องค์ประกอบและหลักการทำงานของคอมพิวเตอร์

องค์ประกอบของคอมพิวเตอร์

คอมพิวเตอร์ จะทำงานได้ต้องประกอบไปด้วยส่วนสำคัญ 5 ส่วนด้วยกันคือ

1.หน่วยรับเข้า (Input Unit)
      ทำหน้าที่รับข้อมูลคำสั่งจากผู้ใช้ เข้าสู่ระบบคอมพิวเตอร์ เพื่อนำไปประมวลผล ข้อมูลที่รับเข้าสู่ระบบคอมพิวเตอร์มีหลากหลาย เช่น ตัวอักษร, เสียง เป็นต้น โดยผ่านอุปกรณ์สำหรับนำเข้าข้อมูลรูปแบบต่างๆ เมาส์, คีย์บอร์ด, เครื่องสแกน

2.หน่วยประมวลผลกลาง (Central Processing Unit)
     ทำหน้าที่ประมวลผล คำนวณ และควบคุมการทำงานต่างๆ ของระบบคอมพิวเตอร์
1. หน่วยควบคุม (Control Unit : CU) ทำหน้าที่อ่านคำสั่ง สั่งงาน และควบคุมการทำงานของระบบคอมพิวเตอร์
2. หน่วยคำนวณตรรกะ (Arithmetic and Logic Unit : ALU) ทำหน้าที่คำนวณด้วยวิธีการทางคณิตศาสตร์ เช่น บวก ลบ คูณ หาร การเปรียบเทียบข้อมูลมากกว่า น้อยกว่า เป็นต้น

3.หน่วยความจำหลัก (Main Memory Unit)
     เป็นหน่วยเก็บข้อมูลก่อนนำไปประมวลผล เก็บคำสั่งโปรแกรมขณะใช้งาน และเก็บผลลัพธ์ที่ได้จากการประมวลผลก่อนนำไปแสดงผล หน่วยความจำหลักแบ่งออกเป็น 2 ประเภท
1. หน่วยความจำหลักแบบอ่านได้อย่างเดียว (Read Only Memory : ROM) เป็นหน่วยความจำที่บริษัทผู้ผลิตคอมพิวเตอร์ได้บรรจุชิปหน่วยความจำแบบติดตั้งถาวร หรือไบออส ไว้บนแผงวงจรหลักเรียบร้อยแล้ว โดยข้อมูลที่บรรจุลงไปในหน่วยความจำจะยังคงอยู่แม้จะปิดเครื่องไปแล้ว แต่ไม่สามารถบรรจุข้อมูลเพิ่มเติมลงไปได้
2. หน่วยความจำหลักแบบแก้ไขได้ (Random Access Memory : RAM) เป็นหน่วยความจำที่ใช้สำหรับเก็บข้อมูลและคำสั่ง มีหน้าที่จดจำคำสั่งที่เป็นโปรแกรมและข้อมูลที่จะทำการประมวลผล หากเกิดไฟฟ้าดับหรือไม่มีกระแสไฟฟ้าข้อมูลที่อยู่ภายในจะหายไปทั้งหมด

4.หน่วยความสำจำรอง (Secondary Memory Unit)
     เป็นหน่วยความจำที่สามารถรักษาข้อมูลได้ตลอดไป ไม่มีทางสูญหายหลังจากเปิดเรื่องคอมพิวเตอร์แล้ว

5.หน่วยส่งออก (Output Unit)
     เป็นหน่วยที่ทำหน้าที่แสดงผลลัพธ์ออกมาให้ผู้ใช้งานสามารถรับรู้ได้ตามต้องการ ซึ่งการส่งออกเป็นผลัพธ์สามาถส่งออกได้หลายรูปแบบ เช่น ภาพ, เอกสาร, เสียง และอุปกรณ์ที่สามารถแสดงผลลัพธ์ก็มีหลายนิด เช่น ลำโพง, จอมอนิเตอร์, เครื่องฉายโปรเจ็คเตอร์, เครื่องพิมพ์ เป็นต้น

หลักการทำงานของคอมพิวเตอร์

     หลักการทำงานของคอมพิวเตอร์จะเป็นไปตามที่โปรแกรมได้กำหนดไว้ โดยตัวเครื่องคอมพิวเตอร์หรือที่เรียกว่าฮาร์ดแวร์ จะมีส่วนประกอบสำคัญขั้นพื้นฐาน 5 หน่วย ซึ่งแต่ละหน่วยจะมีหลักการทำงาน ดังนี้

1. หน่วยรับข้อมูล (input unit)
     ทำหน้าที่รับข้อมูลมาจัดเก็บที่หน่วยความจำหลักของคอมพิวเตอร์ จากนั้นเมื่อมีคำสั่งให้ประมวลผล ข้อมูลที่ถูกจัดเก็บไว้ที่หน่วยความจำจะถูกส่งไปยังหน่วยประมวลผล

2. หน่วยประมวลผลกลาง (central processing unit)
     ทำหน้าที่ประมวลผลให้ได้ผลลัพธ์ตามที่ต้องการ จากนั้นผลลัพธ์จะถูกส่งไปจัดเก็บที่หน่วยความจำหลัก

3. หน่วยความจำหลัก (main memory)
     ทำหน้าที่จัดเก็บข้อมูลและโปรแกรมต่างๆ ในขณะที่เครื่องคอมพิวเตอร์เปิดอยู่เท่านั้น ถ้าปิดเครื่องคอมพิวเตอร์ข้อมูลหรือโปรแกรมนั้นจะสูญ หายไป

3.1.1 หน่วยความจำแบบลบเลือนได้ 

     คือ หากเกิดไฟดับระหว่างใช้งาน ข้อมูลจะหาย เรียกว่า แรม (RAM)

3.1.2 หน่วยความจำแบบลบเลือนไม่ได้ 

    คือ หน่วยความจำถาวร แม้ไฟจะดับข้อมูลก็จะยังอยู่เหมือนเดิม เรียกว่า รอม (ROM)

4. หน่วยแสดงผล (output unit)
      ทำหน้าที่นำผลลัพธ์ที่ได้จากการประมวลผลมาแสดงผลหรือจัดเก็บไว้ที่หน่วยความจำรอง

5. หน่วยความจำรอง (secondary storage)
     ทำหน้าที่จัดเก็บข้อมูลและโปรแกรมต่างๆ เพื่อนำมาใช้อีกครั้งในภายหลังได้ แม้จะปิดเครื่องคอมพิวเตอร์ข้อมูลและโปรแกรมที่จัดเก็บไว้จะไม่สูญหาย

           - การแทนที่ข้อมูลในคอมพิวเตอร์
     ข้อมูลต่างๆ ที่เก็บภายในเครื่องคอมพิวเตอร์จะเก็บอยู่ในรูปแบบเลขฐาน 2 คือ 0 และ 1 ไม่ใช่อย่างที่เราเห็น ไม่ว่าจะเป็นรูปภาพ เพลง ข้อความ ภาพเคลื่อนไหวต่างๆ โดยข้อมูลเลขฐาน 2 ที่ถูกเก็บไว้ เมื่อมีการเรียกใช้งานคอมพิวเตอร์จะทำการประมวลผลตัวเลขฐาน 2 ของข้อมูลนั้นๆ แล้วแสดงผลออกมาให้เราได้รับรู้ เช่น รูปภาพ เพลง ข้อความ ภาพเคลื่อนไหวต่างๆ

1. บิต (bit)
เป็นส่วนที่เล็กที่สุดของการเก็บข้อมูล เลขฐาน 2 คือ 0 และ 1 จำนวน 1 ตัว จะเรียกว่า 1 บิต เช่น 1001 จะเรียกว่า 4 บิต หากเปรียบเสมือนหลอดไฟ 0 หมายถึงปิดไฟ, 1 หมายถึงเปิดไฟ
2. ไบต์ (byte)
เกิดจากเลขฐาน 2 จำนวน 8 ตัวเรียงกัน หรือ 8 บิต นั่นเอง เข้าใจง่ายๆ คือ 8 บิต = 1 ไบต์ เช่น 10011001 แบบนี้เรียกว่า 1 ไบต์ ซึ่งตัวเลขจำนวน 8 หลักนี้ จะได้ค่าที่แตกต่างกันถึง 256 ค่า 1 ไบต์ มีชื่อเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า ออกเทต (octet) แต่ถ้า 4 บิต จะมีชื่อเรียกอีกอย่างว่า นิบเบิล (nibble)
3. รหัสเอ็บซีดิก (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code : EBCDIC)
เป็นรหัสที่พัฒนาโดยบริษัท IBM เพื่อใช้กับรบบปฏิบัติการขนาดใหญ่ เช่น OS-390 สำหรับเครื่องแม่ข่าย S/390 ถูกนำมาใช้กับเครื่องคอมพิวเตอร์ของ IBM ทั้งหมด รหัสเอ็บซีดิก มีขนาด 8 บิต แทนรหัสอักขระได้ 256 ตัว ปัจจุบันรหัสเอ็บซีดิกไม่เป็นที่นิยมและกำลังจะเลิกใช้งาน
4. รหัสแอสกี (American Standard Code for Information Interchange : ASCII)
เป็นรหัสมาตรฐานที่กำหนดโดยสถาบันมาตรฐานแห่งชาติอเมริกา (American National Standards Institute : ANSI) เป็นรหัสที่นิยมใช้งานกันมากที่สุดบนเครื่องคอมพิวเตอร์
5. ยูนิโค้ด (Unicode)
เป็นรหัสที่ถูกพัฒนามาในปี พ.ศ.2534 และมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง ยูนิโค้ดช่วยให้คอมพิวเตอร์แสดงผล และจัดการข้อความตัวอักษรที่ใช้ระบบการเขียนของภาษาส่วนใหญ่ทั่วโลก ยูนิโค้ดเป็นเลขฐาน 2 ตั้งแต่ 1 ถึง 4 ไบต์ ทำให้สามารถรองรับการเก็บข้อมูลอักขระได้กว่า 100,000 ตัว


          -การประมวลผลของซีพียู
1.การรับเข้าข้อมูล (Fetch) รับรหัสคำสั่งและข้อมูล จากหน่วยความจำ
2. การถอดรหัส (Decode) ทำการถอดรหัสคำสั่งได้รับ และส่งต่อไปยังส่วนคำนวณและตรรกะ
3. การทำงาน (Execute) ทำการคำนวณข้อมูลที่ถอดรหัสแล้ว และสั่งให้ CPU ทำงานตามคำสั่ง
4. การเก็บข้อมูล (Store) ทำการเก็บข้อมูลไว้ในหน่วยความจำหลัก


          -การรับส่งข้อมูลภายในคอมพิวเตอร์
     แผงวงจรหลัก หรือเมนบอร์ด (Motherboard/Mainboard)
เปรียบเสมือนศูนย์กลางของเครื่องคอมพิวเตอร์ เพราะอุปกรณ์ทุกอย่าง จะต้องทำการเชื่อมต่อกับแผงวงจรหลักนี้

บัส (Bus)

      หมายถึง ช่องทางการติดต่อสื่อสารข้อมูลของอุปกร์ต่างๆ บัสในหน่วยประมวลผลกลางประกอบไปด้วย
1. บัสข้อมูล (Data Bus) เป็นบัสที่หน่วยประมวลผลกลาง ใช้เป็นเส้นทางในการควบคุมและ การขนส่งข้อมูล ระหว่างหน่วยประมวลผลกลาง และอุปกรณ์ภายนอก
2. บัสรองรับข้อมูล (Address Bus) เป็นบัสที่หน่วยประมวลผลกลาง เลือกว่าจะส่งข้อมูลหรือรับข้อมูลจากอุปกรณ์ใด โดยจะส่งสัญญาณมาที่บัสรองรับข้อมูลนี้
3. บัสควบคุม (Control Bus) เป็นบัสที่รับสัญญาณการควบคุมจากหน่วยประมวลผลกลาง เพื่อบังคับว่าจะอ่านข้อมูลเข้า หรือจะส่งข้อมูลออก