一、計算機的沿革一、計算機的沿革

• 什麼是計算機• 積體電路• 未來電腦

• 計算機：執行計算的機器• 1943年開始研發第一代• 1946年美國賓州大學艾克特與毛奇雷發明

ENIAC (Electric Numerical Integrator and Computer) 　　電子式數值積分與計算器

• ENIAC整個計算的核心及記憶儲存部分以真空管來進行，脫離傳統機械組合的方式，邁向　　　電子式計算機的時代

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計算機的沿革計算機的沿革 ~~ 什麼是計算機什麼是計算機1 9 4 6 年 E NIAC 於美國賓州大學誕生

• 1947年，夏克利、溥瑞登和巴丁發明電晶體• 第二代電子式計算機：以電晶體取代真空管，

→做為計算機的運算核心 體積、速度、穩定性均重大改善

• 1959年，科爾比與諾以斯分別發明了積體電路→將多個電晶體、電阻、電容等整合在單一微晶片上，進一步縮小了運算或儲存所需的空間

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• 1960年代起，經歷了：– 小型積體電路 (SSI)– 中型積體電路 (MSI)– 大型積體電路 (LSI)– 超大型積體電路 (VLSI)

• 第三代電子式計算機：以積體電路實現計算機的方式，不再以體積大小論高下，而是以其計算功能

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• 摩耳定律：在晶片中融入電晶體的個數每年會成長一倍（每十八個月成長一倍較接近真實）

晶片

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1.積體電路計算與儲存能力約每十八個月成長一倍。

2.電子資訊科技是以指數函數的方式成長，而傳統科技是以線性方式成長

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• 積體電路的製造方法如彩色平板印刷

原圖 色版一

色版二 色版三

積體電路製造：

一件作品中需套上多少顏色則設計相同數目的圖形樣板，而每塊樣板中會因顏色及位置不同而有不同的圖案

彩色平板印刷：

而印刷顏色改為不同波長的光束矽基板

電路光罩

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• 晶圓製造程序示意圖

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• 積體電路、大型積體電路、甚至超大型積體電路的相異處為：使用不同材質的矽晶片與不同波長的光束來製造。

• 光束波長越小，所能製造出來的積體電路越密集，每平方公分所能容納的電晶體數目就越多

• 以今日的技術而言，所用的波長是介於 193奈米與 157奈米之間的準分子雷射光束

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• 奈米電腦 (Nano computer)– 從微米技術到奈米科技，是將體積再做千倍的縮小

• 光學電腦 (Optical computer)– 訊號傳送以雷射光束進行，以光線取代電流執行電腦運算

• 量子電腦 (Quantum computer)– 利用粒子的狀態，來表示電腦中的資料儲存基本單

—位 0與 1

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• 奈米科技是將物質材料再做千倍的縮小，並廣泛地應用在光、電、磁和機械等各領域

• 目前研究主要是以『碳奈米管』來開發奈米級的電晶體

• 瓶頸：製造碳奈米管的純度、均勻度及螺旋性的控制等問題

奈米電腦奈米電腦

光學電腦光學電腦• 電子式計算機－訊號傳遞透過導體

　 純光學電腦－訊號傳送、計算與儲存，以光元件來進行

• 傳播光訊號可藉由：● 光纖或薄膜來引導訊號● 使用透鏡等光學元件來改變光束的大小或分成數個光束

● 利用光學元件與光的互動性來進行運算與 記憶資料

光可以互相交錯並傳遞訊息

光學電腦光學電腦

• 優點：2. 不易受到電磁輻射干擾3. 可以混合不同波長的光在一起而不會互相干擾，因此單位面積所能傳輸的資料量十分龐大

4. 光學元件與光之間的運算，產生的熱能減少許多5. 光訊號易分散至不同的元件，進行平行運算容易• 瓶頸：• 用光控制的光邏輯閘門需要使用高功率的雷射才能運作

光學電腦光學電腦

• 利用粒子的狀態表示電腦中的資料儲存基本單位 0 與 1 ，這種粒子的量子狀態稱為量子位元

1 .常用的表徵狀態：•粒子自旋向上視為 1•粒子自旋向下視為 0

2 .原子的能階•基態時視為 0•激發態時視為 1

•量子位元的讀寫，即改變粒子的狀態，可藉由外部能量來達到

量子電腦量子電腦

• 疊置：粒子處於兩種狀態之間的現象• 量子平行處理：一串粒子將同時表現出所有可能的狀況組合，使得進行量子運作時，能夠一次計算所有可能的狀況

• 因量子疊置的特性，使得量子電腦較適合解決 有某些模式的問題，如：質因數計算、

密碼計算等

量子電腦量子電腦