หลักการทำงานของคอมพ์พิวเตอร์(The working principle of the computer)

                               หลักการทำงานของคอมพิวเตอร์ 
           (The working principle of the computer)


        คอมพิวเตอร์ หมายถึง  เครื่องคำนวณ  อิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถทำงานคำนวณผลและเปรียบเทียบค่าตามชุดคำสั่งด้วยความเร็วสูงอย่างต่อเนื่องและอัตโนมัติ  พจนานุกรมฉบับราชบัณฑิตยสถาน พ.ศ.2525 ได้ให้คำจำกัดความของคอมพิวเตอร์ไว้ค่อนข้างกะทัดรัดว่า  เครื่องอิเล็กทรอนิกส์แบบอัตโนมัติ ทำหน้าที่เสมือนสมองกล  ใช้สำหรับแก้ปัญหาต่างๆ ทั้งที่ง่ายและซับซ้อน โดยวิธีทางคณิตศาสตร์

หลักการทำงานของคอมพิวเตอร์แบ่งเป็น 3 ขั้นตอน 

– รับข้อมูล เป็นส่วนรับคำสั่งจากผู้ใช้เข้าไปในเครื่อง โดยผ่านอุปกรณ์ เช่น คีย์บอร์ด เมาส์ เป็นต้น

– ประมวลผล จะนำคำสั่งที่รับมาจากส่วนรับข้อมูลไปปฏิบัติ โดยหน่วยประมวลผลมีชื่อ เรียกว่า ซีพียู

– แสดงผล เป็นส่วนที่แสดงผลที่ได้จากการประมวลผลให้ผู้ใช้ อุปกรณ์ ที่ทำหน้าที่นี้ ได้แก่ จอภาพ ลำโพง เป็นต้น

       เครื่องคอมพิวเตอร์อาจหมายถึง  เครื่องมือที่ช่วยในการคำนวณและการประมวลผลข้อมูล  จากคุณสมบัตินี้ของเครื่องคอมพิวเตอร์ซึ่งไม่ใช่เครื่องคิดเลข  เครื่องคอมพิวเตอร์จึงประกอบด้วยคุณสมบัติ 3 ประการคือ
1. ความเร็ว  (Speed)  เครื่องคอมพิวเตอร์สามารถทำงานได้ด้วยความเร็วสูงมาก  ซึ่งหน่วยความเร็วของการทำงานของคอมพิวเตอร์วัดเป็น
– มิลลิเซกัน (Millisecond)      ซึ่งเปรียบเทียบความเร็วเท่ากับ 1/1000 วินาที  หรือ ของวินาที
– ไมโครเซกัน (Microsecond) ซึ่งเทียบความเร็วเท่ากับ 1/1,000,000 วินาที    หรือของวินาที

– นาโนเซกัน (Nanosecond)    ซึ่งเปรียบเทียบความเร็วเท่ากับ 1/1,000,000,000 วินาที  หรือของวินาที
ความเร็วที่ต่างกันนี้ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของอุปกรณ์คอมพิวเตอร์แต่ละยุค  ซึ่งได้มีการพัฒนาให้เครื่องคอมพิวเตอร์มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น  การใช้เครื่องคอมพิวเตอร์ประมวลข้อมูล ได้เร็วในเวลาไม่เกิน 1 วินาที  จะทำให้คอมพิวเตอร์มีบทบาทในการนำมาเป็นเครื่องมือใช้งานอย่างดียิ่ง
2. หน่วยความจำ (Memory)  เครื่องคอมพิวเตอร์ประกอบไปด้วยความจำ  ซึ่งสามารถใช้บันทึกและเก็บ
ข้อมูลได้คราวละมากๆ และสามารถเก็บคำสั่ง (Instructions) ต่อๆกันได้ที่เราเรียกว่าโปรแกรม แลนำมาประมวลในคราวเดียวกัน ซึ่งเป็นปัจจัยทำให้คอมพิวเตอร์สามารถทำงานเก็บข้อมูลได้ครั้งละมากๆ เช่น    การสำรวจสำมะโนประชากร  หรือรายงานผลการเลือกตั้งซึ่งทำให้มีการประมวลได้รวดเร็วและถูกต้อง   จากการที่หน่วยความจำสามารถบันทึกโปรแกรมและข้อมูลไว้ในเครื่องได้  ทำให้เครื่องคอมพิวเตอร์มีคุณสมบัติพิเศษ  คือสามารถทำงานได้อย่างอัตโนมัติ   ในกรณีที่มีงานที่ต้องทำซ้ำๆหรือบ่อยครั้งถ้าใช้คอมพิวเตอร์มาช่วยในการทำงานเหล่านั้นก็จะทำให้เกิดประสิทธิภาพสูงซึ่งจะได้ทั้งความรวดเร็ว  ถูกต้องแม่นยำและประหยัดเนื่องจากการเขียนคำสั่งเพียงครั้งเดียวสามารถทำงานซ้ำๆได้คราวละจำนวนมากๆ

3. ความสามารถในการเปรียบเทียบ (Logical)  ในเครื่องคอมพิวเตอร์ประกอบไปด้วยหน่วยคำนวณและตรรกะซึ่งนอกจากจะสามารถในการคำนวณแล้วยังสามารถใช้ในการเปรียบเทียบซึ่งความสามารถนี้เองที่ทำให้เครื่องคอมพิวเตอร์ต่างกับเครื่องคิดเลข และคุณสมบัตินี้ทีทำให้นักคอมพิวเตอร์สร้างโปรแกรมอัตโนมัติขึ้นใช้อย่างกว้างขวาง เช่นการจัดเรียงข้อมูลจำเป็นต้องใช้วิธีการเปรียบเทียบ การทำงานซ้ำๆตามเงื่อนไขที่กำหนด หรือการใช้คอมพิวเตอร์ในกิจการต่างๆซึ่งเกิดขึ้นมากมายในปัจจุบัน และการใช้แรงงานจากคอมพิวเตอร์แทนแรงงานจากมนุษย์ทำให้รวดเร็วถูกต้อง สะดวกและแม่นยำ เป็นการผ่อนแรงมนุษย์ได้เป็นอย่างมาก

การทำงานคอมพิวเตอร์ประกอบด้วยหน่วยสำคัญ 5 หน่วย

18มิ.ย.

ส่วนประกอบสำคัญที่คอมพิวเตอร์ทุกประเภทมี ได้แก่

1. หน่วยประมวลผลกลาง (Central Processing Unit: CPU)

ทำหน้าที่ประมวลผลและควบคุมการทำงานของระบบคอมพิวเตอร์ทั้งหมด โดยมีหน้าที่ในการเคลื่อนย้ายข้อมูลระหว่างหน่วยความจำด้วย ซึ่งหน่วยประมวลผลกลางหรือซีพียูนี้จะประกอบด้วย

1.1 หน่วยคำนวณและตรรกะ (Arithmetic and Logic Unit: ALU)
ทำหน้าที่ในการคำนวณ เช่น บวก ลบ คูณ หาร และหน้าที่ในการเปรียบเทียบทางตรรกะโดยหน่วยควบคุมจะควบคุมความเร็วในการคำนวณ

1.2 หน่วยควบคุม (Control Unit)
ทำหน้าที่ในการควบคุมกลไกการทำงานของระบบทั้งหมด โดยจะทำงานประสานงานกับหน่วยคำนวณ และหน่วยความจำ และตรรกะซีพียูหลักที่ใช้ในคอมพิวเตอร์ในปัจจุบัน คือ ไมโครชิป หรือที่เรียกว่า ไมโครโพรเซสเซอร์ (Microprocessor) 

2. หน่วยความจำหลัก (Main Memory)

ทำหน้าที่เก็บข้อมูลที่รอทำการประมวลผล และเก็บผลลัพธ์ที่ได้จากการประมวล ในระหว่างที่รอส่งไปยังหน่วยแสดงผลลัพธ์ประเภทข้องหน่วยความจำสามารถแบ่งได้ดังนี้

2.1 ตามลักษณะของเก็บข้อมูล จะแบ่งได้เป็น

หน่วยความจำแบบลบเลือนได้ ( Volatile Memory) คือในกรณีที่ไฟฟ้าดับหรือกำลังไฟฟ้าไม่เพียงพอข้อมูลที่เก็บไว้ก็จะหายหมด

หน่วยความจำแบบไม่ลบเลือน ( Nonvolatile Memory) หน่วยความจำแบบนี้จะเก็บข้อมูลได้โดยไม่ขึ้นอยู่กับไฟฟ้าที่เลี้ยงวงจร

2.2 ตามสภาพการใช้งาน จะแบ่งได้เป็น

หน่วยความจำอ่านอย่างเดียว ( ROM) หรือรอม เป็นหน่วยความจำชนิดไม่ลบเลือน คือซีพียูสามรถอ่านได้อย่างเดียว ไม่สามารถเขียนข้อมูลลงไปได้

หน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่ม ( RAM) หรือแรม เป็นหน่วยความจำแบบลบเลือนได้ คือสามารถเขียนหรืออ่านข้อมูลได้ การเขียนหรืออ่านจะเลือกที่ตำแหน่งใดก็ได้

3. หน่วยความจำรอง (Virtual Memory) 

มีเพื่อเพิ่มความสามารถในการจดจำของคอมพิวเตอร์ให้มากขึ้น ตัวอย่างของหน่วย ความจำรองได้แก่

แผ่นบันทึก หรือแผ่นดิสก์ ( Diskette) 

มีลักษณะเป็นแผ่นกลมแบน ถูกเคลือบไว้ด้วยสารเหล็กออกไซด์ เพื่อให้เกิดสนามแม่เหล็กได้ การอ่านข้อมูลของแผ่นดิสก์เวลาที่อ่านหัวอ่านจะแตะที่พื้นผิวของแผ่น ทำให้มีการเสื่อมคุณภาพได้เมื่อใช้ไปนานๆ แผ่นบันทึกในปัจจุบันมีขนาด 5.25 นิ้วและ 3.5 นิ้ว

ฮาร์ดดิสก์ ( Hard disk)

การเก็บข้อมูลจะเก็บลงแผ่นโลหะอะลูมิเนียมที่เคลือบด้วยสารเหล็กออกไซด์ ฮาร์ดดิสก์สามารถบันจุข้อมูลได้มากกว่าและมีความเร็วกว่าฟลอปปี้ดิสก์ การบันทึกข้อมูลในฮาร์ดดิสก์จะแบ่งเป็นวงรอบเรียกว่า แทร็ก ( Track) ซึ่งจะเก็บข้อมูลเป็นวงรอบหลาย ๆ วง การที่เราฟอร์แมต (Format) ฮาร์ดดิสก์เวลาที่เราซื้อมาใหม่ ๆ นั้นก็เพื่อสร้างแทร็กนั่นเอง และในแต่ละแทร็กจะแบ่งออกเป็นส่วน ๆ เรียกว่า เซ็กเตอร์ (Sector) โดย 1 เซ็กเตอร์จะมีความจุเท่ากับ 512 ไบต์ การอ่านข้อมูลของฮาร์ดดิสก์เวลาที่อ่านหัวอ่านจะไม่แตะที่พื้นผิวของแผ่นแต่จะลอยสูงจากผิวประมาณ 4 ไมครอน ซึ่งถือว่าใกล้มากจนเกือบสัมผัส

ซีดีรอม ( Compact Disk Read only Memory: CDROM) 

เป็นสื่อเก็บข้อมูลที่มีความเร็วในการใช้งานสูง และสามารถเก็บข้อมูลได้เป็นจำนวนมาก ซีดีรอมเป็นเทคโนโลยีจานแสง คือ การอ่านหรือบันทึกข้อมูลนั้นหัวอ่านไม่ต้องสัมผัสกับจานแต่จะใช้ลำแสงส่องและสะท้อนกลับ ซีดีรอมนี้สามารถเก็บข้อมูลที่เป็นข้อความ รูปภาพ เสียงและภาพวีดีโอ

เวิร์ม ( Write Once Read Many: WORM)

เป็นสื่อชนิดที่มีการบันทึกแล้วไม่มีการบันทึกใหม่ แต่จะมีการเรียกใช้หรืออ่านได้หลายครั้ง การที่จะเขียนข้อมูลลงแผ่นต้องใช้เทคโนโลยีเลเซอร์ ตัวแผ่นเป็นโลหะและใช้กับเครื่องคอมพิวเตอร์ระดับเมนเฟรม

4 อุปกรณ์รับเข้า (Input Device)

ทำหน้าที่รับโปรแกรมและข้อมูล เข้าสู่เครื่องคอมพิวเตอร์อุปกรณ์รับเข้าที่เป็นที่
รู้จักและนิยมใช้ได้แก่

แป้นพิมพ์ ( Keyboard)  เป็นอุปกรณ์พื้นฐานที่ทุกเครื่องจะต้องมีการรับข้อมูลคือ ผู้ใช้กดแป้นพิมพ์แล้วจึงแปลงรหัสเข้าสู่การประมวลผลต่อไป

เมาส์ (Mouse)  เป็นอุปกรณ์ที่ช่วยอำนวยความสะดวกในการใช้งานเพิ่มมากขึ้น เมาส์จะมีรูปร่างพอเหมาะกับมือ และมีลูกกลิ้งอยู่ข้างล่าง โดยระบบคอมพิวเตอร์จะทำงานสัมพันธ์กับการเคลื่อนที่ของลูกกลิ้ง และรับคำสั่งจากการกดปุ่มเมาส์

สแกนเนอร์ (Scanner)  จะทำงานโดยการอ่านรูปภาพ แล้วแปรเปลี่ยนให้เป็นข้อมูลที่คอมพิวเตอร์สามารถที่จะเข้าใจได้

5 อุปกรณ์ส่งออก (Output Device)

ทำหน้าที่แสดงผลลัพธ์จากการประมวลผลข้อมูล อุปกรณ์ส่งออกที่นิยมใช้ในปัจจุบัน ได้แก่

จอภาพ (Monitor)  เป็นอุปกรณ์ส่งออกที่ผู้ใช้คุ้นเคยมากที่สุด ใช้แสดงผลในรูปของข้อความและรูปภาพ เริ่มแรกนั้นมีการนำเอาโทรทัศน์มาเป็นจอภาพสำหรับการแสดงผล แต่ผลที่ได้ไม่เป็นที่น่าพอใจนัก จึงมีการผลิตจอขั้นมาจอภาพนั้นมีหลายลักษณะซึ่งลักษณะที่ผู้ใช้ส่วนใหญ่คุ้นเคยและพบเห็นบ่อย ๆ ได้แก่

จอภาพแบบซีอาร์ที ( Cathode ray tube: CRT) 

จะมีลักษณะจอโค้งนูน ลักษณะการแสดงผลนั้นเริ่มแรกแสดงผลได้เฉพาะเป็นตัวอักษรเท่านั้น แต่จะมีความละเอียดสูงเรียกว่า จอภาพแบบสีเดียว (Monochrome Display Adapter: MDA) ต่อมามีการพัฒนาจอสี (Color Graphic Adapter: CGA) ซึ่งสามารถแสดงภาพสีและภาพกราฟิกได้ แต่จะแสดงตัวอักษรและตัวเลขได้ไม่ดีเท่าจอแบบสีเดียว จอรุ่นต่อมาที่สามารถแสดงภาพกราฟิกได้ละเอียด และมีจำนวนสีมากขึ้นเรียกว่า จอสีภาพละเอียด (Enhance Graphic Adapter: EGA) 

ส่วนจอสีภาพละเอียดพิเศษ (Video Graphic Array: VGA) เป็นจอภาพที่มีความละเอียดสูงมาก ปัจจุบันจอภาพที่ใช้สำหรับงานคอมพิวเตอร์ในด้านการออกแบบจะใช้จอภาพ เอ็กซ์วีจีเอ (extra Video Graphic Array : XVGA)

จอภาพแบบแอลซีดี ( Liquid Crystal Display: LCD )

เดิมเป็นจอภาพที่ใช้กับเครื่องคิดเลขและนาฬิกา แต่ปัจจุบันจะพบได้ในเครื่อง PC แบบพกพา เช่น โน้ตบุ้คหรือแล็ปท็อป จอภาพแบบนี้จะมีลักษณะแบนเรียบและบาง และได้พัฒนาให้การแสดงผลมีความละเอียดและได้ภาพที่ชัดเจน

เครื่องพิมพ์ (Printers)  ถือเป็นอุปกรณ์แสดงผลที่สำคัญรองลงมาจากจอภาพ เพราะจะแสดงผลลัพธ์ลงบนกระดาษทำให้สะดวกต่อการใช้งาน (อุปกรณ์ที่สามารถเก็บผลที่แสดงออกมาได้ เราเรียกว่า Hard copy ส่วนจอภาพจะเป็น Soft copy) ลักษณะของเครื่องพิมพ์ที่ใช้กันในปัจจุบันได้แก่

เครื่องพิมพ์แบบจุด (Dot-Matrix Printers)
คุณภาพของงานพิมพ์ของเครื่องพิมพ์ ชนิดนี้จะขึ้นอยู่กับจำนวนจุดของเครื่อง เพราะผลที่ได้จากการพิมพ์จะมีลักษณะเป็นจุด เครื่องพิมพ์ชนิดนี้จะมีราคาถูกเหมาะสำหรับงานพิมพ์ที่ไม่ต้องการความละเอียดมากนัก เครื่องพิมพ์แบบจุดนี้จัดเป็นเครื่องพิมพ์แบบกระทบ
( impact printer ) คือ เวลาพิมพ์หัวพิมพ์จะกระทบกับผ้าหมึก

เครื่องพิมพ์แบบฉีดหมึก (Inkjet Printer)

หลักการทำงานคือการฉีดหมึกลงบนกระดาษเป็นจุดเล็ก ๆ เพื่อให้ได้รูปแบบงานพิมพ์ที่ต้องการ งานพิมพ์ที่ได้จะมีความละเอียดกว่าเครื่องพิมพ์แบบจุดมาก เครื่องพิมพ์แบบฉีดหมึกนี้จัดเป็นเครื่องพิมพ์แบบไม่กระทบ ( Non – impact printer) เพราะเครื่องพิมพ์แบบนี้ทำงานโดยไม่ต้องใช้แถบผ้าหมึก

เครื่องพิมพ์แบบเลเซอร์ (Laser Printer)
หลักการทำงานของเครื่องพิมพ์แบบนี้ จะใช้หลักการเดียวกันกับเครื่องถ่ายเอกสาร คือใช้แสงเลเซอร์ในการพิมพ์เรียกว่า LED (Light-Emit-ting Diode) และ LCS (Liquid Crystal Shutter) ซึ่งจะพิมพ์งานออกทีละหน้า เราเรียกงานพิมพ์แบบนี้ว่า ppm (Page per minute ) ทั้งงานพิมพ์ที่ได้ก็มีคุณภาพสูงและคมชัดมาก เวลาพิมพ์ก็ไม่ส่งเสียงดังรบกวน เครื่องพิมพ์แบบนี้จัดเป็นเครื่องพิมพ์แบบไม่กระทบ (Non – impact printer ) เช่นกัน

พล็อตเตอร์ (Plotter) 

เป็นอุปกรณ์แสดงผลที่มักจะใช้ในงานเขียนแบบ หรืองานด้านกราฟิก เช่นพิมพ์เขียว การพิมพ์แผนผังขนาดใหญ่ แผนที่ หัวพิมพ์จะทำงานเป็นเหมือนปลายปากกา ลักษณะงานพิมพ์จะเป็นงานที่ซับซ้อนและใช้กระดาษแผ่นใหญ่ ๆ ในการพิมพ์