หลักการทำงานของคอมพิวเตอร์

 

          คอมพิวเตอร์ คือ เครื่องมือหรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความสามารถในการประมวลผลข้อมูลในรูปแบบดิจิทัล ทำให้สามารถส่งเสริมการทำงานด้านต่างๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น คอมพิวเตอร์มีลักษณะการทำงานภายใต้การควบคุมของชุดคำสั่งที่มนุษย์เขียนขึ้น โดยจะทำงานอย่างเป็นระบบผ่านส่วนประกอบต่างๆ ของคอมพิวเตอร์

        

          หลักการทำงานเบื้องต้นของระบบคอมพิวเตอร์ เริ่มจากผู้ใช้ทำการกรอกข้อมูลหรือคำสั่งผ่านทางอุปกรณ์รับข้อมูล (Input Devices) ซึ่งข้อมูลหรือคำสั่งต่างๆที่รับเข้ามาจะถูกนำไปเก็บไว้ที่หน่วยความจำหลัก (Memory) จากนั้นก็จะถูกนำไปประมวลผลโดยหน่วยประมวลผลกลาง (Central Processing) แล้วนำผลที่ได้จากการประมวลผลมาเก็บไว้ในหน่วยความจำแรม พร้อมทั้งแสดงออกทางอุปกรณ์แสดงผล (Output Devices) ดังนั้นระบบคอมพิวเตอร์จึงประกอบด้วย 4 ส่วนด้วยกัน ได้แก่ ส่วนอุปกรณ์รับข้อมูล ส่วนประมวลผลกลาง หน่วยความจำ และอุปกรณ์แสดงผล

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

           องค์ประกอบของคอมพิวเตอร์

 

                คอมพิวเตอร์จะทำงานได้ต้องประกอบด้วยหน่วยสำคัญ 5 หน่วย ได้แก่ หน่วยรับเข้า หน่วยประมวลผลกลาง หน่วยความจำหลัก หน่วยความจำรองและหน่วยส่งออก

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                1. หน่วยรับเข้า (Input Device) เรียกอีกอย่างหนึ่งว่า อุปกรณ์อินพุท คืออุปกรณ์ที่สร้างขึ้นเพื่อ ป้อนข้อมูล คำสั่ง และคำถามข้อสนเทศ ได้แก่ แป้นพิมพ์ (Keyboard) เมาส์ (Mouse) กล้องดิจิทัล (Digital Camera) สแกนเนอร์ (Scanner) และไมโครโฟน (Microphone) เป็นต้น

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

อุปกรณ์รับเข้าข้อมูล

 

                2. หน่วยประมวลผลกลาง (Central Processing Unit: CPI) คือส่วนที่เป็นสมองของคอมพิวเตอร์ ทำหน้าที่ รับข้อมูลและคำสั่งจากอุปกรณ์รับข้อมูลเข้ามาเก็บไว้ที่หน่วยความจำหลัก แล้วนำไปคำนวณหรือเปรียบเทียบคำสั่งที่ หน่วยคำนวณและตรรกะ จากนั้นส่งผลลัพธ์ ไปเก็บไว้ที่หน่วยความจำหลักอีกครั้ง ก่อนจะนำออกแสดงทางอุปกรณ์ส่งข้อมูลออก

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

หน่วยประมวลผลกลาง

 

                หน่วยประมวลผลกลาง (Central Processing Unit: CPU) หน่วยประมวลผลกลางเป็นศูนย์กลางการประมวลผลของทั้งระบบเปรียบเสมือนกองบัญชาการ หรือ ส่วนของศีรษะของมนุษย์ที่มีผู้บัญชาการ หรือสมองอยู่ภายใน โดยภายในจะเป็นการทำงานประสานกันระหว่าง 2 ส่วนหลัก คือ

 

                 2.1 หน่วยควบคุม (Control Unit) คือ ส่วนที่ทำหน้าที่สร้างและส่งสัญญาณไปควบคุมการทำงานของส่วนประกอบต่างๆ ในระบบคอมพิวเตอร์ คล้ายการส่งสัญญาณควบคุมจากสมองไปสู่ส่วนต่าง ๆ ของร่างกาย หน่วยควบคุมนี้ไม่ได้ทำหน้าที่ประมวลผลข้อมูล แต่มีหน้าที่ประสานงานให้ส่วนประกอบต่าง ๆ สามารถทำงานร่วมกันได้อย่างเป็นระบบ สัญญาณควบคุมจำนวนมาก สามารถเดินทางไปยังส่วนประกอบต่างๆ ของระบบคอมพิวเตอร์ได้ด้วย ตัวส่งสัญญาณเรียกว่า บัส (Bus) ซึ่งประกอบด้วย Control Bus, Data Bus และ Address Bus ที่ทำหน้าที่ส่งสัญญาณควบคุม ส่งสัญญาณข้อมูล และส่งตำแหน่งที่อยู่ของข้อมูล ในส่วนความจำตามลำดับ ดังนั้นบัสจึงเปรียบเทียบเสมือนพาหนะที่ใช้ขนส่งข้อมูลไปสู่ส่วนประกอบต่างๆ ของระบบ

 

                 2.2 หน่วยคำนวณและเปรียบเทียบข้อมูล (Arithmetic and Logical Unit or ALU) ทำหน้าที่คำนวณและเปรียบเทียบข้อมูล โดยอาศัยหลักการทางคณิตศาสตร์และตรรกศาสตร์ ตามลำดับการประมวลผลด้วยหลักการทางคณิตศาสตร์คือการคำนวณที่ต้องกระทำกับข้อมูลประเภทตัวเลข เช่น การบวก ลบ คูณ หาร ฯลฯ ให้ผลลัพธ์ที่หลากหลาย แต่การประมวลผลด้วยหลักตรรกศาสตร์ คือ การเปรียบเทียบข้อมูลที่กระทำกับข้อมูลตัวอักษร สัญลักษณ์หรือตัวเลข ให้ผลลัพธ์เพียงสองสภาวะ เช่น 0-1, ถูก-ผิด หรือจริง-เท็จ เป็นต้น คอมพิวเตอร์แต่ละเครื่อง มักมีส่วนคำนวณและเปรียบเทียบ (ALU) มากกว่าหนึ่งชุด ซึ่งมักพบในเครื่องที่มีกาประมวลผลแบบ Multi-Processing (ประมวลผลงานเดียว โดยอาศัยตัวประมวลผลหลายตัว)

 

               3. หน่วยความจำหลัก (Main Memory หรือ Primary Storage) หน่วยความจำหลักเป็นส่วนความจำพื้นฐานในคอมพิวเตอร์ทุกเครื่อง เป็นหัวใจของการทำงานในรูปแบบอัตโนมัติ มีหน้าที่เก็บข้อมูลต่างๆ ที่ป้อนเข้ามาเพื่อให้ส่วนประมวลผลนำไปใช้ และเก็บข้อมูลที่เกี่ยวกับคุณสมบัติและระบบการทำงานของเครื่องคอมพิวเตอร์ หน่วยความจำหลักแบ่งเป็น 3 ประเภท คือ    

                                                              

                 3.1 หน่วยความจำแรม (Ram Memory) หรือหน่วยความจำชั่วคราว ทำหน้าที่เก็บข้อมูลหรือซอฟต์แวร์ในระหว่างที่มีการประมวลผลข้อมูล โดยข้อมูลและซอฟต์แวร์นี้จะถูกลบหายไปทันทีเมื่อปิดคอมพิวเตอร์

 

                 3.2 หน่วยความจำรอม (Rom Memory) เป็นหน่วยความจำที่บันทึกข้อมูลและคำสั่งเริ่มต้นของระบบ ส่วนใหญ่จะเป็นข้อมูลที่ถูกบันทึกมาจากโรงงานผู้ผลิตฮาร์ดแวร์หรือเครื่องคอมพิวเตอร์นั้นๆ ข้อมูลในหน่วยความจำรอมจะไม่ถูกลบหายไปถึงแม้ว่าจะปิดเครื่องคอมพิวเตอร์ ซึ่งข้อมูลเหล่านี้จะไม่สามารถลบหรือแก้ไขได้ด้วยวิธีปกติ แต่สามารถอ่านได้ โดยข้อมูลประเภทนี้จะเรียกว่า พร็อม (PROM: Programmable Read-Only Memory)   

                                     

                 3.3 หน่วยความจำซีมอส (CMOS Memory) เป็นหน่วยความจำที่ใช้เก็บข้อสนเทศที่ใช้เป็นประจำของระบบคอมพิวเตอร์ เช่น ประเภทของฮาร์ดดิสก์ โดยจะใช้กระแสไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ที่ติดตั้งบนเมนบอร์ด ดังนั้นเมื่อปิดเครื่องคอมพิวเตอร์ข้อมูลจึงไม่สูญหาย และสามารถเปลี่ยนแปลงข้อมูลได้อัตโนมัติเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงอุปกรณ์นั้นๆ  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

หน่วยความจำหลัก

 

               4. หน่วยเก็บข้อมูลสำรอง (Secondary Storage) ทำหน้าที่จัดเก็บข้อมูลต่างๆ เพื่อให้สามารถนำข้อมูล ชุดคำสั่ง หรือซอฟต์แวร์นั้นๆ กลับมาใช้ใหม่ในอนาคตได้ ข้อมูลที่อยู่ในหน่วยความจำสำรองมีทั้งที่เป็นข้อมูลดิบที่ยังไม่ผ่านการประมวลผลและสารสนเทศต่างๆ มักมีขนาดใหญ่กว่าข้อมูลที่บันทึกในหน่วยความจำหลัก แบ่งออกตามความเหมาะสมในการเข้าไปถึงข้อมูลได้ 2 ประเภท ดังนี้

 

                   4.1 หน่วยเก็บข้อมูลสำรองที่เข้าถึงข้อมูลโดยลำดับเป็นหน่วยเก็บข้อมูลสำรองที่ต้องมีการจัดเก็บและเรียกใช้ข้อมูลโดยการเรียงลำดับ การสืบค้นหรือเข้าถึงข้อมูลจึงล่าช้าเพราะต้องเป็นไปตามลำดับก่อนหลังของการบันทึก ซึ่งหน่วยเก็บข้อมูลประเภทนี้ ได้แก่ เทปแม่เหล็ก (magnetic taps)

 

                   4.2 หน่วยเก็บข้อมูลสำรองที่เข้าถึงข้อมูลได้โดยตรง เป็นหน่วยเก็บข้อมูลที่สามารถจัดเก็บและเรียกใช้ข้อมูลที่ต้องการได้โดยตรงไม่ต้องอ่านเรียงลำดับเหมาะกับงานที่ต้องอาศัยการประมวลผลแบบโต้ตอบ ที่ต้องการข้อมูลที่รวดเร็ว ซึ่งได้แก่ จานแม่เหล็ก ประเภทต่างๆ เช่น แผ่นดิสก์ ฮาร์ดดิสก์ และซีดีรอม เป็นต้น

 

 

 

 

 

 

 

 

 

หน่วยเก็บข้อมูลสำรอง

 

                5. หน่วยส่งข้อมูลออก คืออุปกรณ์ที่ทำหน้าที่แสดงผลลัพธ์จากการประมวลผลข้อมูล อุปกรณ์ส่งออกที่นิยมใช้ในปัจจุบัน ได้แก่ จอภาพ (Monitor) เป็นอุปกรณ์ส่งออกที่ผู้ใช้คุ้นเคยมากที่สุดใช้แสดงผลในรูปของข้อความและรูปภาพ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

หน่วยส่งข้อมูลออก