Tech40101 ch3

-1-

บทที ่ 3 วิวฒ ั นาการคอมพิวเตอร์ เนื้ อหา 1. ความหมายของคอมพิวเตอร์ 2. วิวฒ ั นาการของคอมพิวเตอร์ 3. ชนิดของคอมพิวเตอร์

ผลการเรียนรู้ที่คาดหวัง 1. บอกความเป็ นมาและวิวฒ ั นาการของคอมพิวเตอร์ในแต่ละยุคจนถึงปจั จุบนั ได้

แหล่งข้อมูล :: http://www.computerhistory.org รายวิชา ง40101 เทคโนโลยีสารสนเทศและการเขียนโปรแกรมขัน้ ต้น

ภาคเรียนที ่ 1/2552

-2-

1. ความหมายของคอมพิ วเตอร์ คอมพิวเตอร์มาจากภาษาละตินว่า Computare ซึง่ หมายถึง การนับ หรือ การคํานวณ พจนานุ กรม ฉบับ ราชบัณฑิตยสถาน พ.ศ. 2525 ให้ความหมายของคอมพิวเตอร์ไว้ว่า "เครื่องอิ เล็กทรอนิ กส์แบบอัตโนมัติ ทํา หน้ าที่เหมือนสมองกล ใช้สาํ หรับแก้ปัญหาต่างๆ ที่ง่ายและซับซ้อนโดยวิ ธีทางคณิ ตศาสตร์" คอมพิวเตอร์จงึ เป็ นเครือ่ งจักรอิเล็กทรอนิกส์ทถ่ี ูกสร้างขึน้ เพือ่ ใช้ทาํ งานแทนมนุ ษย์ ในด้านการคิดคํานวณและ สามารถจํา ข้อ มูล ทัง้ ตัว เลขและตัว อัก ษรได้เ พื่อ การเรีย กใช้ง านในครัง้ ต่ อ ไป นอกจากนี้ ยัง สามารถจัด การกับ สัญลักษณ์ได้ดว้ ยความเร็วสูง โดยปฏิบตั ติ ามขัน้ ตอนของโปรแกรม คอมพิวเตอร์ยงั มีความสามารถในด้านต่างๆ อีก มาก อาทิเช่น การเปรียบเทียบทางตรรกศาสตร์ การรับส่งข้อมูล การจัดเก็บข้อมูลในตัวเครื่องและสามารถประมวลผล จากข้อมูลต่างๆ ได้ แสดงแผนภาพการทํางานของระบบคอมพิวเตอร์ในปจั จุบนั ได้ดงั นี้

รูปที่ 1.1 การทํางานของระบบคอมพิวเตอร์ 1.1 ประวัติของคอมพิ วเตอร์

เป็ นเรื่องยากทีจ่ ะชีช้ ดั ลงไปว่าอุปกรณ์ใดจัดเป็ นคอมพิวเตอร์ยุคแรก ๆ เพราะคําว่า "คอมพิวเตอร์" เองก็มกี ารตีความเปลีย่ นไปมาอยูเ่ สมอ แต่จุดเริม่ ของคํานี้หมายถึงคนทีท่ าํ หน้าทีเ่ ป็ นนักคํานวณในสมัยนัน่ ค.ศ. 1930 ถึงช่วงปี ค.ศ. 1940 เป็ นช่วงทีโ่ ลกได้มคี อมพิวเตอร์ทส่ี ามารถโปรแกรมได้และคํานวณ ผลลัพธ์ได้มปี ระสิทธิภาพจริง แต่เป็ นการยากทีจ่ ะตัดสินได้วา่ คอมพิวเตอร์เครื่องแรกของ โลก ENIAC (Electronics Numerical Integrator and Computer) เกิดขึน้ ในปี 1946 และ ประดิษฐ์โดยจอห์น ดับลิว มอชลีย์ (John W. Mauchly) และ เจ เพรสเพอร์ เอคเกิรต (J. Prespern Eckert) ทํางานโดยใช้หลอดสุญญากาศจํานวน 18,000 หลอด มีน้ําหนัก 30 ตัน ใช้เนื้อทีห่ อ้ ง 15,000 ตารางฟุต เวลาทํางานต้องใช้กาํ ลังไฟถึง 140 กิโลวัตต์ คํานวณ ในระบบเลขฐานสิบ รายวิชา ง40101 เทคโนโลยีสารสนเทศและการเขียนโปรแกรมขัน้ ต้น

ภาคเรียนที ่ 1/2552

-3-

ค.ศ. 1941 เป็ นครัง้ แรกทีโ่ ลกได้มเี ครื่องคอมพิวเตอร์เครื่องแรกทีส่ ามารถตัง้ โปรแกรมได้อย่างอิสระ ผูพ้ ฒ ั นาคือ Konrad Zuse และชือ่ คอมพิวเตอร์คอื Z1 Computer ค.ศ. 1953 ไอบีเอ็ม (IBM) ออกจําหน่ าย EDPM เป็ นครัง้ แรก และเป็ นก้าวแรกของไอบีเอ็มในธุรกิจ คอมพิวเตอร์ ค.ศ. 1954 John Backus และ IBM ร่วมกันสร้างภาษาคอมพิวเตอร์ช่อื FORTRAN ซึง่ เป็ นภาษา ระดับสูง (high level programming language) ภาษาแรกในประวัตศิ าสตร์คอมพิวเตอร์ ค.ศ. 1955 (ใช้จริง ค.ศ. 1959) สถาบันวิจยั สแตนฟอร์ด, ธนาคารแห่งชาติอเมริกา, และ บริษทั เจเนอรัลอิเล็กทริก ร่วมกันสร้าง ERMA และ MICR ซึง่ เป็ นคอมพิวเตอร์เครือ่ งแรกในธุรกิจ ธนาคาร ค.ศ. 1958 Jack Kilby และ Robert Noyce เป็ นผูส้ ร้าง Integrated Circuit หรือ ชิป(Chip) เป็ นครัง้ แรก ั นาเกมคอมพิวเตอร์เป็ นครัง้ แรกของโลกชือ่ ว่า "Spacewar" ค.ศ. 1962 สตีฟ รัสเซลล์ และ เอ็มไอที ได้พฒ ค.ศ. 1964 Douglas Engelbart เป็ นผูป้ ระดิษฐ์เมาส์ และ ระบบปฏิบตั กิ ารแบบวินโดวส์ ค.ศ. 1969 เป็ นปีทก่ี าํ เนิด ARPAnet ซึง่ เป็ นจุดเริม่ ต้นของอินเทอร์เน็ต ค.ศ. 1970 (อินเทล) พัฒนาหน่วยความจําชัวคราวของคอมพิ ่ วเตอร์หรือ RAM เป็ นครัง้ แรก ค.ศ. 1971 Faggin, Hoff และ Mazor พัฒนาไมโครโปรเซสเซอร์ตวั แรกของโลกให้อนิ เทล (Intel) ค.ศ. 1971 Alan Shugart และ IBM พัฒนา ฟลอปปี้ดสิ ก์ เป็ นครัง้ แรก ั นาระบบอีเทอร์เน็ต (Ethernet) สําหรับระบบ ค.ศ. 1973 Robert Metcalfe และ Xerox ได้พฒ เครือข่ายคอมพิวเตอร์ ค.ศ. 1974 ถึง ค.ศ. 1975 Scelbi และ Mark-8 Altair และ IBM ร่วมกันวางจําหน่ ายคอมพิวเตอร์ สําหรับผูใ้ ช้รายย่อยเป็ นครัง้ แรก ค.ศ. 1976 ถึง ค.ศ. 1977 ถือกําเนิด Apple I, II และ TRS-80 และ Commodore Pet Computers ซึง่ เป็ นคอมพิวเตอร์สว่ นบุคคลรุน่ แรกๆ ของโลก ค.ศ. 1981 ไมโครซอฟท์ วางจําหนาย MS-DOS ซึง่ เป็ นระบบปฏิบตั กิ ารทีไ่ ด้รบั ความนิยมทีส่ ดุ ในช่วงนัน้ ค.ศ. 1983 บริษทั แอปเปิล ออกคอมพิวเตอร์รนุ่ Apple Lisa ซึง่ เป็ นคอมพิวเตอร์รนุ่ แรกทีใ่ ช้ระบบ GUI ค.ศ. 1984 บริษัทแอปเปิ ล วางจําหน่ ายคอมพิวเตอร์รุ่น แอปเปิ ล แมคอินทอช ซึ่งทําให้มกี ารใช้ คอมพิวเตอร์อย่างกว้างขวาง ค.ศ. 1985 ไมโครซอฟท์ วางจําหน่าย ไมโครซอฟท์ วินโดวส์ เป็ นครัง้ แรก * แหล่งข้อมูล http://th.wikipedia.org/

รายวิชา ง40101 เทคโนโลยีสารสนเทศและการเขียนโปรแกรมขัน้ ต้น

ภาคเรียนที ่ 1/2552

-4-

2. วิ วฒ ั นาการของคอมพิ วเตอร์ คอมพิวเตอร์นัน้ มีววิ ฒ ั นาการที่รวดเร็วมาก ตัง้ แต่ยุคสมัยดึกดําบรรพ์เป็ นต้นมา มนุ ษย์เรามีความ พยายามทีจ่ ะคิดค้นเครื่องมือให้มาช่วยในการคํานวณและการนับ ตัง้ แต่เริม่ ต้นใช้น้ิวมือนับ จนมาใช้กอ้ นกรวด หิน มนุ ษ ย์จึง คิด ค้น วิธีก ารที่ง่ า ยกว่ า นี้ จนกลายมาเป็ น กลไกที่ใ ช้ใ นการคํ า นวณ จนวิว ัฒ นาการมาเป็ น คอมพิวเตอร์ในปจั จุบนั โดยแบ่งเป็ น 4 ยุค ดังนี้  ยุคก่อนเครือ่ งจักรกล (Premachanical)  ยุคเครือ่ งจักรกล (Mechanical)  ยุคเครือ่ งจักรกลระบบอิเล็กทรอนิกส์ (Electromechanical)  ยุคเครือ่ งอิเล็กทรอนิกส์ (Electronic) 2.1 คอมพิ วเตอร์ในยุคก่อนเครื่องจักรกล (ประมาณ 2,000 - 3,000 ปีมาแล้ว) ประวัตขิ องคณิตศาสตร์เริม่ ต้นเมื่อคนเราต้องจดนับปริมาณทีม่ ากกว่าหนึ่ง มนุ ษย์เผ่าทีเ่ ร่ร่อนในยุค แรกนับและบันทึกจํานวนสัตว์ในฝูงได้แม้ไม่มรี ะบบจํานวนเป็ นลายลักษณ์อกั ษรในการนับ โดยเขาใช้วธิ ี เก็บก้อนกรวดหรือเมล็ดพืชไว้ในถุง ถ้าจํานวนมีคา่ มากก็จะใช้น้ิวต่างๆ เป็ นสัญลักษณ์แทนจํานวน 10 และ 20 พวกเขาได้พฒ ั นาแนวคิดเกีย่ วกับจํานวนว่าเป็ นสัญลักษณ์ซง่ึ แตกต่างจากสิง่ ของทีก่ าํ ลังนับ เมื่อการเก็บข้อมูลและการนับมีความซับซ้อนมากขึ้น มนุ ษย์ได้ประดิษฐ์เครื่องช่วยในการทํางาน ลูกคิดเป็ นเครื่องมือชนิดหนึ่งในยุคแรก ซึ่งไม่สามารถชี้ชดั แหล่งที่มาแน่ นอนได้ แต่เป็ นไปได้ท่จี ะมีต้น กําเนิดมาจากชาวบาบิโลน ลูกคิดเป็ นทีร่ ูจ้ กั ตัง้ แต่สมัยกรีกและโรมันตอนต้น ในตอนแรกลูกคิดมีผวิ หน้า หยาบใช้เม็ดมันๆ หรือเป็ นแผ่นหินใส่เครื่องหมายเพื่อบอกตําแหน่ งจํานวนและใช้ก้อนกรวดเป็ นตัวนับ ชาวโรมันเรียกก้อนกรวดนัน้ ว่า แคลคูไล ซึง่ ก่อให้เกิดคําว่า แคลคูเลชัน่ ซึง่ หมายถึงการคํานวณขึน้

รูปที่ 2.1 ลูกคิดชาวจีน และ เครือ่ งคํานวณของปาสคาล อุปกรณ์ชนิดแรกของโลกทีเ่ ป็ นเครื่องมือในการคํานวณก็คอื ลูกคิดนัน่ เอง ซึง่ ถือได้วา่ เป็ นอุปกรณ์ใช้ ช่วยการคํานวณทีเ่ ก่าแก่ทส่ี ุดในโลกและคงยังใช้งานมาจนถึงปจั จุบนั ในปี พ.ศ. 2158 นักคณิตศาสตร์ ชาวสก็อตแลนด์ช่อื John Napier ได้สร้างอุปกรณ์ใช้ ช่วยการคํานวณขึน้ มา เรียกว่า Napier's Bones มี รูปร่างคล้ายสูตรคูณในปจั จุบนั ในปี พ.ศ. 2185 นักคณิตศาสตร์ชาวฝรังเศสชื ่ ่อ Blaise Pascal คิดว่าน่ าจะ มีวธิ ที จ่ี ะคํานวณตัวเลขได้ง่ายกว่า เขาได้ออกแบบ เครื่องมือช่วยในการคํานวณโดย ใช้หลักการหมุนของ ฟนั เฟื องหนึ่งอันถูกหมุนครบ 1 รอบ ฟนั เฟื องอีกอันหนึ่งซึ่งอยู่ ทางด้านซ้ายจะถูกหมุนไปด้วยในเศษ 1 ส่วน 10 รอบ เครื่องมือของปาสคาลนี้ถูกเผยแพร่ออกสู่สาธารณะชน เมื่อ พ.ศ. 2188 แต่ไม่ประสบ ความสําเร็จเท่าทีค่ วรเนื่องจากราคาแพง และเมือ่ ใช้งานจริงจะเกิดฟนั เฟื องติดขัดบ่อยๆ ทําให้ผลลัพธ์ทไ่ี ด้ ไม่คอ่ ยถูกต้องตรงความเป็ นจริง รายวิชา ง40101 เทคโนโลยีสารสนเทศและการเขียนโปรแกรมขัน้ ต้น

ภาคเรียนที ่ 1/2552

-5-

2.2 คอมพิ วเตอร์ในยุคเครื่องจักกล (ประมาณ ค. ศ. 1791-1871) ชาร์ล แบบเบจ (Charles Babbage) นักคณิตศาสตร์ชาวอังกฤษประดิษฐ์เครื่องวิเคราะห์ (Analytical Engine หรือ Difference Engine) มีความสามารถคํานวณ, พิมพ์ตารางค่าของตรีโกณมิติ ฟงั ก์ชนทาง ั่ คณิตศาสตร์และสมการโพลิโนเมียล (Polynomial) คู่กบั สมการผลต่าง (Difference equation) ได้ เครื่องจักรกลชนิดนี้ทาํ งานด้วยเครื่องยนต์พลังไอนํ้า มีขอ้ มูลบันทึกอยูใ่ น บัตรเจาะรู (Punched Card) จึง สามารถคํานวณได้โดยอัตโนมัตแิ ละเก็บผลลัพธ์ไว้ในหน่ วยความจําก่อนพิมพ์ออกทางกระดาษ หลักการ ทํา งานที่ม ีก ารรับ ข้อ มูล การประมวลผล การแสดงผลได้อ ย่า งอัต โนมัติน้ี ได้นํ า มาเป็ น พื้น ฐานสร้า ง คอมพิวเตอร์ในยุคต่อมาจนถึงปจั จุบนั จึงได้ยกย่องให้ ชาร์ล แบบเบจ เป็ นบิดาแห่งเครือ่ งคอมพิวเตอร์

รูปที่ 2.2 ชาร์ล แบบเบจ (Charles Babbage) บิดาแห่งเครือ่ งคอมพิวเตอร์

รูปที่ 2.3 แบบจําลองเครือ่ ง Analytical Engine หรือ Difference Engine รายวิชา ง40101 เทคโนโลยีสารสนเทศและการเขียนโปรแกรมขัน้ ต้น

ภาคเรียนที ่ 1/2552

-6-

ในปี ค. ศ. 1815-1852 มีการสร้างโปรแกรมคอมพิวเตอร์ครัง้ แรกโดย เอดา ออกุสตา (Ada Augusta) นักคณิตศาสตร์นําเอาหลักการของ แบบเบจ มาใช้ โดยนํ าเครื่อง Analytical Engine มาแก้ปญั หาทาง วิทยาศาสตร์ได้สําเร็จโดยสร้างคําสังควบคุ ่ มการแก้ปญั หาไว้ล่วงหน้ า จึงยกย่อง เอดา ออกุสตา (Ada Augusta) ว่าเป็ น “โปรแกรมเมอร์(Programmer)” หรือผูเ้ สร้างโปรแกรมคอมพิวเตอร์เป็ นคนแรกของโลก

รูปที่ 2.4 เอดา ออกุสตา (Ada Augusta) ผูเ้ สร้างโปรแกรมคอมพิวเตอร์เป็ นคนแรกของโลก

2.3 คอมพิ วเตอร์ในยุคเครื่องจักรกลระบบอิ เล็กทรอนิ กส์ เครือ่ งมือทัง้ หลายทีถ่ ูกประดิษฐ์ขน้ึ มาในยุคก่อนนัน้ ส่วนมากประกอบด้วยฟนั เฟื อง รอก คาน ซึง่ เป็ น วัสดุ ที่มขี นาดใหญ่ และมีน้ํ าหนักมากทําให้การทํางานล่าช้าและผิดพลาดอยู่เสมอ ดังนัน้ ในยุคต่อมาจึง พยายาม พัฒนาเครือ่ งมือ ให้มขี นาดเล็กลง แต่มปี ระสิทธิภาพสูงขึน้ ดังนี้ พ.ศ. 2480 ศาสตราจารย์ Howard Aiken แห่งมหาลัยวิทยาลัยฮาวาร์ด ได้ พั ฒ นาเครื่ อ งคํ า นวณตามแนวคิ ด ของ Babbage ร่วมกับวิศวะกรของบริษทั IBM สร้ า ง เครื่ อ งคํ า นวณตามความคิ ด ขอ ง Babbage ได้ สําเร็จ โดยเครื่องดังกล่าว ทํา งานแบบเครื่อ งจัก รกลปนไฟฟ้ า และใช้ บัตรเจาะรูเป็ นสือ่ ในการนํ าเข้าข้อมูลสู่ เครื่อง เพือ่ ทําการประมวลผล การพัฒนาดังกล่าวมา เสร็จสิ้นในปี พ.ศ. 2487 โดยเครื่องมือนี้มชี ่อื ว่า MARK 1 และเนื่องจากเครื่องนี้สาํ เร็จได้ จากการสนับสนุ น ด้านการเงินและบุคลากร จากบริษทั IBM ดังนัน้ จึงมีอกี ชื่อ หนึ่งว่า IBM Automatic Sequence Controlled Calculator และนับเป็ น เครือ่ งคํานวณแบบอัตโนมัตเิ ครือ่ งแรกของโลก รายวิชา ง40101 เทคโนโลยีสารสนเทศและการเขียนโปรแกรมขัน้ ต้น

ภาคเรียนที ่ 1/2552

-7-

พ.ศ. 2486 ซึ่งเป็ นช่วงสงครามโลกครัง้ ที่ 2 ศูนย์วจิ ยั ของกองทัพบกสหรัฐอเมริกามีความจําเป็ นที่ จะต้อง คิดค้นเครื่องช่วยคํานวณ เพื่อใช้คํานวณหาทิศทางและระยะทางในการส่งขีปนาวุธซึ่งถ้าใช้เครื่อง คํานวณทีม่ ี อยูใ่ นสมัยนัน้ จะต้องใช้เวลาถึง 12 ชัวโมงในการคํ ่ านวณ การยิง 1 ครัง้ ดังนัน้ กองทัพจึงให้กอง ทุนอุดหนุ นแก่ John W. Mauchly และ Persper Eckert จากมหาวิทยาลัยเพนซิลวาเนีย ในการสร้างคอมพิวเตอร์ จากอุปกรณ์อเิ ล็กทรอนิกส์ขน้ึ มา โดยนํ าหลอดสุญยากาศ (Vacuum Tube) จํานวน 18,000 หลอด มาใช้ในการสร้าง ซึ่ง มีข้อ ดีคือ ทํา ให้เ ครื่อ งมีค วามเร็ว และมีค วามถู ก ต้อ ง แม่ น ยํา ในการคํ า นวณมากขึ้น ในด้า นของความเร็ว นั น้ เครื่อ งจัก กลมีค วามเฉื่ อ ยของการเคลื่อ นที่ข องชิ้น ส่ ว น ประกอบ แต่คอมพิวเตอร์อเิ ล็กทรอนิกส์ จะใช้อเิ ล็กตรอน เป็ นตัวเคลื่อนที่ ทําให้สามารถส่งข้อมูลด้วยกระแสไฟฟ้าได้ ด้วยความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วของแสง ส่วนความถูกต้องแม่นยําในการทํางานของเครื่องจักรกลอาศัยฟนั เฟื อง รอก คาน ในการทํางาน ทําให้ ทํางานได้ชา้ และเกิดความผิดพลาดได้งา่ ย พ.ศ. 2489 เครื่องคอมพิวเตอร์ท่ี Mauchly และ Eckert คิดค้นขึน้ ได้มชี ่อื ว่า ENIAC ย่อมาจาก (Electronic Numberical Integrater and Caculator) ประสบความสําเร็จในปี พ.ศ. 2489 ถึงแม้วา่ จะไม่ทนั ใช้ในสงครามโลกครัง้ ทีส่ อง แต่ความเร็วในการคํานวณของ ENIAC ทําให้วงการคอมพิวเตอร์ขณะนัน้ ยอมรับความสามารถของเครื่องคอมพิวเตอร์อเิ ล็กทรอนิกส์ แต่อย่างไรก็ตาม ENIAC ทํางานด้วยไฟฟ้า ทัง้ หมดทํ า ให้ใ นการทํ า งานแต่ ล ะครัง้ จึง ทํ า ให้เ กิด ความร้อ นสูง มาก จํ า เป็ น ต้อ งติด ตัง้ ไว้ใ นห้อ งที่ม ี เครื่องปรับอากาศด้วย นอกจากนี้ ENIAC ยังเก็บได้เฉพาะข้อมูลทีเ่ ป็ นตัวเลขขนาด 10 หลัก และเก็บได้ ่ น้ ยังไม่สามารถเก็บไว้ในเครือ่ งได้ การส่งชุดคําสังเข้ ่ าเครือ่ งจะต้อง เพียง 20 จํานวน เท่านัน้ ส่วนชุดคําสังนั ใช้วธิ กี ารเดินสายไฟสร้างวงจรถ้ามีการแก้ไขโปรแกรม ก็ตอ้ งมีการเดินสายไฟกันใหม่ ซึง่ ใช้เวลาเป็ นวัน

ENIAC

UNIVAC

คอมพิวเตอร์ในยุคเครื่องจักระบบระบบอิเล็กทรอนิกส์ เช่น ENIAC เวลาโปรแกรมต้องใช้วธิ กี าร เปลีย่ นสายเชือ่ มต่ออุปกรณ์ต่างๆ ซึง่ เป็ นวิธกี ารทีย่ งุ่ ยากมาก จึงเกิดแนวคิดว่าตัวโปรแกรมน่ าจะจัดเก็บอยูใ่ น ส่วนทีส่ ามารถปรับเปลีย่ นแก้ไขได้งา่ ย เป็ นทีม่ าของแนวคิดทีท่ าํ การจัดเก็บข้อมูลต่างๆรวมถึงโปรแกรมไว้ใน หน่ วยความจํา หรือ memory ทําให้คอมพิวเตอร์จะได้รบั คําสังโดยการอ่ ่ านคําสังจากหน่ ่ วยความจํา และการ รายวิชา ง40101 เทคโนโลยีสารสนเทศและการเขียนโปรแกรมขัน้ ต้น

ภาคเรียนที ่ 1/2552

-8-

ปรับเปลีย่ นโปรแกรมสามารถทําได้โดยการเปลีย่ นแปลงค่าภายในหน่ วยความจําโดยมีแนวคิดที่รจู้ กั ในชื่อว่า

"Stored-Program Concept" หรือ อีกชื่อว่าสถาปตั ยกรรม von Neumann โดยเข้าใจว่า J. Presper Eckert และ John William Mauchly ซึง่ เป็ นนักออกแบบ ENIAC เป็ นผูค้ ดิ ค้นขึน้ ต่อมาได้นํา แนวคิดการทํางานแบบ StoredProgram เป็ นแนวคิดหลักของการทํางานในคอมพิวเตอร์จนถึงปจั จุบนั โดยแนวคิดนี้จะแบ่งการทํางานของ คอมพิวเตอร์เป็ น 4 ส่วนหลักได้แก่ ส่วนที่ 1 หน่วยประมวลผลในรูปแบบข้อมูล Binary หรือทีเ่ รียกว่า Arithmetic-Logical Unit (ALU) เปรียบเสมือน หัวใจของคอมพิวเตอร์ หน้าทีห่ ลักของมันคือทําการประมวลผลทางคณิตศาสตร์ขนั ้ พืน้ ฐานอันได้แก่การบวกและลบ และการทําการเปรียบเทียบข้อมูลสองข้อมูลว่ามีคา่ เท่ากันหรือไม่ถา้ ไม่จะมีคา่ มากกว่าหรือน้อยกว่า ส่วนที่ 2 หน่ วยความจํา หรือ Memory ใช้สาํ หรับเก็บข้อมูล (Data) และ คําสัง่ (Instructions) โดยข้อมูลภายใน หน่วยความจําจะถูกแบ่งเป็ นส่วนๆเล็กๆเท่าๆกัน แต่ละส่วนมีทอ่ี ยู่ (address) เพือ่ ใช้เข้าถึงข้อมูลทีถ่ กู จัดเก็บเอาไว้ ส่วนที่ 3 อุปกรณ์อนิ พุตและเอาต์พุต หรือ I/O Device เป็ นส่วนทีใ่ ช้นําข้อมูลจากโลกภายนอกเข้ามาภายใน ระบบคอมพิวเตอร์ เพือ่ นํามาประมวลผล และเมือ่ ได้ผลลัพธ์กจ็ ะนําข้อมูลทีไ่ ด้มาแสดงผลให้โลกภายนอกคอมพิวเตอร์ ได้รบั ทราบ ส่วนที่ 4 หน่ วยควบคุมการทํางาน หรือ Control Unit เป็ นส่วนทีใ่ ช้เชื่อมต่อแต่ละส่วนเข้าด้วยกัน หน้าทีห่ ลักๆ คือทําการอ่านข้อมูลคําสังที ่ ่อยู่ภายในหน่ วยความจําหรือที่ได้จากอุปกรณ์ อนิ พุต ทําการแปลความหมายและส่งไป ประมวลผลใน ALU จากนัน้ นํ าผลทีไ่ ด้ไปจัดเก็บในหน่ วยความจําหรืออุปกรณ์เอาต์พุต หน้าที่หลักอีกประการ คือ ควบคุมลําดับการทํางานของแต่ละขัน้ ตอนให้อยูใ่ นเวลาทีเ่ หมาะสม

รูปที่ 2.5 แนวคิดการทํางานของคอมพิวเตอร์แบบ Stored-Program

รายวิชา ง40101 เทคโนโลยีสารสนเทศและการเขียนโปรแกรมขัน้ ต้น

ภาคเรียนที ่ 1/2552

-9-

2.4 คอมพิ วเตอร์ในยุคเครื่องอิ เล็กทรอนิ กส์ ประเภทของคอมพิวเตอร์ถ้าจําแนกตามลักษณะ วิธีการทํางานภายในเครื่องคอมพิวเตอร์แ บ่งได้เป็ น 2 ประเภท คือ แอนะล็อกคอมพิวเตอร์ (analog computer) และดิจทิ ลั คอมพิวเตอร์ (digital computer) แอนะล็อกคอมพิวเตอร์ (analog computer) เป็ นเครื่องคํานวณอิเล็กทรอนิกส์ทไ่ี ม่ได้ใช้ค่าตัวเลขเป็ นหลักของการคํานวณ แต่จะใช้ค่าระดับแรงดันไฟฟ้า แทน แอนะล็อกคอมพิวเตอร์จ ะมีลกั ษณะเป็ นวงจรอิเล็กทรอนิ ก ส์ท่แี ยกส่วนทําหน้ า ที่เป็ น ตัวกระทําและเป็ น ฟงั ก์ช นั ทาง คณิตศาสตร์ จึงเหมาะสําหรับงานคํานวณทางวิทยาศาสตร์ และวิศวกรรมที่อยู่ในรูปของสมการทางคณิตศาสตร์ เช่น การ จําลองการบิน การศึกษาการสันสะเทื ่ อนของตึกเนื่องจากแผ่นดินไหว เป็ นต้น ในปจั จุบนั ไม่ค่อยพบเห็นแอนะล็อกคอมพิวเตอร์ เพราะผลการคํานวณมีความละเอียดน้อย ทําให้มขี ดี จํากัดใช้ได้กบั งานเฉพาะบางอย่างเท่านัน้

Analog computer แหล่งข้อมูลอ้างอิง http://archive.computerhistory.org

ดิจทิ ลั คอมพิวเตอร์ (digital computer) เป็ นเครื่องคํานวณอิเล็กทรอนิกส์ทใ่ี ช้งานเกี่ยวกับตัวเลข ค่า ตัวเลขของการคํานวณในดิจิทลั คอมพิวเตอร์จะแสดงเป็ น หลัก แต่จะเป็ นระบบเลขฐานสองที่มสี ญ ั ลักษณ์ตวั เลขเพียง สองตัว คือ 0 และ 1 เท่านัน้ โดยสัญลักษณ์ทงั ้ สองตัวนี้ จะ แทนลัก ษณะการทํ า งานภายในซึ่ง เป็ น สัญ ญาณไฟฟ้ าที่ ต่างกัน การคํานวณภายในดิจิทลั คอมพิวเตอร์จะเป็ น การ ประมวลผลด้ว ยระบบเลขฐานสองทัง้ หมด เครื่อ งดิจิท ัล คอมพิวเตอร์หรือนิยมเรียกสัน้ ๆ ว่า คอมพิวเตอร์ กําลังได้รบั ความนิยมกันมากในขณะนี้ และพบเห็นอยูท่ วไปในป ั่ จั จุบนั

Digital computer แหล่งข้อมูลอ้างอิง http://www.ameslab.gov รายวิชา ง40101 เทคโนโลยีสารสนเทศและการเขียนโปรแกรมขัน้ ต้น

ภาคเรียนที ่ 1/2552

- 10 ระหว่างปี พ.ศ.2502 – 2506 มีการนํ าทรานซิสเตอร์ (transistor) ผู้ท่คี ิดค้นคือนักวิทยาศาสตร์ของ ห้องปฏิบตั กิ ารเบลล์ (Bell laboratories) แห่งสหรัฐอเมริกา ได้แก่ บาร์ดนี (J.Bardeen) แบรทเทน (H.W.Brattain) และชอคเลย์ (W.Shockley) ทําให้เครื่องคอมพิวเตอร์มขี นาดเล็กลง และสามารถเพิม่ ประสิทธิภาพในการทํางานให้ม ี ความรวดเร็วและแม่นยํามากยิง่ ขึน้ โดยทรานซิสเตอร์ทพ่ี ฒ ั นาขึน้ เป็ นครัง้ แรกมีขนาด 1 ใน 100 ของหลอดสุญญากาศ เท่านัน้ นอกจากนี้ในยุคนี้ยงั ได้มกี ารคิดภาษาเพื่อใช้กบั เครื่องคอมพิวเตอร์เช่น ภาษาฟอร์แทน (FORTRAN) จึงทํา ให้งา่ ยต่อการเขียนโปรแกรมสําหรับใช้กบั เครือ่ ง

เครื่ องคอมพิวเตอร์ทรานซิ สเตอร์

ทรานซิ สเตอร์ (Transistor)

ลักษณะเฉพาะของเครื่องคอมพิ วเตอร์ทรานซิ สเตอร์  ใช้อุปกรณ์ ทรานซิสเตอร์ (Transistor) ซึง่ สร้างจากสารกึง่ ตัวนํา (Semi-Conductor) เป็ นอุปกรณ์หลัก แทน

   

หลอดสุญญากาศ เนื่องจากทรานซิสเตอร์เพียงตัวเดียว มีประสิทธิภาพในการทํางานเทียบเท่าหลอดสุญญากาศ ได้นับร้อยหลอด ทําให้เครื่องคอมพิวเตอร์ในยุคนี้มขี นาดเล็ก ใช้พลังงานไฟฟ้าน้อย ความร้อนตํ่า ทํางานเร็ว และได้รบั ความน่าเชื่อถือมากยิง่ ขึน้ เก็บข้อมูลได้ โดยใช้สว่ นความจําวงแหวนแม่เหล็ก (Magnetic Core) มีความเร็วในการประมวลผลในหนึ่งคําสัง่ ประมาณหนึ่งในพันของวินาที (Millisecond : mS) สังงานได้ ่ สะดวกมากขึน้ เนื่องจากทํางานด้วยภาษาสัญลักษณ์ (Assembly Language) เริม่ พัฒนาภาษาระดับสูง (High Level Language) ขึน้ ใช้งานในยุคนี้ คือภาษาฟอร์แทรน (FORmular TRANslation : FORTRAN) ในงานทางด้านคณิตศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ และภาษาโคบอล (Common

Business Oriented Language : COBOL)

รายวิชา ง40101 เทคโนโลยีสารสนเทศและการเขียนโปรแกรมขัน้ ต้น

ภาคเรียนที ่ 1/2552

- 11 -

พ.ศ.2507 – 2512 ได้มกี ารประดิษฐ์คดิ ค้นเกีย่ วกับวงจรรวม (Integrated-Circuit) หรือเรียกกันย่อๆ ว่า "ไอซี" (IC) ซึง่ ไอซีน้ีทาํ ให้สว่ นประกอบและวงจรต่างๆ สามารถวางลงได้บนแผ่นชิป (chip) เล็กๆ เพียงแผ่นเดียว เช่น แผ่น ซิลคิ อนขนาดเล็กกว่า 1/8 ตารางนิ้ว จึงมีการนําเอาแผ่นชิปมาใช้แทนทรานซิสเตอร์ทาํ ให้ประหยัดเนื้อทีไ่ ด้มาก

เครื่ องคอมพิวเตอร์ในยุควงจรรวม

วงจรรวม(Integrated Circuit : IC)

ลักษณะเฉพาะของเครื่องคอมพิ วเตอร์ยคุ วงจรรวม  มีค วามเชื่อ ถือ ได้ หมายความว่า ไม่ว่า จะใช้ง านกี่ค รัง้ ก็จ ะได้ผ ลลัพ ธ์เ หมือ นเดิม คอมพิว เตอร์ท่ีใ ช้ห ลอด    

สุญญากาศจะเกิดการขัดข้องโดยเฉลี่ยแล้วทุกๆ 15 วินาที ส่วนไอซีมปี ญั หาเช่นนี้น้อยมาก คือ 1 ครัง้ ใน 23 ล้านชัวโมง ่ อุปกรณ์มขี นาดเล็กกะทัดรัด มีความเร็วในการทํางานเพิม่ มากขึน้ เพราะวงจรอยู่ใกล้กนั มากระยะเวลาในการ เดินทางของกระแสไฟฟ้าจะน้อยลง ราคาถูก เนื่องจากมีการผลิตในปริมาณมากๆ ทําให้ตน้ ทุนถูกลง ใช้พลังงานไฟฟ้าน้อย ทําให้ประหยัด ทํางานได้ดว้ ยภาษาระดับสูงทัวไป ่

เป็ นยุคทีน่ ําสารกึง่ ตัวนํามาสร้างเป็ นวงจรรวมความจุสงู มาก (Very Large Scale Integrated : VLSI) ซึง่ สามารถ ย่อส่วนไอซีธรรมดาหลายๆ วงจรเข้ามาในวงจรเดียวกัน และมีการประดิษฐ์ ไมโครโพรเซสเซอร์ (Microprocessor) ขึน้ ทําให้ เครื่อ งมีข นาดเล็ก ราคาถูก ลง และมีค วามสามารถในการทํา งานสูง และรวดเร็ว มาก จึง ทํา ให้ม ีค อมพิว เตอร์ส่ว นบุ ค คล (Personal Computer) ถือกําเนิดขึน้ มาในยุคนี้

คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล (Personal Computer) รายวิชา ง40101 เทคโนโลยีสารสนเทศและการเขียนโปรแกรมขัน้ ต้น

ไมโครโพรเซสเซอร์ (Microprocessor) ภาคเรียนที ่ 1/2552

- 12 -

ลักษณะเฉพาะของเครื่องคอมพิ วเตอร์ยคุ วีแอลเอสไอ  ใช้อุปกรณ์ วงจรรวมสเกลขนาดใหญ่ (Large Scale Integration : LSI) และ วงจรรวมสเกลขนาดใหญ่มาก (Very Large Scale Integration : VLSI) เป็ นอุปกรณ์หลัก  มีความเร็วในการประมวลผลแต่ละคําสัง่ ประมาณหนึ่งในพันล้านวินาที (Nanosecond : nS) และพัฒนาต่อมา จนมีความเร็วในการประมวลผลแต่ละคําสัง่ ประมาณหนึ่งในล้านล้านของวินาที (Picosecond : pS) หลังจากทีม่ กี ารคิดค้นวงจรวีแอลเอสไอขึน้ เพื่อใช้เป็ นหน่ วยประมวลผลกลางและหน่ วยความจําหลักในคอมพิวเตอร์ แล้ว การพัฒนาวงจรวีแอลเอสไอก็ยงั คงมีอย่างต่อเนื่องและรวดเร็ว จนในปจั จุบนั สามารถบรรจุทรานซิสเตอร์ลงบนแผ่น ซิลคิ อนขนาดเล็กเพิม่ ขึน้ เป็ น 2 เท่า ทุกๆ 18 เดือน เป็ นผลให้คอมพิวเตอร์มขี ดี ความสามารถเพิม่ ขึน้ อย่างรวดเร็ว เมื่อ คอมพิวเตอร์ในปจั จุบนั สามารถทํางานได้เร็วขึน้ ประมวลผลข้อมูลได้ทลี ะมากๆ ทํางานได้หลายงานพร้อมกัน รวมทัง้ สามารถ แสดงผลในรูปของสือ่ ประสมได้ ความนิยมนําคอมพิวเตอร์มาช่วยงานจึงขยายอย่างรวดเร็ว ยุคนี้จะมีความพยายามในการ ประยุกต์ใช้คอมพิวเตอร์กบั งานหลายประเภท เช่น มีความพยายามนําคอมพิวเตอร์มาช่วยในการตัดสินใจและแก้ปญั หาให้ดยี งิ่ ขัน้ นอกจากนี้ ในยุค นี้ ก็ม ีการพัฒนาเครือข่ายคอมพิวเตอร์เพื่อให้คอมพิวเตอร์ท่เี ชื่อมต่อกันอยู่ในเครือข่ายสามารถใช้ ทรัพยากรร่วมกันและแลกเปลีย่ นข้อมูลระหว่างกันได้ สามารถใช้อุปกรณ์รอบข้าง เช่น เครื่องพิมพ์รว่ มกันได้ สามารถเรียกใช้ ข้อมูลทีอ่ ยูใ่ นเครือ่ งอื่นในกลุม่ ได้ จากความสะดวกสบายของการทํางานบนเครือข่ายคอมพิวเตอร์ ทําให้เทคโนโลยีน้ีได้รบั ความนิยมสูงมาโดยตลอด มีผลให้มกี ารพัฒนาและการประยุกต์ใช้งานบนเครือข่ายคอมพิวเตอร์มาก เช่น มีการพัฒนาสายเชื่อมโยงให้มคี วามทนทานและ สามารถส่งข้อมูลได้มากขึน้ ก สําหรับด้านซอฟต์แวร์จะเห็นได้ว่าปจั จุบนั มีการพัฒนาโปรแกรมสําหรับการติดต่อสื่อสารในหลายรูปแบบ ไม่ว่าจะ เป็ นการส่งไปรษณียอ์ เิ ล็กทรอนิกส์ การพูดคุยหรือเล่นเกมแบบออนไลน์ การนําเสนอข้อมูลผ่านทางเว็บ เป็ นต้น

รูปที่ 2.6 พัฒนาการของ Transistor

รายวิชา ง40101 เทคโนโลยีสารสนเทศและการเขียนโปรแกรมขัน้ ต้น

ภาคเรียนที ่ 1/2552

- 13 -

3. ชนิ ดของคอมพิ วเตอร์ จําแนกตามสภาพการทํางานของระบบเทคโนโลยีทป่ี ระกอบอยู่และสภาพการใช้งานของคอมพิวเตอร์ในยุกต์ เครือ่ งอิเล็กทรอนิกส์ได้ดงั นี้ 1) ไมโครคอมพิวเตอร์ (microcomputer) 2) สถานีงานวิศวกรรม (engineering workstation) 3) มินิคอมพิวเตอร์ (minicomputer) 4) เมนเฟรมคอมพิวเตอร์ (mainframe computer) 5) ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ (supercomputer) หรือคอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูง (high performance computer)  ไมโครคอมพิวเตอร์ (microcomputer) มีขนาดเล็กทีส่ ุด แต่กม็ ปี ระสิทธิภาพสูง นิยมใช้กนั มากในปจั จุบนั เนื่ องจากมาขนาดเล็ก นํ้ าหนักเบา ราคาไม่แพงสามารถเคลื่อนย้ายได้ง่ายและสะดวก สามารถแบ่ง แยก ไมโครคอมพิวเตอร์ตามขนาดของเครือ่ งได้ดงั นี้ 1. คอมพิวเตอร์แบบตัง้ โต๊ะ (desktop computer) เป็ นไมโครคอมพิวเตอร์มขี นาดเล็กได้รบั การออกแบบมา ให้ตงั ้ บนโต๊ะ มีการแยกชิน้ ส่วนประกอบเป็ น จอภาพ เคส(case) และแป้นพิมพ์

คอมพิวเตอร์แบบตั้งโต๊ะ

2. โน้ตบุ๊กคอมพิวเตอร์ (notebook computer) เป็ นไมโครคอมพิวเตอร์มขี นาดเล็กสามารถหิ้วพกพาไปในทีต่ ่างๆ ได้ มีน้ํ าหนักประมาณ 1.5 – 3 กิโลกรัม เครือ่ งประเภทนี้มปี ระสิทธิภาพเหมือนเครือ่ งแบบตัง้ โต๊ะ โน้ ตบุ๊กคอมพิวเตอร์

รายวิชา ง40101 เทคโนโลยีสารสนเทศและการเขียนโปรแกรมขัน้ ต้น

ภาคเรียนที ่ 1/2552

- 14 -

3. ปาล์มท็อปคอมพิวเตอร์ (palmtop comuter) เป็ นไมโครคอมพิวเตอร์แบบพกพาทีม่ ขี นาดเล็กสามารถใส่ กระเป๋าเสือ้ ได้ ใช้สาํ หรับทํางานเฉพาะอย่าง เช่น เป็ นสมุดจดบันทึกประจําวัน เป็ นพจนานุ กรม

ปาล์มท็อปคอมพิวเตอร์

 สถานีงานวิศวกรรม (engineering workstation) เหมาะสําหรับงานกราฟิ ก การสร้างรูปภาพและการทํา ภาพเคลือ่ นไหว การเชือ่ มโยงสถานีงานวิศวกรรมรวมกันเป็ นเครือข่ายทําให้สามารถแลกเปลีย่ นข้อมูลและการใช้งาน ร่วมกันอย่างมีประสิทธิภาพ โดยใช้ระบบปฏิบตั กิ ารยูนิกซ์ ประสิทธิภาพของซีพยี อู ยูใ่ นช่วงหลายร้อยล้านคําสังต่ ่ อ วินาที (Million Instructions Per Second : MIPS) อย่างไรก็ตาม หลังจากทีใ่ ช้ซพี ยี แู บบริสก์ (Reduced Instruction Set Computer : RISC) ก็สามารถเพิม่ ขีดความสามารถเชิงคํานวณของซีพยี สู งู ขึน้ อีก

สถานีงานวิศวกรรม

 มินิคอมพิวเตอร์ (minicomputer) เป็ นเครื่องทีส่ ามารถใช้งานพร้อมๆ กัน ได้หลายคน จึงมีเครื่องปลายทางทีเ่ ชื่อมต่อกัน ราคามักจะสูงกว่าเครื่องสถานี งานวิศวกรรม นํ ามาใช้สําหรับประมวลผลในงานสารสนเทศขององค์กรขนาด กลาง จนถึงองค์กรขนาดใหญ่ทม่ี กี ารวางระบบเป็ นเครือข่าย เช่น งานบัญชีและ การเงิ น งานออกแบบทางวิ ศ วกรรม งานควบคุ ม การผลิ ต ในโรงงาน อุ ต สาหกรรม ป จั จุ บ ัน คอมพิว เตอร์ ใ นกลุ่ ม นี้ เ ปลี่ย นเป็ น สถานี บ ริก ารบน เครือข่ายในรูปแบบเซิรฟ์ เวอร์ (server)

มินิคอมพิวเตอร์

รายวิชา ง40101 เทคโนโลยีสารสนเทศและการเขียนโปรแกรมขัน้ ต้น

ภาคเรียนที ่ 1/2552

- 15 -

 เมนเฟรมคอมพิวเตอร์ (mainframe computer) มี ขนาดใหญ่ ประสิทธิภาพสูง มีความเร็วในการทํางานและมี หน่ วยความจําสูงมาก เหมาะกับหน่ วยงานขนาดใหญ่ เช่น ธนาคาร เป็ นต้น ปจั จุบนั เมนเฟรมได้รบั ความนิยมน้อยลง ทัง้ นี้ เ พราะคอมพิ ว เตอร์ ข นาดเล็ ก มี ป ระสิ ท ธิ ภ าพและ ความสามารถดีขน้ึ ราคาถูกลง ขณะเดียวกันระบบเครือข่าย คอมพิวเตอร์กด็ ขี น้ึ จนทําให้การใช้งานบนเครือข่ายกระทําได้ เหมือนการใช้งานบนเมนเฟรม เมนเฟรมคอมพิวเตอร์

 ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ (supercomputer) หรือคอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูง (high performance computer) เป็ น เครื่องคอมพิวเตอร์ทเ่ี หมาะสมกับงานคํานวณทีต่ อ้ งมีการคํานวณตัวเลขจํานวนหลายลานตัวภายในเวลาอันรวดเร็ว เช่น งานพยากรณ์อากาศ ทีต่ อ้ งนําข้อมูลต่างๆ เกีย่ วกับอากาศทัง้ ระดับภาคพืน้ ดิน และระดับชัน้ บรรยากาศเพือ่ ดูการ เคลื่อ นไหวและการเปลี่ย นแปลงของอากาศ หรือ งานด้า นการควบคุ ม ขีป นาวุ ธ งานควบคุ ม ทางอากาศ งาน ประมวลผลภาพทางการแพทย์ งานด้านวิทยาศาสตร์ และงานด้านวิศวกรรมการออกแบบ ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ทํางานได้เร็ว และมีประสิทธิภาพสูงกว่าคอมพิวเตอร์ชนิดอื่นเพราะมีการพัฒนาให้ม ี โครงสร้างการคํานวณพิเศษ เช่น การคํานวณแบบขนานทีเ่ รียกว่า เอ็มพีพ ี (Massively Parallel Processing : MPP) ซึง่ เป็ นการคํานวณทีก่ ระทํากับข้อมูลหลายๆ ตัวในเวลาเดียวกัน ด้วยขีดความสามารถของไมโครโพรเซสเซอร์ทส่ี งู ขึน้ มาก จึงมีการพัฒนาระบบไมโครคอมพิวเตอร์ต่อร่วมกัน เป็ นเครือข่าย และให้การทํางานร่วมกันในรูปแบบการคํานวณเป็ นกลุ่มหรือทีเ่ รียกว่า คลัสเตอร์ (cluster computer) คอมพิวเตอร์ประเภทนี้จงึ ทําการคํานวณแบบขนานและสามารถคํานวณทางวิทยาศาสตร์ได้ดี นอกจากนี้ยงั มีการประยุกต์คอมพิวเตอร์จํานวนมากบนเครือข่ายให้ทํางานร่วมกัน โดยกระจายการทํางานไป ยังเครื่องต่างๆ บนเครือข่าย ทัง้ นี้ทําให้ประสิทธิภาพการคํานวณโดยรวมสูงขึน้ มาก เราเรียกระบบการคํานวณบน เครือข่ายแบบนี้วา่ คอมพิวเตอร์แบบกริด (grid computer)

ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ รายวิชา ง40101 เทคโนโลยีสารสนเทศและการเขียนโปรแกรมขัน้ ต้น

กริ ดคอมพิวเตอร์ ภาคเรียนที ่ 1/2552