦可做複雜的數值與非數值的運算。
- 計算器為人工逐步操作，逐步產生結果；電腦可用預先編寫的程式來控制，做連續的、快速的、大量的資料處理，產生結果。
- 計算器幾乎沒有儲存單位，縱然有也是少量的；而電腦則有龐大的儲存媒體。
- 計算器只能用按鍵輸入資料，與簡單的顯示、印字設備；電腦則有多方面、高效率、高速輸出輸入設備。
- 計算器之作業功能少而單純；電腦系統之作業功能多且完整。
六、電腦的發展趨勢：
- 體積愈來愈小
- 記憶容量愈來愈大
- 速度愈來愈快
- 準確性愈來愈高
- 功能愈來愈多
- 耗電量愈來愈省
- 價格愈來愈便宜
(資料來源：陳榮方之強棒計算機概論)