統整 CH1

Turing model

1.Turing model由Alan Turing於1937年提出適用於普通的計算裝置
2.Alan Turing提議所有的計算都可被特別種類的機器所執行,我們稱它為Turing model

• Data processors(資料處理器)

         1.電腦就如同黑盒子一般,接受一個輸入的資料會處理接著創造且輸出資料
          2.雖然這個Alan model可以定義電腦的功能,但是太普通了

• Programmable data processors(程序控制資料處理)

         1.Turing model對普通電腦是一個很好的模式,這個模式對特殊運算機器增加了額外的元                素,那就是程式
          2.程式是命令的集合,可以告訴電腦要對資料做什麼

• The universal Turing machine(普通的Turing機器)

         1.這個機器如果有給予適當的程式它就可以做任何運算
          2.它可以證明超級電腦與普通電腦可以做相同的事情,前提是我們必須給予它們相同的資料與程式

von Neumann Model

電腦在von Neumann model的基礎下把資料儲存於記憶體裡

在1944-1945年John von Neumann提出程式與資料的邏輯都是一樣的,所以程式也可以被儲存於記憶體裡

• Four subsystems(四個子系統)

        von Neumann model把電腦硬體分成四個子系統分別為

          1.記憶體

          2.算術邏輯單元

          3.控制單元

          4.輸入輸出

• The stored program concept(程式儲存觀念)

       1.von Neumann model說明程式也可儲存於記憶體裡
          2.與早期電腦不一樣的地方在於資料室儲存於記憶體裡的
       3.現代電腦的記憶體主要儲存程式與相吻合的資料
            4.程式與資料都是以二進位方式儲存於記憶體,是一連串的0與1

• Sequential execution of instruction(命令的序列執行)

          1.程式在von Neumann model裡是由命令的有限數字組成,在這模式裡,控制單元從記憶體                裡拿一個命令譯解並執行它          2.命令是一步一步執行的          3.命令可以要求控制單元跳至先前或下面隨意的命令,但是這並不代表命令不是一步一步              執行的          4.電腦基於von Neumann model規定程式是連續執行的          5.現今的電腦以這種方式執行程式是非常有效率的

Computer Components(電腦零件)

在von Neumann model下電腦硬體有四個零件,雖然我們可以有不同種類的記憶體與輸出輸入子系統等等

• Data(資料)

          Von Neumann model清楚的定義電腦是資料處裡機器<接受輸入-處裡-輸出結果>

• Computer software(電腦軟體)

          1.Turing mdel與von Neumann model主要的特色就是程式的觀念          2.雖然早期電腦並未把程式儲存於記憶體裡,但是它們仍然有使用程式的觀念          3.編制程序在早期電腦意思就是改變佈線系統或開啟/關閉集合的開關          4.因此，編至程序是在實際資造處理之前由操作員或工程師完成工作開始

• Programs(程式)

       1.程式儲存於記憶體裡
       2.程式是由執行的順序組成的
       3.程式一步一步解決問題,這樣就是我們所說的演算法
       4.電腦語言的觀念是因為使用符號表示二進位模式而誕生的
       5.軟體工程學是程式的設計與編寫
       6.作業系統原始功用是讓管理者藉由程式更容易接近電腦零件

History(歷史)

我們先簡單地看過計算機的歷史,我們把電腦的歷史分為三個時段

1.Mechanical machine(機械機器)(1930年前)

   在這段時間,一些運算機器被發明出來與現代的電腦觀念幾乎沒有相似之處

2.The birth of electronic computers(電子計算機的誕生)(1930-1950)

   在這個時段的早期電腦並未把程式儲存於記憶體裡,全部都是外部的程式
   以下有五個電腦在這段時間非常的顯著:
   1.ABC
   2.Z1
   3.Mark I.
   4.Colossus
   5.ENIAC
   第一台建立於von Neumann model的電腦於1950年被賓州大學製出,稱為EDVAC
   在相同時間,另外一台相似的電腦EDSAC被Maurice Wilkes在英國劍橋大學所做出

3.Computer generation(電腦時代)(1950-今)

電腦於1950年以後或多或少都遵從von Neumann model,它們變得越來越快,小,便宜,但是功能都一樣

歷史學家把這個時段分成幾個時代,每個時代硬體或軟體都有著顯著的改變

1.第一時代(真空管時代)(1950-1959)

   這個時代是以商業電腦的出現為特徵

2.第二時代(電晶體時代)(1959-1965)

   在這個時代使用的是電晶體而非真空管了,
   兩個高階程式語言FORTRAN(用於科學)與COBOL(用於商業)的發明使得寫程式變得更加簡單

3.第三時代(積體電路時代)(1965-1975)

   積體電路的發明大大減少了電腦的花費與體積,迷你電腦開始出現在市場上

   罐頭程式,也就是軟體包變得隨手可得

4.第四時代(微處理器時代)(1975-1985)

   在這個時代微電腦出現,第一個桌上型電腦Altair8800誕生

   電腦網路也於這個時代出現

5.第五時代(現代電腦)(1985~)

   在這可擴充的時代,筆記型電腦與掌上型電腦都出現了

   改進了第二存儲器媒體(ex:CD-ROM,DVD...)多媒體的使用把虛擬與實體相互轉換

Social and Ethical issues(社會與倫理議題)

電腦科學創造了許多延伸的議題,目前最廣泛流行的就是:社會議題與倫理議題

Social issues(社會議題)

電腦產生了一些爭議

1.Dependency(依賴)

  一些人認為電腦使得人們的生活有著很大的差異並且太過依賴電腦

2.Social justices(社會公平)

  這個議題的提倡者說在家使用電腦是很奢侈的,因為不是每人都買得起電腦

  電腦的花費(如周邊產品,每個月的網路費)都對低收入戶有著極大的負擔

4.Digital divide(數位差距)

   數位差距的議題包含了依賴與社會公平

   這個觀念把社會分成兩團體:有著網路連結的社會階層與什麼都沒有的

Etjical issues(倫理議題)

1.privacy(隱私)

   

10/12學習

歷史

在這個區塊我們簡短的預先看過電腦的歷史

我們將電腦歷史分成三個時段

1.Mechanical machine(在1930年前)

在這個時段期間,一些計算機器被發明出來並擁有現代電腦的觀念

2.The birth of electronic computers(1930~1950)

這個時段的早期電腦並未把程式儲存在記憶體裡,全部都是外部的程式
在這幾年有五個較顯著的電腦分別為:

1. ABC
2. Z1
3. Mark I.
4. Colossus
5. ENIAC

第一個電腦基於von neumann 的想法在賓州大學於1950年被建造出來,他被命名為EDVAC
在相同時間點另一個相似的電腦EDSAC被Maurice Wilkes在英國劍橋大學所建造

3.Computer generation(1950~至今)

電腦在1950年後被建造的或多或少都被von Neumann model影響,這些電腦變得更快 更便宜 更小 但是功能卻沒少

歷史學家把這個時段分成世代,在每個世代都有著主要的改變,這些改變不是硬體就是軟體

第一世代

第一世代(1950-1959)具有商業電腦的特徵

第二世代

第二世代電腦(1959-1965)是使用電晶體而非真空管
兩個高階程式語言FORTRAN , COBOL被發明並且使得寫程式更加簡單

第三世代

積體電路的發明減少了電腦的體積與花費,迷你電腦出現在市場上canned program與知名的software package變得可得的,這個世代經過(1965~1975)

第四世代

這個可擴充的世代始於1985,這個世代出現了筆記型電腦與掌上型電腦並改進了第二存储器媒體如(CD-ROM),多媒體的使用與虛擬實境

10/11 學習

電腦元件

主要組成電腦的元件有三個

1. 電腦硬體
2. 資料
3. 電腦軟體

電腦硬體

電腦硬體現今在von Neumann model有四個元件,幾使我們有不同種類的記憶體與不同中類的輸入輸出子系統也一樣

資料

von Neumann model把電腦清楚的定義處理資料的機器,因為電腦可以接受輸入資料並處理他接著輸出結果

電腦軟體

1.Turing model 與 von Neumann model 最主要的特色是程式的觀念

2.雖然早期電腦並未把程式儲存在記憶體但是他們還是有程式的觀念

3.編制程序在早期主要目的是改變系統線路或是把集合關掉,開啟

4.在資料處理完成之前編制程序被操作者或工程師完成工作

程式

1.程式被儲存於記憶體

2.程式是由連續的結構所組成

3.一步一步的處理問題就是演算法

4.電腦語言的誕生是由象徵或代表二進位模式的想法來的

5.程式工程學是設計並且寫出程式的架構

6.作業程式原始的工作是使管理者藉由程式更容易接近電腦元件

10/10學習

Turing Model

1.Turing Model事由Alan Turing 首先在1937年提出的,是個可以運算的裝置
2.Alan Turing 的提議是每個特別種類的機器都可以執行運算,這種機器現今被我們叫做Turing      machine

Data Processors

電腦就像個"黑盒子"般,可以輸入一個資料(INPUT),電腦並執行處理這個資料且輸出一個資料(OUTPUT)

Programmable data processors

1.Turing Model 是一個很好的model.這個model新增了一個元素可以給特殊的機器使用,這就是程式

2.程式使命另的集合,目的是告訴電腦要如何處理資料

The universal Turing machine

現代電腦: 普遍的Turing machine是給予機器一個程式他就可以做任何運算

von Neumann

1.電腦建立在Turing universal machine上,把資料儲存在電腦的記憶體裡

2.大約在1944-1945年左右,John von Neumann 提議說因為程式與資料的邏輯是相同的,所以程式應該也可以被儲存在電腦的記憶體裡

Four subsystems

電腦建立在 von Neumann model上是把電腦分成四個子系統,分別為:

1.memory

2.arithmetic logic unit

3.control unit

4. I/O(input/output)

The stored program concept

1.the von Neumann model指定程式必須被儲存在記憶體裡

2.全部的差異在於早期的電腦結構是只有資料儲存於記憶體,程式對於電腦只是個工作的工具運用於轉換集合或是改變系統線路

3.現代電腦記憶體主要是儲存程式與相符的資料

4.資料跟程式都是用二位元的模式儲存的,是一連串的 0 跟 1

Sequential execution of instructions

1.程式在 von Neumann model 裡是由有限的數字結構所組成

在 von Neumann model,控制單元從記憶體裡拿取一個程式並且譯解他然後執行

2.這種Sequential execution of instructions是一個一個的執行的

3.這種instruction是可以要求控制單元跳至一些先前或接續的instrutction,但這並不代表這個instruction是不連續執行的

4.程式的連續執行是電腦基於von Neumann model的最初要求

5.現今電腦執行程式的順序是非常有效率的

數字系統

數字系統分成

• 二進位(Binary)→0,1
• 八進位(Octal)→0,1,2,3,4,5,6,7
• 十進位(Decimal)→0,1,2,3,4,5,6,7,8,9
• 十六進位(Hexadecimal)→0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F

轉換方法~

• Binary and Octal

1.Binary→Octal

Binary由小數點為起點向左至右三個為一組不足補0,向友也是三個一組不足補0

2.Octal→Binary

Ocatal的每一個數字是Binary的三個數

• Binary and Decimal

1.Binary→Decimal

從個位數開始以2^0 , 2^1 , 2^2...下去 小數點則是由左向右 2^-1 , 2^-2...下去

2.Decimal→Binary

整數部分用連除法(由下往上取值),小數部分用連乘法

-----後面慢慢補上....