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2020-06-29什麼是電腦？古典電腦的計算與架構
607 期
Author 作者
鍾豪／臺大電機碩士畢業，現職為中研院資訊所研究助理。喜歡遊走在不同學科之間，最大的興趣是做一切聽起來很酷的事。
什麼是電腦？對於這個問題，許多人的第一印象可能是一個黑黑的鐵盒子，搭配螢幕、鍵盤及滑鼠。不過進一步思考，筆記型電腦算是電腦嗎？平板電腦也算是嗎？智慧型手機呢？一般手機也算是嗎？再從另一個角度來想，去（2019）年10月，Google宣布它們的量子版本電腦做到了古典電腦難以完成的任務。所以，什麼是量子電腦？什麼又是古典電腦呢？
隨著科技發展，類似電腦的東西不斷以不同的形式、功能出現在世人面前。在本文中，筆者將透過抽象、理論的語言，試圖定義「什麼是電腦」。
來做直式乘法吧！
要回答什麼是電腦之前，讓我們先試著問答一個更基本的問題：「什麼是計算？」對於此問題，可以從一個簡單的例子來說明：直式乘法。
回想國小的數學課，如果要計算兩個數a與b的相乘，會有以下的步驟（以a=43、b=47為例）：
1.先把a與b的個位數字對齊。
2.從a的個位數字開始，與b的個位數字做九九乘法，計算結果的個位數字寫下來，並將十位數字進位。
3.a的下一位數字與b的個位數字做九九乘法，算出結果的個位數字加上前述進位寫下來，結果的十位數字進位。
4.重複步驟3直到a的所有位數完畢。
5.重複步驟2~4，但將b的個位數字改為下一位數字， 直到b的所有位數完畢。
雖然是個簡單的例子，但直式乘法已經包含了所有「計算」必要的元素。第一，一個計算過程一定要有「輸出」，在上述直式乘法的例子中輸出為2021；第二，除了輸出，一個計算過程一定要有「輸入」，讓使用者選擇本次計算要解的題目。在此乘法的例子中，輸入即為43和47；第三，一個計算過程有明確的「計算步驟」可以依序執行。
有了「計算」的概念後，就可以說：電腦是執行計算任務的機器！
動手設計乘法小電腦
上述的說明可能還有一點抽象，接下來就來實際動手設計一台用來計算乘法的小電腦吧！
首先，既然「輸出」與「輸入」是計算的必要元素，用來執行計算任務的電腦當然也少不了此兩個介面。對於平常習慣使用桌上型電腦的讀者來說，螢幕與喇叭就是輸出的裝置，而滑鼠與鍵盤就是輸入的裝置。另外，便於攜帶的平板電腦或智慧手機，雖然沒有滑鼠或鍵盤，但螢幕多了觸控的功能，此功能就是讓使用者傳送指令給電腦的輸入裝置。……【更多內容請閱讀科學月刊第607期】