บทที่ 4 หลักการทำงานของระบบคอมพิวเตอร์

ระบบคอมพิวเตอร์ (Computer System) ประกอบด้วย 2 ส่วนหลักคือ ฮาร์ดแวร์ (Hardware) และซอฟต์แวร์

ซอฟต์แวร์(software)

การทำงานของคอมพิวเตอร์จะเริ่มจากผู้ใช้ป้อนข้อมูลผ่านทางอุปกรณ์ของหน่วยรับเข้า  (Input  device)  เช่น  คีย์บอร์ด  เมาส์  ข้อมูลจะถูก

เปลี่ยนให้เป็นสัญญาณดิจิทัล  ประกอบด้วยเลข  0  และ  1  แล้วส่งต่อไปยังหน่วยประมวลผลกลาง  เพื่อประมวลผลตามคำสั่ง  ในระหว่างการประมวลผลข้อมูลจะถูกเก็บไว้ที่  (Random  Access  Memory:  RAM)  ทำหน้าที่เก็บข้อมูลจากการประมวลผลเป็นการชั่วคราว  ขณะเดียวกัน  อาจมีคำสั่งให้นำผลลัพธ์จากการประมวลผลดังกล่าวไปแสดงผลผ่านทางอุปกรณ์ผ่านทางอุปกรณ์ของหน่วยส่งออก  เช่น จอภาพ  หรือ  เครื่องพิมพ์  นอกจากนี้เราสามารถบันทึกข้อมูลที่อยู่ในอนาคต  โดยการอ่านข้อมูลที่บันทึกในสื่อดังกล่าวผ่านทางเครื่องขับหรือไดร์ฟ  (drive)  การส่งผ่านข้อมูลไปยังหน่วยต่างๆ  ภายในระบบคอมพิวเตอร์จะผ่านทางระบบบัส  (bus)  อุปกรณ์ของหน่วยรับเข้าและส่งออก  จะเชื่อมต่อกับตัวเครื่องที่เรียกว่า ซิสเต็มยูนิต  (System  unit)  มี  เคส  (case)  เป็นโครงยืดให้อุปกรณ์ต่างๆประกอบกัน  ภายในเคสจะมีเมนบอร์ด  (Mainboard)  เป็นแผนวงจรหลัก  โดยซีพียู  หน่วยความจำ  การ์ด  รวมถึงอุปกรณ์ต่างๆ  จะถูกต่อกับเมนบอร์ดนี้ทั้งสิ้น

หลักการทำงานของคอมพิวเตอร์

คอมพิวเตอร์เป็นอุปกรณ์ที่มนุษย์ประดิษฐ์มาเพื่ออำนวยความสะดวกในด้านต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นด้านการคำนวนการเก็บข้อมูล การตัดสินใจ และอื่นๆในอดีตคอมพิวเตอร์ถูกนำมาใช้ในงานด้านวิทยาศาสตร์เป็นส่วนใหญ่ แต่ปัจจุบันคอมพิวเตอร์ถูกพัฒนาขีดความสามารสูงขึ้น มีการนำไปประยุกต์ใช้ในหน่วยงานต่างๆมากมาย เช่น ราชการ ธุรกิจ การแพทย์ การทหาร เป็นต้น ซึ่งการเรียนรู้ขั้นตอนการทำงานของคอมพิวเตอร์ทำให้เราสามารถเลือกซื้อคอมพิวเตอร์ได้ตรงตามความต้องการ โดยหลักการทำงานของคอมพิวเตอร์จะเป็นตามที่โปรแกรมกำหนดไว้ โดยตัวเครื่อง หรือที่เรียกว่า ฮาร์ดแวร์(Hardware) จะมีส่วนประกอบที่สำคัญพื้นฐาน 5 หน่วย คือ

1. หน่วยรับข้อมูล (input unit)

2. หน่วยประมวลผลกลาง (central processing unit)

3. หน่วยความจำหลัก (main memory unit)

4. หน่วยความจำรอง (secondary storage)

5. หน่วยแสดงผล (output unit)

1. หน่วยรับข้อมูล (input unit)

เป็นหน่วยที่ทำหน้าที่รับข้อมูลจากผู้ใช้เข้าสู่คอมพิวเตอร์ เช่น ตัวอักษร ตัวเลข สัญลักษณ์ เป็นต้น โดยจะแปลงข้อมูลให้อยู่ในรูปของสัญญาณไฟฟ้าทีคอมพิวเตอร์สามารถเข้าใจได้ โดยนำมาจัดเก็บไว้ที่หน่วยความจำหลัก และใช้ประมวลผลได้ อุปกรณ์หน่วยรับข้อมูลที่นิยมใช้ในปัจจุบัน

2. หน่วยประมวลผลกลาง (central processing unit)

ซีพียู (CPU) หรือ Central Processing Unit  หมายถึง “หน่วยประมวลผลกลาง” หรือเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า “ไมโครโพรเซสเซอร์ (Microprocessor)” เป็นอุปกรณ์อิเล็คทรอนิคส์ที่ใช้ในการประมวลผลข้อมูล ตามชุดคำสั่งที่มาจากซอฟต์แวร์ ตัวของซีพียูนั้น มีลักษณะเป็นชิป (Chip) ตัวเล็กๆ ซึ่งภายในบรรจุทรานซิสเตอร์จำนวนหลายล้านตัว ต่อเข้าเป็นวงจรอิเล็คทรอนิคส์จำนวนมหาศาล มีหน้าที่คำนวณตัวเลขจากชุดคำสั่งที่ผู้ใช้ป้อนโปรแกรมเข้าไป โดยซีพียูจะทำการอ่านชุดคำสั่งมาแปลความหมาย และทำการคำนวณ เมื่อได้ผลลัพธ์ก็จะส่งผลลัพธ์ออกไปแสดงผลทางหน้าจอ ซีพียู จึงเปรียบได้กับ “สมอง”ของคอมพิวเตอร์ ทำหน้าที่ควบคุมการปฏิบัติงานหลักของเครื่อง ทำหน้าที่ในการคำนวณ ประมวลผล และควบคุมอุปกรณ์อื่นๆ ในระบบ ประกอบด้วย หน่วยคณิตศาสตร์และตรรกะหรือหน่วยคำนวณทำหน้าที่ประมวลผลข้อมูลทางคณิตศาสตร์และทางตรรกะ และหน่วยควบคุม ทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของอุปกรณ์ต่างๆ ในระบบทั้งหมด ให้ทำงานอย่างถูกต้อง อีกทั้งยังควบคุมการทำงานของอุปกรณ์อื่นๆ ในระบบอีกด้วย

3. หน่วยความจำหลัก (main memory unit)

หน่วยความจำหลัก เป็นอุแกรร์ที่ใช้ในการเก็บข้อมูลและคำสั่งที่อยู่ระหว่างการประมวลผลของคอมพิวเตอร์หรือในขณะที่เปิดเครื่องคอมพิวเตอร์ บางครั้งอาจเรียกว่าหน่วยเก็บข้อมูลหลัก (primary storage) หน่วยความจำจะทำงานควบคู่ไปกับ CPU และช่วยให้การทำงานของ CPU มีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น โดยวงรอบการทำงานของซีพียูนั้นเร็วมาก หากไม่มีที่เก็บข้อมูลหรือที่พักข้อมูลและความเร็วในการเข้าถึงข้อมูลที่ไม่มีขนาดเพียงพอจะทำให้การประมวลผลช้าลง

หน่วยความจำหลักแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ

1. หน่วยความจำแรม (RAM : Random Access Memory)

แรม เป็นหน่วยความจำหลักที่จำเป็น สามารถเก็บข้อมูลได้เฉพาะเวลาที่มีกระแสไฟฟ้าหล่อเลี้ยงเท่านั้น หากไม่มีกระแสไฟฟ้ามาเลี้ยงข้อมูลที่เก็บไว้จะหายไปทันที หน่วยความจำแรม ทำหน้าที่เก็บชุดคำสั่งและข้อมูลที่ระบบคอมพิวเตอร์ทำงานอยู่  แรมหลายชนิดข้อมูลจะหายไปหากปิดเครื่อง แต่ปัจจุบันมักเก็บข้อมูลบิตในรูปของประจุไฟฟ้าในตัวเก็บประจุ

2. หน่วยความจำรอม (ROM : Read-only Memory)

ROM ย่อมาจาก Read-only Memory คือหน่วยความจำถาวร ที่เราสามารถเขียนหรือลบโปรแกรมต่างๆได้ แต่ก็มี ROM บางชนิดไม่สามารถที่จะลบข้อมูลในรอมได้เหมือนกัน ซึ่งROM เป็นหน่วยความจำที่ไม่ต้องการไฟเลี้ยง แม้ไม่มีไฟเลี้ยงข้อมูลที่อยู่ในรอมก็จะไม่หายหรือถูกลบออกจากหน่วยความจำถาวร

4. หน่วยความจำรอง (secondary storage)

หน่วยความจำรอง เป็นหน่วยความจำที่ใช้เก็บข้อมูล และโปรแกรมที่ต้องการใช้งานในคราวต่อไปได้ ซึ่งสามารถบรรจุข้อมูลและโปรแกรมได้เป็นจำนวนมาก เป็นหน่วยเก็บข้อมูลถาวรที่ผู้ใช้สามารถย้ายข้อมูลและคำสั่งที่อยู่ในหน่วยความจำแรม ขณะที่เครื่องคอมพิวเตอร์ทำงานมาจัดเก็บไว้ได้ด้วยคำสั่งบันทึกของโปรแกรมประยุกต์ ทำให้ผู้ใช้สามารถเรียกข้อมูลและคำสั่งมาใช้ในภายหลัง ซึ่งหน่วยความจำรองมีความจุข้อมูลมากกว่าหน่วยความจำหลักและมีราคาถูกกว่า แต่เข้าถึงข้อมูลได้ช้ากว่าหน่วยความจำแรม

5. หน่วยแสดงผล (output unit)

เป็นหน่วยที่ทำหน้าที่แสดงผลที่ได้จากการประมวลผลข้อมูลที่เตรียมไว้ในหน่วยความจำหลัก เพื่อส่งข้อมูลหรือสื่อสารกับผู้รับโดยมีฮาร์ดแวร์ทำหน้าที่เป็นส่วนแสดงผลหรือส่งข้อมูลที่ได้จากการประมวลผลจากซีพียูมายังผู้รับ ทั้งในรูปแบบภาพ เสียง และสิ่งพิมพ์ ฮาร์ดแวร์ทีทำหน้าที่ในหน่วยนี้มีหลายประเภทด้วยกัน ตัวอย่างเช่น จอภาพหรือมอนิเตอร์ ลำโพง หูฟัง เครื่องพิมพ์ และเครื่องแอลซีดีโพรเจคเตอร์ แต่ละประเภทจะมีลักษณะและการนำเสนอข้อมูลที่แตกต่างกัน

การทำงานพื้นฐานของคอมพิวเตอร์ มี 4 ขั้นตอน ดังนี้ 

1. รับข้อมูล (Input) คอมพิวเตอร์จะทำหน้าที่รับข้อมูลไปประมวลผล อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่รับข้อมูล ได้แก่ แป้นพิมพ์ เมาส์ เครื่องสแกน เป็นต้น

2. ประมวลผลข้อมูล (Process) เมื่อคอมพิวเตอร์รับข้อมูลเข้าสู่ระบบแล้วจะทำการประมวลผลตามคำสั่ง หรือโปรแกรมที่กำหนด อุปกรณ์ทีทำหน้าที่ประมวลไผลได้แก่ CPU

3. แสดงผลข้อมูล (Output) เมื่อทำการประมวลผลแล้ว คอมพิวเตอร์จะแสดงผลลัพธ์ อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ในการแสดงผลข้อมูลคือ จอภาพและเครื่องพิมพ์ เป็นต้น

4. จัดเก็บข้อมูล  คอมพิวเตอร์จะทำการจัดเก็บข้อมูลลงในอุปกรณ์ที่เก็บข้อมูล เช่น ฮาร์ดดิสก์ แผ่นซีดี แฟลชไดรว์

อ้างอิงแหล่งที่มา :: https://proj14.ipst.ac.th/m2/m2-cs/