11/22/2006

電腦基礎概論

馮丁樹編著

概述:



一、產生背景:

十九世紀末,由於科技與工商業的發達,人類活動的項目與範圍,不斷增加與擴大,遂造成一個新的『資訊爆發』時代。再加上人類因時間與空間觀念的改變,對於即時與正確情報的需求也愈感迫切。在這種情況下,大量繁雜之資料需經迅速而正確的處理、傳遞或計算,方能滿足人類真正需求。傳統的人工作業方式只能處理較少量且較無時間性的資料,對於大量且需即時處理的資料,已難以滿足,而其方法亦漸不切實際。歐美國家乃殫精竭慮研究發明了電子計算機(俗稱電腦),以作為快速處理或運算大量資料之工具。

電腦的使用,在人類發展史上應屬第二次工業革命。在第一次工業革命中,人類藉著機械與動力之發明,延伸其工作能力;而第二次電腦的革命中,人類則使用計算機延伸其計算能力。由於積體電路技術日新月異,使電腦硬體價格不斷下降,更助長其推廣使用。不僅改變人類的日常活動,而且改變其思想觀念與組織結構。人類從此更離不開電腦的服侍了。在電腦的協助下,可以用最少的人力、時間與資源,但達到最大的工作效益,對講究勤能補拙、勤儉美德的中國人來,電腦正是實踐這些優良傳統的現代工具。目前電腦已不只是資訊工業產品而已,它是『生活』的一部份,在民眾的生活、行政效率與工商業發展等各方面都發生影響。

在軟體發展方面,過去資訊工業剛萌芽時,電腦硬體的價值佔八成,軟體只占二成;但近手來硬體價格逐年下降,而硬體則因不斷成熟的各種應用軟體的開發上市,使得硬體與軟體的價值逆轉為二比八,而中國人是一個具有高度智慧的民族,最適合發展軟體工業。


二、電腦的定義:

電腦之發展是以計算機Computer為基礎,經過長時間之研究發展而開發出來的一種高性能的資料處理裝置。因此在對電腦下定義之前我們必須先對計算機作個詮述。

2-1 計算機( Computer)

計算機一詞有很多種解釋,而就其基本功能而言,它是一種高性能的作業裝置,能接受資料之輸入,並對這些資料按照適當的程序加以處理後,將其結果輸出。


計算機
┌───┐ ┌──────┐ ┌────┐
│ 輸入 ├────┤ 資料處理 ├───┤ 輸出 │
└───┘ └──────┘ └────┘

2-2 電計算機(Electronic Digital Computer)
電腦(Electronic Brain)

電子計算機(俗稱電腦),係由許多具備不同功能之機械,電子設備所組成的一組機器。而其功能乃是利用輸入設備輸入資料(Data),然後將資料儲存在主儲存體(Main Memory)中然後再依使用者的控制(Control),將這些資料經過運算(Arithmetic)或邏輯分析(Logic ),使其產生有用的資訊(Information)後,經由輸出設備輸出資訊,以供使用者參考。

由於它具備了人腦處理問題的模式,一般人慣常稱呼它為電腦(Electronic Brain)。事實上,不管怎樣,一個是學名,而另一個則是俗名,只不過稱呼的場合罷了。

三、電腦的特性:

在基本上,電腦有下列三項功能:
  • 1. 快速且精確的運算能力。
  • 2. 強大而有彈性的記憶能力。
  • 3. 能回答邏輯思考性的問題。

這三點也正是人腦所缺乏的,所以它與人腦配合起來,可發揮神奇的效果。

四、電腦的應用:

電腦的應用範圍非常廣泛。凡是問題的解決方法與程序能被編寫成程式指令者,都可納入電腦處理。有一點值得注意的是,雖然電腦的功能強大,決算速度甚快,但並不是所有的工作都適宜使用電腦處理。有些工作太過份強調用電腦處理時,其效果反而會適得其反。較適合使電腦的事情大多是資料量龐大,強調正確計算或限時者。

科技之進步,已使過去之夢幻逐一成真,未來『秀才不出門,作遍天下事』之美景,將因『通訊到家 』目標之達成而實現。


(一)一般應用:

  1. 無人彈奏能自行演奏的鋼琴。
  2. 坐在家中即能向各中西餐廳點菜的電腦系統。除了點菜之外,其他娛樂方
  3. 面的信息亦可在家獲得立即的提供。
  4. 電腦護膚、理髮、定裝及購買衣服之配衣系統。以縮短女人上街的時間。
  5. 自動考照、換照、補發駕照系統。公路局監理站目前己開始使用此套系統,以縮短考照的時間。
  6. 休閒觀光資訊系統。要到某一個地方若不能先獲該地的資訊,有時其為不便。電腦的連線即可解決此一問題。學電腦的孩子不會變壞,將來電動玩具回到家裡來後,也比較容易管教了。
  7. 醫療保健系統。如行政院衛生署及民總院之職業病防治中心,提供職業病與環境之診斷、醫療及追蹤等並提供有關職業、環境因素對健康影響之諮詣服務等。
  8. 將來專家系統亦可以應用到醫療服務系統上,病人僅需按電腦的所詢問的病徵,即可由電腦獲得有關疾病的名稱及所需之用藥,以取代不耐煩的醫生。
  9. 學術教育資訊系統。學生與老師間的關係愈來愈緊張,利用電腦教學可以減輕這種顧慮。
  10. 衣食住行育樂資訊系統。
  11. 電話系統:影像電話高雄金門間已開放,可直接看到對方,每三分鐘一百元。這對當兵的好男而言未始不是一項福音。中文顥示型無線電叫人系統及大哥大實在方便,但也讓忙的人更加忙碌。整體服務數位網路(IDSN)可利用現有之銅纜提供語音、數據、影像及控制等多樣化之服務。使上述的方便更為顯著,電話恐嚇的案子應愈來愈少了。
  12. 家庭警報系統:竊盜增多,是目前治安之隱憂,利用電腦的控制與預警,可以使個家的安全更有保障。且其間亦可進行各種控制的工作,以彌補人手之不足。

(二)完整的個人及辦公室資訊管理系統

  1. 備忘錄:小型的文書處理系統。
  2. 行程管理/工作計劃/萬年曆/農民曆/鬧鐘:協助查詢過去或安排未來工作上各種約會及計劃。除每日之工作安排之外亦設定每週例行的工作計劃。
  3. 計算機:提供桌上型計算機之功能,具四則運算、記憶式運算、括弧與邏輯運算功能。
  4. 名片夾:將名片或客戶資料建立成名片檔,系統自動提供索引功能,以供快速之更新、查詣及列印。
  5. 資料管理工具:將日常生活上或工作上各種重要資料分類歸檔,以利查詢及更新。可以建立:客戶資料、書籍及剪報資料等管理系統。
  6. 萬用手冊:提供各種常用之資料庫,可供即時之檢索及查詢,包括:國際電話各國國碼及主要城市之區域號碼,主要家之國定假日。


(三)工商業方面之應用

  1. 國防科技方面:如工程的設計、摸擬與控制等作業。實際之過程如炸藥生產自動控制系統,運用電腦執行炸藥危險品生產自動控制。彈道設計、測試自動化系統,藉彈道設計、測試自動化系統運用電腦高速計算與分析能力,以找出最佳的參數。光電追蹤指揮自化系統,執行目標搜索、軌跡預測、追蹤及姿態穩定功能。
  2. 會計、統計方面:如薪資計算、成本分析、實用分析、統計事務...等。其中主要包括總帳會計作業、銀行票據作業及員工薪資作業等。
  3. 管理方面:生產管理、銷售管理、事務管理、人事管理、庫存管理...等。一般餐飲業、商店、工廠、批發、零售及加工業等之作業程序如貨品作業、客戶廠商、進貨作業、應付帳款、支援作業、庫存進出、銷貨作業及應收帳款等。
  4. 預測、分析及調查方面:生產預測、銷售預測、投資分析,財務分析,股票分析等。可提供成本分析、買進賣出判斷、價格排名表及券商大勢分析等。
  5. 金融方面:存放款、匯兌、股市行情分析、保費計算、票據交換...等。
  6. 教育方面:閱卷、圖書管理、電腦教學、成績統計...等。
  7. 交通方面:鐵、公路與航空之訂座、公路監理、港灣...等作業。
  8. 公共行政方面:民意調查、犯罪記錄分析、稅捐計算、選舉..等。
  9. 醫學方面:病歷管理、藥品管理、病患追蹤...等。
  10. 日常生活:微電腦控制家庭用品、家用電腦、電動玩具,...等。其他如
  11. 租屋資訊交換的崔媽媽服務中心、電腦擇偶中心。遊戲程式如電動玩具、三國志、俄羅斯方塊。
  12. 電傳視訊服務:現有之BBS網路、如電信局之電傳系統、農委會之農
  13. 情報導系統、勞委會職訓局之企業/職業訓練活動資訊系統,只要加入其系統,各訓練機構提供的課程研討會、演講會、考察團、職業訓練及檢定、兢賽等資訊活動均能從自已的電腦螢上查到。
  14. 多媒體系統:結合處理不同媒體的能力,包括文字、數據、圖形、靜態畫面、動畫、影像、聲音和特殊音效等,而由電腦微處理器控制做交談式對話的系統產品。

利用電腦影像、音響效果、光碟及中央處理機組成。其功能分:

  1. 多媒體數位化週邊處理裝置及控制軟體。
  2. 多媒體處理工作站。
  3. 多媒體發展系統。

可能用途:簡報系統、展示系統、大型視訊板、影音製作、導覽系統、查詢
系統、教育訓練、銷售促進等等。

  1. 簡報場合:提昇聲音、影像表現力與訴求力。如達文西、展昭
  2. 娛樂場合:提昇聲音及影像品質。屬低中層次之產品,以Video Game使用為主。
  3. 教育訓練場合:提高使用者人機介面品質。


(四)、農業方面之應用:

  1. 作業分析及系統模擬:農機成本分析、農家記帳系統、農機管理系統、農機修護物料管理系統、豬牛等生長及飼料管理系統。植物生長模擬、穀物乾燥模擬、農產物應力分析、風場流動分析,...
  2. 自動控制之應用:曳引機駕駛控制、水平控制、耗油量控制、打滑率控制、收穫機損失控制、脫粒筒轉速控制、田間作業速率控制、播種精度控制、插秧間距控制、溫室控制、乾燥機操作控制、農機作業安全之警示。
  3. 影像處理辨識及光電技術之應用:農漁產品、穀物之顏色選別、大小選別、異物選別、成熟度之辨識。
  4. 機器人之應用:噴藥作業、水果採摘、花卉之盆栽、高級農作物之選別、植物工廠、協助廢棄物之處理。
  5. 人工智慧及專家系統之應用:農機元件之製造、牲畜疾病之檢查與診斷、農機故障之診斷、引擎故障之診斷、農作物產量之預估、市場價格之警報等。
  6. 毛豬拍賣系統:早期毛豬拍賣市場幣端甚多,利用電腦可以自動過磅、買主身份及繳款額度控制、競價過程到成交後之各式報表產生等全部由腦連線控制。台北縣肉品拍賣市場每天要處理數千頭豬隻,平均每六秒即有頭豬成交。
  7. 其他應用:CAI、協助教學、協助農機試驗、檢查動物發情期、懷孕期、倉儲自動化作業等。


(五)、微電腦之一般應用(套裝軟體)----------------------------------------

  1. 文書處理、簡報系統、繪畫系統、排版系統PE II、KS2、慧星一號、天蠍星、WORD STAR、MS WORD、WORD PERFECT 達文西、變影 72、DR HALO、PC PAINT、PAINT BRUSH、MAC PAINT、GEM 雅墨、畢昇、漢通、天工、PAGE MAKER
  2. 速算表、資料庫處理國喬雙子星、LOTUS 1-2-3、EXCELL、 MULTIPLAN、... 慧星二號、DBASE III+、DBASE IV、FOXBASE、RBASE、 ...
  3. 工程繪圖及製造 AUTOCAD、CADKEY、VERSA CAD、MAC DRAW、...
  4. 統計及製表 STATGRAPH、SAS、SPSS、MS CHART、ENTERGRAPHICS
  5. 通訊軟體: PROCOMM、TELIX、CROSSTALK、PCTALK、APPLETALK


討論題目:

1. 什麼是電腦?他的功能如何?
--輸入輸出、大量記憶、快速運算及邏輯運算。

2. 電腦具有之特性:
--有容乃大,容量大佔空間小。
--電光石火,運算速度快。
--孔明神算,精確度高、品質劃一。
--千里一線牽,具備電傳能力。
--恆久忍耐、永不止息,永不疲乏。

3. 電腦的歷史:
--機械時期:1642-1946
--真空管時期:1946-1954 第一代
--電晶體時期:1954-1964 第二代
--積體電路時期:1964--? 第三代
-SSI
-MSI
-LSI
-VLSI 第四代

4. 什麼叫硬體? 什麼叫軟體 ?(韌體?)
--靈魂與軀體
--機體與程式

5. 電腦之基本結構:
--輸入部門
--記憶部門    ─┐
--計算及邏輯部門─┴─中央處理部門
--輸出部門
--控制部門

6. 電腦的分類:
--大型電腦:超級快速電腦
--中型電腦
--小型電腦:迷你級
--微型電腦:個人電腦或家用電腦

7. 中央處理部門:

a. 中央處理機 CPU
--6502、Z80、Z8
--8088、8086
--80286、80386、80486
--68000、68020、68030
b. 唯讀記憶體(ROM)
c. 隨機存取記憶體(RAM)
d. I/O通道
e. 資料、住址及控制用排線
8. 記憶體及資料之儲存
--位元(bit)
--位元組(byte)
--位址(address)


五、電腦的演進:

第八章、 電腦繪圖

第八章、 電腦繪圖




QUICK BASIC 提供相當強之繪圖指令,可在單色色或彩色顯示器上顯示各種形狀、
顏色及圖案。為執行繪圖功能,所用之電腦必須有繪圖能力者,如選用 CGA、EGA 或
VGA等介面,若使用 HERCULES 介面,則必須事先執行 QBHERC.COM 檔。為進行繪圖,
必須先設定螢幕規格及模式,如:

SCREEN n,coloron,apage,vpage

此處 n 值可為 0,1,2,3,7,8,9,10,11,12 或 13。其選擇依所用之監督器及介面而
定。coloron 為顏色之選擇開開,若為零,則僅黑白顯示,非零值則顯示彩色,在 n值
大於 2 時,此參數會被忽略。apage為實際繪製頁,vpage 則表示螢幕顯示頁。通常繪
製與顯示頁相同時,此兩參數均可省略。除 n 值必須存在外,其他參數均可省略,但
若省略中間之參數時,其逗點仍應保留。

式中之 n 值為模式值。n 值為零時屬文字模式,可使用於單色或彩色之螢幕。其
餘依其解析度之不同,可進行繪圖。有些則是文字與圖形混合模式。一般之設定模式分
別如下,其餘則可參考使用手冊。

1. 單色或 Hercules 卡時 n = 0, 3 ( 解析度 720 x 349), 10
2. CGA n = O, 1, 2
3. EGA n = 0, 1, 2, 7, 8, 9, 10
4. VGA n = 0, 1, 2, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13

各模式下之螢幕解析度如下:

n=1,7,13 : 320 x 200 文字 40 x 25
n=2,8 : 640 x 200 文字 80 x 25
n=3 : 720 x 349 文字 80 x 25
n=9,10 : 640 x 350 文字 80 x 25 或 80 x 43
n=11,12 : 640 x 480 文字 80 x 30 或 80 x 60


螢幕像點及座標:
==============

在螢幕上之圖形是由許多光點所組成,此稱之為像素(pixels)。BASIC 中之繪圖指
令主要功能在打開或關閉像點及改變其顏色。

典型之螢幕係由這些像點縱橫排列而成。其像素之數目及排列方法通常由所裝置之
硬體以及在 SCREEN 中所宣告之模式所決定。可打開之像素數目愈多,其所能繪製之圖
像也愈清析。列如,SCREEN 1 之解析度為 300 x 200 點(水平 300 點,垂直 200 點)
,而 SCREEN 2 則為 640 x 200 點。故模式 2 每列為 640 點,為模式 1 之兩倍,其
圖形會顯得更尖銳、更清析。

依據所裝置之系統之差異,可選用其他模式以獲得更高之解析度。其相關特性如上
表所示。只要所裝設之螢幕係屬於上面所列模式中之一種,你即可利用座標之表示方式
來指定某一像素點。一般所用之座標為成對的。在螢幕之左上角為座標原點(0,0)。以
圖 5.1 中所示之螢幕為例,螢幕之右下角座標為 (639,199),右上角為 (639,0),左
下角為 (0,199);而其上中、中央及下中分別為 (320,0)、(320,100)及 (320,199)。
基本上,BASIC 是採用這些螢幕座標作為決定顯示圖形之根據。

有一點值得注意的是,圖像座標與文字模式下所用之座標並不相同。前面曾提及
LOCATE 之定位座標則是以文字模式為基礎的。在螢幕上,標準之文字模式為 80 x 25
個字。故每一個字元所佔之像素為 8 x 8 個。LOCATE 之指令通常對圖型模式之螢幕不
發生任何影響。

畫點、線及框:
============
1. 畫點:

PSET [STEP](x,y),color
PRESET [STEP](x,y),color

一般簡單之圖形可利用 BASIC 之內建指令為之。PSET 與 PRESET 為畫點之指令。
此兩種指令之功能基本上是一樣,尤其當其後面之顏色參數均分別設時為然。在高解析
度繪圖型中,顏色如為 0 代表黑色,1 代表白色(或綠色)。在顏色均未設定之情況,
PSET 會自動設定為前景顏色;而 PRESET 則自動設定為背景顏色。換言之,利用
PSET 可以在螢幕上繪一點,而用 PRESET 則可在螢幕上擦去該點,因為後者將繪製之
顏色設定與背景顏色一樣。

在此兩個指令中,若不用 STEP 時,其 x,y 所表示者為絕對座標,若加上 STEP
則 x,y 所示者為與前一點之相對座標。

2. 畫線與框:

LINE (x1,y1)-(x2,y2)
LINE -[STEP](x2,y2)
LINE [STEP] (x1,y1)-[STEP](x2,y2),color,B[F],style

繪直線時,必須指出起始及終止座標,其間以『-』連接,如第一種型式。若是從
上一次之直線為開始,則可不必將第一點寫出,採用第二種型式即可。與前面畫點之情
況相同,若在座標前加上 STEP,表示該座標為與前一點相對之座標,否則即為絕對座
標。

第三種型式為 LINE 較完整之指令格式,其 color 參數所指為線本身之顏色代號
。有畫線之指令事實上很容易畫框,但在 LINE 指令本身亦提供一簡易繪製方框之方法
。只要在指令後面選 B,則同一指令變成繪製方框之指令,而其兩點座標則分別為方框
之左上角及右下角之座標。若在 B 參數之後加上 F 參數選項,則所繪製之框中,將塗
滿顏色。在選 B 時,其前面之 color 若不選,則其逗點仍應保留。

3. 畫虛線:

利用 LINE 指令亦可將直線繪成虛線顯示。在 LINE 之參數最後一項為 style 所
代表者為不同虛線之代碼。style 為十六位元之整數值,以十六進位表示。其每位元之
值若為零時表示該像素關閉,為 1 時表示打開。例如 style=&HCCCC 時,其二進位表
示法為 1100110011001100,故所得之虛線為二點開二點閉之情況。

畫圓、橢圓與弧:
==============

1. 畫圓:

CIRCLE (x,y),radius
CIRCLE STEP (x,y),radius
CIRCLE [STEP](x,y),radius,color,start,end,aspect

CIRCLE 之指令可繪製一般圓形、橢圓、橄欖形及其他弧形曲線。畫圓時,事先必
須知道兩件事,其一為圓心之座標,其二為半徑。圓心之座標亦分為絕對及相對兩種,
相對者必須在其座標前加上『STEP』之字樣。有上述資料後,保證你可以繪出一個漂亮
的圓形。下面為其中二例:

CIRCLE (200,100),75
CIRCLE STEP(-120,0),75 執行二敘述後,相等於執行 CIRCLE (80,100),75

2. 畫橢圓:

在螢幕上,有時所繪之圓並不很圓,主要是螢幕硬體上之關係。為此,可利用
CIRCLE 指令中之 aspect 參數。加此參數時,若其前面之某些參數省略,其逗點仍應
保留。此處 aspect 之值為圓形封閉線內,垂直直徑與水平直徑之比值。此項比值可以
由此參數進行調節。但若從有意設定之角度來看,利用此參數之改變,亦可獲得橢圓形
或橄欖形,前者為此參數愈大之情況,後為此值小於零的情況。不過在此必須注意的是
,由於半徑在水平及垂直之方向不同,指令中之半徑參數應為何者方正確?在 BASIC
語言中,若 aspect 之值小於一時,半徑係指水平方向;aspect 若大於或等於一,則
半徑為垂直方向。下面為其數例:

CIRCLE (60,100),80,,,,3 '高瘦橢圓
CIRCLE (60,100),80,,,,3/10 '矮胖橢圓

3. 畫弧:

弧為圓或橢圓之一部份,或為短曲線。在瞭解 CIRCLE 指令如何畫弧之前,須先瞭
解 BASIC 如何量測角度。在 BASIC 中其函數所用之角度單位均為弧度。故在 CIRCLE
之指令所用之角度參數亦不例外(唯一例外是使用 DRAW 指令時,須以度表示之)。

在 CIRCLE 中其角度均以反時針方向為基準,並且以此方向作為起始與結束之劃分
。繪製一弧線時,需提供起始角度及終了角度。其格式如下:

CIRCLE [STEP](x,y),radius,[color],start,end[,aspect]

式中之 start 及 end 分別為弧線之起始弧度及終了弧度。但記得若僅為畫弧線部
份時,則 start 與 end 所需之弧度均應為正值。

4. 畫餅:

CIRCLE 指令亦可用來畫切分之餅。上面所列參數 start 與 end 所需之弧度若均設
定為負值,則執行該指令之後,弧線之起始及終點均會與其圓心相連,構成一個被切開
之餅,可作為繪製派圖之用,如:

CIRCLE (100,50),30,,-2.5,-3.14