計算機資訊系統導論/什麼是計算機？

資料與資訊

資訊關係模型

表示的資料

資料每天都在商業、家庭和教育中透過計算機進行計算和處理。資料本質上是通常輸入計算機的原始事實。我們稱之為“原始”事實，因為它們是無組織的。它們可以以任何形式出現，從音訊和視覺到文字和數字。當資料輸入計算機時，它被視為輸入。計算機計算資料並輸出資訊。由於此資訊是輸出，因此它成為以前原始事實的有序版本。此係統被認為是資訊處理。資料也可以以其他形式出現，包括數字、實驗和調查。輸入計算機的大多數內容都成為資料，這就是為什麼這個術語對於理解計算機及其運作方式至關重要。^[1] 資訊是由資料產生的；它是知識的一種形式，計算機計算詳細的資訊。^[2]

當大多數人想到資訊時，他們首先想到的是谷歌。谷歌允許您在短時間內訪問大量資訊。大多數人不知道的是，每當您將資料輸入計算機時，計算機在幕後所做的就是這，大多數情況下甚至都沒有把它當作“資料”。資訊是獲取問題答案的一種方式，因為它們是您輸入進行處理的資料的輸出。許多線上資源提供了無窮無盡的資訊。沒有資訊，人們將沒有可靠的學校和職業來源。有了資訊，工作可以變得更加輕鬆，包括需要計算員工總工作時間的職位，或任何需要找到或計算的“總資料”。資料和資訊非常有價值，毫無疑問是計算機的支柱。這兩個元件可以透過在您輸入內容的背後工作來幫助您的計算機變得使用者友好，從而使資料有用且井井有條。^[3]

20世紀80年代的計算機

過去和現在的計算機

工業時代：第一臺通用機械計算機由英國發明家查爾斯·巴貝奇於 1837 年提出並部分建造。它是一臺分析機，包含一個算術邏輯單元 (ALU) 並允許基本的程式化流程控制。它使用穿孔卡進行程式設計，還具有整合記憶體。歷史學家認為它是第一臺通用計算機的設計概念。不幸的是，由於資金問題，分析機在巴貝奇生前從未建成。直到 1910 年，查爾斯·巴貝奇最小的兒子亨利·巴貝奇才能夠完成這臺機器的一部分，它能夠執行基本的計算。分析機將是一臺通用、完全程式控制的自動機械數字計算機。它被設計為包含四個元件：磨坊、儲存器、閱讀器和印表機 - 這些都是如今每臺計算機必不可少的元件。^[4]

資訊時代（從 1950 年開始至今）：也被稱為計算機時代、數字時代或新媒體時代。數字計算是由克勞德·夏農在 20 世紀 50 年代後期發明的。他設想的是用電氣電路而不是電機建造的計算機。透過借鑑布林代數 - 它將“1”的值賦予“真”語句，將“0”的值賦予“假”語句 - 他將“1”的值應用於開啟的電路，將“0”的值應用於關閉的電路。夏農還開創了資訊理論領域，該領域處理如何量化資訊，如“位元”和“位元組”。為了用“位元”表達資訊，人們使用二進位制數字，要麼是“1”，要麼是“0”。這些二進位制數字可以描述從文字到圖片到歌曲到影片再到最複雜的博弈軟體的一切。^[5]

如今，任何學生都很難想象沒有計算機的生活。然而，計算機僅僅存在於 20 世紀中葉。計算機行業從製造佔據整個教室的計算機發展到如今可以裝進學生揹包的計算機。此外，與今天的計算機相比，早期的計算機價格昂貴得多，而且需要更多的能量。最後，在 20 世紀 80 年代，人們開始把這些外來物體放到家裡。在那段時間裡，人們不得不認真研究並耐心地使用這種方便的裝置。^[6] 人們見證了計算機在短短四十年的時間裡發生的巨大變化。今天的計算機更小、更輕、需要的能量更少，而且價格更低。然而，在當今一代人中，計算機對大多數人來說是司空見慣的，人們無法想象沒有計算機的生活。

一個開啟的機箱，顯示了硬體。

我們這一代的計算機似乎已經融入到我們的日常生活之中，以幫助我們完成與我們多種需求相關的多種任務。因此，很難想象沒有計算機的世界。然而，伴隨著巨大的成功，也伴隨著巨大的耐心。例如，在第一臺計算機模型（1946-1957）中，機器需要某些輸入，稱為穿孔卡，以及重新程式設計計算機的體力勞動。計算機本身遠不如今天那樣有用、簡單或方便。

第一代計算機是用數千個真空管制造的，需要體力勞動來重新連線計算機，而且一次只能解決一個問題。第二代計算機（1958-1963）引入了電晶體，取代了真空管。電晶體只是充當一個輕觸開關，允許電子電路開啟或關閉。第一代計算機和第二代計算機都繼續使用穿孔卡作為輸入。第二代計算機還引入了硬碟驅動器（硬體）和程式語言（FORTAN 和 COBOL）。不久之後（1964-1970），第三代計算機使用了一種積體電路系統，該系統在一個矽晶片上集成了許多電晶體和電子電路。第三代計算機開啟了更小、更可靠的計算機的創新趨勢。鍵盤和顯示器現在被認為是計算機的輸入/輸出。最後，我們當前使用的計算機（實際上每個人都在使用）的開發開始了。第四代計算機始於 1971 年，當時人們可以將更多的電晶體放置在一個晶片上 - 微處理器。這一發現導致十年內創造了 IBM 的個人電腦，以及流行的蘋果麥金塔電腦。消費者目前使用的輸入、輸出和儲存裝置包括：鍵盤、滑鼠、顯示器、印表機、揚聲器、硬碟驅動器、快閃記憶體媒體和光碟。第五代計算裝置基於人工智慧，仍在開發中，儘管有一些應用程式，例如語音識別，正在今天使用。並行處理和超導體的使用正在幫助使人工智慧成為現實。量子計算以及分子和奈米技術將在未來幾年徹底改變計算機的面貌。第五代計算的目標是開發對自然語言輸入做出響應，並且能夠學習和自我組織的裝置。^[7]

雖然從真空管到微處理器的轉變似乎花了一些時間，但與數千年前文明的開始相比，這種進步發生得很快。然而，它也讓人類意識到，創新需要嘗試、錯誤和耐心。^[8]

硬體

硬體一詞指的是用來製造計算機的元件。將元件分解為類別，您會發現四個主要類別

1. 輸入
2. 輸出
3. 儲存
4. 處理

雖然這些是四個主要類別，但還需要考慮另外三個不屬於這四個主要類別的元件

1. 機箱
2. 電源
3. 擴充套件卡

機箱

計算機機箱用於容納計算機的基本元件。這為元件提供了封閉的空間和更輕鬆的組織方式。

電源

電源供應單元 (PSU) 用於為機箱內的所有元件供電。它透過將交流電轉換為直流電來實現這一點，直流電由 PSU 調節。這意味著每個元件都需要一定量的電壓才能工作，而電源將根據需要調節電壓。

擴充套件卡

擴充套件卡用於增強系統的某些屬性。例如，音效卡可以透過提供環繞聲功能來增強聲音。另一個例子是顯示卡，它將增強系統的圖形效果。

• 
  音效卡
• 
  顯示卡

輸入/輸出

此類別指的是計算機用來接收資料併發送資訊的元件。輸入裝置負責接收，而輸出裝置負責傳送。一些輸入裝置的例子包括鍵盤、滑鼠和遊戲手柄。輸出裝置的例子包括印表機、顯示器和揚聲器。

• 
  鍵盤
• 
  滑鼠
• 
  控制器
• 
  印表機
• 
  顯示器
• 
  揚聲器

記憶體

計算機中的記憶體可以分為兩類：短期記憶體和長期記憶體。短期記憶體是隨機存取記憶體 (RAM)，而長期記憶體是硬碟驅動器 (HDD) 或光碟驅動器 (CDD)。程式可以立即訪問 RAM，從而使計算機更快地計算，但如果使用者需要儲存資訊以備後用，則需要使用 HDD 或 CDD。

• 
  RAM
• 
  HDD
• 
  CDD

CPU

中央處理器 (CPU) 用於計算系統中使用的程式傳送給它的命令。它執行所有算術和邏輯運算。它以一個小晶片的形式存在，該晶片連線到計算機主機板。主機板是所有其他裝置連線的地方，以便它們能夠互相通訊。

• 
  CPU 晶片
• 
  主機板

通訊硬體

無線路由器的示例。

通訊硬體對於讓計算機使用者訪問網際網路上的資訊、將資訊放到網際網路上或與網路上的其他計算機使用者互動非常重要。這種硬體包括調變解調器、路由器和網路介面卡。調變解調器和路由器是將計算機使用者連線到網際網路的裝置：訊號從網際網路服務提供商傳送到調變解調器，調變解調器將它們轉換為適當的形式，然後透過路由器傳送到計算機（或者，當計算機使用者將資訊傳送到網際網路時，訊號透過路由器傳送到調變解調器，調變解調器會轉換它們並將它們傳送到網際網路服務提供商）。 調變解調器和路由器可以是有線或無線的，越來越普遍的是無線，它們透過訊號而不是物理連線與計算機通訊。網路介面卡是使計算機能夠在小型本地網路上通訊的裝置。但是，有時計算機可能擁有一個完全由軟體組成的網路介面卡，稱為虛擬介面卡。如果使用它，例如在虛擬專用網路 (VPN) 上，則不需要任何硬體元件。

軟體

顯示軟體如何與使用者通訊的圖表。

計算機軟體用於與計算機處理器通訊，以指示執行某些操作。這是透過計算機程式語言完成的。軟體可以分為兩部分：系統軟體和應用程式軟體。

系統軟體

系統軟體指的是用於操作計算機元件的軟體。它也為應用程式軟體提供基礎，使其能夠執行所需的函式。系統軟體通常包含在系統 CD 上，例如 Windows 7 CD。此 CD 提供作業系統、驅動程式、Windows 系統和實用程式軟體。作業系統使計算機的各個部分能夠相互通訊。這是透過傳輸資料來完成的。這也是系統軟體的特定元件，它允許執行應用程式軟體。實用程式軟體維護計算機系統。裝置驅動程式建立連線到計算機的硬體的功能。Windows 系統是為您的顯示器提供圖形介面並允許使用者配置所有連線裝置的部分。

• 
  BIOS 選單

應用程式軟體

應用程式軟體是由使用者開發的程式和應用程式，以執行使用者希望執行的函式。應用程式的工作方式是透過程式設計軟體。程式設計軟體是系統和使用者想要執行的實際應用程式之間的中間人。一些程式語言的例子包括 Java、C++ 和 Visual Basic。一些應用程式軟體的例子包括網路瀏覽器和影片遊戲。

• 
  Mint 的迴圈重複
• 
  Firefox 徽標

兩位紳士討論程式設計理念。

計算機使用者和專業人士

沒有使用它們的人，計算機就什麼也不是，普通使用者和專業人士。普通使用者是指任何出於一般目的使用計算機的人。這包括檢查電子郵件、玩電腦遊戲、寫論文，等等。區分普通使用者和專業人士的是，專業人士在計算機資訊科技領域工作。該領域的職業示例包括計算機程式設計師、網頁設計師、網路管理員和軟體工程師。這些只是計算機資訊科技領域中許多工作中的一部分。他們是設計硬體來製造計算機的人，他們確保企業網路安全，他們編寫軟體以有效地與使用者和硬體通訊，以及為普通使用者開發最新最好的軟體以供他們享受。