หลักการ ทํา งาน เบื้องต้นของคอมพิวเตอร์ มี กี่ ส่วน อะไร บาง

ผลการเรียนรู้ที่คาดหวัง

1. อธิบายองค์ประกอบ  และหลักการทำงาน ของคอมพิวเตอร์ได้

2. อธิบายบทบาท  และประโยชน์ของระบบคอมพิวเตอร์ได้

<< ส่วนประกอบของคอมพิวเตอร์ >>

ส่วนประกอบของคอมพิวเตอร์

คอมพิวเตอร์ มีส่วนประกอบดังต่อไปนี้

1.หน่วยประมวลผลกลาง (ซีพียู)

2.หน่วยความจำหลัก

3.หน่วยความจำรอง

4.หน่วยรับข้อมูล

5.หน่วยแสดงผลข้อมูล

คอมพิวเตอร์ทำงานตามชุดคำสั่งหรือโปรแกรม ตามหลักการที่ จอห์น วอน นอยแมน (John Von Neumann)เสนอและใช้กันมาจนถึงปัจจุบันคือ คอมพิวเตอร์มีหน่วยความจำสำหรับเก็บซอฟต์แวร์และข้อมูล การทำงาน ของคอมพิวเตอร์จะทำงานตามโปรแกรมที่กำหนดไว้ก่อนล่วงหน้าแล้ว ตัวเครื่องคอมพิวเตอร์ตลอดจนอุปกรณ์ต่างๆ เรียกรวมว่า ฮาร์ดแวร์ (hardware)

การทำงานของคอมพิวเตอร์ประกอบด้วยหน่วยสำคัญ 5 หน่วย คือ

1. หน่วยประมวลผลกลาง ทำหน้าที่ ในการคิดคำนวณหรือประมวลผลข้อมูล โดยทำตามโปรแกรมที่เก็บไว้ในหน่วยความจำหลัก  

2. หน่วยความจำหลัก เป็นหน่วยสำหรับเก็บข้อมูลและซอฟต์แวร์ที่ใช้ในการประมวลผล ซึ่งหน่วยประมวลผลกลางสามารถอ่านเขียนจากหน่วยความจำหลักรวดเร็วมาก ทำให้หน่วยประมวลผลกลางนำมาตีความและกระทำตามได้อย่างรวดเร็ว

3. หน่วยความจำรอง มีไว้สำหรับเก็บข้อมูลหรือซอฟต์แวร์ที่มีจำนวนมากและต้องการนำมาใช้อีกในภายหลัง หากจะใช้งานก็มีการโอนถ่ายจากหน่วยความจำรองมายังหน่วยความจำหลัก

4. หน่วยรับข้อมูล ทำหน้าที่ รับข้อมูลเข้ามาเก็บไว้ในหน่วยความจำหลัก จากนั้นข้อมูลจะถูกส่งไปยังหน่วยประมวลผลกลาง

5. หน่วยส่งออกเป็นหน่วยที่นำข้อมูลที่ได้รับการประมวลผลแล้วมาแสดงผล หรือเก็บไว้ในหน่วยความจำรอง

<< ลักษณะการทำงานของหน่วยประมวลผลกลาง >>

การทำงานของหน่วยประมวลผล

หน่วยประมวลผลที่มีชื่ออีกอย่างหนึ่งว่าซีพียู  (Central Processing Unit : CPU)   เป็นหัวใจของคอมพิวเตอร์ เป็นส่วนที่สำคัญของคอมพิวเตอร์   หน่วยประมวลผลกลางนี้มีชื่อเรียกว่า  ไมโครโพรเซสเซอร์

หน่วยประมวลผลกลางแบ่งออกเป็น 2 หน่วย คือหน่วยควบคุมและหน่วยคำนวณและตรรกะ
- หน่วยควบคุม   ทำหน้าที่ในการควบคุมอุปกรณ์ต่างๆที่เกี่ยวข้องระหว่างประมวลผล
- หน่วยคำนวณและตรรกะทำหน้าที่นำข้อมูล ซึ่งเป็นสัญญาณทางไฟฟ้า แบบตัวเลขฐานสองมาประมวลผลทางคณิตศาสตร์และตรรกะ

พัฒนาการของหน่วยประมวลผลกลางได้เริ่มจากการให้หน่วยประมวลผลกลางอ่าน ข้อมูลจากหน่วย
ความจำหลัก  ด้วยรหัสเลขฐานสอง ครั้งละ 8 บิต เรียกซีพียูแบบนี้ว่าซีพียูขนาด  8  บิต ต่อมาเมื่อสร้างหน่วย ประมวลผลกลางได้ดีขึ้นทำให้อ่านคำสั่งหรือข้อมูลเข้ามาได้ครั้งละ 16 บิต การประมวลผลก็กระทำครั้งละ 16 บิตด้วย เรียกซีพียูแบบนี้ว่าซีพียูขนาด 16 บิต ปัจจุบันซีพียูที่ใช้งานสามารถอ่านคำสั่ง หรือข้อมูลได้ถึงครั้งละ 128 บิต ทำให้ทำงานได้มากและรวดเร็วขึ้น

กลไกการทำงานของซีพียูมีจังหวะการทำงานที่แน่นอนเช่น อ่านข้อมูลจากอุปกรณ์รับเข้าเก็บไว้ที่หน่วยความจำหลัก อ่านข้อมูลจากหน่วยความจำหลัก แล้วนำมาตีความหมายคำสั่งในซีพียู ดำเนินการตามที่คำสั่งนั้นบอกให้กระทำการกระทำเหล่านี้เป็นจังหวะที่แน่นอน การกำหนดความเร็วของจังหวะจะใช้สัญญาณนาฬิกาที่มีความเร็วสูงมาก ซีพียูรุ่นใหม่ๆ สามารถใช้สัญญาณนาฬิกาที่มีความเร็วได้สูงกว่า 2  กิกะเฮิรตซ์

<< ลักษณะการทำงานของหน่วยความจำหลัก >>

หน่วยความจำหลัก

ประเภทหน่วยความจำหลัก

-  แรม  (Random  Access  Memory : RAM)

-  รอม  (Read  Only  Memory :  ROM)

หน้าที่ของหน่วยความจำหลัก

หน่วยความจำหลัก มีหน้าที่ ในการเก็บ ข้อมูล และโปรแกรมที่จะให้ซีพียู เรียกไป ใช้งานได้   หน่วยความจำหลัก เป็นอุปกรณ์ ที่ทำมาจาก ไอซี เช่นเดียวกัน

1. หน่วยความจำหลัก  แรม  (Random  Access  Memory : RAM)

เป็นหน่วยความจำที่เก็บข้อมูลสำหรับใช้งานทั่วไปการอ้างอิงตำแหน่งที่อยู่ของข้อมูลใดๆ เพื่อการเขียนและการอ่านจะกระทำแบบการเข้าถึงโดยสุ่มคือเรียกไปที่ตำแหน่งที่อยู่ข้อมูลใดก็ได้หน่วยความจำ ประเภทนี้จะเก็บข้อมูลไว้ตราบเท่าที่กระแสไฟฟ้าจ่ายให้วงจรหากไฟฟ้าดับเมื่อไรข้อมูลก็จะสูญหายทันที

2. หน่วยความจำหลัก  รอม (Read Only Memory : ROM)

เป็นหน่วยความจำอีกประเภทหนึ่งที่มีการอ้างอิงตำแหน่งที่อยู่ข้อมูล แบบเข้าถึงโดยสุ่มหน่วยความจำประเภทนี้มีไว้เพื่อบรรจุโปรแกรมสำคัญบางอย่างเพื่อว่าเมื่อเปิดเครื่องมาซีพียู จะเริ่มต้นทำงานได้ทันทีข้อมูลหรือโปรแกรมที่เก็บไว้ในรอมจะถูกบันทึกมาก่อนแล้วผู้ใช้ไม่สามารถ เขียนข้อมูลใดๆลงไปได้แต่สามารถอ่านข้อมูลได้อย่างเดียวข้อมูลหรือโปรแกรมที่อยู่ในรอมนี้จะอยู่อย่างถาวรแม้จะ ปิดเครื่องข้อมูลหรือโปรแกรมก็จะไม่ถูกลบไป

1. แรม  เป็นหน่วยความจำหลักสำหรับเก็บข้อมูลหรือซอฟต์แวร์ขณะทำงาน ข้อมูลหรือซอฟต์แวร์เหล่านี้จะถูกลบทิ้งไป ถ้าปิดเครื่องหรือไฟฟ้าดับ ดังนั้น
จึงต้องมีหน่วยความจำรองเพื่อใช้เก็บข้อมูลที่ต้องการใช้งานต่อ และหากต้องการใช้งานเมื่อไร ก็จะถ่ายข้อมูลจากหน่วยความจำรองมาไว้ที่หน่วยความจำหลักที่เป็นแรมเพื่อให้
หน่วยประมวลผลทำงาน หน่วยความจำรองที่ใช้กันในระบบคอมพิวเตอร์มีหลายประเภท

2. แผ่นบันทึก (floppy disk หรือ diskette)

ไมโครคอมพิวเตอร์ส่วนใหญ่มีเครื่องขับแผ่นบันทึก อย่างน้อยหนึ่งตัว แผ่นบันทึกที่ใช้ในปัจจุบันมีขนาด 3.5 นิ้ว ตัวแผ่นบันทึกเป็นแผ่นบางฉาบผิวด้วยสารแม่เหล็กอยู่ในกรอบพลาสติกแข็ง เพื่อป้องกันการขีดข่วน การเก็บข้อมูลจะทำโดยบันทึกลงไปที่ผิวของแผ่น ปกติใช้ได้ทั้งสองด้าน หัวอ่านของเครื่องขับจึงมีสองหัว แผ่นจะหมุนด้วยความเร็วคงที่ หัวอ่านวิ่งเข้าออกเพื่ออ่านข้อมูลในตำแหน่งที่อยู่ที่ต้องการ ผิวที่ใช้เก็บข้อมูลจะแบ่งเป็นวงเรียกว่า แทร็ก (track) แต่ละแทร็กจะแบ่งเป็นช่องเก็บข้อมูลเรียกว่า เซกเตอร์ (sector) แผ่นบันทึก ขนาด 3.5 นิ้ว มีความจุ 1.44 เมกะไบต์

3. ฮาร์ดดิสก์ (harddisk)

จะประกอบด้วยแผ่นบันทึกแบบแข็งที่เคลือบสารแม่เหล็กหลายแผ่นเรียงซ้อนกัน หัวอ่านของเครื่องขับจะมีหลายหัว ในขณะที่แผ่นบันทึกแต่ละแผ่นหมุน หัวอ่านจะเคลื่อนที่เข้าออกเพื่ออ่านข้อมูลที่เก็บบนพื้นผิวแผ่น การเก็บข้อมูลในแต่ละแผ่นจะเป็นวง เรียกแต่ละวงของทุกแผ่นว่าไซลินเดอร์ (cylinder) แต่ละไซลินเดอร์ จะแบ่งเป็นเซกเตอร์ แต่ละเซกเตอร์เก็บข้อมูลเป็นชุดๆ

4. เทปแม่เหล็ก (magnetic tape)

เป็นอุปกรณ์ที่มีการใช้กันมานานแล้ว ลักษณะของเทปเป็นแถบสายพลาสติก เคลือบด้วยสารแม่เหล็ก

เหมือนเทปบันทึกเสียง เทปแม่เหล็กใช้สำหรับเก็บข้อมูลจำนวนมาก มีการจัดเก็บและเรียกค้นข้อมูลแบบเป็นลำดับ เพราะฉะนั้นการเข้าถึงก็จะเป็นแบบการเข้าถึงโดยลำดับ (sequential access)

5. แผ่นซีดี (Compact Disk : CD )

วิวัฒนาการของการใช้หน่วยความจำรองได้ก้าวหน้าขึ้นเป็นลำดับ ปัจจุบันได้มีการประดิษฐ์แผ่นซีดี ใช้ในการเก็บข้อมูลจำนวนมากการเก็บข้อมูลบนแผ่นซีดี ใช้หลักการทางแสง แผ่นซีดีที่อ่านได้อย่างเดียว เรียกกันว่าซีดีรอม (CD- ROM) ข้อมูลที่บันทึกจะถูกบันทึกมาจากโรงงานผู้ผลิตเหมือนการบันทึกเพลงหรือภาพยนตร์ ข้อเด่นของแผ่นซีดีคือ ราคาถูก จุข้อมูลได้มาก สามารถเก็บข้อมูลหรือโปรแกรมได้มากกว่า 650 เมกะไบต์ต่อแผ่น แผ่นซีดีมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 5 นิ้ว

6. หน่วยความจำแบบแฟลช (flash memory)

เป็นหน่วยความจำประเภทรอมที่เรียกว่า อีอีพร็อม (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory : EEPROM) ซึ่งเป็นเทคโนโลยีของรอม และแรมรวมกัน ทำให้หน่วยความจำชนิดนี้สามารถ เก็บข้อมูลได้เหมือนฮาร์ดดิสก์ คือสามารถเก็บและลบข้อมูลได้ตามต้องการและถ่ายโอนข้อมูลได้อย่างรวดเร็ว หน่วยความจำชนิดนี้มีขนาดเล็ก น้ำหนักเบา พกพาได้สะดวก ปัจจุบันสามารถเก็บข้อมูลได้มากถึง 2 GB

<< ลักษณะการทำงานของหน่วยรับและส่งออกข้อมูล >>

หน่วยรับข้อมูล

อุปกรณ์รับข้อมูลมีหลายประเภท  ดังนี้

1.  แผงแป้นอักขระ (keyboard)

2.  เมาส์ (mouse)

3.  แทร็กบอล (trackball)

4.  ก้านควบคุม (joystick )

5.  เครื่องอ่านรหัสแท่ง (bar code)

1. แผงแป้นอักขระ (keyboard) เป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่รับข้อมูลโดยรับข้อมูลจากการกดแป้นบนแผงแป้นอักขระ แล้วส่งรหัสให้กับคอมพิวเตอร์ แผงแป้นอักขระมาตรฐานที่นิยมใช้กันมากในขณะนี้มีจำนวนแป้น 104 แป้น ถึงแม้จะมีจำนวนแป้นมากแล้ว แต่การป้อนข้อมูลก็ยังมีตัวยกแคร่ (shift) สำหรับใช้ควบคู่กับตัวอักษรอื่น เช่น กดแป้น shift เพื่อเลือกตัวอักษรภาษาอังกฤษตัวเล็กหรือตัวใหญ่ แผงแป้นอักขระที่ใช้ในประเทศไทย สามารถใช้พิมพ์ตัวอักษรภาษาไทยได้ การที่รับข้อมูลภาษาไทยได้เนื่องจากมีการพัฒนาซอฟต์แวร์ให้ทำงานภาษาไทยได้

2. เมาส์ (mouse) แทร็กบอล (trackball) และก้านควบคุม (joystick) การพัฒนาโปรแกรมคอมพิวเตอร์ในปัจจุบันจะเน้นให้ผู้ใช้ใช้งานได้ง่าย จึงมีการพัฒนาอุปกรณ์รับเข้าที่เหมาะสมกับโปรแกรม เช่น เมาส์ แทร็กบอล และก้านควบคุม ซึ่งสามารถเลื่อนตัวชี้ไปบนจอแล้วเลือกสิ่งที่ต้องการได้

เมาส์ เป็นอุปกรณ์รับเข้าที่สามารถเลื่อนตัวชี้ไปยังตำแหน่งที่ต้องการบนจอภาพ มีลักษณะเป็นปุ่มกดครอบอยู่กับลูกกลมที่เมื่อลากไปกับพื้นแล้ว จะมีการส่งสัญญาณตามแนวแกน x และแกน y เข้าสู่คอมพิวเตอร์ ในปัจจุบันเมาส์มีหลายรูปแบบให้ผู้ใช้สามารถเลือกได้ตามความต้องการ

3. เครื่องกราดตรวจ (scanner) เป็นอุปกรณ์รับข้อมูลโดยใช้เทคโนโลยีของการผ่านแสง เพื่อทำการอ่านรหัสสัญลักษณ์ หรือรูปภาพ แล้วให้คอมพิวเตอร์นำไปประมวลผลต่อไป เครื่องกราดตรวจช่วยให้การรับข้อมูลทำได้รวดเร็วกว่าการกดแป้นบนแผงแป้นอักขระ อีกทั้งยังลดข้อผิดพลาดอันอาจเกิดจากการกดแป้นอีกด้วย เครื่องกราดตรวจที่นิยมใช้กันอยู่ทั่วๆ ไปได้แก่ สแกนเนอร์ เครื่องอ่านรหัสแท่ง

4. เครื่องอ่านอักขระหมึกแม่เหล็ก (Magnetic-Ink Character Recognition : MICR) ที่พบเห็นได้บ่อยครั้งคือ เครื่องอ่านตัวเลขที่พิมพ์อยู่บนตั๋วสัญญาใช้เงิน ตัวเลขเหล่านี้มีลักษณะพิเศษที่ทำให้เครื่องอ่านได้ เนื่องจากแต่ละวันธนาคารต้องรับและออกตั๋วสัญญาใช้เงินเป็นจำนวนมาก จึงมีการใช้เครื่องอ่านตัวเลข ช่วยในการอ่าน หรือเครื่องอ่านตัวเลขที่สำนักงาน ไปรษณีย์ใช้เพื่อช่วยแยกจดหมายตามรหัสไปรษณีย์

5. จอสัมผัส  (touch screen) สามารถเป็นได้ทั้งหน่วยรับเข้าและหน่วยส่งออก จอภาพสามารถรับข้อมูลไปประมวลผลได้โดยการสัมผัสบนบริเวณจอภาพ บริเวณจอภาพของจอสัมผัสประกอบด้วย ตาข่ายของลำแสงอินฟาเรด เมื่อมีวัตถุมาสัมผัสบนจอภาพ  จะมีการส่งสัญญาณไฟฟ้า   ซึ่งสามารถระบุ-ตำแหน่งบนจอภาพให้กับโปรแกรมที่กำลังทำงานอยู่ได้
การใช้งานจอสัมผัสมีความสะดวก แต่อาจผิดพลาดจากการระบุตำแหน่งบนจอภาพ ถ้าตำแหน่งบนจอภาพมีขนาดเล็กเกินไป จอสัมผัสประยุกต์ใช้กับงานหลายอย่าง เช่น การจองตั๋วชมภาพยนตร์ การจองที่นั่งเพื่อรับประทานอาหาร

ทำหน้าที่แสดงผลลัพธ์หรือสารสนเทศที่ได้จากการประมวลผล  ในรูปที่มนุษย์สามารถเข้าใจ อุปกรณ์ส่งออกที่ใช้ในระบบคอมพิวเตอร์ ที่นิยมทั่วไปคือ

(1) จอภาพ (monitor)

(2) เครื่องพิมพ์ (printer)

-  เครื่องพิมพ์แบบจุด (dot matrix printer

-  เครื่องพิมพ์เลเซอร์ (laser printer)

-  เครื่องพิมพ์รายบรรทัด (line printer)

1. จอภาพ (monitor) มีลักษณะเป็นจอภาพเหมือนจอโทรทัศน์ทั่วไป การส่งออกของข้อมูลจะปรากฏบนจอภาพ ซึ่งแสดงได้ทั้งตัวอักษร ตัวเลข เครื่องหมายพิเศษ และยังสามารถแสดงรูปภาพได้ด้วย จอภาพ มี 2 แบบคือ ซีอาร์ที (Cathode Ray Tube : CRT) ใช้เทคโนโลยีของหลอดรังสีอิเล็กตรอน เช่นเดียวกับจอโทรทัศน์ ในการทำให้เกิดภาพ และจอแบบแอลซีดี (Liquid Crystral Display : LCD) ใช้เทคโนโลยีของการบรรจุของเหลวไว้ภายในจอ เช่นเดียวกับหน้าปัดนาฬิกาในระบบตัวเลข

2. เครื่องพิมพ์ (printer) เครื่องพิมพ์ที่ใช้กับคอมพิวเตอร์มีหลายประเภทตามเทคโนโลยีการพิมพ์ เครื่องพิมพ์ เป็นอุปกรณ์ส่งออกที่พิมพ์ลงบนกระดาษ เครื่องพิมพ์ที่ใช้กับคอมพิวเตอร์