หน่วยที่2 องค์ประกอบของคอมพิวเตอร์
องค์ประกอบของคอมพิวเตอร์
หน่วยรับข้อมูล (Input Unit)
เป็นหน่วยทำหน้าที่รับข้อมูลจากผู้ใช้เข้าสู่หน่วยความจำหลัก แบ่งเป็นประเภทต่างๆ ดังนี้
อุปกรณ์แบบกด (Keyed Device)
แป้นพิมพ์ (Keyboard)เป็นหน่วยรับข้อมูลที่นิยมใช้กันมากที่สุด เพราะเป็นอุปกรณ์มาตรฐานในการป้อนข้อมูลสำหรับเทอร์มินัล และไมโครคอมพิวเตอร์ โดยทั่วไปจะมีลักษณะคล้ายแป้นของเครื่องพิมพ์ดีด แต่มีจำนวนแป้นมากกว่า และถูกแบ่งออกเป็น 4 กลุ่มด้วยกัน คือ
· แป้นอักขระ (Character Keys) จะมีลักษณะการจัดวางตัวอักษรเหมือนแป้นเครื่องพิมพ์ดีด
· แป้นควบคุม (Control Keys) เป็นแป้นที่มีหน้าที่สั่งการบางอย่างโดยใช้งานร่วมกับแป้นอื่น
· แป้นฟังก์ชั่น (Function Keys) คือแป้นที่อยู่แถวบนสุด มีลักษณะเป็น F1, F2,…,F12 ซอฟต์แวร์แต่ละชนิดอาจกำหนดแป้นเหล่านี้ให้มีหน้าที่เฉพาะอย่างแตกต่างกันไป
· แป้นตัวเลข (Numeric Keys) เป็นแป้นที่แยกจากแป้นอักขระมาอยู่ทางด้านขวา มีลักษณะคล้ายเครื่องคิดเลข ช่วยอำนวยความสะดวกในการบันทึกตัวเลขเข้าสู่เครื่องคอมพิวเตอร์
อุปกรณ์ชี้ตำแหน่ง (Pointing Devices)
เมาส์ (Mouse)เมาส์มีหลายขนาดลักษณะต่างกันออกไป แต่ที่นิยมใช้จะมีขนาดเท่าฝ่ามือโดยมีส่วนประกอบดังนี้ มีลูกกลมกลิ้งอยู่ด้านล่างหรือเป็นระบบแสง ส่วนด้านบนจะมีปุ่มให้กดจำนวนสอง สามหรือสี่ปุ่ม การเลื่อนเมาส์ให้ลูกกลมด้านล่างหมุน เพื่อเป็นการเลื่อนตัวชี้ตำแหน่ง (Cursor) บนจอภาพไปยังตำแหน่งที่ต้องการบนจอภาพ
การควบคุม
· การกดปุ่ม (Click)
· กดปุ่มซ้อนสองครั้ง (Double Click)
· กดปุ่มขวา (Right Click)
· การลากแล้ววาง (Drag and Drop)
แผ่นรองสัมผัส จะเป็นแผนสี่เหลี่ยมที่วางอยู่หน้าแป้นพิมพ์ สามารถใช้นิ้ววาดเพื่อเลื่อนตำแหน่งของตัวชี้ตำแหน่งบนจอภาพเช่นเดียวกับเมาส์
จอยสติก (Joy Stick)จอยสติก จะเป็นก้านสำหรับใช้โยกขึ้นลง / ซ้ายขวา เพื่อย้ายตำแหน่งของตัวชี้ตำแหน่งบนจอภาพ มีหลักการทำงานเช่นเดียวกับเมาส์ แต่จะมีแป้นกดเพิ่มเติมมาจำนวนหนึ่งสำหรับสั่งงานพิเศษ นิยมใช้กับการเล่นเกมส์คอมพิวเตอร์หรือควบคุมหุ่นยนต์
จอภาพระบบไวต่อการสัมผัส (Touch-Sensitive Screen) จอภาพระบบสัมผัส (Touch Screen)เป็นจอภาพแบบพิเศษซึ่งผู้ใช้เพียงแตะปลายนิ้วลงบนจอภาพในตำแหน่งที่กำหนดไว้ เพื่อเลือกการทำงานที่ต้องการแทนการใช้ Mouse หรือ Keyboard ซอฟต์แวร์ที่ใช้จะเป็นตัวค้นหาว่าผู้ใช้เลือกทางเลือกใด และทำงานให้ตามนั้น หลักการนี้นิยมใช้กับเครื่องไมโครคอมพิวเตอร์ เพื่อช่วยให้ผู้ใช้เครื่องคอมพิวเตอร์ไม่คล่องนักสามารถเลือกข้อมูลที่ต้องการได้อย่างสะดวกรวดเร็ว จะพบการใช้งานมากในร้านอาหารแบบเร่งด่วน หรือใช้แสดงข้อมูลการท่องเที่ยว เป็นต้น
ระบบปากกาแสดง (Pen-Based System) ปากกาแสง (Light pen)ใช้เซลล์แบบ Photoelectric ซึ่งมีความไวต่อแสงเป็นตัวกำหนดตำแหน่งบนจอภาพ รวมทั้งสามารถใช้วาดลักษณะหรือรูปแบบของข้อมูลให้ปรากฏบนจอภาพ การใช้งานทำได้โดยการแตะปากกาแสงไปบนจอภาพตามตำแหน่งที่ต้องการ นิยมใช้กับงานคอมพิวเตอร์ช่วยการออกแบบ (Computer Aided Design หรือ CAD) รวมทั้งนิยมใช้เป็นอุปกรณ์ป้อนข้อมูลโดยการเขียนด้วยมือ ในคอมพิวเตอร์ขนาดเล็ก เช่น PDA เป็นต้น
เครื่องอ่านพิกัด (Digitizing tablet)ประกอบด้วยกระดาษที่มี เส้นแบ่ง (Grid) ซึ่งสามารถใช้ปากกาเฉพาะที่เรียกว่า Stylus ชี้ไปบนกระดาษนั้น เพื่อส่งข้อมูลตำแหน่งเข้าไปยังคอมพิวเตอร์ ปรากฏเป็นลายเส้นบนจอภาพ เป็นอุปกรณ์อีกชนิดหนึ่งที่นิยมใช้กับงานด้าน CAD เช่น ใช้ในการออกแบบรถยนต์รุ่นใหม่ ตึกอาคาร อุปกรณ์ทางการแพทย์ และหุ่นยนต์ เป็นต้น
อุปกรณ์กวาดข้อมูล (Data Scanning Devices)เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ ระบบการวิเคราะห์แสง (Optical recognition systems) ซึ่งช่วยให้มีการพิมพ์ข้อมูลเข้าน้อยที่สุด อุปกรณ์ประเภทนี้จะอ่านข้อมูลเข้าสู่เครื่องคอมพิวเตอร์ด้วยการใช้ลำแสงกวาดผ่านข้อความหรือสัญลักษณ์ต่าง ๆ ที่พิมพ์ไว้ เพื่อนำไปแยกแยะรูปแบบต่อไป ในปัจจุบันมีการประยุกต์ใช้ในงานต่าง ๆ กันมาก โดยมีอุปกรณ์ที่ได้รับความนิยม คือ
เอ็มไอซีอาร์ (Magnetic Ink Character Recognition – MICR)ปัจจุบันมีจำนวนผู้นิยมใช้เช็คมากขึ้น จึงมีผู้คิดค้นวิธีการตรวจสอบเช็คให้รวดเร็วมีประสิทธิภาพ และเชื่อถือได้ โดยได้คิดประดิษฐ์เครื่อง MICR ขึ้นใช้ในธนาคารสำหรับตรวจสอบเช็ค เครื่องจะทำการเข้ารหัสธนาคาร รหัสสาขา เลขที่บัญชี และเลขที่เช็ค ไว้ในเช็คทุกใบ จากนั้นจึงส่งเช็คให้ลูกค้า ตัวเลขที่เข้ารหัสไว้จะเรียกว่า เลขเอ็มไอซีอาร์ (MICR number) ในเช็คทุกใบจะมีเลข MICR สีดำชัดเจนที่ด้านล่างซ้ายของเช็คเสมอ และหลังจากที่เช็คนั้นกลับมาสู่ธนาคารอีกครั้ง ก็จะทำการตรวจสอบจากเลข MICR ว่าเป็นเช็คของลูกค้าคนนั้นจริงหรือไม่ เครื่อง MICR ไม่เป็นที่นิยมใช้กับงานประเภทอื่น เพราะชุดของตัวอักษรที่เก็บได้มีสัญลักษณ์เพียง 14 ตัวเท่านั้นข้อดีของเครื่อง MICR คือมีมนุษย์เข้ามาเกี่ยวข้องน้อย ทำให้มีเปอร์เซ็นต์ความผิดพลาดต่ำมากรหัส MICR ที่ใช้สามารถอ่านได้ทั้งคน และเครื่อง MICRทำงานได้อย่างอัตโนมัติ รวดเร็วและเชื่อถือได้
เครื่องอ่านรหัสแท่ง (Bar Code Reader)เริ่มใช้ในปี ค.ศ. 1970 โดยจะพิมพ์รหัสสินค้านั้น ๆ ออกมาในรูปของแถบสีดำและขาวต่อเนื่องกันไป เรียกว่า รหัสแท่ง (Bar Code) จากนั้นจะสามารถใช้เครื่องอ่านบาร์โค้ดอ่านข้อมูลบนแถบ เพื่อเรียกข้อมูลของรายการสินค้านั้น เช่น ราคาสินค้า จำนวนที่เหลืออยู่ในคลังสินค้า เป็นต้น ออกมาจากฐานข้อมูล แล้วจึงทำการประมวลผลข้อมูลรายการนั้นและทำงานต่อไปมาตรฐานของบาร์โค้ดที่ใช้กันในปัจจุบันจะประกอบด้วยมาตรฐาน UPC (Universal Product Code) และ มาตรฐาน Code 39 (Three of Nine)
สแกนเนอร์ (Scanner) เป็นอุปกรณ์ที่ใช้อ่านหรือ สแกน (Scan) ข้อมูลบนเอกสารเข้าสู่เครื่องคอมพิวเตอร์ โดย เอกสารที่อ่านอาจจะประกอบด้วยข้อความหรือรูปภาพกราฟิกก็ได้ เทคโนโลยีที่ใช้ในการสแกนแยกได้เป็น สองแบบ คือCCD (Charge Couple Device) โดยเครื่องสแกนเนอร์จะส่องแสงผ่านฟิลเตอร์สีแดงเขียวและน้ำเงินไปยังวัตถุที่ต้องการสแกน แสงที่ส่องไปยังวัตถุจะถูกสะท้อนผ่านกระจกและเลนส์กลับมายัง CCD ซึ่งเป็น เซลล์ไวแสงที่จะทำการตรวจสอบจับความเข้มข้นของแสงและแปลงให้อยู่ในรูปของข้อมูลทางดิจิตอล เทคโนโลยีนี้มีข้อดีคือให้ความละเอียดและคุณภาพของภาพที่ดีCIS (Contact Image Sensor) เป็นเทคโนโลยีที่ใช้หลอด LED สีแดง เขียวและน้ำเงินในการสร้างแสงสีขาวที่ใช้ในการสแกน และทำการรับแสงสะท้อนจากวัตถุที่ถูกสแกนโดยไม่ต้องผ่านกระจกและเลนส์ ทำให้สแกนเนอร์ที่ใช้เทคโนโลยีนี้มีขนาดเล็ก น้ำหนักเบา และราคาถูก แต่คุณภาพในการสแกนจะด้อยกว่าแบบ CCD ความละเอียดในการสแกน มีหน่วยเป็น จุดต่อนิ้ว (dot per inch) หรือ ดีพีไอ (dpi) การวัดค่าความละเอียดในสแกนเนอร์กระทำได้ 2 แบบ คือ Optical Resolution ซึ่งเป็นค่าความละเอียดที่แท้จริงของสแกนเนอร์ที่ตัว CCD สามารถกระทำได้ และ Interpolate resolution จะเป็นความละเอียดที่เพิ่มสูงขึ้น โดยใช้ซอฟต์แวร์ช่วยในการเพิ่มจุดให้แก่ภาพที่สแกนจำนวนบิตที่ใช้แทนค่าสี (Bit depth)
สแกนเนอร์สามารถแบ่งตามวิธีใช้งานได้เป็นแบบต่าง ๆ คือ
· สแกนเนอร์มือถือ (Handhelp scanner) มีขนาดเล็กสามารถพกพาได้สะดวก การใช้สแกนเนอร์รุ่นมือถือนี้ ผู้ใช้ต้องถือตัวสแกนกวาดไปบนภาพหรือวัตถุที่ต้องการ
· สแกนเนอร์แบบสอดกระดาษ (Sheet-fed scanner) เป็นสแกนเนอร์ที่ผู้ใช้ต้องสอดภาพหรือเอกสารเข้าไปยังช่องสำหรับอ่านข้อมูล (Scan head) เครื่องชนิดนี้จะเหมาะสำหรับการอ่านเอกสารที่เป็นแผ่น ๆ แต่ไม่สามารถอ่านเอกสารที่เย็บเป็นเล่มได้
· สแกนเนอร์แบบแท่น (Flatbed scanner) เป็นสแกนเนอร์ที่นิยมใช้กันมากที่สุดในปัจจุบัน ผู้ใช้เพียงวางกระดาษต้นฉบับที่ต้องการไปบนเครื่องสแกนเนอร์ มีวิธีการทำงานคล้ายกับเครื่องถ่ายเอกสาร ทำให้ใช้งานได้ง่าย
เครื่องรู้จำอักขระด้วยแสง (Optical Character Recognition – OCR)โอซีอาร์ เป็นอุปกรณ์สำหรับอ่านข้อมูลที่เป็นตัวอักขระบนเอกสารต่าง ๆ และทำการแปลงข้อมูลแบบดิจิตอลที่อ่านได้ไปเป็นตัวอักษรโดยอัตโนมัติ โอซีอาร์อาจเป็นได้ทั้งอุปกรณ์เฉพาะสำหรับแปลงเอกสารเข้าสู่คอมพิวเตอร์ หรืออาจหมายถึงซอฟต์แวร์สำหรับวิเคราะห์ตัวอักษรจากข้อมูลที่ได้จากสแกนเนอร์ก็ได้
เครื่องอ่านเครื่องหมายด้วยแสง (Optical Mark Reader-OMR)โอเอ็มอาร์ เป็นอุปกรณ์ที่ใช้หลักการอ่านสัญลักษณ์ หรือเครื่องหมายที่ระบายด้วยดินสอดำลงในตำแหน่งที่กำหนด ตัวอย่างเช่น ข้อสอบแบบเลือกคำตอบ เป็นต้น โดยดินสอดำที่ใช้นั้นต้องมี สารแม่เหล็ก (Magnetic particle) จำนวนหนึ่ง เพื่อให้เครื่องโอเอ็มอาร์สามารถรับรู้ได้ ซึ่งโดยปกติแล้วจะใช้ดินสอ 2B จากนั้น เครื่องโอเอ็มอาร์ก็จะอ่านข้อมูลตามเครื่องหมายที่มีการระบายด้วยดินสอดำ
กล้องถ่ายภาพดิจิตอล (Digital Camera)เป็นอุปกรณ์ที่ใช้สำหรับถ่ายภาพแบบไม่ต้องใช้ฟิล์ม โดยเก็บภาพที่ถ่ายไว้ในลักษณะดิจิตอลด้วยอุปกรณ์ CCD (Charge Coupled Device) หรืออุปกรณ์ CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) ภาพที่ได้จะประกอบด้วยจุดเล็ก ๆ จำนวนมาก กล้องดิจิตอลในปัจจุบันจะมีความละเอียดของรูปที่ถ่ายในระดับ 1 ล้านจุด (Pixel) ไปจนถึง 5 ล้านจุด ซึ่งรูปที่ถ่ายมาจะสามารถนำเข้าเครื่องคอมพิวเตอร์เพื่อใช้งานได้ทันทีโดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์สแกนเนอร์อีก
หน่วยประมวลผลกลางCentral Processing Unit (CPU)
ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับโพรเซสเซอร์
ในยุคเริ่มต้นของการผลิตซีพียูในรุ่นแรกๆ ซีพียูยังมีการทำงานที่ไม่ซับซ้อนนัก ซึ่งในตอนนั้นมีบริษัทอินเทล Intel เป็นผู้บุกเบิกเป็นรายแรกๆโดยซีพียูที่อินเทลผลิตในตอนนั้นคือเบอร์ 8080 หรือที่อินเทลเรียกว่า “Intel 8080” ขนาด 8 บิต ที่บรรจุทรานซิสเตอร์ไว้ประมาณ 50,000 ตัว รูปร่างของไอซีจะเหมือนกับตีนตะขาบ โดยจะมีจำนวน 40 ขาเรียกว่า PID : Dual In Line Package ต่อมาเมื่อเทคโนโลยีก้าวหน้ามากขึ้น การผลิตซีพียูรุ่นต่อๆมาก็เปลี่ยนมาใช้เทคโนโลยีแบบ VLSI : Very Large Scale Integrate แทน
รูปแสดงไมโครโพรเซสเซอร์ หรือซีพียูเบอร์ 8080 ที่อินเทลผลิตขึ้นในปี ค.ศ. 1974
พัฒนาการทางคอมพิวเตอร์ได้ก้าวหน้าไปอย่างรวดเร็วและต่อเนื่อง จากอดีตเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้หลอดสุญญากาศขนาดใหญ่ ใช้พลังงานไฟฟ้ามาก และอายุการใช้งานต่ำ เปลี่ยนมาใช้ทรานซิสเตอร์ที่ทำจากชิ้นซิลิกอนเล็กๆ ใช้พลังงานไฟฟ้าต่ำ และผลิตได้จำนวนมาก ราคาถูก ต่อมาสามารถสร้างทรานซิสเตอร์จำนวนหลายแสนตัว บรรจุบนชิ้นซิลิกอนเล็ก ๆ เป็นวงจรรวมที่เรียกว่า ไมโครชิป (microchip) และใช้ไมโครชิปเป็นชิ้นส่วนหลักที่ประกอบอยู่ในคอมพิวเตอร์ ทำให้ขนาดของคอมพิวเตอร์เล็กลง
ไมโครชิปที่มีขนาดเล็กนี้สามารถทำงานได้หลายหน้าที่ เช่น ทำหน้าที่ช่วยหน่วยความจำสำหรับเก็บข้อมูล ทำหน้าที่เป็นหน่วยควบคุมอุปกรณ์รับเข้าและส่งออก หรือทำหน้าที่เป็นหน่วยประมวลผลกลาง ที่เรียกว่า ไมโครโพรเซสเซอร์ ไมโครโพรเซสเซอร์ หมายถึงหน่วยงานหลักในการคิดคำนวณ การบวก ลบ คูณ หาร การเปรียบเทียบ การดำเนินการทางตรรกะ ตลอดจนการสั่งการเคลื่อนย้ายข้อมูลจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง หน่วยประมวลผลกลางเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า ซีพียู(Central Processing Unit :CPU)
สถาปัตยกรรมซีพียู Architecture
คอมพิวเตอร์จะทำงานตามโปรแกรมหรือชุดคำส่งที่เราป้อนเข้าไป โดยโปรแกรมหรือชุดคำสั่งดังกล่าวจะเป็นตัวบอกว่า คอมพิวเตอร์จะทำการประมวลผลข้อมูลอย่างไร การที่มันจะทำงานได้นั้นจะต้องประกอบด้วยหน่วยประมวลผลหน่วยความจำ และอุปกรณ์อินพุต / เอาต์พุต สิ่งที่กล่าวมานี้รวมเข้าด้วยกันเราเรียกว่า
สถาปัตยกรรม ในช่วงกลางของปี ค.ศ. 1990 โพรเซสเซอร์ หรือจะเรียกสั้นๆว่า ซีพียู มีการออกแบบสถาปัตยกรรมแยกออกเป็น 2 รูปแบบ สถาปัตยกรรมแรกเป็นแบบ CISC : Complex Instruction Set Computing และสถาปัตยกรรมแบบที่สอง เป็นแบบ RISC : Reduces Instruction Set Computingโดยสถาปัตยกรรมการออกแบบซีพียูนั้นมีผลต่อการทำงานเป็นอย่างมาก ซึ่งแต่ละแบบมีรายละเอียดดังนี้
สถาปัตยกรรมแบบCISC : Complex Instruction Set Computing
เป็นสถาปัตยกรรมการออกแบบซีพียูที่ใช้ในเครื่องพีซียูทั่วๆไป แต่เดิมแนวความคิดที่จะทำให้คอมพิวเตอร์ทำงานได้เร็วขึ้น จะใช้วิธีการเพิ่มขีดความสามารถของคำสั่งทำให้คำสั่งหนึ่งต้อง
ทำงานเพิ่มขึ้นและซับซ้อนขึ้น ด้วยวิธีนี้ทำให้สถาปัตยกรรมของตัวซีพียูต้องสนับสนุนชุดคำสั่งใหม่ๆเพิ่มขึ้น ประกอบกับ ไซเคิล (Cycle) การทำงานของแต่ละคำสั่งจะใช้จำนวนไซเคิลไม่เท่ากัน บางคำสั่งทำงานเสร็จภาคในไซเคิลเดียว บางคำสั่งต้องใช้หลายไซเคิล ความคิดนี้จึงกลายมาเป็นคอมพิวเตอร์ในกลุ่ม CISC และความคิดนี้ได้พัฒนาต่อเนื่องมาเป็นลำดับจนถึงปัจจุบัน ซีพียูหลายตัว เช่น 80386 80486 จนมาถึง Pentium 4 ก็ใช้แนวความคิดนี้ สถาปัตยกรรมแบบนี้จะทำให้การออกแบบวงจรภายในซับซ้อนมาก แต่ง่ายกับโปรกแกรมเมอร์ในการเรียนรู้คำสั่ง เพราะการประมวลผลทั้งหมดจะกระทำในตัวซีพียู ซึ่งถ้าคำสั่งซับซ้อนมากๆก็จะทำให้การประมวลผลช้า
สถาปัตยกรรมแบบ RISC : Reduces Instruction Set Computing
ในราว ปี ค.ศ. 1975 กลุ่มนักวิจัยแห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ได้พัฒนาซีพียูที่มีสถาปัตยกรรมแบบ RISC : Reduces Instruction Set Computing โดยให้ซีพียูทำงานด้วยไซเคิลที่แน่นอน และลดจำนวนคำสั่งลงให้เหลือคำสั่งพื้นฐานมากที่สุด แล้วใช้หลักการทำงานแบบไปป์ไลน์ (Pipeline) จึงนับว่าเป็นสถาปัตยกรรมที่ได้ทำการแก้ปัญหาของ CISC โดยใช้การประมวลผลแบบง่ายๆ แต่หันไปพัฒนาประสิทธิภาพของฮาร์ดแวร์ให้มีความเร็วสูงขึ้น เนื่องจากการออกแบบซีพียูไม่ซับซ้อนเหมือนอย่าง CISC จึงง่ายต่อการพัฒนาประสิทธิภาพของฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์แบบ RISC จึงทำงานได้เร็ว ซึ่งต่อมาบริษัทซันไมโครซิสเต็มก็นำมาใช้เป็นซีพียูหลักในเครื่อง SPARC และมันจะพบได้ในเครื่องระดับเวิร์คสเตชันขึ้นไป
โครงสร้างและสถาปัตยกรรมภายใน
ในปี 1971 อินเทลได้ผลิตซีพียูรุ่น Intel 4004 ออกจำหน่ายเป็นเจ้าแรก โดยบรรจุทรานซิสเตอร์ 2,300 ตัว แต่ถึงวันนี้ซีพียูเพนเทียมโฟร์ สามารถบรรจุทรานซิสเตอร์ได้มากถึง 55 ล้านตัวเลข ปกติแล้วซีพียูหนึ่งตัวจะประกอบด้วยทรานซิสเตอร์ขนาดเล็กมากเป็นจำนวนล้านๆตัว ที่ถูกสร้างขึ้นโดยกระบวนการที่ซับซ้อน เพื่อสร้างวงจรลงบนแผ่นซิลิกอนบางๆขนาดเล็กพร้อมเส้นทางเชื่อมต่อ ซึ่งทรานซิสเตอร์ขนาดจิ๋วเหล่านี้จะเก็บสัญญาณไฟฟ้าที่แทน 0 และ 1 ซึ่งก็คือรหัสไบนารี่ หรือเลขฐาน 2 ซึ่งเป็นภาษาที่คอมพิวเตอร์ใช้ในการติดต่อสื่อสาร โดยทั้งหมดนี้จะมีการใช้สัญญาณนาฬิกา จากผลึกคริสตัลเป็นตัวสร้างความถี่เพื่อกระตุ้นการทำงาน
หน่วยประมวลผล (CPU : Central Processing Unit)
หมายถึงอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ประมวลผลคำสั่ง เปรียบเสมือนสมองของคอมพิวเตอร์ที่ผู้ใช้ป้อนคำสั่งให้โดยผ่านทางอุปกรณ์รับข้อมูล หน่วยประมวลผลหรือเขียนเต็มๆก็คือ การประมวลผลเป็นหน้าที่หลักของซีพียู ซึ่งการประมวลผลนี้จะรวมทั้งการคำนวณและการจัดการข้อมูล สำหรับการคำนวณจะใช้วงจรเฉพาะที่มีชื่อว่า ALU Arithmetic and Login Unit และมีวงจรควบคุม CU Control Unit เป็นผู้ดูแลการทำงานของซีพียู
โครงสร้างและสถาปัตยกรรมจะประกอบด้วยส่วนต่างๆดังต่อไปนี้
1. หน่วยประมวลผลทางคณิตศาสตร์และตรรกะ ALU : Arithmetic and Logic Unit หน่วยที่ทำหน้าที่นำเอาข้อมูลที่เป็นตัวเลขฐานสองมาประมวลผลทางคณิตศาสตร์ เช่น การบวก การลบ และการเปรียบเทียบในเชิงตรรกะ เช่น AND OR NOT Exclusive OR และการทำคอมพลีเมนต์ เป็นต้น
2. หน่วยควบคุม CU : Control Unit หรือวงจรควบคุม Control Circuitry ทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของซีพียูและจัดสรรสัญญาณนาฬิกาส่งออกไปให้ส่วนต่างๆ อ้างอิงในการทำงาน
รูปแสดงโครงสร้างของสถาปัตยกรรมภายในซีพียู
หน่วยประมวลผลทางคณิตศาสตร์และตรรกะ
ซีพียูจะใช้หน่วย ALU ในการคำนวณหรือประมวลหรือ ผลข้อมูล/ ชุดคำสั่ง ส่วนคำนวณทำหน้าที่หลักๆ สองประการคือ ประการแรกทำการบวก ลบ คูณ และหาร ซึ่งนอกจากหน่วย ALUจะทำหน้าที่เป็นเครื่องคำนวณในการบวก ลบ คูณ หารตัวเลขแล้ว ยังมีความสามารถในเชิงตรรกศาสตร์อีกด้วย โดยสามารถเปรียบเทียบเงื่อนไขตามกฎเกณฑ์ทางคณิตศาสตร์ เช่นเปรียบเทียบจำนวน 2 จำนวนตามเงื่อนไข มากกว่า น้อยกว่า เท่ากัน หรือไม่เท่ากับ เพื่อให้ได้คำตอบออกมาว่าเงื่อนไขนั้นเป็นจริง T หรือเท็จ F เป็นต้น ซึ่งรูปแบบของการคำนวณทางคณิตศาสตร์และตรรกะ จะอยู่ในรูปของเลขฐานสองหรือข้อมูลแบบไบนารี่ สามารถทำการบวกเพื่อรวมข้อมูลของรีจีสเตอร์ 2 ตัวเข้าด้วยกัน นอกจากนี้ยังมีวงจรสำหรับทำการลบได้โดยตรงอีกด้วย
กลไกการทำงานของไมโครโพเซสเซอร์
ซีพียูจะดำเนินการกับข้อมูลที่เก็บอยู่ในหน่วยความจำในหน่วยของไบต์ ซึ่งข้อมูลตังกล่าวนั้นอาจจะเป็นไปได้ทั้งข้อมูลและชุดคำสั่งที่อยู่ในรูปของเลขฐานสอง ซึ่งจะใช้การจับกลุ่มของเลข 0 และ 1 สร้างเป็นรหัสใช้แทนตัวอักษร ตัวเลข สัญลักษณ์ต่างๆ โดยชุดสั่ง จะบอกให้ซีพียูรู้ว่า จะต้องทำอย่างไรกับข้อมูล เช่น การบวกหรือลบ เลข หรือการเคลื่อนย้ายข้อมูล ซีพียูจะทำหน้าที่หลักๆ 3 อย่างด้วยกันคือ การอ่านข้อมูล การจัดการกับข้อมูล และการเขียนข้อมูลลงไปในหน่วยความจำ แต่หน้าที่หลักจากๆ ของซีพียูคือการประมวลผลข้อมูล ซึ่งมีกระบวนการพื้นฐานอยู่ 3 ขั้นตอน ได้แก่ การอ่านคำสั่ง Fetch การแปลความหมายคำสั่ง Decode และการปฏิบัติการตามคำสั่ง Execute เราเรียกขั้นตอนนี้ว่า Fetch Execute Cycle
การพัฒนากระบวนการผลิตซีพียู
ซีพียูผลิตจากแผ่นซีลิกอนที่มีการบรรจุทรานซิสเตอร์ลงไปนับล้านๆตัว โดยใช้เทคโนโลยีการผลิตสารกึ่งตัวนำแนน “ซีมอส” CMOS : Complementary Metal- Oxide Semiconductor ซึ่งในการที่จะระบุว่าซีพียูรุ่นนี้ใช้เทคโนโลยีการผลติแบบใดนั้น จะวัดจากค่าความละเอียดของลายวงจร ซึ่งก็คือระยะห่างของทราบซิสเตอร์แตะละตัวที่อยู่ติดกัน อย่างเช่น 0.35 ไมครอน*, 0.25 ไมครอน หรือ 0.18 ไมครอน และอีกไม่นานนี้จะดลลงเหลือเพียง 0.13 ไมครอน ในซีพียูรุ่นใหม่ของอินเทลคือ Pentium 4 จริงๆแล้ว ซีพียูที่เราเห็นกันนั้นมีส่วนที่ทำงานจริงๆก็คือ ตัวชิปที่อยู่ตรงกลาง ส่วนที่เป็นพลาดสติกรอบนอกรวมถึงขาสัญญาณต่างๆนั้นก็คือบรรจุภัณฑ์ของซีพียูนั้นเอง ซึ่งชิปซีพียูนัมีการเรียกในหลายๆชื่อ ก็คือ “แกนหลัก Core ของซีพียู” หรือ “แผ่นไดร์ Die” ซึ่งจะมีขนาดไม่เท่ากันในซีพียูแต่ละรุ่น ขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีในการผลิต ปัจจุบันมีแนวโน้มที่จะมีขนาดเล็กลงเรื่อยๆโดยส่วนมากแล้วตัวชิป ซีพียูมักจะอยู่ตรงกลางตัวซีพียู ซีพียูรุ่นใหม่ๆ แผ่นไดร์มักจะอยู่ด้านบน (สำหรับอินเทลจะเรียกว่า “Flip Chip”) เพื่อให้แผ่นไดร์ติดกับฮีตซิงค์ได้มากขึ้นช่วยให้ระบายความร้อนได้ดีขึ้น ซีพียูรุ่นเก่าๆแผ่นไดร์จะอยู่ด้านล่างจึงทำให้การระบายความร้อนทำได้ไม่ดีนัก
การที่วงจรมีขนาดเล็กลงจะช่วยให้ซีพียูสามารถทำงานได้เร็วขึ้น ขนาดการผลิตแต่ละขนาดก็จะมีขีดจำกัดทางด้านความเร็วอยู่ที่ระดับหนึ่ง ถ้าพยายามเร่งให้ความเร็วสูงกว่ามาตรฐานก็จะทำให้เกิดปัญหาขึ้นได้ อย่างเช่น ซีพียูจะมีเสถียรภาพลดลงเนื่องจากจะเกิดความร้อนสูงขณะทำงาน ทำให้เครื่องแฮงค์บ่อย โดยเฉพาะผู้ที่ชอบโอเวอร์คล็อกซีพียูไปที่ความเร็วสูงๆ ก็มีโอกาสเจอปัญหานี้ ดังนั้นการที่เรารู้ว่าซีพียูที่ใช้อยู่นั้นมีขนาดการผลิตเท่าไร และมีขีดจำกัดทางความเร็วสูงสุดแค่ไหน ก็จะช่วยให้เราโอเวอร์คล็อกได้อย่างมีประสิทธิภาพขึ้น
ซีพียูที่ผลิตด้วยเทคโนโลยีการผลิตที่ความละเอียดสูงๆนั้นจะมีประสิทธิภาพมากกว่า และมีความเร็วในการทำงานสูงกว่า ใช้ไฟเลี้ยงน้อยกว่า อย่างเช่น ซีพียูเพนเทียมทรีคอปเปอร์ไมน์ที่ผลิตด้วยเทคโนโลยี0.18 ไมครอน จะมีประสิทธิภาพดีกว่า เพนเทียมทรีแคทไม ซึ่งเป็นเพนเทียม ทรีรุ่นแรก ที่ใช้เทคโนโลยีการผลิตขนาด 0.25 ไมครอน ประโยชน์ที่ได้อื่นๆกันต่อว่า มีอะไรบ้าง
1. สามารถบรรจุทรานซิสเตอร์ได้มากขึ้น ทรานซิสเตอร์ก็คืออุปกรณ์ทางอิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถสร้างวงจรคำนวณได้ การที่มีจำนวนทรานซิสเตอร์มากขึ้นก็จะสามารถสร้างวงจรคำนวณที่ซับซ้อน หลากหลายและมีประสิทธิภาพที่ดีขึ้น
2. สามารถผลิตซีพียูที่ความเร็วสูงๆได้ การที่ระยะห่างระหว่างทรานซิสเตอร์น้อยลง จะทำให้การเดินทางของข้อมูลในซีพียูได้เร็วขึ้น ระยะห่างยิ่งน้อยข้อมูลยิ่งเดินทางไปเร็วขึ้น ความเร็วในการทำงานจึงเพิ่มมากขึ้น
3. กินไฟน้อยลง ด้วยเทคโนโลยีการผลติซีพียูที่สูงขึ้น จะออกแบบให้ซีพียูใช้ไฟเลี้ยงน้อยลง ซึ่งให้ประหยัดพลังงาน และลดความร้อนอันเกิดจากการทำงานลงด้วย
รูปแสดงโครงสร้างภายในชิปซีพียู
หน่วยความจำหลัก
เครื่องคอมพิวเตอร์ทุกเครื่องต้องอาศัยหน่วยความจำหลักเพื่อใช้เก็บข้อมูลและคำสั่งซีพียูมีการทำงานเป็นวงรอบโดยการคำสั่งจากหน่วยความจำหลักมาแปลความหมายแล้วกระทำตาม เมื่อทำเสร็จก็จะนำผลลัพธ์มาเก็บในหน่วยคำจำหลัก ซีพียูจะกระทำตามขั้นตอนเช่นนี้เรื่อย ๆ ไปอย่างรวดเร็ว เรียกการทำงานลักษณะนี้ว่า วงรอบของคำสั่ง จากการทำงานเป็นวงรอบของซีพียูนี้เอง การอ่างเขียนข้อมูลลงในหน่วยความจำหลักจะต้องทำได้รวดเร็ว เพื่อให้ทันการทำงานของซีพียู โดยปกติถ้าให้ซีพียูทำงานความถี่ของสัญญาณนาฬิกา 33 เมกะเฮิรตซ์ หน่วยความจำหลักที่ใช้ทั่วไปมักจะมีความเร็วไม่ทัน ดังนั้นกลไกของซีพียูจึงต้องชะลอความเร็วลงด้วยการสร้างภาวะรอ (wait state) การเลือกซื้อไมโครคอมพิวเตอร์จึงต้องพิจารณาดูว่ามีภาวะรอในการทำงานด้วยหรือไม่ หน่วยความจำหลักที่ใช้กับไมโครคอมพิวเตอร์จึงต้องกำหนดคุณลักษณะ ในเรื่องช่วงเวลาเข้าถึงข้อมูล (access time) ค่าที่ใช้ทั่วไปอยู่ในช่วงประมาณ 60 นาโนวินาที ถึง 125 นาโนวินาที ( 1 นาโนวินาทีเท่ากับ 10-9 วินาที) แต่อย่างไรก็ตาม มีการพัฒนาให้หน่วยความจำสามารถใช้กับซีพียูที่ทำงานเร็วขนาด 33 เมกะเฮิรตซ์ ได้ โดยการสร้างหน่วยความจำพิเศษมาคั่นกลางไว้ ซึ่งเรียกว่า หน่วยความจำแคช (cache memory) ซึ่งเป็นหน่วยความจำที่เพิ่มเข้ามาเพื่อนำชุดคำสั่ง หรือข้อมูลจากหน่วยความจำหลักมาเก็บไว้ก่อน เพื่อให้ซีพียูเรียกใช้ได้เร็วขึ้น การแบ่งประเภทหน่วยความจำหลัก ถ้าแบ่งตามลักษณะการเก็บข้อมูล กล่าวคือถ้าเป็นหน่วยความจำที่เก็บข้อมูลไว้แล้ว หากไฟฟ้าดับ คือไม่มีไฟฟ้าจ่ายให้กับวงจรหน่วยความจำ ข้อมูลที่เก็บไว้จะหายไปหมด เรียกหน่วยความจำประเภทนี้ว่า หน่วยความจำแบบลบเลือนได้ (volatile memory) แต่ถ้าหน่วยความจำเก็บข้อมูลได้โดยไม่ขึ้นกับไฟฟ้าที่เลี้ยงวงจร ก็เรียกว่า หน่วยความจำไม่ลบเลือน (nonvolatile memory)
โดยทั่วไปการแบ่งประเภทของหน่วยความจำจะแบ่งตามสภาพการใช้งานโดยแบ่งไดเป็น 2 ประเภทคือ
1.แรม (Random Access Memory: RAM)
2.รอม (Read Only Memory : ROM)
1. แรม ( RAM ย่อมาจากคำว่า Random Access Memory ) เป็นหน่วยความจำหลักประเภทไม่ถาวร คือ สามารถบันทึกคำสั่งและข้อมูลไปเก็บไว้ในแรมได้ แต่หากไฟฟ้าดับหรือกระพริบ คำสั่งและข้อมูลที่เก็บไว้นั้นจะหายไปในทันที หน่วยความจำชนิดนี้ใช้สำหรับทำงานโดยทั่วไป จึงต้องมีขนาดใหญ่มากพอ ถ้าเป็นเครื่องมินิคอมพิวเตอร์หน่วยความจำแรมอาจจะต้องมีขนาดใหญ่มากถึงขนาด 32 เมกะไบต์ เครื่องไมโครคอมพิวเตอร์ในปัจจุบันต้องมีขนาด 4 เมกะไบต์เป็นอย่างต่ำ
หลักการทำงาน
หน่วยความจำ(แรม) ทำหน้าที่เก็บชุดคำสั่งและข้อมูลที่ระบบคอมพิวเตอร์กำลัง
ทำงานอยู่ไม่ว่าจะเป็นการนำเข้าข้อมูล ( Input ) หรือ การนำออกข้อมูล ( Output ) โดย
เนื้อที่ของหน่วยความจำหลักแบบแรมนี้ได้ถูกแบ่งออกเป็น 4 ส่วน คือ
1. Input Storage Area เป็นส่วนที่เก็บข้อมูลนำเข้าที่ได้รับมาจากหน่วยรับข้อมูลเข้า เช่น ข้อมูลที่ได้มาจากคีย์บอร์ด เป็นต้น โดยข้อมูลนี้จะถูกนำไปใช้ในการประมวลผลต่อไป
2. Working Storage Area เป็นส่วนที่เก็บข้อมูลที่อยู่ในระหว่างการประมวลผล
3. Output Storage Area เป็นส่วนที่เก็บผลลัพธ์ที่ได้จากการประมวลผล ตามความต้องการของผู้ใช้ เพื่อรอที่จะถูกส่งไปแสดงออกยังหน่วยแสดงผลอื่นที่ผู้ใช้ต้องการ เช่น จอภาพ เป็นต้น
4. Program Storage Area เป็นส่วนที่ใช้เก็บชุดคำสั่ง หรือโปรแกรมที่ผู้ใช้ต้องการจะส่งเข้ามา เพื่อใช้คอมพิวเตอร์ปฏิบัติตามคำสั่ง ชุดดังกล่าว หน่วยควบคุมจะทำหน้าที่ดึงคำสั่งจากส่วนนี้ทีละคำสั่งเพื่อทำการแปลความหมาย ว่าคำสั่งนั้นสั่งให้ทำอะไร จากนั้นหน่วยควบคุม จะไปควบคุมฮาร์ดแวร์ที่ต้องการทำงานดังกล่าวให้ทำงานตามคำสั่งนั้น ๆหน่วยความจำจะจัดอยู่ในลักษณะแถวแนวตั้ง ( CAS : Column Address Strobe ) และแถวแนวนอน ( RAS : Row Address Strobe ) เป็นโครงสร้างแบบเมทริกซ์ ( Matrix ) โดยจะมีวงจรควบคุมซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของวงจรในชิปเซต ( Chipset ) ควบคุมอยู่ โดยวงจรเหล่านี้จะส่งสัญญาณกำหนดแถวแนวตั้ง และสัญญาณแถวแนวนอนไปยังหน่วยความจำ เพื่อกำหนดตำแหน่งของข้อมูลในหน่วยความจำที่จะใช้งาน ในการเข้าถึงข้อมูลในหน่วยความจำของซีพียู สิ่งแรกที่ซีพียูได้รับในการเข้าถึงข้อมูล ก็คือ ซีพียูจะได้รับสัญญาณ RAS แล้วหลังจากนั้นซีพียูจะต้องใช้เวลาสักครู่เพื่อรอรับสัญญาณ CAS ซึ่งช่วงนี้ได้ถูกเรียกว่า RAS to CAS Delay จะใช้เวลาประมาณ 2-3 สัญญาณนาฬิกา และในไบออส ( BIOS ) จะเปิดโอกาสให้ผู้ใช้สามารถปรับค่านี้ได้ เช่น ปรับจาก 3 สัญญาณนาฬิกา ให้เหลือ 2 สัญญาณนาฬิกาซึ่งจะทำให้การเข้าถึงข้อมูลในหน่วยความจำเร็วขึ้นแต่มีโอกาสเกิดความผิดพลาดได้สูง โดยสัญญาณทั้ง 2 แบบนี้จะเป็นเหมือนที่อยู่หรือตำแหน่งเก็บข้อมูลที่ทำให้ซีพียูสามารถค้นหาข้อมูลในหน่วยความจำได้อย่างถูกต้อง ในการคิดความเร็วของแรม ที่ตัว Memorychipจะมี เลขรหัส เช่น HM411000-70 ตัวเลขหลัง (-) คือ ตัวเลขที่บอก ความเร็วของ RAM ตัวเลขนี้ เรียกว่า Accesstime คือ เวลาที่เสียไป ในการที่จะเข้าถึงข้อมูล หรือ เวลาที่แสดงว่าข้อมูลจะถูกส่งออกไปทาง Data busได้เร็วแค่ไหน ยิ่ง Access timeน้อยๆแสดงว่า RAMตัวนั้นเร็วมาก
ความเร็วของแรมนั้นเรียกว่า Cycle time ซึ่งมีหน่วยเป็น ns โดย Cycle time เท่ากับ Read/Write cycle time (เวลาที่ในการส่งสัญญาณติดต่อ ว่าจะอ่าน/เขียน RAM) รวมกับ Access time และ Refresh time โดยทั่วไป RAM จะต้องทำการตอบสนองซีพียู ได้ในเวลา 2 clock cycle หรือ 2 คาบ หากแรมตอบสนองไม่ทันแรมจะส่งสัญญาณ /WAIT บอกซีพียูให้คอย คือ การที่ซีพียูเพิ่ม clock cycle ซึ่งช่วงเวลานี้เรียกว่า WAIT STATE และในส่วนของการเรียกใช้งานหน่วยความจำนั้น แบ่งออกเป็น 2 ลักษณะคือ ลักษณะแรกเป็นแบบAsynchronous เป็นหน่วยความจำที่ไม่ทำงานที่ความเร็วเดียวกับสัญญาณนาฬิกา ซึ่งจะพบได้ในหน่วยความจำ FPM และ EDO รุ่นเก่า ซึ่งใช้ชิปหน่วยความจำที่สามารถทำงานได้ที่ความเร็วเดียวกันกับความเร็วบัสส่วนลักษณะที่สองเป็นแบบ Synchronous เป็นหน่วยความจำที่ทำงานที่ความเร็วเดียวกับสัญญาณนาฬิกาขอเครื่องคอมพิวเตอร์ พบได้ใน SDRAM ซึ่งสามารถทำงานได้ที่ความเร็วเดียวกันกับความเร็วบัส
โดยปกติหน่วยความจำหลักของระบบคอมพิวเตอร์ จะเป็นหน่วยความจำแบบแรมซึ่ง
สามารถเขียนข้อมูลได้ตลอดเวลา แรมนั้นสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท ด้วยกันคือ
1. Static Random Access Memory ( SRAM )
2. Dynamic Random Access Memory ( DRAM )
1. SRAM แบบสแตติก หรือเรียกสั้น ๆ ว่า SRAM เป็นหน่วยความจำที่ทำงานได้เร็วกว่าแบบ DRAM และไม่ต้องการวงจรไฟฟ้าสำหรับการ Refresh ข้อมูลที่เก็บไว้ภายในหน่วยความจำ ในขณะที่หน่วยความจำแบบ DRAM นั้นต้องการวงจร Refresh แต่เนื่องจากหน่วยความจำแบบ SRAM นั้นมีราคาแพง ทำให้ผู้ผลิตไม่ได้ใช้ SRAM มาทำเป็นหน่วยความจำมาตรฐานของเครื่องคอมพิวเตอร์พีซี การใช้งานส่วนใหญ่ของหน่วยความจำประเภทนี้จะถูกจำกัดไว้เฉพาะการเป็นหน่วยความจำแคช ( Cache ) ซึ่งมีขนาดเพียงเล็กน้อยเมื่อเทียบกับหน่วยความจำทั้งหมดที่ติดตั้งอยู่ในเครื่องคอมพิวเตอร์
2. DRAM แบบไดนามิกหรือเรียกสั้น ๆ ว่า DRAM เป็นหน่วยความจำที่ถูกนำมาใช้ผลิต
แรมเพื่อใช้ติดตั้งลงในเครื่องคอมพิวเตอร์ ซึ่งหน่วยความจำนี้ได้รับความนิยมสูง อันเนื่องมาจากมีความจุสูง กินไฟน้อยและราคาถูกกว่าหน่วยความจำ SRAM แต่ข้อเสียก็คือมีความยุ่งยากในการออกแบบเพื่อการนำไปใช้งาน เนื่องจาก DRAM จะทำการเก็บข้อมูลไว้ในตัวเก็บประจุ (Capaciter) ซึ่งจำเป็นจะต้องมีการ refresh ข้อมูลอยู่ตลอดตามระยะเวลาที่กำหนดไว้เพื่อเก็บข้อมูลให้คงอยู่ไม่ให้ข้อมูลสูญหายไปและเป็นการเติมไฟฟ้าเข้าไปเพื่อให้ข้อมูลที่กำลังจางหายไปมีความเข้มขึ้น โดยการ refresh นี้ทำให้เกิดช่วงเวลาขึ้นในการเข้าถึงข้อมูล และที่ต้อง refresh ตัวเองอยู่ตลอดเวลาจึงเป็นเหตุให้ได้ชื่อว่า Dynamic Random Access Memory
รูปแบบของหน่วยความจำ (Module)
การผลิตหน่วยความจำขึ้นใช้งานตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบันนี้ มีรูปแบบของหน่วยความจำหลายรูปแบบด้วยกัน ดังนี้
DIP ( Dual In-Line Package )
ในยุคเริ่มแรกที่คอมพิวเตอร์เริ่มใช้งานกันอย่างแพร่หลาย ส่วนมากมักเป็นคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล ( PC : Personal Computer ) ใช้ซีพียู 8088 หรือ 80286 หน่วยความจำ DRAM ถูกออกแบบให้บรรจุอยู่ในแพ็คเกจแบบ DIP เป็นแรมที่อยู่ในรูปแบบของ IC ( Integrated Circuit ) หรือชิปแรม ( Memory Chip ) ซึ่งเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า มีขาเรียงกันเหมือนตะขาบทั้ง 2 ข้าง การใช้งานหรือติดตั้งแรมชนิดนี้ทำได้โดยการติดลงบนซ็อกเก็ตของ DIP Socket ซึ่งอยู่บนเมนบอร์ด และในการติดตั้งชิปหน่วยความจำแบบนี้จะต้องระมัดระวังด้วย เพราะขา ( Pin ) ของชิปบอบบาง งอง่าย หักง่าย
SIPP ( Single In-line Pin Package )
ช่วยลดความยุ่งยากของการติดตั้ง RAM แบบ DIP ลงได้มากเพราะจะมีการติดตั้งชิปหน่วยความจำเรียงกันเป็นแถวลงบน PCB ( Printed Circuit Board ) เสียก่อน ทำให้มีลักษณะเป็นแผง และรูปแบบ SIPP นี้จะมีขาเพียงแถวเดียวเรียงไปตามแนวยาวของแผ่น PCB ใช้ติดตั้งลงบนซ็อกเก็ตยาว ๆ บนเมนบอร์ด ซึ่งจะติดตั้งได้ง่ายกว่า DIP มาก และเป็นแบบที่ใช้มาจนถึงปัจจุบัน
SIMM ( Single In-line Memory Module )
เริ่มต้นมีช่องทางเดินข้อมูล ( Datapath ) ขนาด 8 บิต เป็นการ์ดขนาดเล็กที่มีความจุ 1, 2หรือ 4 MB มีขา 30 Pin เป็นแบบ Edge Connector ( เป็นลายวงจรเรียงกันเป็นซี่ตามขอบ PCB ในแนวยาว ) ในการติดตั้ง SIMM จะไม่มีการใช้เสียบลงไปตรง ๆ เหมือนการ์ดทั่วไป แต่จะเสียบลงแบบเอียง ๆ แล้วดัน SIMM ไปด้านข้างเพื่อให้กลไกบนซ็อกเก็ตทำการล็อค SIMM เอาไว้ การใช้ Edge Connector ใน SIMM ก็เพื่อตัดปัญหาเรื่องหน้าสัมผัสของ Pin กับซ็อกเก็ต สำหรับ SIMM ที่ถูกผลิตออกมาจะแบ่งได้เป็นชนิดต่าง ๆ ตามความกว้างของข้อมูลของ SIMM แต่ละโมดูล คือชนิด 8 บิต, 16 บิต, 32 บิต การจัดวางลำดับของ Edge Connector จะมีมาตราฐานกลางที่ใช้กันอยู่ด้วยโมดูลที่มี Datapath กว้าง 8 บิต ดังนั้นเวลานำไปใช้กับซีพียูที่มี Datapath เท่ากับ 16 บิต ( ซีพียูรุ่น 286 และ 386 SX ) ก็จำเป็นต้องใส่แรมทีละ 2 แถว เพื่อให้สามารถส่งข้อมูลให้กับซีพียูได้เท่ากับ 16 บิตซึ่งบนเมนบอร์ดมักจะมีซ็อกเก็ตมาให้ 4 แถว แต่จะมีการจับคู่เอาไว้ โดยแต่ละคู่จะเรียกว่า " Bank " ซึ่งจะมีการระบุเป็นตัวหนังสือไว้ชัดเจน ดังนั้นเวลาติดตั้งแรมชนิดนี้ก็ต้องเลือก Bank ให้ถูกต้องด้วย จะใส่ Bank ละแถวไม่ได้ เมื่อซีพียูถูกพัฒนาให้มี Datapath 32 บิต ( รุ่น 386 DX และ 486 ) ก็เท่ากับว่าจะต้องใส่ SIMM แรมขนาด 8 บิต จำนวน 4 แถว ( ถือเป็น 1 Bank) จึงจะครบ 32 บิต ดังนั้นเมนบอร์ดที่ผลิตขึ้นมาใช้กับเครื่อง 486 ในรุ่นแรก จะมีรูปแบบของการติดตั้งแบบ 4 แถว ได้แก่ 4 x 1 MB, 4 x 2 MB หรือ 4 x 4 MB ในแต่ละ Bank สังเกตว่าจะมีเพียง 1 Bank เท่านั้น ( 4 แถว ) ต่อมาได้มีการพัฒนา SIMM ซึ่งมีความกว้าง Datapath 32 บิต เพื่อใช้ในเครื่อง 486 และ Pentium ยุคเริ่มต้น
หมายถึงแรมชนิด DDR SDRAM ซึ่งเป็นแรมรูปแบบใหม่ที่พัฒนาต่อจาก SDRAM ถูกกำหนดให้เป็นมาตรฐานกลางโดย ( Joint Electron Device Engineer Council ) ลักษณะโดยทั่วไปจะคล้าย SIMM แต่จะมี 168 Pin ( ข้างละ 84 pin ) ขนาด 64 บิต ความเร็ว 8-12 ns ( Nano Second )
RIMM ( RAMBUS In-line Memory Module )
เป็นแรมรูปแบบใหม่ที่พัฒนาขึ้นมาเพื่อใช้กับ Pentium 4 เท่านั้น โดยโมดูลแบบ RIMM จะมีลักษณะเหมือน DIMM แต่ขาสัญญาณมากกว่า โดยจะมี 184 ขา ซึ่งในการติดตั้งแรมชนิดนี้ จะมีสิ่งที่แตกต่างไปจาก SDRAM และ DDR SDRAM เนื่องจากในการติดตั้งจะต้องมีการใส่ C-RIMM ( Continuity RIMM ) ในช่องที่เหลือด้วย มิฉะนั้นจะทำงานไม่ได้ ซึ่ง C-RIMM ก็คือแผ่น PCB เปล่า ๆ ที่นำมาใส่เพื่อให้เครื่องทำงานได้
ชนิดและความแตกต่างของ RAM
Dynamic Random Access Memory (DRAM)
DRAM จะทำการเก็บข้อมูลในตัวเก็บประจุ (Capaciter) ซึ่งจำเป็นต้องมีการ refresh เพื่อเก็บข้อมูลให้คงอยู่โดยการ refresh นี้ทำให้เกิดการหน่วงเวลาขึ้นในการเข้าถึงข้อมูล และก็เนื่องจากที่มันต้อง refresh ตัวเองอยู่ตลอดเวลาจึงเป็นเหตุให้ชื่อว่า Dynamic RAM
Staic Random Access Memory (SRAM)
ต่างจาก DRAM ตรง DRAM ต้อง refresh ข้อมูลอยู่ตลอดเวลา แต่ในขณะที่ SRAM จะเก็บข้อมูลไว้ และจะไม่ทำการ refresh โดยอัตโนมัติ ซึ่งมันจะทำการ refresh ก็ต่อเมื่อสั่งให้มัน refresh เท่านั้น ซึ่งข้อดีของมันก็คือความเร็ว ซึ่งเร็วกว่า DRAM ปกติมาก แต่ราคาสูง
Fast Page Mode DRAM (FPM DRAM)
FPM เหมือนกับ DRAM เพียงแต่ว่า มันลดช่วงการหน่วงเวลาขณะเข้าถึงข้อมูลลง ทำให้ มันมีความเร็วในการเข้าถึงข้อมูล สูงกว่า DRAM ปกติ ซึ่งโดยที่สัญญาณนาฬิกาในการเข้าถึงข้อมูล จะเป็น 6-3-3-3 (Latency เริ่มต้นที่ 3 clock พร้อมด้วย 3 clock สำหรับการเข้าถึง page) และสำหรับ ระบบแบบ 32 bit จะมีอัตราการส่งถ่ายข้อมูลสูงสุด 100 MB ต่อวินาที ส่วนระบบแบ 64 bit จะมีอัตรา การส่งถ่ายข้อมูลที่ 200 MB ต่อวินาที เช่นกัน ปัจจุบันนี้ RAM ชนิดนี้เกือบไม่พบในตลาดแล้ว แต่ยังมีให้เห็นบ้าง และราคาค่อนข้างแพงเมื่อเที่ยบกับ RAM รุ่นใหม่ ๆ เนื่องจากที่ว่าปริมาณในท้องตลาดมีน้อยมาก ทั้ง ๆ ที่ยังมีคนต้องการใช้แรมชนิดนี้อยู่
Extended-Data Output (EDO) DRAM
คือ Hyper-Page Mode DRAM ซึ่งพัฒนาขึ้นอีกระดับหนึ่ง โดยจะอ้างอิงตำแหน่งที่อ่านข้อมูลจากครั้งก่อนไว้ด้วย ปกติแล้วการดึงข้อมูลจาก RAM ณ ตำแหน่งใด ๆ มักจะดึงข้อมูล ณ ตำแหน่งที่อยู่ใกล้ ๆ จากการดึงก่อนหน้านี้ เพราะฉะนั้น ถ้ามีการอ้างอิง ณ ตำแหน่งเก่าไว้ก่อน ก็จะทำให้เสียเวลาในการเข้าถึงตำแหน่งน้อยลง และยังลดช่วงเวลาของ CAS latency ลงด้วย และด้วยความสามารถนี้ทำให้การเข้าถึงข้อมูลดีขึ้นกว่าเดิมกว่า 40% เลยทีเดียว และมีความสามารถโดยรวมสูงกว่า FPM กว่า 15% EDO จะทำงานได้ดีที่ 66 MHz ด้วย timming 5-2-2-2 และก็ยังทำงานได้ดี แม้จะใช้งานที่ 83 MHz ด้วย Timming นี้และหากว่า chip EDO นี้ มีความเร็วที่สูงมากพอ (มากกว่า 50ns) มันจะสามารถใช้งานได้ ณ 100 MHz ที่ Timming 6-3-3-3 อัตราการส่งถ่ายข้อมูลสูงสุด ของ DRAM ชนิดนี้อยู่ที่ 264 MB ต่อวินาที EDO RAM ในปัจจุบันนี้ไม่เป็นที่นิยมใช้แล้ว
Burst EDO (BEDO) DRAM
BEDO ได้เพิ่มความสามารถขึ้นมาจาก EDO เดิม คือ Burst Mode โดยหลังจากได้ address ที่ต้องการ address แรกแล้วมันก็จะทำการ generate อีก 3 address ขึ้นทันที ภายใน 1 สัญญาณนาฬิกา ดังนั้น จึงตัดช่วงเวลาในการรับ adress ต่อไป เพราะฉะนั้น Timming ของมันจึงเป็น 5-1-1-1 ณ 66 MHz BEDO ไม่เป็นที่แพร่หลาย และได้รับความนิยมเพียงระยะเวลาสั้น ๆ เนื่องจากว่าทาง Intel ตัดสินใจใช้ SDRAM แทน EDO และไม่ได้ใช้ BEDO เป็นส่วนประกอบในการพัฒนา chipset ของตน ทำให้บริษัทผู้ผลิต ต่าง ๆ หันมาพัฒนา SDRAM แทน
Synchronous DRAM (SDRAM) SDRAM
ต่างจาก DRAM เดิมตรงที่มันจะทำงานสอดคล้องกับสัญญาณนาฬิกา สำหรับ DRAM เดิมจะทราบตำแหน่งที่อ่านก็ต่อเมื่อเกิดทั้ง RAS และ CAS ขึ้น แล้วจึงทำการไปอ่านข้อมูลโดยมีช่วงเวลาในการเข้าถึงข้อมูลตามที่เรามักจะได้เห็นบนตัว chip ของตัว RAM เช่น -50, -60, -80 โดย -50 หมายถึง ช่วงเวลาเข้าถึง ใช้เวลา 50 นาโนวินาทีเป็นต้น แต่ SDRAM จะใช้สัญญาณนาฬิกาเป็นตัวกำหนดการทำงานโดยจะใช้ความถี่ของสัญญาณเป็นตัวระบุ SDRAM จะทำงานตามสัญญาณนาฬิกาขาขึ้นเพื่อรอรับตำแหน่งข้อมูล ที่ต้องการให้มันอ่าน แล้วจากนั้นมันก็จะไปค้นหาให้และให้ผลลัพธ์ออกมาหลังจากได้รับตำแหน่งแล้ว เท่ากับค่าของ CAS เช่น CAS 2 ก็คือ หลังจากรับตำแหน่งที่อ่านแล้วมันจะให้ผลลัพธ์ออกมา ภายใน 2 ลูกของสัญญาณนาฬิกา SDRAM จะมี Timming เป็น 5-1-1-1 ซึ่งเร็วพอ ๆ กันกับ BEDO RAM เลยที่เดียว แต่ว่ามันสามารถทำงานได้ ณ 100 MHz หรือมากกว่า และมีอัตราการส่งถ่ายข้อมูลสูงสุดที่ 528 MB ต่อวินาที
DDR SDRAM (หรือ SDRAM II)
DDR RAM นี้แยกออกมาจาก SDRAM โดยจุดที่ต่างกันหลัก ๆ ของทั้งสองชนิดนี้คือ DDR SDRAM นี้สามารถที่จะใช้งานได้ทั้งขาขึ้น และขาลง ของสัญญาณนาฬิกาเพื่อส่งถ่ายข้อมูล นั่นก็ทำให้อัตราส่งถ่าย เพิ่มขึ้นได้ถึงเท่าตัว ซึ่งมีอัตราการส่งถ่ายข้อมูลสูงสุดถึง 1 G ต่อวินาที
Rambus DRAM (RDRAM)
RAMBUS เป็นเครื่องหมายการค้าของบริษัท RAMBUS Inc. ซึ่งตั้งมาตั้งแต่ยุค 80 แล้ว โดยปัจจุบันได้เอาหลักการของ RAMBUS มาพัฒนาใหม่ โดยการลด pin รวม static buffer และทำการปรับแต่งทาง interface ใหม่ DRAM ชนิดนี้ จะสามารถทำงานได้ทั้งขอบขาขึ้น และลงของสัญญาณนาฬิกา และเพียงช่องสัญญาณเดียว ของหน่วยความจำแบบ RAMBUS นี้ มี Performance มากกว่าเป็น 3 เท่า จาก SDRAM 100 MHz แล้ว และเพียงแค่ช่องสัญญาณเดียวนี้ก็มีอัตราการส่งถ่ายข้อมูลสูงถึง 1.6 G ต่อวินาที ถึงแม้ว่าเวลาในการเข้าถึงข้อมูลแบบ สุ่มของ RAM ชนิดนี้จะช้า แต่การเข้าถึงข้อมูลแบบต่อเนื่องจะเร็วมาก ๆ ซึ่ง RDRAM นี้มีการพัฒนา Interface และมี PCB (Printed Circuit Board) ที่ดี และรวมถึง Controller ของ Interface ให้ สามารถใช้งานได้ถึง 2 ช่องสัญญาณแล้วมันจะมีอัตราการส่งถ่ายข้อมูลเพิ่มเป็น 3.2 G ต่อวินาที และหากว่าสามารถใช้ได้ถึง 4 ช่องสัญญาณก็จะสามารถเพิ่มไปถึง 6.4 G ต่อวินาที
Synchronous Graphic RAM (SGRAM)
SGRAM นี้ก็แยกออกมาจาก SDRAM เช่นกันโดยถูกปรับแต่งมาสำหรับงานด้าน Graphics เป็นพิเศษแต่โดยโครงสร้างของ Hardware แล้ว แทบไม่มีอะไรต่างจาก SDRAM เลยจากบาง Graphic Card ที่เป็นรุ่นเดียวกัน แต่ใช้ SDRAM ก็มี SGRAM ก็มี เช่น Matrox G200 แต่จุดที่ต่างกัน ก็คือ ฟังก์ชัน ที่ใช้โดย Page Register ซึ่ง SG สามารถทำการเขียนข้อมูลได้หลาย ๆ ตำแหน่ง ในสัญญาณนาฬิกาเดียว ในจุดนี้ทำให้ความเร็วในการแสดงผล และ Clear Screen ทำได้เร็วมาก และยังสามารถเขียนแค่บาง bit ใน word ได้ (คือไม่ต้องเขียนข้อมูลใหม่ทั้งหมดเขียนเพียงข้อมูลที่เปลี่ยนแปลงเท่านั้น) โดยใช้ bitmask ในการเลือก bit ที่จะเขียนใหม่สำหรับงานโดยปกติแล้ว SGRAM เกือบจะไม่ให้ผลที่ต่างจาก SDRAM เลย มันเหมาะกับงานด้าน Graphics มากกว่า เพราะความสามารถที่แสดงผลเร็วและ Clear Screen ได้เร็วมันจึงเหมาะกับใช้บน Graphics Card มากกว่า ที่จะใช้บน System
Video RAM (VRAM)
VRAM ทำงานเกี่ยวกับ Video เพราะถูกออกแบบมาใช้บน Dispaly Card โดย VRAM นี้ก็มีพื้นฐานมาจาก DRAM เช่นกัน แต่ที่ทำให้มันต่างกันก็ด้วยกลไกการทำงานบางอย่างที่เพิ่มเข้ามา โดยที่ VRAM นั้น จะมี serial port พิเศษเพิ่มขึ้นมาอีก 1 หรือ 2 port ทำให้เรามองว่ามันเป็น RAM แบบ พอร์ทคู่ (Dual-Port) หรือ ไตรพอร์ท (Triple-Port) Parallel Port ซึ่งเป็น Standard Interface ของมัน จะถูกใช้ในการติดต่อกับ Host Processor เพื่อสั่งการให้ ทำการ refresh ภาพขึ้นมาใหม่ และ Serial Port ที่เพิ่มขึ้นมา จะใช้ในการส่งข้อมูลภาพออกสู่ Display
Windowns RAM (WRAM)
WRAM ถูกพัฒนาโดย Matrox เพราะเป็นผู้เดียวที่ใช้ RAM ชนิดนี้ บน Graphics Card ของตน (card ตระกูล Millenium และ Millenium II แต่ไม่รวม Millenium G200 ซึ่งเป็น ซึ่งใช้ SGRAM ) แต่ในปัจจุบันมีของ Number 9 ที่ใช้ WRAM เช่นกัน ในรุ่น Number 9 Revolution IV ที่ใช้ WRAM 8M บน Crad WRAM นี้โดยรวมแล้วก็เหมือน ๆ กับ VRAM จะต่างกันก็ตรงที่ มันรองรับ Bandwith ที่สูงกว่า อีกทั้งยังใช้ระบบ Double-Buffer อีกด้วย จึงทำให้มันเร็วกว่า VRAM อีกมากทีเดียว
SLDRAM
SLDRAM เป็นแรมที่แม้ว่าจะอยู่ในระหว่างการพัฒนาแต่ก็มีแนวโน้มที่จะเป็น RAM
สำหรับอนาคต เพราะได้รับการออกแบบและพัฒนารวมกันโดยกลุ่มบริษัทผู้ผลิต RAM ( ยกเว้นอินเทลกับ Rambus ที่ยังคงยืนหยัดมั่นคงกับ RDRAM ) เพื่อให้เป็น RAM รุ่นต่อจาก DDR โดยจะทำงานที่ความเร็วสูงได้ถึง 200 MHz และเมื่อทำงานแบบ DDR ก็จะได้ความเร็วในการส่งข้อมูลถึง 400 MHz เลยทีเดียว บัสของ SLDRAM เริ่มต้นที่ขนาด 2 ไบต์ ซึ่งก็จะได้อัตราการส่งข้อมูลเริ่มต้นที่ 800 MB/s ทั้งนี้โดยไม่ต้องเปลี่ยนแปลงโครงสร้างและกระบวนการผลิตชิปและโมดูลแรมจาก SDR หรือ DDR มากมาย SLDRAM