計算機概論導覽

你今天用過幾台電腦

早上手機鬧鐘響、搭捷運刷卡、在便利商店結帳、晚上用洗衣機洗衣服。這些動作的背後都有電腦在工作，只是大部分不長得像桌上那台有螢幕和鍵盤的機器。

這一課要回答三個問題：

1. 什麼樣的機器可以叫做「電腦」？
2. 電腦有哪些類型，各自做什麼？
3. 電腦是怎麼從一整個房間那麼大，變成能放進口袋的？

電腦的定義

電腦（computer）是一種依照儲存在裡面的程式，自動接收資料、處理資料、產生結果的機器。這句話有三個重點：

最後一點最關鍵。一台手機今天可以拿來拍照，明天裝了新的 App 就能拿來記帳、翻譯、導航，硬體沒有變，變的是程式。

硬體與軟體

硬體提供能力，軟體決定要用這些能力做什麼。兩者缺一不可：沒有軟體的電腦只是一堆零件，沒有硬體的程式也無處執行。

電腦的四種基本功能

不管是超級電腦還是洗衣機裡的控制晶片，電腦做的事都可以拆成四種功能：

          ┌──────────────┐
 輸入 ──▶ │    處理      │ ──▶ 輸出
          │（依照程式運算）│
          └──────┬───────┘
                 ▲▼
               儲存

處理資料時，CPU 旁邊還有一個「暫時放東西」的主記憶體（RAM），關機就清空；儲存裝置則是關機也不會消失。兩者的差別在第 12、13 課會仔細看。

有些零件同時負責兩種功能，例如手機的觸控螢幕：手指點下去是輸入，畫面顯示是輸出。下面的練習會遇到它。

電腦的類型

電腦依照用途與規模，大致分成下面幾類。同一個原理（輸入、處理、輸出、儲存），做成不同的大小與能力：

嵌入式系統是數量最多、卻最少被注意到的電腦。它們通常沒有鍵盤，有的連螢幕都沒有，但同樣是依照程式處理輸入（按鈕、感測器）並產生輸出（馬達、燈號）。

用途決定設計：伺服器要能長時間不關機、同時處理很多請求；手機要省電、輕薄；洗衣機的控制器只要便宜、可靠，能把幾種洗衣程序做好就夠了。

從一個房間到一個口袋：發展歷程

電腦變小、變快、變便宜，關鍵在於「開關」的元件一直在進步。電腦內部用大量的開關表示 0 與 1（第 03 課），開關越小、越快、越省電，電腦就跟著進步。

教科書常用「世代」來整理這段歷史，每一代以當時主要的開關元件來分：

今天一支手機的處理器晶片上有數十億個電晶體，數量會隨產品世代改變。重點不在確切數字，而在趨勢：同樣大小的晶片能放進越來越多電晶體，計算能力跟著變強。

這門課的地圖

接下來的課程會沿著「資料在電腦裡怎麼流動」一路往外走：

每一課都可以單獨閱讀，也都有模擬器可以動手操作。

重點整理

• 電腦是依照儲存的程式，自動處理資料的機器；換一個程式，同一台機器就能做不同的事。
• 硬體是摸得到的零件，軟體是程式與資料；硬體提供能力，軟體決定怎麼用。
• 電腦的四種基本功能：輸入、處理、輸出、儲存。有些零件同時負責兩種功能，例如觸控螢幕。
• 電腦的類型：超級電腦、伺服器、個人電腦、行動與穿戴裝置、嵌入式系統；用途決定設計。
• 發展歷程的主線是開關元件的進步：真空管 → 電晶體 → 積體電路 → 微處理器，電腦因此從一個房間縮小到一個口袋。

下一課：電腦依照「程式」工作，那程式裡寫的步驟要多明確，電腦才能照做？第 02 課看「計算」與「演算法」是什麼。