เอกสารค าสอนรายวชา 2301274 ระบบคอมพวเตอร คณะวทยาศาสตร จฬาลงกรณมหาวทยาลย | 1

บทท 1 ววฒนาการของคอมพวเตอร

วตถประสงคของการเรยนในบทน

อธบายววฒนาการของคอมพวเตอรนบจากอดตถงปจจบน

อธบายความแตกตางระหวาง

คอมพวเตอรเชงกล (mechanical computer) vs. คอมพวเตอรแบบอเลกทรอนกส (electronic computer)

คอมพวเตอรแบบแอนะลอก (analog computer) vs. คอมพวเตอรแบบดจทล (digital computer)

นยามของคอมพวเตอร

พจนานกรมของ Cambridge ใหนยามของคอมพวเตอร (computer) วาหมายถง เครองจกรแบบอเลกทรอนกสซง

ใชเกบ จดการ และคนหาค า ตวเลข และรปภาพ เพอท าการค านวณและควบคมเครองจกรอนๆ (an electronic

machine which is used for storing, organizing and finding words, numbers and pictures, for doing

calculations and for controlling other machines) แตกวาจะมาเปนเครองคอมพวเตอรอยางทเราร จกกนใน

ปจจบนนน คอมพวเตอรมววฒนาการมาอยางยาวนาน แตในทน จะขอกลาวถงเฉพาะเหตการณทส าคญจากอดต

จนถงปจจบนตามล าดบดงน

การนบและการแทนจ านวนดวยตวเลข

การค านวณเชงตวเลขมพนฐานมาจากการนบ มนษยนาจะรจกการนบโดยธรรมชาต ทงน เพอตองการรจ านวนของ

สงทอยรอบๆ ตว โดยเรมนบจากหนง สอง และสาม ไปตามล าดบ เมอนบถงสบกจะครบจ านวนน วมอทม ท าให

ตองขนหลกใหมเมอครบสบ นเปนเหตผลขอหนงวาท าไมเราไมใชเลขฐานอนๆ นอกจากเลขฐานสบ การนบและ

การแทนจ านวนดวยตวเลขท าใหเกดการบวก ลบ คณ หาร และการค านวณอนๆ ตามมา อยางไรกตามในยคแรก

มนษยยงคงรจกเพยงจ านวนนบ (natural numbers) เทานน ตวอยางเชน ตวเลขโรมนจะเรมนบจาก I, II, III, IV,

V, VI, VII, VIII, IV, X, … สงเกตวาไมมเลขศนย (0) ในระบบเลขโรมน การใชระบบเลขโรมนเปนอปสรรค

อยางยงตอการค านวณทางคณตศาสตร ลองนกถงการคณหรอการหารในระบบเลขโรมนวายากขนาดไหน ปจจบน

การแทนขอมลในระบบคอมพวเตอรตองใชเลขฐานสอง ซงประกอบดวยศนย (0) และหนง (1) หากไมมเลข

ศนยและระบบเลขฐานตางๆ เสยแลว คณตศาสตรและคอมพวเตอรกจะไมกาวหนาเลย

ตองขอบคณชาวอนเดยทเปนผประดษฐเลขศนยมาตงแตกอนสมยครสตกาล ในภาษาสนกฤตเรยกวา “ศนยะ”

(บาลเขยนวา “สญญะ” ในศาสนาพทธมหลกค าสอนทส าคญคอ “สญญตา” หมายถง สภาวะทวางจากความเปน

ตวตนหรออตตา) ตอมานกวทยาศาสตรชาวเปอรเซยนชอวา al-Khwārizmī ไดผสมผสานความรของกรกโรมน

และฮนด และอธบายการใชเลขศนยไวในหนงสอเลมทมชอเสยงคอ Arithmetic ซงตอมากคอ ระบบเลขอารบก

อยางทเราใชกนในปจจบน เลขฐานสบประกอบดวย 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 และ 0 (ถาเปนเลขฐานสองกจะ

ประกอบดวย 1 และ 0 เชน 1210 = 11002) นอกจากน เลขศนยยงท าใหเราเขยนจ านวนทศนยมไดดวย เชน

123 / 1,000,000 เขยนแทนดวย 0.000123 เปนตน

เอกสารค าสอนรายวชา 2301274 ระบบคอมพวเตอร คณะวทยาศาสตร จฬาลงกรณมหาวทยาลย | 2

ลกคด (abacus)

มนษยมความพยายามทจะสรางเครองจกรเพอชวยท าการค านวณมานานแลว ตวอยางหนงคอลกคด มหลกฐานวา

มการใชลกคดเปนครงแรกตงแตสมยซเมเรยน (Sumerian, 2700 – 2300 BC) ลกคดในประเทศไทยสวนใหญ

จะเปนของจน (รปท 1.1) ลกคดเปนของจ าเปนส าหรบการคาขาย เชน เอาไวคดเงน ทอนเงน ท าบญช เปนตน

ในปจจบนคงจะไมมใครใชลกคดแลว เพราะใชงานยาก ตองเรยนวธใชและฝกใหช านาญ ส านวนทวา “ดดลกคด

ในรางแกว” คงจะคอยๆ หายไปพรอมกบการเขามาแทนทของเครองคดเลขแบบอเลกทรอนกส

รปท 1.1 ลกคดของจน (รปจาก Wikimedia Commons)

เครองคดเลขของปาสกาล (Pascal's calculator)

ในป ค.ศ. 1642 Blaise Pascal ไดประดษฐเครองคดเลขเชงกล (mechanical calculator) เพอชวยในการจดเกบ

ภาษในฝรงเศส (รปท 1.2) เครองคดเลขน สามารถท าการบวกลบไดตรงๆ และท าการคณหารโดยวธการท า

(บวกลบ) ซ าหลายๆ ครง เครองคดเลขของปาสกาลเปนเครองคดเลขเชงกลเพยงแบบเดยวทท างานไดใน

ศตวรรษท 17 และเปนตนแบบของการพฒนาเครองคดเลขเชงกลอนๆ หลงจากน ไปอกเกอบสามรอยปถงจะม

เครองคดเลขแบบอเลกทรอนกส

รปท 1.2 เครองคดเลขของปาสกาล (รปจาก Wikimedia Commons)

เอกสารค าสอนรายวชา 2301274 ระบบคอมพวเตอร คณะวทยาศาสตร จฬาลงกรณมหาวทยาลย | 3

Difference Engine และ Analytical Engine

ในป ค.ศ. 1822 Charles Babbage เสนอแนวคดในการใชเครองจกรเพอค านวณตาราง เชน ตารางของโพลโน

เมยลฟงกชน เพอใชในการประมาณคาลอการทมหรอตรโกณมต ซ งจ าเปนส าหรบการน าทางและงานทาง

วทยาศาสตร โดยตงชอเครองจกรของเขาวา Difference Engine (รปท 1.3) โดยไดรบทนสนบสนนจากรฐบาล

องกฤษ อยางไรกตามการสรางเครองจกรทมความแมนย าสงในยคนนเปนไปดวยความยากล าบากและมคาใชจาย

มาก ท าใหรฐบาลองกฤษยกเลกการพฒนา Difference Engine ในป 1842

ในป ค.ศ. 1837 Charles Babbage ไดน าเสนอ Analytical Engine (รปท 1.4) ซ งเปนคอมพวเตอรเชงกล

ส าหรบท างานทวๆ ไปดวย กลาวคอมหนวยค านวณและตรรกะ (arithmetic logic unit), การไหล (flow) ของ

ค าสง เชน if-else หรอ loop, หนวยความจ า (memory) ซงเปนพนฐานของคอมพวเตอรในปจจบน ในรปทาง

ขวามอคอบตรเจาะร (punch card) ส าหรบใชท าโปรแกรม แตสดทายโครงการพฒนา Analytical Engine กถก

ยกเลกไปพรอมกบ Difference Engine ดวยปญหาทางการเงนตามทกลาวไวขางตน ภายหลง London Science

Museum ไดพฒนา Difference Engine ตอจนเสรจสมบรณ เนองในโอกาสครบรอบวนเกด 200 ปของ Charles

Babbage ในป ค.ศ. 1991

รปท 1.3 Difference Engine (รปจาก Wikimedia Commons)

รปท 1.4 Analytical Engine (รปจาก Wikimedia Commons)

เอกสารค าสอนรายวชา 2301274 ระบบคอมพวเตอร คณะวทยาศาสตร จฬาลงกรณมหาวทยาลย | 4

Enigma และ Lorenz SZ40

Enigma และ Lorenz SZ40 (รปท 1.5) เปนชอของอปกรณทใชการเขารหสและถอดรหสของนาซเยอรมนในชวง

สงครามโลกครงทสอง แนนอนวามความพยายามของฝายสมพนธมตร (องกฤษ) ในการทจะถอดรหสทรบสงผาน

เครองพวกน และน าไปสการพฒนาเครองคอมพวเตอรแบบอเลกทรอนกสทมประสทธภาพสง

รปท 1.5 Enigma machine (ซาย) และ Lorenz SZ40 machine (ขวา) (รปจาก Wikimedia Commons)

Bombe และ Colossus Computer

ในป ค.ศ. 1939 Alan Turing นกคณตศาสตรชาวองกฤษและผ วางรากฐานของวทยาการคอมพวเตอร ได

ออกแบบเครองค านวณแบบแมเหลกไฟฟา (electromechanical) ทมชอวา Bombe (รปท 1.6) เพอใชถอดรหสท

รบสงระหวางเครอง Enigma อยางไรกตาม Bombe ใชไดเฉพาะกบการเขารหสของ Enigma นน ไมสามารถ

น าไปใชกบการค านวณทวๆ ไปได ในป ค.ศ. 1939 คอมพวเตอรชอ Colossus (รปท 1.6) ซงถกออกแบบโดย

วศวกร Tommy Flowers และนกคณตศาสตรชาวองกฤษ Max Newman เพอถอดรหส Lorenz cipher เปน

คอมพวเตอรแบบอเลกทรอนกสเครองแรกทโปรแกรมได แมวาจะโปรแกรมไดคอนขางจ ากดเมอเทยบกบ

คอมพวเตอรในปจจบน Bombe ใชอปกรณสวตชทเรยกวารเลย (relay) หลายๆ ตวมาประกอบกนเปนวงจรเพอ

ประมวลผลทางตรรกะ รเลยเปนสวตชทควบคมการปดเปดดวยไฟฟา คอถาใหกระแสหรอแรงดนไฟฟาจะ

เหนยวน าใหเกดสนามแมเหลกดนใหสวตชปดหรอเปดได Bombe จงเปนคอมพวเตอรแบบแมเหลกไฟฟาเพราะ

ควบคมดวยไฟฟาแตยงมสวตชทเคลอนทไดจากการเหนยวน าแมเหลก ตางจาก Colossus ทใชหลอดสญญากาศ

(vacuum tube) แทนรเลย หลอดสญญากาศท าหนาทเปนสวตชเหมอนรเลย แตไมมช นสวนภายในหลอดท

เคลอนไหวเลย จงท าให Colossus เปนคอมพวเตอรแบบอเลกทรอนกสเครองแรก

เอกสารค าสอนรายวชา 2301274 ระบบคอมพวเตอร คณะวทยาศาสตร จฬาลงกรณมหาวทยาลย | 5

รปท 1.6 Bombe (ซาย) และ Colossus Computer (ขวา) (รปจาก Wikimedia Commons)

Z1 computer

Z1 (รปท 1.7) เปนคอมพวเตอรเชงกลทออกแบบโดย Konrad Zuse ระหวางป ค.ศ. 1935 – 1936 ใน

เยอรมน กอนทสงครามโลกครงทสองจะเรมข นในป ค.ศ. 1939 Z1 ประกอบดวยช นสวนทเปนโลหะบางๆ

ขบเคลอนดวยมอเตอรไฟฟา (1 Hz, หมน 1 รอบตอวนาท) และไมมสวนประกอบทเปนรเลยเลย ทนาทงคอ Z1

สามารถโปรแกรมได และมมอดลตางๆ เหมอนคอมพวเตอรในปจจบน เชน หนวยควบคม หนวยความจ า หนวย

ประมวลผลและตรรกะ หนวยรบสงขอมล ฯลฯ Z1 เปนโครงการสวนตวของ Konrad Zuse ไมไดเปนโครงการท

ไดรบการสนบสนนดานการเงนจากรฐบาลเหมอนคอมพวเตอรตนแบบอนๆ Zuse ใชอปกรณตางๆ เทาทพอหา

ได และพฒนา Z1 ขนในหองชดของเขาในกรงเบอรลน Z1 ท างานไดไมคอยเสถยรมากนกเนองจากตองการการ

ประสานเวลา (synchronization) ทแมนย ามาก Z1 ถกท าลายเสยหายโดยการท งระเบดของฝายสมพนธมตร

Zuse สราง Z1 ขนใหมและเสรจในป ค.ศ. 1989

เอกสารค าสอนรายวชา 2301274 ระบบคอมพวเตอร คณะวทยาศาสตร จฬาลงกรณมหาวทยาลย | 6

รปท 1.7 Z1 computer (รปจาก Wikimedia Commons)

ENIAC และ UNIVAC

ENIAC (รปท 1.8) เปดตวครงแรกในป ค.ศ. 1946 เปนคอมพวเตอรแบบอเลกทรอนกสเครองแรกส าหรบใช

งานทวไป (general purpose) หรอมคณสมบตท เรยกวา Turing complete หรอ computationally universal,

ENIAC ถกออกแบบมาส าหรบการค านวณตารางการยงปนใหญของกองทพสหรฐ แต ENIAC กมความยดหยน

ในการโปรแกรมสง สามารถโปรแกรมใหแกปญหาทางการค านวณใดใดกได ท าใหเกดความตนตวทจะใช

คอมพวเตอรเพอชวยงานตางๆ ในอตสาหกรรมและวทยาศาสตร ผออกแบบ ENIAC คอ John Mauchly และ J.

Presper Eckert, University of Pennsylvania ไดแยกตวออกไปตงบรษทใหม เนองจากมปญหาดานสทธบตรกบ

มหาวทยาลย และพฒนาคอมพวเตอรทมชอวา UNIVAC ใหกบ Bureau of the Census, USA

รปท 1.8 ENIAC (รปจาก Wikimedia Commons)

เอกสารค าสอนรายวชา 2301274 ระบบคอมพวเตอร คณะวทยาศาสตร จฬาลงกรณมหาวทยาลย | 7

Atanasoff-Berry Computer (ABC)

เครองคอมพวเตอรอเลกทรอนกสท ถกกสรางข นโดย John Vincent Atanasoff และ Clifford E. Berry ในป

1942 ทมหาวทยาลยไอโอวา สหรฐอเมรกา เครองคอมพวเตอรน ถกสรางข นกอน ENIAC แตไมเปนทร จก

แพรหลายมากนก แตมความส าคญมากในการตอสเพอปองกนการจดสทธบตรคอมพวเตอรอเลกทรอนกสของ

ผ ผลต ENIAC (เบ องหลงคอบรษท IBM) ซ งจะน าไปสการผกขาดการผลตและจ าหนายคอมพวเตอร

อเลกทรอนกส บรษท Honeywell ไดเคยฟองรองตอศาลใหยกเลกสทธบตรน แตไมเปนผลส าเรจ ตอมาไดมการ

ฟองรองใหมอกครง โดยอางถงหลกฐานทเกยวของกบ ABC ในป ค.ศ. 1973 ศาลตดสนวาสทธบตรของ

ENIAC เปนโมฆะ และช วาผ ออกแบบ ENIAC ไดน าแนวคดหลายอยางในการออกแบบ ABC มาใช เม อ

ปราศจากผครอบครองสทธบตรท าใหทกคนสามารถออกแบบ พฒนา และผลตคอมพวเตอรอเลกทรอนกสได

และน าไปสการใชงานคอมพวเตอรอเลกทรอนกสอยางแพรหลาย ดประวตศาสตรชวงส าคญน ไดจากวดโอตอไปน

http://www.youtube.com/watch?v=KR9nhGIzOuc

คอมพวเตอรเครองแรกทใชทรานซสเตอร

ถงแมวาหลอดสญญากาศจะท างานแบบอเลกทรอนกสแตกมขอเสยคอ มขนาดใหญและมอายการใชงานสน

ทรานซสเตอร (transistor) เปนอปกรณทเขามาแทนทหลอดสญญากาศ มหลกการท างานเหมอนกนคอ เปนสวตช

ปดเปดทควมคมดวยไฟฟา และไมมช นสวนทเคลอนไหว แตทรานซสเตอรมขนาดเลกและใชงานไดทนทานกวา

มาก ท University of Manchester ไดมการทดลองใชคอมพวเตอรแบบทรานซสเตอรเปนครงแรกในป ค.ศ.

1953 หลงจากนนคอมพวเตอรกเรมแพรเขาไปในบรษทเอกชนและหนวยงานตางๆ แตยงไมมอตสาหกรรมการ

ผลตคอมพวเตอรเพอจ าหนายใหกบบคคลทวไป

IBM และ Fortran

บรษท IBM กอตงในป ค.ศ. 1911 โดยรวมบรษทของ Herman Hollerith และ Thomas J. Watson เขาดวยกน

แลวเปลยนชอบรษทเปน IBM ในป ค.ศ. 1924 IBM เปนผ เลนหลกในอตสาหกรรมการผลตคอมพวเตอรมา

ตงแตแรก โดยผลตเครองค านวณตาราง (tabulating equipment) ทมชอวา Hollerith machine ใหกบรฐบาล

สหรฐอเมรกาเพอท าขอมลส ามะโนประชากรในป 1890 (รปท 1.9) การยายถนฐานของประชากรเขาไปใน

สหรฐอเมรกาท าใหจ านวนประชาการเพมขนอยางรวดเรว อตราการเพมขนของประชากรคดเปนคาเฉลย 32%

ตอป (ค.ศ. 1800 - 1890) ในป ค.ศ. 1890 สหรฐอเมรกากมประชากรถง 62 ลานคนแลว Hollerith machine

ใชบตรเจาะรในการเกบขอมล เชน บตรเจาะร 1 ใบเกบขอมลประชากร 1 คน เมอตองการประมวลผลกโหลด

บตรทงหมดใสลงไปในเครอง ในยคแรกถงแมวาจะเรมมคอมพวเตอรใชกนบางแลวในหนวยงานของรฐบาลและ

ภาคธรกจ การโปรแกรมใหคอมพวเตอรท างานไดยงเปนเรองยากมาก เชน ตองโปรแกรมดวยภาษาเครอง

(machine language) ทเปนรหสตวเลขบนบตรเจาะร เปนตน นวตกรรมทส าคญของ IBM ทชวยขยายตลาดงาน

ดานซอฟตแวรคอภาษา FORTRAN ทพฒนาข นในป ค.ศ. 1957 ท าใหสดสวนคาใชจายในการพฒนาระบบ

คอมพวเตอรเรมจะเปนซอฟตแวรมากกวาฮารดแวร (รปท 1.10) IBM ไดพฒนาคอมพวเตอรออกมาหลายรน

ร น ท เป นท น ยมค อ คอมพ วเตอร เมน เฟ รม (mainframe) ใน ส กล IBM System/360 (1964), IBM

เอกสารค าสอนรายวชา 2301274 ระบบคอมพวเตอร คณะวทยาศาสตร จฬาลงกรณมหาวทยาลย | 8

System/370 (1970), IBM System/390 (1990) อยางไรกตามคอมพวเตอรพวกน มราคาแพงเกนกวาทคน

ธรรมดาจะซ อมาใชเปนของสวนตว ในป ค.ศ. 1981 IBM ไดเรมจ าหนายคอมพวเตอรสวนบคคล (personal

computer, PC) ทเรยกวา IBM PC และกลายเปนมาตรฐานของอตสาหกรรมคอมพวเตอรในเวลาตอมา

รปท 1.9 Hollerith machine (ซาย) และเครองตอกบตร (ขวา) (รปจาก Wikimedia Commons)

รปท 1.10 คาใชจายในการพฒนาระบบคอมพวเตอร [2]

ไมโครโพรเซสเซอรและดแรมตวแรก

ในยคแรกๆ จะเหนวาแผงวงจรของหนวยประมวลผล (ไมนบสวนทเปนหนวยความจ า อปกรณอนพตเอาตพต

และสวนอนๆ) มขนาดใหญมาก เพราะประกอบดวยหลอดสญญากาศหรอทรานซสเตอรจ านวนหลายรอยหลาย

พนชน แตเทคโนโลยในการผลตวงจรรวม (integrated circuit: IC) ท าใหสามารถปลกทรานซสเตอรจ านวนมาก

ลงบนแผนซลกอน (silicon) บางๆ ทเรยกวาแวนผลก (wafer) ได หนวยประมวลผลทผลตดวยเทคโนโลยวงจร

รวมน เรยกวา ไมโครโพรเซสเซอร (microprocessor) ไมโครโพรเซสเตอรตวแรกผลตโดย Intel วางจ าหนายในป

ค.ศ. 1971 มโคดเนมวา Intel 4004 (รปท 1.11) ประกอบดวยทรานซสเตอรประมาณ 2,300 ตว เทคโนโลย

วงจรรวมน สามารถน าไปผลตหนวยความจ าทเรยกวา Dynamic Random Access Memory (DRAM) ไดดวย ด

แรมตวแรกทใชงานไดจรงและวางขายในทองตลาดคอ Intel 1103 (1024 ชอง x 1 บต) ค.ศ. 1970 กอนหนา

นนบรษท Honeywell ไดขอให Intel ผลตดแรมโดยใชทรานซสเตอรทออกแบบโดย Honeywell แตผลทไดคอ

Intel 1102 มปญหามาก Intel จงเรมออกแบบเองและระวงไมใหขดแยงกบ Honeywell ไมโครโพรเซสเตอรใน

ปจจบน เชน Intel 10-Core Xeon Westmere-EX มทรานซสเตอรมากถง 2.6 พนลานตว บนดาย (die) ขนาด

เพยง 512 mm2 เทานน (รปท 1.12)

เอกสารค าสอนรายวชา 2301274 ระบบคอมพวเตอร คณะวทยาศาสตร จฬาลงกรณมหาวทยาลย | 9

รปท 1.11 Intel 4004 (รปจาก Wikimedia Commons)

รปท 1.12 ดาย (die) ขนาด 51.92 mm

2 ของ Intel Atom (ซาย) ไมโครโพรเซสเซอรทม 2 ดาย (ขวา)

(รปจากอนเทอรเนต)

คอมพวเตอรสวนบคคลและอนเทอรเนต

เทคโนโลยวงจรรวมท าใหการผลตไมโครโพรเซสเซอรและหนวยความจ าซงเปนอปกรณหลกของคอมพวเตอรท า

ไดงายและมราคาถกลง ท าใหเกดการใชคอมพวเตอรสวนบคคลแพรหลายมากขน และเมอ IBM PC กลายเปน

มาตรฐานอตสาหกรรม ท าให IBM ไมไดเปนผ ผลตแตเพยงรายเดยวอกตอไป บรษทอนๆ สามารถผลต

คอมพวเตอรสวนบคคลหรอบางชนสวนทมคณสมบตตามมาตรฐานทก าหนด และชนสวนเหลาน สามารถท างาน

รวมกนไดแมวาจะผลตมาจากคนละบรษท อตสาหกรรมคอมพวเตอรสวนบคคลท าใหเกดบรษทใหมๆ ข น

มากมาย บรษทเหลานผลตทงฮารดแวรและซอฟตแวรเพอปอนตลาดคอมพวเตอรสวนบคคลทมผใชงานเพมขน

อยางรวดเรว บรษทฮารดแวร เชน Intel, AMD, Kingston, Seagate, Western Digital บรษทซอฟตแวร เชน

Microsoft, Apple, Adobe เปนตน ปจจยส าคญทท าใหจ านวนคอมพวเตอรสวนบคคลทวโลกเพมขนอยางรวดเรว

คอ การแลกเปลยนขอมลขาวสารบนอนเทอรเนต เชน เวบไซต อเมล และเครอขายสงคมออนไลน การเพมขน

ของจ านวนผใชงานอนเทอรเนตแสดงในรปท 1.13

เอกสารค าสอนรายวชา 2301274 ระบบคอมพวเตอร คณะวทยาศาสตร จฬาลงกรณมหาวทยาลย | 10

รปท 1.13 การเพมขนของจ านวนผใชงานอนเทอรเนต

(รปจาก Measuring the Information Society 2012 โดย International Telecommunication Union - ITU)

แอนะลอก (analog) vs. ดจทล (digital)

กระแสหลกของคอมพวเตอรในปจจบนกยงคงเปนแบบอเลกทรอนกส คอใชทรานซสเตอรเปนหลก กนพลงงาน

ไฟฟา และไมมชนสวนทเคลอนไหว นอกจากน ยงเปนแบบดจทล (digital) ดวย ซงมลกษณะการท างานทตรงขาม

กบแบบแอนะลอก (analog) การประมวลผลแบบแอนะลอกจะใชแรงดนไฟฟาแทนคาของตวแปร ในขณะทแบบ

ดจทลจะใชระบบเลขฐานสองคอใหคาแรงดนทนอยกวา 2.5 โวลต แทนคา 0 และคาแรงดนทมากกวา 2.5 โวลต

แทนคา 1 ดงนนอาจจะใชคาแรงดน 0 โวลต (low) แทนคา 0 และใชคาแรงดน 5 โวลต (high) แทนคา 1 จะใช

คาแรงดนอนๆ นอกเหนอจากน กได แตพยายามใหอยหางๆ เสนแบงระหวาง 0 กบ 1 เพอลดความผดพลาดท

อาจจะเกดขน ลองดตวอยางในรปท 1.14

รปท 1.14 วงจรบวกแบบแอนะลอก (ซาย) และแบบดจทล (ขวา)

เพอใหระบบทเปนอะนาลอกและดจทลท างานรวมกนไดตองมอปกรณทใชแปลงสญญาณกลบไปกลบมาระหวาง

สองระบบนคอ analog-to-digital converter (A2D) และ digital-to-analog converter (D2A) ดงแสดงในรปท

1.15 รปซายแสดงใหเหนขอจ ากดของ A2D ทเกบขอมลแบบดจทลไดจ ากดเพยง 4 บต แตละบตอาจจะเปน 0

หรอ 1 ท าใหแทนคาจ านวนเตมทตางกนได 16 คา เชน 0, 1, …, 15 แตสญญาณอะนาลอกใชแรงดนไฟฟาซง

เปนจ านวนจรงและมคาทเปนไปไดไมจ ากด (infinite) เมอ A2D แปลงสญญาณอะนาลอกเปนดจทลท าใหคา

0.02 หายไป สวนรปขวาแสดงใหเหนความคลาดเคลอนของ D2A ทเตม 0.000001 โวลตให ในทางปฏบตเรา

ไมสามารถท าใหสญญาณแอนะลอกมคาทแนนอนได แตอาจจะพอรบประกนไดวาคลาดเคลอนไมเกนเทาไหร

เอกสารค าสอนรายวชา 2301274 ระบบคอมพวเตอร คณะวทยาศาสตร จฬาลงกรณมหาวทยาลย | 11

เชน คลาดเคลอนไมเกนทศนยมต าแหนงทสอง เปนตน จะเหนวาขอดของระบบดจทลคอการเกบขอมลทถกตอง

และแมนย า ขอมลจะเปน 0 หรอ 1 เสมอ ไมมขอผดพลาดในการอานเขยนขอมล ตางจากอะนาลอกทอาจจะม

ความคลาดเคลอนของแรงดนไฟฟาได

รปท 1.15 A2D (ซาย) และ D2A (ขวา)

ตวอยางของสญญาณแอนะลอกและดจทลทเราพบในชวตประจ าวนคอระบบเครองเสยง (รปท 1.16) ขอมลเสยง

ตามธรรมชาตเปนขอมลแบบแอนะลอกและตอเนอง (continuous) บนแกนเวลาอยแลว ในรปบนจะเกบขอมล

เสยงในจานแมเหลก โดยเกบเปนแบบแอนะลอก แปลงสญญาณเสยงใหเปนสญญาณแมเหลกบนจาน แกนเวลาก

คอการหมนของจาน เครองเลนจะอานสญญาณแอนะลอกจากจานแมเหลกและสงตอไปยงล าโพง ล าโพงปกตกรบ

สญญาณแอนะลอกและแปลงเปนคลนเสยง ในรปกลางเกบขอมลเปนดจทล เชน 01101 บนแผนบนทกขอมล

เครองเลนจะอานขอมลดจทลแลวแปลงเปนสญญาณแอนะลอกกอนสงไปยงล าโพง รปลางแสดงวธทใชท า A2D

และ D2A เนองจากขอมลเสยงมความตอเนองในแกนเวลา จงตองใชวธการชกตวอยาง (sampling) เพอท า A2D

ทบางเวลาเทานน ท าใหแทนรปคลนไดดวยคา y1 ถง y9 ซงคาเหลาน อาจจะคลาดเคลอนจากคาจรงไปบางดวย

ขอจ ากดของ A2D เมอจะเลนเสยงกตองแปลงคา y1 ถง y9 กลบมาเปนรปคลนทตอเนองโดยใชการประมาณคา

ในชวง (interpolation) เพอเชอมจดในแกนเวลา กจะมความคลาดเคลอนทเกดจากการประมาณคาในชวงดวย ท า

ใหไดรปคลนไมเหมอนเดม

มขอสงเกตวาสญญาณแอนะลอกทอานจากจานแมเหลกอาจจะคลาดเคลอนกนไปบางในการอานแตละครง และ

อาจจะคลาดเคลอนมากขนเมอจานแมเหลกเสอมอายลง แมจะยงเลนเพลงไดแตเสยงกเพยนไป แตในระบบ

ดจทลการอานขอมลจากแผนบนทกขอมลจะอานได 0 หรอ 1 เหมอนเดมทกครง เมอแผนบนทกขอมลคอยๆ

เสอมคณภาพลง เครองอานจะตองพยายามอานหลายครงมากขน เพราะเครองเลนร วาขอมลทอานไดผดจากการ

ตรวจหาความผดพลาด (error detection) ท าใหตองพยายามอานขอมลใหมเรอยๆ จนกวาจะไดขอมลทถกตอง

ถงแมวาจะตองอานซ าหลายคร ง แตถาอานส าเรจ ขอมลดจทลท อานไดจะเหมอนเดมเสมอ ทกครง ไม

เปลยนแปลง อนน เปนคณสมบตทส าคญของระบบดจทล

เอกสารค าสอนรายวชา 2301274 ระบบคอมพวเตอร คณะวทยาศาสตร จฬาลงกรณมหาวทยาลย | 12

รปท 1.16 เครองเสยงแบบแอนะลอก (บน) แบบดจทล (กลาง) การประมวลผลสญญาณ (ลาง)

เอกสารค าสอนรายวชา 2301274 ระบบคอมพวเตอร คณะวทยาศาสตร จฬาลงกรณมหาวทยาลย | 13

เอกสารประกอบ (ส าหรบอานเพมเตม)

รางวลโนเบลสาขาฟสกสมอบใหแกผคดคนทรานซสเตอรและน าไปสการกอตง Silicon Valley

https://blackboard.it.chula.ac.th/bbcswebdav/users/achatcha/SiliconValley.mp4 (1 Gbytes)

ตวอยางการใชคอมพวเตอรเชงกลในทศตวรรษ 1950 เพอควบคมการยงปนจากเรอรบ

http://www.youtube.com/watch?v=mpkTHyfr0pM

ความคมชดหรอความละเอยด (resolution) ของสญญาณเสยงคออะไร

http://en.wikipedia.org/wiki/Resolution_(audio)

เทคโนโลยไมโครโพรเซสเซอรในอนาคตจะเปนเชนไร ลองอานบทความตอไปน

The Future of Microprocessors, Communications of the ACM, 54(5), 67-77, 2011.

Is Moore's Party Over?, Communications of the ACM, 54(11), 5, 2011.

CPU DB: Recording Microprocessor History, Communications of the ACM, 55(4), 55-63,

2012.

The data: 37 Years of Moore's Law, IEEE Spectrum, 45(5), 56, 2008.

The tops in flops, IEEE Spectrum, 48(2), 48-54, 2011.

ICs grow up, IEEE Spectrum, 49(1), 33-35, 2012.

ลองคนหาบทความใหมๆ ในวารสาร Communication of the ACM และ IEEE Spectrum โดยใชค าหลก

(keyword) วา “microprocessor” หรอค าหลกอนๆ ทเกยวของ

คนหาประวตศาสตรทเกยวกบคอมพวเตอรไดทวารสาร IEEE Annals of the History of Computing

แบบฝกหด

ลองคดและตอบค าถามตอไปน

1. เครองคดเลขตางจากคอมพวเตอรอยางไร

2. ใครสมควรจะไดรบการยกยองวาเปนผประดษฐคอมพวเตอรเครองแรกของโลก

3. กฎของมวร (Moore’s law) กลาววา

“The complexity for minimum component costs has increased at a rate of roughly a factor of two

per year. Certainly over the short term this rate can be expected to continue, if not to increase.

Over the longer term, the rate of increase is a bit more uncertain, although there is no reason to

believe it will not remain nearly constant for at least 10 years. That means by 1975, the number

เอกสารค าสอนรายวชา 2301274 ระบบคอมพวเตอร คณะวทยาศาสตร จฬาลงกรณมหาวทยาลย | 14

of components per integrated circuit for minimum cost will be 65,000. I believe that such a large

circuit can be built on a single wafer.” (Electronics Magazine, April 19, 1965)

ในปจจบนและอนาคตอนใกลกฎของมวรจะยงคงเปนจรงอยหรอไม

4. ขดจ ากดของการพฒนาสมรรถนะของไมโครโพรเซสเซอรคออะไร เราสามารถทจะผลตไมโคร

โพรเซสเซอรใหมทรานซสเตอรมากขน ท างานไดมากขนและเรวขนเรอยๆ อยางนนใชหรอไม

5. ในอนาคตสดสวนของผ ใชคอมพวเตอรสวนบคคล โนตบค แทบเบลต และสมารทโฟนจะเปนเชนไร

สมารทโฟนจะกนสวนแบงตลาดของอปกรณคอมพวเตอรไปหมดหรอไม

6. เนองจากอปกรณจ าพวกแทบแบลตและสมารทโฟนตองใชพลงงานจากแบตเตอร ดงนนจะออกแบบไม

โครโพรเซสเซอรอยางไรเพอใหประหยดพลงงานหรอกนไฟนอยๆ

7. การปรบปรงประสทธภาพของไมโครโพรเซสเซอร เชน การเพมความเรวของสญญาณนาฬกา (Hz) การ

ออกแบบชดค าสงใหม การออกแบบสถาปตยกรรมการค านวณแบบใหม สงเหลาน ลวนแตท าอยบน

พนฐานเดม ไมโครโพรเซสเซอรกยงคงเปนอปกรณทประกอบขนจากทรานซสเตอรทท าหนาทเปนสวตช

ปดเปด การเปลยนแปลงทส าคญครงตอไปคอ การเปลยนจากวงจรอเลกทรอนกสไปใชกลศาสตร

ควอนตม (quantum mechanics) คอมพวเตอรแบบใหมน จะแตกตางจากคอมพวเตอรอเลกทรอนกส

อยางไร และจะมผลกระทบตอโลกอยางไร ลองคนดวยค าหลก quantum computing หรอ quantum

computation หรอ quantum computer

รายการอางอง

[1] William Aspray, Computer: A History of the Information Machine, Westview Press, 2nd edition, 2004.

[2] Paul E. Ceruzzi, A History of Modern Computing, The MIT Press, 2nd edition, 2012.

[3] Georges Ifrah, The Universal History of Computing: From the Abacus to the Quantum Computer, Wiley, 1st

edition, 2002.

[4] David L. Ferro, Computers: The Life Story of a Technology, The Johns Hopkins University Press, 1st

edition, 2007.

[5] http://en.wikipedia.org/wiki/Timeline_of_computing_hardware_2400_BC–1949