สถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์ (Computer Architecture)

งานนำเสนอเรื่อง: "สถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์ (Computer Architecture)"— ใบสำเนางานนำเสนอ:

1 สถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์ (Computer Architecture)
อ.นิพัฒน์ มานะกิจภิญโญ

2 บทที่ 1 พื้นฐานสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์

3 พื้นฐานสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์
คอมพิวเตอร์ คือ “อุปกรณ์ที่ประกอบด้วยชิ้นส่วนทางอิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถรับข้อมูลและชุดคำสั่ง (Program) ในรูปแบบที่เครื่องรับได้ แล้วนำมาประมวลผล (Process) ข้อมูลตามชุดคำสั่งเพื่อแก้ปัญหา หรือทำการคำนวณที่ สลับซับซ้อนจนได้ผลลัพธ์ตามต้องการ และยังสามารถบันทึก หรือแสดงผลลัพธ์เหล่านั้นได้”

4 ประเภทของคอมพิวเตอร์
คอมพิวเตอร์ระดับยิ่งใหญ่ หรือซุปเปอร์คอมพิวเตอร์ (Super Computer) คอมพิวเตอร์ระดับใหญ่ หรือเมนเฟรมคอมพิวเตอร์ (Mainframe Computer) คอมพิวเตอร์ระดับเล็ก หรือมินิคอมพิวเตอร์ (Mini Computer) คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล หรือพีซี (PC : Personal Computer) คอมพิวเตอร์ขนาดสมุดบันทึก หรือโน็ตบุค (Notebook Computer) คอมพิวเตอร์ที่ทำหน้าที่เลขาส่วนตัว หรือพีดีเอ (PDA : Personal Digital Assistant) คอมพิวเตอร์เครือข่าย หรือเน็ต (Net)

5 ซุปเปอร์คอมพิวเตอร์ (Super Computer)
ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ (Supercomputer) เป็นคอมพิวเตอร์ที่มีสมรรถนะในการ ทำงานสูงกว่า คอมพิวเตอร์แบบอื่น ดังนั้นจึงมีผู้เรียกอีกชื่อหนึ่งว่า คอมพิวเตอร์ สมรรถนะสูง (High Performance Computer) คอมพิวเตอร์ประเภทนี้ สามารถคำนวน เลขที่มีจุดทศนิยม ด้วยความเร็วสูงมาก ขนาดหลายร้อยล้านจำนวนต่อวินาที งานที่ให้ คอมพิวเตอร์ประเภทนี้ทำแค่ 1 วินาที ถ้าหากเอามาให้คนอย่างเราคิด อาจจะต้องใช้ เวลานานกว่าร้อยปี ด้วยเหตุนี้ จึงเหมาะที่จะใช้คอมพิวเตอร์ประเภทนี้ เมื่อต้องมีการ คำนวนมากๆ อย่างเช่น งานวิเคราะห์ภาพถ่าย จากดาวเทียมอุตุนิยมวิทยา หรือดาวเทียม สำรวจทรัพยากร งานวิเคราะห์พยากรณ์อากาศ งานทำแบบจำลองโมเลกุล ของสารเคมี งานวิเคราะห์โครงสร้างอาคาร ที่ซับซ้อน คอมพิวเตอร์ประเภทนี้ มีราคาค่อนข้างแพง ปัจจุบันประเทศไทย มีเครื่องซูเปอร์คอมพิวเตอร์ Cray YMP ใช้ในงานวิจัย อยู่ที่ ห้องปฏิบัติการคอมพิวเตอร์สมรรถภาพสูง (HPCC) ศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ และ คอมพิวเตอร์แห่งชาติ ผู้ใช้เป็นนักวิจัยด้านวิศวกรรม และวิทยาศาสตร์ทั่วประเทศ บริษัทผู้ผลิตที่เด่นๆ ได้แก่ บริษัทเครย์ รีเสิร์ซ, บริษัท เอ็นอีซี เป็นต้น

6

7 เมนเฟรมคอมพิวเตอร์ (Mainframe Computer)
คอมพิวเตอร์ที่มีสมรรถนะสูงมาก แต่ยังต่ำกว่าซูเปอร์คอมพิวเตอร์ เหมาะ กับการใช้งาน ทั้งในด้านวิศวกรรม วิทยาศาสตร์ และธุรกิจ โดยเฉพาะงานที่เกี่ยวข้อง กับข้อมูลจำนวนมากๆ เช่น งานธนาคาร ซึ่งต้องตรวจสอบบัญชีลูกค้าหลายคน งาน ของสำนักงานทะเบียนราษฎร์ ที่เก็บรายชื่อประชาชนประมาณ 60 ล้านคน พร้อม รายละเอียดต่างๆ งานจัดการบันทึกการส่งเงิน ของผู้ประกับตนหลายล้านคน ของ สำนักงานประกันสังคม กระทรวงแรงงาน คอมพิวเตอร์เมนเฟรม ที่มีชื่อเสียงมาก คือ เครื่องของบริษัท IBM

8 มินิคอมพิวเตอร์ (Mini-Computer)
เป็นคอมพิวเตอร์ที่มีสมรรถนะน้อยกว่าเครื่องเมนเฟรม คือทำงานได้ช้ากว่า และควบคุมอุปกรณ์รอบข้างได้น้อยกว่า อย่างไรก็ตามจุดเด่นสำคัญ ของเครื่อง มินิคอมพิวเตอร์ ก็คือ ราคาย่อมเยากว่าเมนเฟรม การใช้งานก็ไม่ต้องใช้ บุคลากรมากนัก นอกจากนั้น ยังมีผู้ที่รู้วิธีใช้มากกว่าด้วย เพราะเครื่องประเภทนี้ มีใช้ตามสถานศึกษา ระดับอุดมศึกษาหลายแห่ง มินิคอมพิวเตอร์ เหมาะกับงานหลากหลายประเภท คือใช้ได้ทั้งในงาน วิศวกรรม วิทยาศาสตร์ อุตสาหกรรม เครื่องที่มีใช้ตามหน่วยงานราชการระดับกรมส่วน ใหญ่ มักจะเป็นเครื่องประเภทนี้

9 ไมโครคอมพิวเตอร์ (Micro-Computer)
เครื่องประมวลผลข้อมูลขนาดเล็ก มีส่วนของ หน่วยความจำและความเร็วในการประมวลผลน้อยที่สุด สามารถใช้ งานได้ด้วยคนเดียว จึงมักถูกเรียกว่า คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล (Personal Computer : PC) ราคาถูก ดังนั้นจึงเป็นที่นิยมใช้มาก ทั้ง ตามหน่วยงานและบริษัทห้างร้าน ตลอดจนตามโรงเรียน สถานศึกษา และบ้านเรือน บริษัทที่ผลิตไมโครคอมพิวเตอร์ ออกจำหน่ายจนประสบความสำเร็จเป็นบริษัทแรก คือ บริษัท แอปเปิลคอมพิวเตอร์

10 Notebook/Laptop ความต้องการใช้งานคอมพิวเตอร์ในทุก ๆ สถานที่นั้นทำให้มีการพัฒนาเครื่องคอมพิวเตอร์ที่สามารถนำพกติดตัวไปด้วย เรียกว่า Notebook หรือ Laptop ซึ่งมีประสิทธิภาพและการใช้งานเทียบเท่ากับระดับพีซี

11 คอมพิวเตอร์มือถือ Handheld : personal digital assistant (PDA)
คอมพิวเตอร์ถูกพัฒนาให้สามารถใช้งานได้สะดวกมากขึ้น โดยการออกแบบในมีรูปแบบการใช้งานอยู่เพียงบนฝ่ามือเท่านั้น มีน้ำหนักเบา และพกพาสะดวก ในปัจจุบันคอมพิวเตอร์แบบแฮนด์เฮลได้รับการพัฒนาให้มีความสามารถมากขึ้นเรื่อย ๆ โดยบางรุ่นใช้กับโทรศัพท์มือถือ

12 Tablet คอมพิวเตอร์ที่สามารถป้อนข้อมูลทางจอภาพได้ และสามารถใช้ซอฟต์แวร์ชนิดเดียวกันกับที่ติดตั้งบนคอมพิวเตอร์แบบพีซีได้

13 องค์ประกอบระบบคอมพิวเตอร์
ฮาร์ดแวร์ (Hardware) ซอฟต์แวร์ (Software) บุคลากร (Pepleware) ข้อมูล (Data) กระบวนการทำงาน (Procedure) 13

14 องค์ประกอบระบบคอมพิวเตอร์

15 ฮาร์ดแวร์ (Hardware) หน่วยรับข้อมูลหรืออินพุต (Input Unit)
หน่วยประมวลผลกลางหรือซีพียู (CPU : Central Processing Unit) หน่วยเก็บข้อมูล (Storage) หน่วยเก็บข้อมูลหรือความจำหลัก (Primary Storage หรือ Main Memory) หน่วยเก็บข้อมูลสำรอง (Secondary Storage) หน่วยแสดงข้อมูลหรือเอาต์พุต (Output Unit)

16 โครงสร้างระบบคอมพิวเตอร์ด้านฮาร์ดแวร์

17 โครงสร้างระบบคอมพิวเตอร์ด้านอินพุต/เอาต์พุต

18 ซอฟต์แวร์ระบบ (System Software)
โปรแกรมระบบปฏิบัติการ (OS : Operating System) โปรแกรมแปลภาษาคอมพิวเตอร์ (Translator Program) ยูทิลิตี้หรือโปรแกรมอรรถประโยชน์ (Utility Program) ซอฟต์แวร์สำเร็จรูป (Package) ซอฟต์แวร์ประยุกต์ (Application Software)

19 บุคลากร (Peopleware) ผู้ออกแบบและวิเคราะห์ระบบ (System Analysis and Design) โปรแกรมเมอร์ (Programming) ผู้บริหารฐานข้อมูล (Database Administrator : DBA) ผู้ปฏิบัติการ (Operator) ผู้ใช้ (User) ผู้บริหาร (Manager)

20 ข้อมูล (Data) ข้อมูลเป็นสิ่งที่ต้องบันทึกลงไปในคอมพิวเตอร์ พร้อมกับโปรแกรมที่นักคอมพิวเตอร์ได้เขียนไปเพื่อผลิตผลลัพธ์ที่ต้องการออกมา หน่วยที่เล็กที่สุดของข้อมูลได้แก่ ตัวอักขระ (Character) ซึ่งจะประกอบไปด้วยตัวอักษร ตัวเลข และสัญลักษณ์ต่างๆ เมื่อนำตัวอักขระเหล่านี้มารวมกัน จะทำให้ได้หน่วยข้อมูลที่ใหญ่ขึ้น คือ ฟิลด์ (Field) เมื่อนำฟิลด์หลายๆ ฟิลด์มาประกอบกันจะเป็น เรกคอร์ด (Record) และถ้านำหลายๆ เรกคอร์ดมาประกอบกันจะเป็นไฟล์ (File) และหากนำหลายๆ ไฟล์มารวมกัน ในลักษณะที่มีความสัมพันธ์กันในแต่ละไฟล์ด้วยจะกลายเป็นฐานข้อมูล (Database)

21 กระบวนการทำงาน (Procedure)
องค์ประกอบด้านนี้หมายถึงกระบวนการทำงานเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ตามต้องการ ในการทำงานกับคอมพิวเตอร์ผู้ใช้จำเป็นต้องทราบขั้นตอนการทำงานเพื่อให้ได้งานที่ถูกต้องและมีประสิทธิภาพ ซึ่งอาจจะมีขั้นตอนสลับซับซ้อนหลายขั้นตอน ดังนั้นจึงมีความจำเป็นต้องมีคู่มือปฏิบัติงาน เช่น คู่มือผู้ใช้ (user manual) หรือคู่มือผู้ดูแลระบบ (operation manual)

22 กระบวนการทำงาน (Procedure)
จอภาพแสดงข้อความเตรียมพร้อมที่จะทำงาน สอดบัตร และพิมพ์รหัสผู้ใช้ เลือกรายการ ใส่จำนวนเงินที่ต้องการ รับเงิน รับใบบันทึกรายการ และบัตรคืน

23 วิวัฒนาการของคอมพิวเตอร์
ลูกคิด (Abacus) John Napier สร้างเครื่องคิดเลขที่เรียกว่า “Napier’s Bones” Henry Briggs คิดค้นแบบคำนวณตารางลอการิทึม Edmund Gunter ได้นำค่าลอการิทึมของ Briggs มาแกะลงไม้บรรทัด William Aughtred ได้นำความคิดของ Gunter มาสร้าง Slide Rule ซึ่งถือว่าเป็นคอมพิวเตอร์อนาลอกเครื่องแรกของโลก Charles Babbage สร้างเครื่องมือที่ชื่อ “อนาไลติคัล เอ็นจิน“ (Analytical engine) Ada Lovelace โปรแกรมเมอร์คนแรกของโลก => ภาษา Ada

24 วิวัฒนาการของคอมพิวเตอร์
มนุษย์พยายามสร้างเครื่องมือเพื่อช่วยการคำนวณมาตั้งแต่สมัย โบราณแล้ว จึงได้พยายามพัฒนาเครื่องมือต่าง ๆ ให้สามารถใช้งานได้ง่าย เพิ่มขึ้นตามลำดับ ในระยะ 5,000 ปี ที่ผ่านมา มนุษย์เริ่มรู้จักการใช้นิ้วมือ และนิ้วเท้าของตน เพื่อช่วยในการคำนวณ และพัฒนาเป็นอุปกรณ์อื่น ๆ วิวัฒนาการของคอมพิวเตอร์ เริ่มต้นจากวิวัฒนาการของการ คำนวณ อุปกรณ์ที่ใช้ในการคำนวณ หรือเครื่องคำนวณต่าง ๆ เนื่องจากถือได้ ว่า คอมพิวเตอร์ เป็นเครื่องคำนวณรูปแบบหนึ่งนั่นเอง โดยอาจจะเริ่ม ได้จากการนับจำนวนด้วยก้อนหิน, เศษไม้, กิ่งไม้, การใช้ถ่านขีดเป็น สัญลักษณ์ตามฝาผนัง ทั้งนี้เครื่องคำนวณที่นับเป็นต้นแบบของคอมพิวเตอร์ ที่งานในปัจจุบันได้แก่ ลูกคิด (Abacus) นั่นเอง

25 ลูกคิด (Abacus) ลูกคิด เป็นเครื่องคำนวณเครื่องแรก ที่มนุษย์ได้ประดิษฐ์คิดค้นขึ้นมา โดยชาวตะวันออก (ชาวจีน) และยังมีใช้งานอยู่ในปัจจุบัน มีลักษณะต่างๆ ออกไป เช่นลักษณะลูกคิดของจีน ซึ่งมีตัวนับรางบน สองแถว ขณะที่ลูกคิด ของญี่ปุ่นมีตัวนับรางบนเพียงแถวเดียว แม้เป็นอุปกรณ์สมัยเก่า แต่ก็มี ความสามารถในการคำนวณเลขได้ทุกระบบ ในปัจจุบันการคำนวณบางอย่าง ยังใช้ลูกคิดอยู่ถึงแม้นจะมีคอมพิวเตอร์

26 เครื่องจักรคำนวณ (Mechanical Calculator)
ค.ศ มีเครื่องคำนวณ (Mechanical Calculator) ของลีโอนาโด ดาวินซี่ (Leonardo da Vinci) ชาวอิตาลี ใช้สำหรับการคำนวณทางคณิตศาสตร์พื้นฐาน

27 แท่งเนเปียร์ (Napier's bones)
แท่งเนเปียร์ อุปกรณ์คำนวณที่ช่วยคูณเลข คิดค้นโดย จอห์น เนเปียร์ (John Napier : ) นักคณิตศาสตร์ชาวสก๊อต มีลักษณะเป็น แท่งไม้ที่ ตีเป็นตารางและช่องสามเหลี่ยม มีเลขเขียนอยู่บนตารางเหล่านี้ เมื่อ ต้องการคูณเลขจำนวนใด ก็หยิบแท่งที่ใช้ระบุเลขแต่ละหลักมาเรียงกัน แล้วจึง อ่านตัวเลขบนแท่งนั้น ตรงแถวที่ตรงกับเลขตัวคูณ ก็จะได้คำตอบที่ต้องการ โดย ก่อนหน้านี้เนเปียร์ ได้ทำตารางลอการิทึม เพื่อช่วยในการคูณและหารเลข โดย อาศัยหลักการบวก และลบเลขมาช่วยในการคำนวณ

28 ไม้บรรทัดคำนวณ (Slide Rule)
วิลเลี่ยม ออทเตรด ( ) ได้นำหลักการลอการิทึมของเนเปียร์ มาพัฒนาเป็น ไม้บรรทัดคำนวณ หรือสไลด์รูล โดยการนำค่าลอการิทึม มา เขียนเป็นสเกลบนแท่งไม้สองอัน เมื่อนำมาเลื่อนต่อกัน ก็จะอ่านค่าเป็นผลคูณ หรือผลหารได้ โดยอาศัยการคาดคะเนผลลัพธ์

29 นาฬิกาคำนวณ (Calculating Clock)
นาฬิกาคำนวณ เป็นเครื่องคำนวณที่รับอิทธิพลจากแท่งเนเปียร์ โดยใช้ ตัวเลขของแท่งเนเปียร์บรรจุบนทรงกระบอกหกชุด แล้วใช้ฟันเฟืองเป็นตัวหมุน ทดเวลาคูณเลข ประดิษฐ์โดย วิลเฮล์ม ชิคการ์ด ( ) ซึ่งถือได้ว่าเป็นผู้ ที่ประดิษฐ์เครื่องกลไกสำหรับคำนวณได้เป็นคนแรก

30 เครื่องคำนวณของปาสกาล (Pascal's Pascaline Calculator)
เครื่องคำนวณของปาสกาล ประดิษฐ์ในปี 1642 โดย เบลส ปาสกาล (Blaise Pascal : ) นักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศษ โดยเครื่องคำนวณ นี้มีลักษณะเป็นกล่องสี่เหลี่ยม มีฟันเฟืองสำหรับตั้งและหมุนตัวเลขอยู่ ด้านบน ถือได้ว่าเป็น "เครื่องคำนวณใช้เฟืองเครื่องแรก"

31 เครื่องคำนวณของไลปนิซ (The Leibniz Wheel)
กอดฟรีด ไลปนิซ (Gottfried Wilhelm Leibniz: ) นักคณิตศาสตร์ นักปรัชญา นักการฑูต ชาวเยอรมัน ทำการปรับปรุง เครื่องคำนวณของปาสกาลให้สามารถคูณ และหารได้ ในปี 1673 โดย การปรับฟันเฟืองให้ดีขึ้นกว่าของปาสกาล ใช้การบวกซ้ำ ๆ กันแทน การคูณเลข จึงทำให้สามารถทำการคูณและหารได้โดยตรง ซึ่งอาศัย การหมุนวงล้อของเครื่องเอง ยังค้นพบเลขฐานสอง (Binary Number) คือ เลข 0 และเลข 1 ซึ่งเป็นระบบเลขที่เหมาะในการคำนวณ

32 เครื่องผลต่างของแบบเบจ (Babbage's Difference Engine)
ชารลส์ แบบเบจ (Charles Babbage: ) นักวิทยาศาสตร์ชาว อังกฤษ ได้ประดิษฐ์เครื่องผลต่าง (Difference Engine) ขึ้นมาในปี 1832 เป็น เครื่องคำนวณที่ประกอบด้วยฟันเฟืองจำนวนมาก สามารถคำนวณค่าของ ตารางได้โดยอัตโนมัติ แล้วส่งผลลัพธ์ไปตอกลงบนแผ่นพิมพ์สำหรับนำไป พิมพ์ได้ทัน แบบเบจได้พัฒนาเครื่องผลต่างอีกครั้งในปี 1852 โดยได้รับเงิน อุดหนุนจากรัฐสภาอังกฤษ แต่ก็ต้องยุติลงเมื่อผลการดำเนินการไม่ได้ดังที่หวัง ไว้

33 เครื่องวิเคราะห์ของแบบเบจ (Babbage's Analytical Engine)
หลังจากนั้นแบบเบจก็หันมาออกแบบเครื่อง วิเคราะห์ (Babbage's Analytical Engine) โดยเครื่องนี้ ประกอบด้วย "หน่วยความจำ" ซึ่งก็คือ ฟันเฟืองสำหรับ นับ "หน่วยคำนวณ" ที่สามารถบวกลบคูณหารได้ "บัตร ปฏิบัติ" คล้ายๆ บัตรเจาะรูใช้เป็นตัวเลือกว่าจะคำนวณ อะไร "บัตรตัวแปร" ใช้เลือกว่าจะใช้ข้อมูลจาก หน่วยความจำใด และ "ส่วนแสดงผล" ซึ่งก็คือ "เครื่องพิมพ์ หรือเครื่องเจาะบัตร" แต่บุคคลที่นำแนวคิด ของแบบเบจมาสร้างเครื่องวิเคราะห์ (Analytical Engine) ก็คือ ลูกชายของแบบเบจชื่อ เฮนรี่ (Henry) ในปี 1910

34 อย่างไรก็ตามความคิดของแบบเบจ เกี่ยวกับเครื่องผลต่าง และเครื่องวิเคราะห์ เป็นประโยชน์ต่อวงการคอมพิวเตอร์ในยุคต่อมามาก จึงได้รับสมญาว่า "บิดาแห่งคอมพิวเตอร์" เนื่องจากประกอบด้วยส่วน สำคัญ 4 ส่วน คือ ส่วนเก็บข้อมูล เป็นส่วนที่ใช้ในการเก็บข้อมูลนำเข้าและผลลัพธ์ที่ได้จากการ คำนวณ 2. ส่วนประมวลผล เป็นส่วนที่ใช้ในการประมวลผลทางคณิตศาสตร์ ส่วนควบคุม เป็นส่วนที่ใช้ในการเคลื่อนย้ายข้อมูลระหว่างส่วนเก็บข้อมูลและส่วน ประมวลผล 4. ส่วนรับข้อมูลเข้าและแสดงผลลัพธ์ เป็นส่วนที่ใช้รับข้อมูลจากภายนอกเครื่องเข้า สู่ส่วนเก็บข้อมูล และแสดงผลลัพธ์ที่ได้จากการคำนวณทำให้เครื่องวิเคราะห์นี้ มี ลักษณะใกล้เคียงกับส่วนประกอบของระบบคอมพิวเตอร์ในปัจจุบัน

35 Mark I เครื่องคำนวณอิเล็กทรอนิกส์ของไอบีเอ็ม
ในปี 1943 บริษัทไอบีเอ็ม (IBM: International Business Machines Co.,) โดยโธมัส เจ. วัตสัน (Thomas J. Watson) ได้พัฒนาเครื่องคำนวณที่มี ความสามารถเทียบเท่ากับคอมพิวเตอร์ ซึ่งก็คือ เครื่องคิดเลขที่ใช้เครื่องกล ไฟฟ้าเป็นตัวทำงาน ประกอบด้วยฟันเฟืองในการทำงาน อันเป็นการนำเอา เทคโนโลยีเครื่องวิเคราะห์แบบแบบเบจมาปรับปรุงนั่นเอง เครื่องนี้ยังไม่ สามารถบันทึกคำสั่งไว้ในเครื่องได้ มีความสูง 8 ฟุต ยาว 55 ฟุต ซึ่งก็คือ เครื่อง Mark I หรือชื่อทางการว่า Automatic Sequence Controlled Calculator

36 ENIAC เครื่องคอมพิวเตอร์เครื่องแรกของโลก
จอห์น ดับลิว มอชลีย์ (John W. Mauchly) และ เจ เพรสเพอร์ เอคเกิรต (J. Prespern Eckert) ได้รับ ทุนอุดหนุนจากกองทัพสหรัฐอเมริกา ในการสร้าง เครื่องคำนวณ ENIAC เมื่อปี 1946 นับว่าเป็น "เครื่องคำนวณอิเล็กทรอนิกส์เครื่องแรกของโลก หรือคอมพิวเตอร์เครื่องแรกของโลก" ENIAC เป็น คำย่อของ Electronics Numerical Integrator and Computer อาศัยหลอดสุญญากาศจำนวน 18,000 หลอด มีน้ำหนัก 30 ตัน ใช้เนื้อที่ห้อง 15,000 ตาราง ฟุต เวลาทำงานต้องใช้ไฟถึง 140 กิโลวัตต์ คำนวณใน ระบบเลขฐานสิบ

37 EDVAC กับสถาปัตยกรรมฟอนนอยมานน์
EDVAC หรือ Electronics Discrete Variable Automatic Computer นับเป็น เครื่องคอมพิวเตอร์เครื่องแรก ที่สามารถเก็บคำสั่งเอาไว้ทำงาน ในหน่วยความจำ พัฒนาโดย จอห์น ฟอน นอยมานน์ (Dr. John Von Neumann) นักคณิตศาสตร์ ชาวฮังการี ร่วมกับทีมมอชลีย์ และเอคเกิรต โดยฟอน นอยมานน์ แนวคิดที่ น่าสนใจเกี่ยวกับการทำงานของคอมพิวเตอร์ จนได้รับการขนานนามว่า "สถาปัตยกรรมฟอนนอนมานน์" ซึ่งมีรายละเอียดดังนี้ 1. มีหน่วยความจำสำหรับใช้เก็บคำสั่ง และข้อมูลรวมกัน 2. การดำเนินการ กระทำโดยการอ่านคำสั่งจากหน่วยความจำ มาแปลความหมาย แล้ว ทำตามทีละคำสั่ง 3. มีการแบ่งส่วนการทำงาน ระหว่างหน่วยประมวลผล หน่วยความจำ หน่วยควบคุม และหน่วยดำเนินการรับ และส่งข้อมูล

38 UNIVAC เครื่องคอมพิวเตอร์สำหรับ ใช้ในงานธุรกิจเครื่องแรกของโลก
มอชลีย์ และเอคเกิรต ในนามบริษัทเรมิงตัน แรนด์ (Remington Rand) ได้สร้างเครื่องคอมพิวเตอร์อีกเครื่องหนึ่งในเวลาต่อมา คือ UNIVAC (Universal Automatic Computer) เพื่อใช้งานสำมะโนประชากรของ สหรัฐอเมริกา เป็นเครื่องที่ทำงานในระบบเลขฐานสิบเหมือนเดิม อย่างไรก็ ตาม UNIVAC ก็ยังมีขนาดใหญ่มาก ยาว 14 ฟุต กว้าง 7 ฟุตครึ่ง สูง 9 ฟุต มี หลอดสุญญากาศ 5,000 หลอด แต่มีความเร็วในการทำงานสูง สามารถเก็บ ตัวเลข หรือตัวอักษรไว้ในหน่วยความจำได้ถึง 12,000 ตัว

39 โปรแกรมเมอร์คนแรกของโลก
พ.ศ สุภาพสตรีชาวอังกฤษชื่อ Lady Augusta Ada Byron ได้ทำการแปลเรื่องราวเกี่ยวกับเครื่อง Analytical Engine และได้เขียนขั้นตอนของคำสั่งวิธีใช้เครื่องนี้ให้ทำ การคำนวณที่ยุ่งยากซับซ้อนไว้ในหนังสือ Taylor's Scientific Memories จึงนับได้ว่า ออกุสต้า เป็นโปรแกรมเมอร์คนแรก ของโลก และยังค้นพบอีกว่าชุดบัตรเจาะรู ที่บรรจุชุดคำสั่งไว้ สามารถนำกลับมาทำงานซ้ำใหม่ได้ถ้าต้องการ นั่นคือ หลักการทำงานวนซ้ำ หรือที่เรียกว่า Loop เครื่องมือคำนวณ ที่ถูกพัฒนาขึ้นในศตวรรษที่ 19 นั้น ทำงานกับเลขฐานสิบ (Decimal Number) แต่เมื่อเริ่มต้นของศตวรรษที่ 20 ระบบ คอมพิวเตอร์ได้ถูกพัฒนาขึ้นเป็นลำดับ จึงทำให้มีการ เปลี่ยนแปลงมาใช้เลขฐานสอง (Binary Number)กับระบบ คอมพิวเตอร์

40 วิวัฒนาการของเครื่องคอมพิวเตอร์
ยุคที่หนึ่ง (First Generation Computer) พ.ศ ยุคที่สอง (Second Generation Computer) พ.ศ ยุคที่สาม (Third Generation Computer) พ.ศ ยุคที่สี่ (Fourth Generation Computer) พ.ศ ยุคที่ห้า (Fifth Generation Computer) พ.ศ จนถึงปัจจุบัน

41 ยุคที่ 1 หลอดสุญญากาศ ค. ศ. 1951-1958
วิวัฒนาการของคอมพิวเตอร์ยุคต่างๆ ยุคที่ 1 หลอดสุญญากาศ ค. ศ - วงจรสร้างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สร้างด้วย หลอดสุญญากาศ(vacuum tubes) - หน่วยความจำสร้างจากดรัมแม่เหล็ก (magnetic drum) - ใช้ บัตรเจาะรู (punch card) ในการเก็บข้อมูลและโปรแกรม - คำสั่งหรือโปรแกรมสร้างด้วย ภาษาเครื่อง (machine language) - คอมพิวเตอร์ยังทำงานช้า เกิดข้อผิดพลาดได้สูง - ราคาแพงมาก - ยากต่อการสร้างโปรแกรมควบคุมเครื่องคอมพิวเตอร์ ตัวอย่างคอมพิวเตอร์ในยุคแรก ได้แก่ UNIVAC (Universal Automatic Computer)

42 ยุคที่ 1 หลอดสุญญากาศ ค. ศ. 1951-1958
ยุคที่ 1 หลอดสุญญากาศ ค. ศ หลอดสุญญากาศ เครื่องคอมพิวเตอร์มาร์ค วัน

43 UNIVAC

44 ยุคที่ 2 ทรานซิสเตอร์ (Transistor) ค. ศ. 1959 - 1964
- ขณะทำงานมีความร้อนน้อยกว่า ใช้พลังงานไฟฟ้าน้อยกว่าการใช้หลอดสุญญากาศ - มีความเร็วและความถูกต้องแม่นยำสูง - หน่วยความจำภายในเป็น magnetic core - หน่วยความจำภายนอกใช้ magnetic tape ที่มีความจุสูงกว่าบัตรเจาะรู - เครื่องพิมพ์สามารถทำงานได้เร็วมาก 600 บรรทัดต่อนาที ภาษาที่ใช้สร้าง - โปรแกรมเป็นภาษาระดับต่ำ (low-level language) ที่เรียกว่า symbolic language ได้แก่ ภาษาแอสเซมบลี (Assembly) และ ภาษาระดับสูง (high-level language) ได้แก่ ภาษา FORTRAN (ค.ศ. 1954) ภาษา COBOL (ค. ศ. 1959) ที่ง่ายต่อการเขียนโปรแกรม - เริ่มมีการนำคอมพิวเตอร์มาใช้ในหน่วยงานธุรกิจอย่างแพร่หลาย

45 ยุคที่ 2 ทรานซิสเตอร์ (Transistor) ค. ศ. 1959 - 1964

46 ยุคที่ 3 ไอซี (Integrated Circuits: IC) ค. ศ. 1965-1970
- ใช้วงจรรวมที่เรียกว่า Integrated Circuit : IC แทน Transistor - IC มีคุณสมบัติทำงานได้อย่างรวดเร็ว มีความเชื่อถือได้สูงมากกว่าการใช้ Transistor - ใช้จานแม่เหล็ก Magnetic disk มาใช้เก็บข้อมูลที่มีจำนวนมาก - พัฒนาเครื่องพิมพ์ที่สามารถพิมพ์ได้เป็น 1,000 บรรทัด - ภาษาที่ใช้สร้างโปรแกรมควบคุมคอมพิวเตอร์ยังคงใช้ภาษาระดับสูง - มีการสร้างภาษา BASIC ขึ้นใช้ ทำให้ง่ายต่อการสร้างโปรแกรมสั่งงานคอมพิวเตอร์ - ตัวอย่างเครื่องคอมพิวเตอร์ได้แก่ System/630 ของบริษัท IBM เครื่องคอมพิวเตอร์ขนาดเล็ก PDP-11 ของบริษัท DEC (Digital Equipment Corporation)

47 ยุคที่ 3 ไอซี (Integrated Circuits: IC) ค. ศ. 1965-1970
วงจรรวม หรือวงจรไอซี

48 ยุคที่ 4 LSI, VLSI (Large and Very Large Scale Integration) ค. ศ
- ใช้วงจรรวมขนาดใหญ่(Large Scale Integration circuit : LSI) - วงจรมีทรานซิสเตอร์ (transistor) จำนวนหลายพันตัวอยู่บน ชิป(chip) เรียกว่า Microprocessor - ต่อมาได้มีการพัฒนาให้เป็น VLSI (Very Large Scale Integration) ที่สร้าง transistor จำนวนหลายล้านตัวลงบน Chip เพียงตัวเดียว - Microprocessor มีประสิทธิภาพสูงมาก มีความเร็วมีหน่วยเป็น Nanosecond (1/1,000,000,000 วินาที) - ตัวอย่างคอมพิวเตอร์ยุคนี้ได้แก่ Microcomputer ที่มีการใช้งานอย่างแพร่หลาย ในปัจจุบันนี้

49 ยุคที่ 4 LSI, VLSI (Large and Very Large Scale Integration) ค. ศ
วงจรวีแอลเอสไอ

50 ยุคที่ 5 คอมพิวเตอร์ในอนาคต ปี ค.ศ. 1990 เป็นต้นมา
ยุคที่ 5 คอมพิวเตอร์ในอนาคต ปี ค.ศ เป็นต้นมา - เป็นคอมพิวเตอร์ที่มีความสามารถสูงมากๆ ทำงานได้อย่างรวดเร็วมากยิ่งขึ้น - หน่วยประมวลผลเป็น Microprocessor Chip ที่มีความเร็วสูงมาก ประกอบ Register หลายสิบล้านตัว เช่น CPU Intel Pentium III ของบริษัท Intel - มีความฉลาดในการประมวลผล เรียกว่า Intelligent Computer มีลักษณะ ปัญญาประดิษฐ์ (Artificial Intelligence) ระบบผู้เชี่ยวชาญ (Expert System) - เป็นคอมพิวเตอร์ที่เข้าใจภาษาธรรมชาติของมนุษย์(Natural Language) - มีการวิจัยคอมพิวเตอร์ยุคที่ 5 ในญี่ปุ่น สหรัฐอเมริกา และอังกฤษ เป็นต้น - ภาษาคอมพิวเตอร์ที่ใช้เป็นภาษาระดับสูง ภาษาแบบ Visual เช่น Visual BASIC - ประยุกต์ใช้งานทุกด้าน โดยเฉพาะการประมวลผลด้าน Multimedia

51 สรุป วิวัฒนาการคอมพิวเตอร์
วิวัฒนาการของคอมพิวเตอร์ คอมพิวเตอร์ยุคแรก คอมพิวเตอร์ยุคแรก เป็นคอมพิวเตอร์ที่ใช้หลอดสุญญากาศ จึงมีปัญหาเรื่องความร้อนและไส้หลอดขาดบ่อย การสั่งงานใช้ภาษาเครื่องซึ่งเป็นรหัสตัวเลข คอมพิวเตอร์ยุคที่สอง คอมพิวเตอร์ยุคที่สอง เป็นคอมพิวเตอร์ที่ใช้ทรานซิสเตอร์ โดยมีแกน เฟอร์ไรท์เป็นหน่วยความจำ มีอุปกรณ์เก็บข้อมูลสำรองในรูปของสื่อบันทึก แม่เหล็ก

52 สรุป วิวัฒนาการคอมพิวเตอร์
คอมพิวเตอร์ยุคที่สาม คอมพิวเตอร์ยุคที่สาม เป็นคอมพิวเตอร์ที่ใช้วงจรรวม โดยวงจรรวมแต่ ละตัวจะมีทรานซิสเตอร์บรรจุอยู่ภายใน คอมพิวเตอร์ยุคที่สี่ คอมพิวเตอร์ยุคที่สี่ เป็นยุคของคอมพิวเตอร์ที่ใช้วงจรความจุสูงมาก ทำให้ขนาดเครื่องคอมพิวเตอร์มีขนาดเล็กลงสามารถตั้งบนโต๊ะในสำนักงานหรือพกพาเหมือนกระเป๋าหิ้วไปในที่ต่างๆ ได้ คอมพิวเตอร์ยุคที่ห้า คอมพิวเตอร์ยุคที่ห้า เป็นคอมพิวเตอร์ที่มนุษย์พยายามนำมาเพื่อช่วย ในการตัดสินใจและแก้ปัญหาให้ดียิ่งขึ้น โดยจะมีการเก็บความรอบรู้ต่างๆ เข้าไว้ในเครื่อง

53 สถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์คืออะไร ?
ผู้ออกแบบระบบ IBM System/360 “สถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์ หมายถึงโครงสร้างของคอมพิวเตอร์ที่โปรแกรมเมอร์ของระบบจะต้องเข้าใจในภาษาเครื่องเพื่อเขียนโปรแกรมให้เครื่องทำงานได้อย่างถูกต้อง” Bell และ Newell ให้แนวคิดของสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์ในรูปแบบระดับชั้นที่เรียกว่า hierarchical, multilevel descriptionระดับทั้ง 4 ประกอบด้วยระดับวงจรอิเล็กทรอนิกส์ (Electronics Circuit Level), ระดับการออกแบบลิจิก (Logic Design Level), ระดับการโปรแกรม (Programming Level) และระดับการสวิตช์โปรเซสเซอร์และหน่วยความจำ (Processor-Memory-Switch Level)

54 พื้นฐานสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์
โปรเซสเซอร์เป็นส่วนทำงานของระบบ ซึ่งจะเอ็กซิคิวต์โปรแกรมโดยการประมวลผลทางคณิตศาสตร์และลอจิกข้อมูลต่าง ๆ โปรเซสเซอร์เป็นเพียงส่วนเดียวที่สร้างข้อมูลใหม่โดยการรวมหรือแก้ไขข้อมูลเดิม หน่วยความจำทำหน้าที่เก็บข้อมูลจนกว่าจะมีการร้องขอจากส่วนอื่น ๆ ของระบบ ในขณะที่ทำงานปกติ หน่วยความจำจะส่งคำสั่งและข้อมูลให้กับโปรเซสเซอร์ อุปกรณ์อินพุต/เอาต์พุตทำหน้าที่ถ่ายโอนข้อมูลระหว่างองค์ประกอบภายนอกและภายใน

55 พื้นฐานสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์
ช่องการสื่อสารข้อมูลที่เชื่อมระบบเข้าด้วยกันอาจจะเป็นการเชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์ 2 อุปกรณ์ หรือเป็นสวิตช์ที่ซับซ้อนที่เชื่อมต่อหลาย ๆ องค์ประกอบเข้าด้วยกัน แผนภาพ PMS แทนส่วนประกอบหลักของเครื่องคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลแอปเปิลแมคอินทอช (Apple Macintosh) ในตอนต้นจะใช้ช่องสื่อสารข้อมูลเดี่ยวที่เรียกว่า “บัส” (bus) ซึ่งจะเชื่อมต่อส่วนประกอบหลักทั้งหมด จนเมื่อบัสเป็นสวิตช์จะมีส่วนประกอบเพียงสองส่วนที่สามารถติดต่อซึ่งกันและกันในเวลาหนึ่ง ๆ เมื่อสวิตช์ถูกสร้างขึ้นเพื่อการถ่านโอนข้อมูลของอุปกรณ์อินพุต/เอาต์พุต

56 แผนภาพ PMS

57 โมเดลของ von Neumann เครื่องของ von Neumann ทั้งโปรแกรมและข้อมูลจะใช้หน่วย ความจำเดียวกัน โดยจะมี program counter (PC) ชี้คำสั่งปัจจุบันในหน่วยความจำ เมื่อไม่มีคำสั่ง branch จะมีการดึงคำสั่งจากหน่วยความจำมาประมวลผลเรียงลำดับเรื่อยไปจนกว่าจะหมด คำสั่ง

58 โมเดลของ von Neumann ของคอมพิวเตอร์แบบดิจิตอล

59 โครงสร้างพื้นฐานของโปรเซสเซอร์

60 การเชื่อมต่อภายในระบบคอมพิวเตอร์

61 สถาปัตยกรรมของระบบ ไมโครโปรเซสเซอร์ตระกูล 80x86
บิต บิต บิต อ้างหน่วยความจำได้ 1 MB 8088 ภายใน 16 บิต แต่ติดต่อภายนอก 8 บิต เพื่อแข่งกับ Z80 80186 ไมโครโปรเซสเซอร์สำหรับระบบความคุมอุปกรณ์รอบข้าง บิต อ้างหน่วยความจำได้ 16 MB เริ่มมีความสามารถในการจัดการหน่วยความจำ มี Virtual Memory บิต อ้างหน่วยความจำได้ 4 GB มีความสามารถในการจัดการ หน่วยความจำ ชุดคำสั่งและโครงสร้างทางซอฟต์แวร์ยังคงเป็นมาตรฐานอยู่ในปัจจุบัน 80386SX ภายในเป็น 32 บิต แต่บัสเป็น 16 บิต 80486 เพิ่มหน่วยประมวลผลทางคณิตศาสตร์ Pentium Pentium II ,III ,4 HT Pentium core 2 duo duo core ,core i3 i5 i7 ประมวลผลมากกว่า 2 core อ้างหน่วยความจำ64 บิต อ้างได้มากขึ้น พัฒนาการประมวลผลให้เร็วยิงขึ้น

62 ระดับชั้นของเครื่องคอมพิวเตอร์

63 เดสก์ทอปคอมพิวเตอร์