計導非課系列 第一節 初識計算機

什麼是資訊？

資訊，指音訊、訊息、通訊系統傳輸和處理的物件，泛指人類社會傳播的一切內容。
資訊科技（Information Technology，縮寫IT），是主要用於管理和處理資訊所採用的各種技術的總稱。

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為什麼計算機得以問世

人從本質上是一種懶惰而又富於進取的高階動物。

計算機是人類不斷追求計算速度的產物。
計算機的始祖是計算工具。
計算工具的發明
從古老的籌算、算盤到帕斯卡機、萊布尼茲加法機、巴貝奇差分機。
二戰催生了計算機
美國人口普查起到了推動作用
例題（瞭解計算機歷史）
1

哪位數學家制造並出售了第一臺齒輪傳動的、能夠計算加法和減法的機械機器？
答案：帕斯卡

2

誰製造了第一臺能夠計算加法、減法、乘法和除法的機械機器？
答案：萊布尼茲

3

誰設計了第一臺具有儲存器的機械機器？
答案：巴貝奇 Babbage (巴貝奇差分機)

4

誰是第一位程式設計員
答案：Lovelace 阿達·洛夫萊斯
（一位美女是第一位程式猿哦~~）

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圖靈機

概念
是由數學家艾倫·麥席森·圖靈提出的一種抽象計算模型，即將人們使用紙筆進行數學運算的過程進行抽象，由一個虛擬的機器替代人們進行數學運算。（也即它是假象的，不存在的！）
形象化描述
可以認為是一個五元組或者七元組（包括accept和reject兩種狀態）
圖靈機可形式化地描述為：
圖靈機是一個五元組：{K, Σ, δ, s, H}；
•K是一個有窮個狀態的集合；
•Σ (sigma)是字母表，即符號的集合：{0,1,…}；
•δ (delta)是轉移函式，即控制器的規則集合；
•s∈K，是初始狀態；
•H∈K，是停機狀態。

圖片來自：百度百科
基本思想
圖靈機基本思想是模擬人類用紙和筆進行數學運算的過程。
有一條長長的紙帶，要多長有多長。現在你就是這個計算機，你怎麼做，計算機就怎麼做。
你可以拿鉛筆在紙帶上寫字，也可以擦掉他們。同時，你可以把注意力從一個地方轉移到另一個地方。
你下一步要怎麼做？它和你現在關注的紙帶的這個區域、你的思維狀態有關。
因此，我們可以構建模型如下：
1.這條紙帶有無限多個格子。每個格子上只有幾個符號，這些符號來自一個小小的字母表。紙帶被編號，從1到無窮的遠方。
2.一個讀寫頭。就像你的眼睛，每次可以讀到一個小格子，並且認出來上面的字母是什麼意思。同時，它有一支筆和一個橡皮，他可以寫東西，也可以擦掉不想要的東西。
3.一套規則。有了這套規則，一切才能有條不紊地正常執行。所有東西都遵守它，這樣讀寫頭就知道了自己應該怎麼做，下一步去哪裡。狀態暫存器也聽從他的命令，就可以進入全新的狀態。
4.狀態暫存器。就像一個大腦，儲存著你的狀態。你的大腦現在怎麼樣，讀寫頭讀了誰，他都瞭如指掌。

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計算機發展過程

劃重點：一道填空題或者選擇題
第一臺電子計算機 ENIAC
可以自動計算，需要人工接線。
馮諾依曼將程式儲存方式設想確立。
計算機發展的幾個階段

時代	標誌	特點	意義
第一代	電子管	體積大 5K 可靠性低	奠定計算機基礎
第二代	電晶體	體積變小，速度變快，可靠性變高	奠定積體電路發展基礎
第三代	中小規模積體電路	體積變小，速度變快，可靠性變高
第四代	超大規模積體電路	體積變小，速度變快，可靠性變高	一個部件可以製造在一個晶片上

第五代 以智慧化為特徵 （還未成功）
計算機第一定律：摩爾定律
每18個月晶片能力增長一倍。

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計算機模型 馮·諾依曼計算機模型

劃重點：一道填空題或者選擇題
概念
馮諾依曼結構是一種將程式指令儲存器和資料儲存器合併在一起的儲存器結構。
馮諾依曼理論要點
儲存程式
順序執行
使用二進位制
馮諾依曼模型
五個部件：輸入、輸出、運算器、儲存器、控制器

解釋：
資料流：從輸入裝置出發，把資料傳遞給儲存器。儲存器把資料交給運算器，運算器把算好的結果交給儲存器，最後把資料交給輸出裝置。
指令流：儲存器給控制器釋出指令。實質上是地址。
控制流：控制器出發，控制輸入裝置、儲存器、輸出裝置。
其中，運算器、控制器都在CPU中央處理器中。
儲存器也可以分為記憶體、外存。
控制器也控制運算器。