หน่วยที่ 5

หน่วยที่ 5 หลักการทำงานของคอมพิวเตอร์

คอมพิวเตอร์ หมายถึง  เครื่องคำนวณ  อิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถทำงานคำนวณผลและเปรียบเทียบค่าตามชุดคำสั่ง ด้วยความเร็วสูงอย่างต่อเนื่องและอัตโนมัติ  พจนานุกรมฉบับราชบัณฑิตยสถาน พ.ศ.2525 ได้ให้คำจำกัดความของ คอมพิวเตอร์ไว้ค่อนข้างกะทัดรัดว่า  เครื่องอิเล็กทรอนิกส์แบบอัตโนมัติ ทำหน้าที่เสมือนสมองกล  ใช้สำหรับแก้ปัญหาต่างๆ ทั้งที่ง่ายและซับซ้อน โดยวิธีทางคณิตศาสตร์

 หน่วยรับข้อมูล (Input Unit)

    หน่วยรับข้อมูล คือ เครื่องมือหรืออุปกรณ์ที่ทำหน้าที่รับข้อมูลรับข้อมูลหรือคำสั่งจากผู้ใช้เข้าสู่เครื่องคอมพิวเตอร์โดยแปลงข้อมูลหรือคำสั่ง นั้นให้อยู่ในรูปแบบอิเล็กทรอนิกส์ เพื่อทำการประมวลผลต่อไป

สาระน่ารู้

ฮาร์ดแวร์บางประเภททำหน้าที่สองอย่างในชิ้นเดียวกัน  คือ

สามารถรับข้อมูลและแสดงผลได้พร้อมๆ กัน

เช่น  จอภาพหรือมอนิเตอร์แบบสัมผัส  (Touch  Screen)

ซึ่งฮาร์ดแวร์ลักษณะนี้จะเรียกว่า  Input/Output  Device  (I/O  Device)

อุปกรณ์รับข้อมูล ได้แก่

1. แป้นพิมพ์หรือคีบอร์ด  ทำหน้าที่รับข้อมูลในลักษณะการป้อนข้อมูลเข้าสู่คอมพิวเตอร์  โดยการสั่งงาน หรือส่งข้อมูลคำสั่งผ่านแป้นต่าง ๆ บนแป้นพิมพ์  ปัจจุบันแป้นพิมพ์มีทั้งแบบเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ด้วยสาย ส่งสัญญาณและแป้นพิมพ์แบบไร้สาย

2. เมาส์  ทำหน้าที่รับคำสั่งจากผู้ใช้เพื่อสั่งงานคอมพิวเตอร์ด้วยการชี้และเลือกคำสั่งต่าง ๆ บนจอภาพ ผ่านตัวชี้หรือเมาส์พอยน์เตอร์  ด้วยการคลิก  คลิกขวา  และดับเบิ้ลคลิก  คำสั่งที่ต้องการ

- เมาส์แบบทางกล  เกิดจากการหมุนลูกกลิ้งที่อยู่ใต้เมาส์ไปในทิศทางที่ผู้ใช้ต้องการ

- เมาส์แบบใช้แสง  เกิดจากหลักการส่งแสงจากเมาส์ไปยังพื้นที่รองรับและสะท้อนกลับไปยังตัวรับ

สัญญาณ ที่เมาส์เพื่อวัดการเคลื่อนตำแหน่ง

- เมาส์แบบไร้สาย  เกิดจากการนำเมาส์แบบทางกลมาพัฒนาร่วมกับเมาส์แบบใช้แสง  มีลักษณะ การทำงานด้วยการส่งสัญณาณจากเมาส์ไปยังเครื่องรับสัญญาณที่คอมพิวเตอร์  จึงทำให้เมาส์แบบนี้ไม่มีสายต่อ

3. กล้องดิจิทัล  สามารถรับข้อมูลได้ทั้งรูปแบบภาพนิ่ง  ภาพเคลื่อนไหว  และเสียง  จะมีการบันทึกข้อมูล ไว้ในหน่วยบันทึกข้อมูล  เมื่อผู้ใช้ต้องการรับข้อมูลจากกล้องก็เชื่อมต่อกล้องดิจิทัลโดยผ่านสายสัญณาณ

คอมพิวเตอร์ก็จะอ่านค่าในหน่วยบันทึกข้อมูลของกล้อง

4. สแกนเนอร์  คือ  ฮาร์ดแวร์ที่ใช้สำหรับรับข้อมูลต่าง ๆ เช่น  รูปถ่าย  ภาพวาด  ข้อความ  สัญลักษณ์ 

ให้อยู่ในรูปแบบของไฟล์ภาพ  โดยภาพที่ได้จากการสแกนจะแบ่งเป็น  4  ประเภท  คือ

- ภาพชนิดหยาบ  เป็นภาพที่มีความละเอียดต่ำ  ใช้พื้นที่ในการจัดเก็บน้อย  ช่วยประหยัดเวลาใน

การสแกน

- ภาพเฉดสีเทา  ภาพชนิดนี้จะมีพิกเซลมากกว่าภาพประเภทแรกจึงต้องใช้พื้นที่ในการจัดเก็บมากกว่า

ประเภทแรกด้วย

- ภาพสี  เป็นภาพที่มีความละเอียดสูง  ต้องใช้พื้นที่ในการจัดเก็บสูง

- ภาพตัวหนังสือ  เป็นภาพที่เกิดจากการสแกนข้อมูลประเภทตัวหนังสือ  เช่น  เอกสารและข้อความต่างๆ

5. เครื่องอ่านรหัสโอซีอาร์  มีหลักการทำงานด้วยการอ่านข้อมูลจากแสงในลักษณะพาดขวาง  แล้วเปลี่ยนรหัสให้เป็นสัญญาณหรือข้อมูลดิจิทัล  ช่วยลดความผิดพลาดในการกรอกข้อมูลและช่วยให้ทำงาน

ได้รวดเร็วยิ่งขึ้น  เช่น  เครื่องอ่านบาร์โค้ด

สาระน่ารู้

อุปกรณ์รับข้อมูลที่สำคัญของหน่วยรับข้อมูลที่คอมพิวเตอร์สำหรับใช้งานทั่วไปต้องมี

ได้แก่  เมาส์และแป้นพิมพ์เท่านั้น  ส่วนการเลือกใช้อุปกรณ์รับข้อมูลประเภทอื่น ๆ

จะขึ้นอยู่กับลักษณะของงานเฉพาะด้านแต่ละประเภทของผู้ใช้งาน

หน่วยประมวลผลกลาง(Central Processing Unit : CPU)

หน่วยประมวลผลกลาง คือ ส่วนที่ทำหน้าที่ปฏิบัติตามคำสั่งที่รับมาจากหน่วยรับข้อมูลและควบคุมการปฏิบัติงานของเครื่องคอมพิวเตอร์

ฮาร์ดแวร์ที่สำคัญในหน่วยประมวลผลกลาง  คือ  ไมโครโพรเซสเซอร์ 

หน่วยประมวลผลกลางประกอบด้วยส่วนสำคัญ 2 ส่วน คือ

หน่วยควบคุม (ControlUnit)   ทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของอุปกรณ์ต่างๆในระบบทั้งหมด ให้ทำงานอย่างถูกต้อง

หน่วยคำนวณ (Arithmetic Logic Unit)          ทำหน้าที่ประมวลผลข้อมูลทางคณิตศาสตร์และทางตรรกะเช่น การคำนวณทาง คณิตศาสตร์  ได้แก่  การบวก ลบ คูณ หาร

-   การกระทำทางตรรกะ (AND , OR)

-   การเปรียบเทียบ  เช่น การเปรียบเทียบค่าของข้อมูล 2 ตัวว่ามีค่าเท่ากัน มากกว่า หรือน้อยกว่าไม่ว่าข้อมูลจะเป็นตัวเลข หรือตัวอักษรก้สามารถเปรียบเทียบได้

-   การเลื่อนข้อมูล (Shift)

-   การเพิ่มและการลด (Increment and Decrement)

-   การตรวจสอบบิท (Test  Bit)

หน่วยประมวลผลกลางจะทำงานเป็น  4  ขั้นตอน  โดยขั้นตอนที่  1-2  จะใช้หน่วยควบคุมในการดำเนินงาน  ส่วนขั้นตอนที่  3-4  จะใช้หน่วยคำนวณและตรรกะในการดำเนินงาน  ดังนี้

ขั้นตอนที่  1  หน่วยควบคุมเข้าถึงข้อมูลและคัดแยกคำสั่งจากหน่วยความจำ

ขั้นตอนที่  2  คำสั่งถูกตีความ  เพื่อให้คอมพิวเตอร์รู้ว่าจะต้องทำงานอะไร  แล้วเลือกข้อมูลที่ต้องใช้ในการประมวลผล  แล้วกำหนดตำแหน่งของคำสั่งถัดไป

ขั้นตอนที่  3  ปฏิบัติตามคำสั่งที่ตีความได้  ทั้งการคำนวณทางคณิตศาสตร์และการเปรียบเทียบ

ขั้นตอนที่  4  เก็บผลลัพธ์ที่ประมวลผลได้ไว้ในหน่วยความจำหลัก

สาระน่ารู้

ไมโครโพรเซสเซอร์  มีลักษณะเป็นชิปอิเล็กทรอนิกส์

ปัจจุบันนิยมสร้างจากซิลิคอนเนื่องจากมีคุณสมบัติช่วยส่งเสริมการทำงาน

หน่วยความจำหลัก(Main Memory)

หน่วยความจำหลัก  เป็นหน่วยความจำที่อยู่ในเครื่องคอมพิวเตอร์  แบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท คือ

1. รอม (ROM : Read Only Memory)  เป็นหน่วยความจำหลักที่

-  ใช้บรรจุโปรแกรมสำคัญ ที่ใช้ในการสตาร์ทอัพเครื่อง

-  เก็บโปรแกรมคำสั่งไว้อย่างถาวร

-  ไม่ต้องใช้กระแสไฟฟ้าเลี้ยง ข้อมูลก็จะยังคงอยู่

-  เขียนหรือบันทึกข้อมูลคำสั่งได้เพียงครั้งเดียว ในขั้นตอนการผลิตเครื่องจากโรงงาน ไม่สามารถแก้ไขเปลี่ยนแปลงได้อีก

-  อ่านข้อมูลได้อย่างเดียว และการเข้าถึงข้อมูลเป็นแบบสุ่ม

2. แรม (RAM : Random Access Memory)

ทำหน้าที่เก็บข้อมูลที่รับเข้ามาจากหน่วยรับข้อมูล  เพื่อนำไปประมวลผล

-  ทำหน้าที่เก็บผลลัพธ์ที่ได้ขณะทำการประมวลผลซึ่งยังไม่ใช่ผลลัพธ์สุดท้าย  

-  ทำหน้าที่เก็บผลลัพธ์ที่ได้จากการประมวลผลซึ่งเป็นผลลัพธ์สุดท้าย

-  ทำหน้าที่เก็บชุดคำสั่งต่างๆ ขณะที่เรากำลังทำงานอยู่กับเครื่องเพื่อใช้ในการประมวลผล

-  เป็นหน่วยความจำที่เก็บข้อมูลหรือโปรแกรมไว้ชั่วคราว สร้างขึ้นเพื่อผู้ใช้โดยตรง

-  สามารถอ่านหรือเขียนทับข้อมูลลงไปได้ตามต้องการ ถ้าไฟดับข้อมูลจะสูญหาย

-  การเข้าถึงข้อมูลเป็นแบบสุ่ม

หน่วยความจำประเภทแรมที่นิยมใช้ในปัจจุบันแบ่งเป็น  2  ประเภท  ดังนี้

- ดีแรมหรือไดนามิกแรม  มีลักษณะการทำงานที่มีการรีเฟรชกระบวนการทำงานอย่างอัตโนมัติ

เพื่อช่วยในการเก็บข้อมูลให้คงอยู่

- เอสแรมหรือสเตติกแรม  มีลักษณะการทำงานด้วยการเก็บข้อมูลและรีเฟรชข้อมูลเมื่อได้รับคำสั่ง เท่านั้น  ทำให้มีความสารถในการทำงานเร็วกว่าแบบดีแรม  แต่ปัจจุบันเอสแรมมีราคาแพงกว่าดีแรมมาก

3. หน่วยความจำซีมอส

เป็นหน่วยความจำที่ใช้เก็บข้อมูลสารสนเทศที่ใช้เป็นประจำของระบบคอมพิวเตอร์  เช่น  ประเภทของ แป้นพิมพ์  จอภาพ  และเครื่องอ่านแผ่นดิสเกตต์  หน่วยความจำซีมอสจะใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ที่ติดตั้ง บนเมนบอร์ด  ทำให้ข้อมูลที่บันทึกอยู่ไม่หายไปเมื่อปิดคอมพิวเตอร์

สารน่ารู้

ปัจจุบันชิป  (Chip)  ของหน่วยความจำหลักนิยมสร้างมาจากสารกึ่งตัวนำ

ทำให้มีขนาดเล็กราคาถูก  และสามารถเก็บข้อมูลได้มากยิ่งขึ้น

หน่วยความจำสำรอง (Secondary Memory)

หน่วยความจำสำรอง  เป็นหน่วยความจำที่ใช้เก็บข้อมูล และโปรแกรมที่ต้องการใช้งานในคราวต่อไปได้ ซึ่งสามารถบรรจุข้อมูลและโปรแกรมได้เป็นจำนวนมาก

อุปกรณ์ที่เป็นหน่วยความจำสำรอง ได้แก่

1. ฮาร์ดดิสก์  เป็นฮาร์ดแวร์หลักที่ใช้บันทึกข้อมูลจากหน่วยความจำสำรองที่ใช้ในเครื่องคอมพิวเตอร์ 

จึงเหมาะ สำหรับบันทึกข้อมูลขนาดใหญ่ประเภทโปรแกรมต่าง ๆ  ฮาร์ดดิสก์เป็นสื่อบันทึกข้อมูลประเภท จานแม่เหล็ก  ปัจจุบันนิยมใช้หน่วยความจุเป็นเมกะไบต์และกิกะไบต์แบ่งเป็น  3  ประเภทคือ

- ฮาร์ดดิสก์ไอดีอี  ฮาร์ดดิสก์ประเภทนี้จะสามารถเชื่อมต่อกับอุปกรณ์อื่นได้เพียง  2  เครื่อง จึงมีการพัฒนาฮาร์ดดิสก์ประเภทนี้ขึ้นเป็นฮาร์ดดิสก์อีไอดีอี  เพื่อลดข้อจำกัดของฮาร์ดดิสก์ไอดีอีทำให้สามารถเชื่อมต่ออุปกรณ์อื่นได้ถึง  4  เครื่อง  ช่วยให้สามารถบันทึกข้อมูลหรือมีความจุได้เพิ่มมากยิ่งขึ้น

- ฮาร์ดดิสก์ซีเรียวเอทีเอ  มีคุณสมบัติพิเศษที่สามารถถอดฮาร์ดดิสก์ได้ในขณะที่เปิดคอมพิวเตอร์

- ฮาร์ดดิสก์สกัสซีหรือเอสซีเอสไอ  เป็นฮาร์ดแวร์ที่มีหน่วยความจำในตัวเอง  ทำให้บันทึกและอ่านข้อมูลได้รวดเร็วกว่าฮาร์ดดิสก์ประเภทอื่น

2. แผ่นดิสเกตต์หรือแผ่นฟล็อปปี้ดิสก์  เป็นฮาร์ดแวร์ที่มีหลักการทำงานเหมือนกับฮาร์ดดิสก์  คือ  เป็นสื่อบันทึกข้อมูลประเภทจานแม่เหล็ก  ภายนอกหุ้มด้วยพลาสติกเพื่อป้องกันสัญญาณรบกวน  เวลาใช้งานต้องใช้ร่วมกับเครื่องอ่านแผ่นดิสเกตต์ซึ่งติดตั้งที่คอมพิวเตอร์

3. แผ่นซีดี  เป็นสื่อบันทึกข้อมูลสำรองประเภทจานแม่เหล็ก สามารถบันทึกข้อมูลได้มากกว่า แผ่นดิสเกตต์  โดยแผ่นซีดีขนาดที่ใช้กันโดยทั่วไปจะสามารถบันทึกข้อมูลได้  700  เมกะไบต์  แผ่นซีดีแบ่งตามลักษณะการบันทึกข้อมูลได้  2  ประเภท  ดังนี้

- แผ่นซีดีอาร์  สามารถบันทึกข้อมูลได้เพียงครั้งเดียว  จึงเหมาะสำหรับการจัดเก็บข้อมูลที่ไม่ต้องการ เปลี่ยนแปลง

- แผ่นซีดีอาร์ดับบลิว มีลักษณะภายนอกเหมือนแผ่นซีดีอาร์ แต่สามารถบันทึกข้อมูลซ้ำๆ ได้หลายครั้ง

4. แผ่นดีวีดี  พัฒนามาจากแผ่นซีดี  สามารถบันทึกข้อมูลได้มากกว่าแผ่นซีดี  คือ  บันทึกข้อมูลได้ถึง  4.7  กิกะไบต์

สาระน่ารู้

แผ่นซีดีสามารถอ่านและบันทึกข้อมูลได้ทั้งเครื่องบันทึกข้อมูลซีดีและดีวีดี

แต่แผ่นดีวีดีสามารถอ่านและบันทึกข้อมูลได้กับเครื่องบันทึกข้อมูลดีวีดีเท่านั้น

5. ยูเอสบีแฟลชไดรฟ์  เป็นสื่อบันทึกข้อมูลที่นิยมใช้มากในปัจจุบัน  เนื่องจากมีราคาถูก  เหมาะแก่ การพกพา  บันทึกซ้ำได้หลายครั้ง  และบันทึกข้อมูลได้มาก  ทั้งนี้พื้นที่ในการจัดเก็บข้อมูลสามารถเลือกได้ ตามความต้องการ  ซึ่งมีตั้งแต่  64  เมกะไบต์  ถึงความจุที่ระดับหน่วยเป็นกิกะไบต์

สาระน่ารู้

หน่วยเก็บข้อมูลสำรองรู้จักกันในอีกชื่อหนึ่งว่า  Auxiliary  Storage  หมายถึง

หน่วยเก็บช่วยซึ่งมีความหมายเดียวกับ  Secondary  Storage

หรือหน่วยเก็บข้อมูลสำรองนั่นเอง

หน่วยแสดงผล (Output Unit)

หน่วยแสดงผล คือ อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่แสดงผลลัพธ์ที่ได้จากการประมวลผล   

1. จอภาพหรือมอนิเตอร์  ทำหน้าที่แสดงข้อมูลในขณะที่คอมพิวเตอร์กำลังทำงาน  เพื่อติดต่อและสื่อสารระหว่างคอมพิวเตอร์กับผู้ใช้  จอภาพจะต้องทำงานร่วมกับแผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ทำหน้าที่แสดงผลบนจอภาพหรือการ์ดจอ  ซึ่งมีทั้งแบบติดตั้งที่เมนบอร์ดโดยตรงและแบบที่เป็นแผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์แยกติดต่างหาก 

จอภาพที่นิยมใช้ในปัจจุบันแบ่งเป็น  2  ชนิด  ได้แก่

            - จอภาพแบบนูนหรือซีอาร์ที  ใช้หลอดภาพแบบซีอาร์ทีจากด้านหลังไปกระทบกับสารที่เคลือบพื้นผิวของจอภาพทำให้เกิดการเรืองแสง  ปรากฏเป็นภาพที่แสดงออกมา

           - จอภาพแบบแบนหรือจอแอลซีดี  ทันสมัยกว่าแบบแรก  ใช้พื้นที่ในการติดตั้งน้อย  มีหลักการแสดงภาพโดยสภาวะปกติจะเป็นของเหลว  แต่เมื่อมีแสงผ่านจะเกิดการเรียงโมเลกุลใหม่กลายเป็นของแข็งแทนเพื่อแสดงภาพแทน

การแสดงผลทางจอภาพ เรียกได้อีกอย่างว่าเป็น Soft Copy คือ จะแสดงผลลัพธ์ขณะที่มีกระแสไฟฟ้าอยู่ อุปกรณ์คือ จอภาพคอมพิวเตอร์ทั่วไป  ซึ่งภาพบนจอประกอบด้วยจุดหรือ pixel หลายๆ pixel สามารถแสดงผลความละเอียดได้หลายระดับ เช่น   640 * 480 จุด ,800 * 600 จุด , 1024 * 786 จุด

การแสดงผลทางจอภาพ  หรือเรียกได้อีกอย่างว่าเป็น Hard Copy คือ สามารถแสดงผลลัพธ์คงทนอยู่นานไม่ต้องใช้กระแสไฟฟ้าเลี้ยงอุปกรณ์ที่ใช้ คือ Printer

2. ลำโพง  ทำหน้าที่แสดงผลในรูปแบบเสียง  มีการทำงานร่วมกับการ์ดเสียง  โดยการ์ดเสียงจะรับสัญญาณดิจิทัล มาแปลงให้เป็นสัญญาณเสียงส่งต่อไปยังสายส่งสัญญาณที่เชื่อมต่อไปยังลำโพงเพื่อส่งข้อมูลเสียงไปยังผู้ใช้งาน

3. หูฟัง  ใช้รับข้อมูลประเภทเสียง  มีลักษณะการทำงานเหมือนกับลำโพงแต่ลดขนาดลง  ทำให้สะดวกในการพกพา ใช้รับข้อมูลได้เฉพาะตัวบุคคล  บางชนิดมีไมโครโฟน  หูฟังประเภทนี้จะมีสายสำหรับเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์อย่างน้อย  2  เส้น  โดยเส้นหนึ่งจะใช้สำหรับรับสัญญาณเสียงส่วนอีกเส้นหนึ่งจะใช้สำหรับส่งสัญญาณเสียง

4. เครื่องพิมพ์  ทำหน้าที่พิมพ์ข้อมูลในรูปแบบต่างๆ ให้ออกมาในลักษณะของสิ่งพิมพ์ลงบนกระดาษหรืออุปกรณ์อื่นๆ

- เครื่องดอตเมตทริกซ์  เหมาะสำหรับชิ้นงานที่ต้นทุนต่ำและต้องการทำสำเนาหลายๆ แผ่น  โดยกระดาษที่ใช้จะต้องมีรูด้านข้างสำหรับให้หนามเตยของเครื่องพิมพ์เกี่ยวเพื่อเลื่อนกระดาษ

- เครื่องอิงค์เจ็ท  มีขนาดเล็ก  รูปทรงทันสมัย  ใช้เวลาในการทำงานน้อย  และผลงานที่ได้มีคุณภาพมากกว่า เครื่องดอตเมตทริกซ์

- เครื่องเลเซอร์  มีแบบและรูปร่างคล้ายเครื่องแบบอิงค์เจ็ท  แต่สามารถทำงานได้เร็วและผลงานที่ได้มี ความคมชัดสูงกว่า

- เครื่องพล็อตเตอร์  มีขนาดใหญ่กว่าเครื่องพิมพ์ประเภทอื่น  นิยมใช้กับงานที่เกี่ยวข้องกับการเขียนแบบต่างๆ

5. เครื่องเอลซีดีโพรเจคเตอร์  เป็นฮาร์ดแวร์ที่ใช้นำเสนอข้อมูลบนจอภาพคอมพิวเตอร์ไปฉายบนจอภาพ ขนาดใหญ่  ปัจจุบันมีการพัฒนาเครื่องแอลซีดีโพรเจคเตอร์  เพื่อให้ได้คุณภาพมากยิ่งขึ้น  เรียกว่า  เครื่องดีแอลพีโพรเจคเตอร์  ทำให้ข้อมูลมีความคมชัด  มีความละเกียดสูง  และมีขนาดเล็กกว่าเครื่องแอลซีดี - โพรเจคเตอร์   แต่ก็มีราคาสูงกว่าด้วย

สาระน่ารู้

IPOS  Cycle  (INPUT  Process  Output  Storage  Cycle)

จะต้องประกอบไปด้วยหน่วยรับข้อมูล  หน่วยประมวลผล  หน่วยแสดงผล  และหน่วยบันทึกข้อมูล  ที่ต้องทำงานร่วมกัน  คอมพิวเตอร์จึงจะทำงานได้สมบูรณ์

เราสามารถแสดงการทำงานของเครื่องคอมพิวเตอร์เป็นผังแบบง่ายๆได้ดัง