องค์ประกอบและหลักการทำงานของคอมพิวเตอร์

ความหมายของคอมพิวเตอร์

คอมพิวเตอร์มาจากภาษาละตินว่า Computare ซึ่งหมายถึง การนับ หรือ การคำนวณ ดังนั้นถ้ากล่าวอย่างกว้าง ๆ เครื่องคำนวณที่มีส่วนประกอบเป็นเครื่องกลไกหรือเครื่องไฟฟ้า ต่างก็จัดเป็นคอมพิวเตอร์ได้ทั้งสิ้น ลูกคิดที่เคยใช้กันในร้านค้า ไม้บรรทัด คำนวณ (slide rule) ซึ่งถือเป็นเครื่องมือประจำตัววิศวกรในยุคยี่สิบปีก่อน หรือเครื่องคิดเลข ล้วนเป็นคอมพิวเตอร์ได้ทั้งหมด

องค์ประกอบของคอมพิวเตอร์

คอมพิวเตอร์ จะทำงานได้ต้องประกอบไปด้วยส่วนสำคัญ 5 ส่วนด้วยกันคือ

1. หน่วยรับเข้า (Input Unit)
2. หน่วยประมวลผลกลาง (Central Processing Unit)
3. หน่วยความจำหลัก (Main Memory Unit)
4. หน่วยความจำรอง (Secondary Memory Unit)
5. หน่วยแสดงผล (Output Unit)

1.หน่วยรับเข้า (Input Unit) ทำหน้าที่รับข้อมูลคำสั่งจากผู้ใช้ เข้าสู่ระบบคอมพิวเตอร์ เพื่อนำไปประมวลผล ข้อมูลที่รับเข้าสู่ระบบคอมพิวเตอร์มีหลากหลาย เช่น ตัวอักษร, ตัวเลข, รูปภาพ, เสียง เป็นต้น โดยผ่านอุปกรณ์สำหรับนำเข้าข้อมูลรูปแบบต่างๆ เมาส์, คีย์บอร์ด, เครื่องอ่านพิกัด, เครื่องอ่านรหัสแท่ง, เครื่องสแกน, กล้องดิจิทัล, ไมโครโฟน

2.  หน่วยประมวลผลกลาง (Central Processing Unit) เป็นการคิด คำนวณ หรือเปลี่ยนแปลงข้อมูลดิบให้เป็นสารสนเทศ อาจทำได้ด้วยการเรียงลำดับ การคำนวณ การจัดรูปแบบ และการเปรียบเทียบตัวอย่างการประมวลผล เช่น การคำนวณรายได้ของผู้ปกครอง การนับจำนวนวันหยุดราชการบนปฏิทิน ฯลฯ แบ่งออกเป็น 2 หน่วยย่อย คือ

• หน่วยควบคุม ทําหน้าที่ในการดูแล ควบคุมลําดับขั้นตอนของการประมวลผล และการทํางาน

ของอุปกรณ์ต่างๆ ภายในหน่วยประมวลผลกลาง  และช่วยประสานงานระหว่างหน่วยประมวลผลกลาง กับ

อุปกรณ์นําเข้าข้อมูล อุปกรณ์ในการแสดงผล และหน่วยความจําสํารอง

• หน่วยคํานวณและตรรก ทําหน้าที่ในการคํานวณและเปรียบเทียบข้อมูลต่างๆ ที่ส่งมาจาก

หน่วยควบคุม และหน่วยความจํา

1. หน่วยความจำหลัก (Main Memory Unit) เป็นหน่วยเก็บข้อมูลก่อนนำไปประมวลผล เก็บคำสั่งโปรแกรมขณะใช้งาน และเก็บผลลัพธ์ที่ได้จากการประมวลผลก่อนนำไปแสดงผล หน่วยความจำหลักแบ่งออกเป็น 2 ประเภท

• หน่วยความจำหลักแบบอ่านได้อย่างเดียว (Read Only Memory : ROM)

เป็นหน่วยความจำที่บริษัทผู้ผลิตคอมพิวเตอร์ได้บรรจุชิปหน่วยความจำแบบติดตั้งถาวร หรือไบออส (Basic Input Output System : BIOS) ไว้บนแผงวงจรหลักเรียบร้อยแล้ว โดยข้อมูลที่บรรจุลงไปในหน่วยความจำจะยังคงอยู่แม้จะปิดเครื่องไปแล้ว แต่ไม่สามารถบรรจุข้อมูลเพิ่มเติมลงไปได

–  PROM (Programmable ROM)  ข้อมูลที่ต้องการโปรแกรมจะถูกโปรแกรมโดยผู้ใช้เอง โดยป้อนพัลส์แรงดันสูง (HIGH VOLTAGE PULSED) ทำให้ METAL STRIPS หรือ POLYCRYSTALINE SILICON ที่อยู่ในตัว IC ขาดออกจากกัน ทำให้เกิดเป็นลอจิก “1” หรือ “0” ตามตำแหน่ง ที่กำหนดในหน่วยความจำนั้นๆ เมื่อ PROM ถูกโปรแกรมแล้ว ข้อมูลภายใน จะไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้อีก หน่วยความจำชนิดนี้ จะใช้ในงานที่ใช้ความเร็วสูง ซึ่งความเร็วสูงกว่า หน่วยความจำ ที่โปรแกรมได้ชนิดอื่นๆ

–  EPROM (Erasable Programmable ROM)   ข้อมูลจะถูกโปรแกรม โดยผู้ใช้โดยการให้สัญญาณ ที่มีแรงดันสูง (HIGH VOLTAGE SIGNAL) ผ่านเข้าไปในตัว EPROM ซึ่งเป็นวิธีเดียวกับที่ใช้ใน PROM แต่ข้อมูลที่อยู่ใน EPROM เปลี่ยนแปลงได้ โดยการลบข้อมูลเดิมที่อยู่ใน EPROM ออกก่อน แล้วค่อยโปรแกรมเข้าไปใหม่ การลบข้อมูลนี้ทำได้ด้วย การฉายแสง อุลตร้าไวโอเลตเข้าไปในตัว IC โดยผ่าน ทางกระจกใส ที่อยู่บนตัว IC เมื่อฉายแสง ครู่หนึ่ง (ประมาณ 5-10 นาที) ข้อมูลที่อยู่ภายใน ก็จะถูกลบทิ้ง ซึ่งช่วงเวลา ที่ฉายแสงนี้ สามารถดูได้จากข้อมูล ที่กำหนด (DATA SHEET) มากับตัว EPROM และ มีความเหมาะสม ที่จะใช้ เมื่องานของระบบ มีโอกาส ที่จะปรับปรุงแก้ไขข้อมูลใหม่

–  EEPROM (ELECTRICAL ERASABLE EPROM)   การลบขึ้นอยู่กับพื้นฐานการใช้เทคโนโลยีที่แตกต่างกัน ดังนั้น EAROM (ELECTRICAL ALTERABLE ROM) จะอยู่บนพื้นฐานของเทคโนโลยีแบบ NMOS ข้อมูลจะถูกโปรแกรมโดยผู้ใช้เหมือนใน EPROM แต่สิ่งที่แตกต่างก็คือ ข้อมูลของ EAROM สามารถลบได้โดยทางไฟฟ้าไม่ใช่โดยการฉายแสงแบบ EPROM

• หน่วยความจำหลักแบบแก้ไขได้ (Random Access Memory : RAM)

เป็นหน่วยความจำที่ใช้สำหรับเก็บข้อมูลและคำสั่ง มีหน้าที่จดจำคำสั่งที่เป็นโปรแกรมและข้อมูลที่จะทำการประมวลผล หากเกิดไฟฟ้าดับหรือไม่มีกระแสไฟฟ้าข้อมูลที่อยู่ภายในจะหายไปทั้งหมด

–  Dynamic RAM (DRAM)   ทำจากวงจรที่ใช้การเก็บข้อมูลด้วยสถานะ “มีประจุ” กับ “ไม่มีประจุ”      ซึ่งวิธีนี้จะใช้พลังงานไฟฟ้าน้อยกว่า SRAM มาก แต่โดยธรรมชาติแล้ว  ประจุไฟฟ้าจะมีการรั่วไหลออกไปได้เรื่อยๆ   ดังนั้นเพื่อให้ DRAM  สามารถเก็บข้อมูลไว้ได้ตลอดเวลาตราบใดที่ยังมีกระแสไฟเลี้ยงวงจรอยู่  จึงต้องมีวงจรอีกส่วน หนึ่งคอยทำหน้าที่ “เติมประจุ” ไฟฟ้าให้เป็นระยะๆ   ซึ่งเรียกกระบวนการเติมประจุไฟฟ้านี้ว่าการ รีเฟรช (Refresh) หน่วยความจำ ประเภท DRAM นี้  นิยมนำไปใช้ทำเป็นหน่วยความจำหลักของระบบในรูปแบบของชิปอที (Integrated Circuit) บนแผงโมดูลของ หน่วยความจำ RAM หลากหลายชนิด เช่น SDRAM, DDR, DDR2, DDR3 และ RDRAM เป็นต้น โดยสามารถออกแบบให้มีขนาดความ จุสูงๆได้ กินไฟน้อย และไม่เกิดความร้อนสูง

–  Static RAM (SRAM)    ทำจากวงจรที่ใช้เก็บข้อมูลด้วยสถานะ “มีไฟ” กับ “ไม่มีไฟ”  ซึ่งสามารถเก็บข้อมูลไว้ได้ตลอดเวลาตราบเท่าที่ยังมีกระแสไฟฟ้าเลี้ยงวงจรอยู่    นิยมไปใช้ทำเป็นหน่วยความจำแคช (Cache) ภายในตัว CPU  เพราะมีความเร็วในการทำงานสูงกว่า DRAM มาก  แต่ไม่สามารถทำให้มีขนาด ความจุสูงๆได้   เนื่องจากราคาแพงและกินกระแสไฟมากจนมักทำให้เกิดความร้อนสูง อีกทั้งวงจรก็ยังมีขนาดใหญ่ด้วย

• หน่วยความจำแคช (Cache Memory)

เป็นหน่วยความจำแรมแบบเอสแรมที่เพิ่มความเร็วในการอ่านและเขียนข้อมูลของหน่วยความจำประเภทดีแรม โดยทำงานอยู่ตรงกลางระหว่างซีพียูและดีแรมหน่วยความจำแคชทำหน้าที่เก็บข้อมูลและคำสั่งที่มีการใช้งานบ่อย เมื่อมีการเรียกใช้คำสั่งดังกล่าวซีพียูจึงไม่จำเป็นต้องเข้าถึงข้อมูลในแรม แต่สามารถเรียกข้อมูลจากหน่วยความจำแคชซึ่งเข้าถึงข้อมูลได้โดยตรงทำให้ลดเวลาในการอ่านและเขียนข้อมูลได้

• หน่วยความจำวิดีโอแรมหรือวีแรม (Video RAM : VRAM)

เป็นหน่วยความจำแรมที่มีพื้นฐานมาจากดีแรม ใช้สำหรับเก็บภาพและแสดงผลบนจอภาพโดยติดตั้งมากับการ์ดแสดงผลหรือการ์ดจอที่มีราคาแพงคุณภาพดี และมีความเร็วในการทำงานสูง

 

4.  หน่วยความจำรอง (Secondary Memory Unit) หรือ หน่วยเก็บข้อมูลรอง เป็นหน่วยความจำที่สามารถรักษาข้อมูลได้ตลอดไป หลังจากปิดเครื่องคอมพิวเตอร์แล้ว หน่วยความจำรองมีหน้าที่หลักดังนี้

1. ใช้ในการเก็บข้อมูลหรือสำรองข้อมูลเพื่อใช้ครั้งต่อไป
2. ใช้ในการเก็บข้อมูลโปรแกรมไว้อย่างถาวร
3. ใช้เป็นสื่อในการส่งผ่านข้อมูลระหว่างเครื่องคอมพิวเตอร์เครื่องหนึ่งไปยังอีกเครื่องหนี่ง

หน่วยความจำสำรองจะช่วยแก้ปัญหาการสูญหายของข้อมูลอันเนื่องมาจากไฟฟ้าดับเพราะข้อมูลต่าง ๆ ที่ส่งเข้ามาประมวลผล เมื่อประมวลผลเรียบร้อยแล้ว ผลลัพธ์ที่ได้จากการประมวลผลจะถูกนำไปเก็บไว้ในหน่วยความจำหลักประเภทแรม หากปิดเครื่องมือหรือมีปัญหาทางไฟฟ้าอาจจะทำให้ข้อมูลเหล่านั้นสูญหาย จึงจำเป็นต้องมีหน่วยความจำสำรองไว้ เพื่อนำข้อมูลจากหน่วยความจำแรมมาเก็บไว้เรียกใช้งานในครั้งต่อ ๆ ไป หน่วยความจำประเภทนี้โดยส่วนใหญ่จะพบเห็นในรูปของสื่อทีใช้ในการบันทึกข้อมูลภายนอก เช่น ฮาร์ดดิสก์ แผ่นบันทึก ซิปดิสก์ ซีดี รอม ดีวีดี เทปแม่เหล็ก

หน่วยความจำแบบเฟลช หน่วยความจำสำรองนี้ถึงจะไม่มีอยู่ในเครื่องคอมพิวเตอร์ แต่เครื่องคอมพิวเตอร์ยังสามารถทำงานได้ตามปกติและหน่วยความจำสำรองที่ทำให้คอมพิวเตอร์แต่ละเครื่องมีคุณลักษณะพิเศษในด้านความจุข้อมูลและความเร็วแตกต่างกัน คือ ฮาร์ดดิสก์ (Hard Disk)

ฮาร์ดดิสก์ และ จานบันทึกแบบแข็งเป็นอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ที่บรรจุข้อมูลแบบไม่ลบเลือนมีลักษณะเป็นจานโลหะที่เคลือบด้วยสารแม่เหล็กหลายแผ่นเรียงซ้อนกัน  หัวอ่านของเครื่องขับจะมีเพียงหัวเดียวในขณะที่จานโลหะแต่ละแผ่นหมุน หัวอ่านจะเคลื่อนที่เข้า-ออก เพื่ออ่านข้อมูลที่เก็บบนพื้นผิวแผ่น การเก็บข้อมูลในแต่ละแผ่นจะเป็นวง  แต่ละวงของทุกแผ่นเรียบกว่า ไซลินเดอร์ (Cylinder) แต่ละไซลินเดอร์จะแบ่งเป็นเซกเตอร์ แต่ละเซกเตอร์จะเก็บข้อมูลเป็นชุด ๆ   ขณะเขียน หรือ อ่านข้อมูลจานโลหะจะหมูนอย่างรวดเร็ว  โดยการหมุนของจานโลหะแต่ละรอบนี้ เรียกว่า ความเร็วรอบ ซึ่งมีหน่วยวัดเป็นรอบต่อนาที (Revolutions Per Minute : rpm)  ยิ่งความเร็วรอบถี่ขึ้นเท่าไร นั่นหมายความว่า อัตราการถ่ายโอนข้อมูลหรือการเข้าถึงข้อมูลไปมาระหว่างฮาร์ดดิสก์ก็มีโอกาสที่จะทำได้เร็วยิ่งขึ้นเท่านั้น อย่างไรก็ตาม  อัตราเร็วของการถ่ายโอนข้อมูลที่เร็วกว่ารอบต่อนาทีจะอยู่ในหน่วยมิลลิวินาที (Milli Second : ms) : ซึ่งหากมีความเร็วสูง ตัวเลขที่ระบุความเร็วรอบจะยิ่งน้อยลง เช่น ฮาร์ดดิสก์ความเร็วรอบ 8 มิลลิวินาที  จะเร็วกว่าฮาร์ดดิสก์ความเร็วรอบ 12 มิลลิวินาทีเป็นต้น    การติดตั้งฮาร์ดดิสก์เข้าตัวคอมพิวเตอร์สามารถทำให้ได้โยใช้ตัวต่อประสาน (Interface) ต่อเข้ากับแผงวงจรหลัก (Motherboardโดยตัวต่อประสานภายใน ได้แก่ แบบขนาน (PATA) แบบอนุกรม(SATA) แบบไอดีอี (IDE) และแบบเล็กหรือสกัสซี (SCSI) ทั้งยังสามารถต่อเข้าเครื่องจากภายนอกได้ผ่านสายยูเอสบี (USB) หรือสายไฟร์ไวร์ (Fire Wire) รวมไปถึงตัวต่อประสานอนุกรมแบบต่อนอก(eSATA) ซึ่งทำให้การใช้ฮาร์ดดิสก์ทำได้สะดวกยิ่งขึ้น

ความจุของฮาร์ดดิสก์โดยทั่วไปในปัจจุบันมีตั้งแต่ 500 กิกะไบต์ถึง 6 เทระไบต์ ยิ่งมีความจุมากก็จะยิ่งเก็บข้อมูลได้มากขึ้น และส่งผลให้คอมพิวเตอร์มีประสิทธิภาพในการทำงานมากขึ้น นอกจากนี้ ยังมีการพัฒนาเอสเอสดี (Solid State Drive: SSD) เทคโนโลยีที่นำเอาหน่วยความจำแบบแฟลช (Flash Memory) ซึ่งมีคุณสมบัติในการจัดเก็บข้อมูลไว้ได้โดยไม่สูญหาย แม้ในขณะที่ไม่มีไฟหล่อเลี้ยงมาประยุกต์ทำเป็นอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลไว้ได้โดยไม่สูญหายแม้ในขณะที่ไม่มีไฟหล่อเลี้ยง มาประยุกต์ทำเป็นอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลในลักษณะฮาร์ดดิสก์บรรจุในคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลและคอมพิวเตอร์ขนาดสมุดบันทึก (โน้ตบุ๊ก) ซึ่งในปัจจุบันถูกนำมาใช้แทนฮาร์ดดิสก์มากขึ้น

5. หน่วยส่งออก (Output Unit) เป็นหน่วยที่ทำหน้าที่แสดงผลลัพธ์ออกมาให้ผู้ใช้สามารถเห็นและรับรู้ข้อมูลได้ตามต้องการ ข้อมูลที่รับเข้ามา เมื่อผ่านการประมวลผลจากหน่วยประมวลผลกลางแล้วจะถูกส่งไปยังหน่วยความจำหลัก หลังจากนั้นจะส่งมาแสดงผลยังหน่วยส่งออก ซึ่งอุปกรณ์ส่งออกที่สามารถแสดงผลลัพธ์ได้มีหลายประเภท เช่น จอภาพ เครื่องพิมพ์ ลำโพง หูฟัง จอสัมผัส

 

หลักการทำงานของคอมพิวเตอร์

1.  การแทนที่ข้อมูลในคอมพิวเตอร์     คอมพิวเตอร์มีการทำงาน 3 ขั้นตอน ได้แก่ การนำเข้าข้อมูลการประมวลผล และการแสดงผลข้อมูล ซึ่งกระบวนการดังกล่าวเป็นกระบวนการนำเสนอสารสนเทศให้มนุษย์เข้าใจ แต่ความจริงแล้วทุกสิ่งทุกอย่างที่นำเสนอ ไม่ว่าจะเป็นตัวเลข ตัวอักษร ข้อความ การเว้นวรรค ภาพ เสียง ภาพเคลื่อนไหว หรือคำสั่งต่าง ๆ นั้น เครื่องคอมพิวเตอร์จะใช้ เก็บ ประมวลผลในรูปแบบตัวเลขเท่านั้น และการแสดงผลต่าง ๆ ที่เป็นภาพ  ข้อความ หรือเสียง เป็นเพียงหนึ่งในวิธีการนำเสนอ โดยใช้กลุ่มข้อมูลตัวเลขมาแปลหรือแสดงผลให้มนุษย์เข้าใจ

 

• การแทนที่ข้อมุลด้วยตัวเลข(Representint Data as Numbe       เลขฐานสิบ (Decimal) เป็นตัวเลขที่มนุษย์ปัจจุบันใช้ในชีวิตประจำวัน ซึ่งตัวเลขประกอบด้วยเลข 0, 1, 2, 3, … จนถึงเลข 9 แต่การใช้ตัวเลขดังกล่าวไม่สามารถใช้แทนค่าในคอมพิวเตอร์ได้เนื่องจากคอมพิวเตอร์เป็นอุปกรณ์ดิจิทัลจึงใช้เลขเพียง 2 ค่า ได้แก่ เลข 0 และ เลข 1 เท่านั้น ซึ่งระบบเลขนี้ เรียกว่า เลขฐานสอง (Binary Digit หรือ bit)

– บิต (bit)     จะเป็นส่วนที่เล็กที่สุดและคอมพิวเตอร์รู้จัก หากเปรียบเทียบบิตกับสวิตซ์ไฟฟ้า 1 อัน ก็จะมีได้เพียง 2 สถานะ ได้แก่ การปิดและการเปิดเท่านั้น ซึ่งก็คือ การแทนค่า 0 หรือ 1เรียกว่า 1 บิต หากเราต้องการค่าที่มากขึ้นก็จะใช้หลายบิตมาเรียงต่อกัน เช่น 1001 กรณีนี้เราเรียกกันว่า 4 บิต ซึ่งเครื่องคอมพิวเตอร์จะนำกลุ่มของบิตเหล่านี้มาแสดงใรูปแบบของข้อมูลที่มีความหมาย

–ไบต์ (byte) กลุ่มบิตที่เรียงต่อกันจำนวน 8 บิต เรียกว่า ไบต์ (byte) ซึ่งกลุ่มบิตที่เรียงกันจำนวน 8 บิต สามารถสร้างค่าที่แตกต่างกันได้ถึง 256 ค่า โดยแต่ละบิตจะมีเพียง 2 สถานเท่านั้น ดังนั้นค่า 00000000 เท่ากับค่า 0 ในระบบเลขฐานสิบ และค่า 11111111 เท่ากับ 256 ในระบบเลขฐานสิบ

ระบบจำนวน (Number System) เป็นระบบเลขฐานสองซึ่งคอมพิวเตอร์เข้าใจ แต่เป็นระบบที่มนุษย์ไม่คุ้นเคย จึงเกิดความยุ่งยากในการใช้งาน อีกทั้งเลขฐานสองมีจำนวนที่จำกัดเพียง 2 ค่า 14ในระบบเลขฐานสิบ จะกำหนดเป็นเลขฐานสอง คือ 1110 ด้วยเหตุนี้ผู้เขียนโปรแกรมจึงนิยมเปลี่ยน เลขฐานสองเป็นเลขฐานสิบหกแทน (Hexadecimal : hex) ซึ่งเลขฐานสิบหกนี้มีค่าที่ใช้ 16 ค่า โดยมีเลข 0 จนถึง เลข 9 ซึ่งเป็นเลขที่ค้นเคยและใช้ตัวอักษร A ถึง F  เพิ่มเติม ทำให้เลขฐานสิบหกสามารถสื่อสารกับผู้เขียนโปรแกรมได้ง่ายกว่าเลขฐานสอง  อย่างน้อย 10 ค่าแรกของเลขฐานสิบหกก็ใช้ตัวเลขฐานสิบเช่น 010010110 ในเลขฐานสองจะแทนค่าด้วยเลขฐานสิบหก คือ 4B

• การแทนที่ข้อมูลด้วยรหัสอักขระ (Representing Characters : Character Code) รหัสอักขระ (Character Code) เป็นรหัสที่ใช้กำหนดว่าตัวอักขระ (ตัวอักษร ตัวเลข และสัญลักษณ์) แต่ละตัวจะแทนด้วยบิตที่เรียงกัน โดยจะแปลงอักขระที่ใช้กันอยู่ให้เป็นตัวเลขทางคอมพิวเตอร์ (เลขฐานสอง) ซึ่งได้มีการกำหนดมาตรฐานสำหรับรหัสอักขระไว้ดังนี้

– รหัสเอบซีดิก    เป็นรหัสที่พัฒนาโดยบริษัทไอบีเอ็มเพื่อใช้กับระบบปฏิบัติการขนาดใหญ่ เช่น OS-390 สำหรับเครื่องแม่ข่าย S/390 ของไอบีเอ็ม ถูกนำมาใช้เครื่องคอมพิวเตอร์ของไอบีเอ็มที่ผลิตเองทั้งหมด ไม่ว่าจะเป็นเครื่องเมนเฟรม (mainframe) และเครื่องคอมพิวเตอร์ระดับกลาง (Minicomputer) แต่บริษัทผู้ผลิตคอมพิวเตอร์ส่วนใหญ่จะนิยมใช้รหัสแอสดีมากกว่า รหัสเอบซีดิกเป็นรหัส 8 บิต เหมือนกับรหัสแอสกีทุกประการ จึงแทนรหัสอักขระได้ 256 ตัว ปัจจุบันรหัสแอบซีดิกไม่เป็นที่นิยมและกำลังเลิกใช้

– รหัสแอสกี เป็นรหัสมาตรฐานที่กำหนดโดยสถาบันมาตรฐานแห่งชาติอเมริกา (American National Standard Institute : ANSI/) เป็นรหัสที่ใช้กันมากที่สุดบนเครื่องมินิคอมพิวเตอร์ ไมโคร-คอมพิวเตอร์ และเครื่องคอมพิวเตอร์ที่ใช้งานบนเครือข่ายอินเทอร์เนต โดยเริ่มต้นใช้ครั้งแรกใน ค.ศ. 1967 รหัสแอสกีแต่เดิมประกับด้วยรหัส 7 บิต เพื่อแทนอักขระทั้งหมด 128 ตัวโดยมี 33 ตัว ที่ไม่แสดงผล แต่ใช้ควบคุมการทำงานของคอมพิวเตอร์ เช่น การขึ้นย่อหน้าใหม่ การสิ้นสุดการประมวลผล

ใน ค.ศ. 1986 รหัสแอสกีได้ปรับปรุงใหม่เป็นรหัส 8 บิต โดยเพิ่มเข้ามา อีก 1 บิตเพื่อให้ใช้ในการตรวจสอบความถูกต้อง เรียกบิตสูดท้ายนี้ว่า พาริตีบิต ซึ่งสามรถใช้แทนอักขระที่เป็นสัญลักษณ์ได้256 ตัว ซึ่งเพียงพอสำหรับแทนอักษรเพิ่มเติมในภาษาของแต่ละท้องถิ่นที่ใช้ เช่น อักษรในภาษาไทย ภาษาสเปน โดยจะมีผังอักขระที่แตกต่างกันไปเพื่อรองรับอักขระในแต่ละภาษาเรียกว่า โค้ดเพจ(Codepage) อักขระทั้ง 128 ตัวแรกส่วนใหญ่จะยังคงเหมือนกันแทบทุกโค้ดเพจแต่บางอักขระเท่านั้นที่มีการเปลี่ยนแปลง โดยอักขระท้องถิ่นจะเริ่มใช้โค้ดตั้งแต่ 129 จนถึง 256

รหัสอักขระ (Character Code) แม้จะสามารถใช้ในการแทนข้อมูลตัวอักษรและตัวเลขจำนวนเต็มตั้งแต่ 0 ถึง 9 ในระบบตัวเลขฐานสิบที่มนุษย์ใช้ในปัจจุบันก็ตาม แต่ในความเป็นจริงมนุษย์ยังใช้ตัวเลขทีมีขนาดใหญ่มากหรือเล็กมาก ๆ การใช้ตัวเลขในทางวิทยาศาสตร์ การคำนวณทางสถิติทีมีจุดทศนิยมหลาย ๆ หลัก หรือการใช้ข้อมูลที่มีขนาดใหญ่ การใช้ตัวเลขที่เป็นเลขยกกำลัง เหล่านี้เป็นข้อจำกัดของรหัสอักขระที่ไม่สามารถใช้กับตัวเลขที่เป็นทศนิยมหรือเลขยกกำลังมาก ๆ ได้ ดังนั้น เพื่อให้คอมพิวเตอร์สามารถแทนข้อมูลทศนิยมหรือเลขทีมีจำนวนมากได้ ในคอมพิวเตอร์ รุ่นแรก ๆ จะใช้ Floating Unit (FPU) ที่มีวงจรการประมวลเฉพาะในส่วนที่เป็นทศนิยม เรียกว่า Pointing Unit ซึ่งจะอยู่ในส่วนที่เรียกว่า ตัวประมวลผลร่วมทางคณิตศาสตร์ (Math coprocessor) เป็นแผ่นวงจรพิเศษ (Chip) ที่พัฒนาขึ้นเพื่อประมวลผลเฉพาะทางคณิตศาสตร์ดังกล่าว แต่ปัจจุบันวงจรนี้จะรวมอยู่ในหน่วยประมวลผลกลาง (Microprocessor หรือ CPU) ดังนั้น คอมพิวเตอร์ในปัจจุบัน จึงคำนวณข้อมูลที่มีขนาดเล็กมาก ๆ เช่น เลขทศนิยมที่ละเอียดมาก หรือข้อมูลขนาดใหญ่มาก ๆ (เลขยกกำลังสูง ๆ ) ได้โดยไม่ต้องเพิ่มตัวประมวลผลร่วมทางคณิตศาสตร์อีกต่อไป

– รหัสยูนิโค้ด เป็นรหัสมาตรฐานที่มีการพัฒนาขึ้นใน พ.ศ. 2534 และพัฒนามาอย่างต่อเนื่องรหัสยูนิโค้ดช่วยให้คอมพิวเตอร์แสดงผล และจัดการข้อความตัวอักษรที่ใช้ระบบการเขียนของภาษาส่วนใหญ่ทั่วโลก โดยรหัสที่ใช้เป็นเลขฐานสองตั้งแต่ 1 ถึง 4 ไบต์ จึงจะสามารถรองรับอักขระได้ถึง 100,000 ตัว และรองรับภาษาต่าง ๆ เช่น ภาษาจีนเป็นสัญลักษณ์ที่มีตัวอักษรมากกว่า 30,000ตัวได้อย่างเพียงพอ

2.ซีพีและการประมวลผลข้อมูล

ซีพียูมีลักษณะเป็นซิปที่ติดตั้งอยู่บนแผงวงจรหลักภายในเครื่องคอมพิวเตอร์ ซึ่งภายในบรรจุวงจรอิเล็กทรอนิกส์ไว้มากมาย โดยวงจรจะประกอบด้วยทรานซิสเตอร์ขนาดเล็กจำนวนมาก บางครั้งจึงเรียกซิปว่า ไอซี ในอดีตซีพียูมีขนาดใหญ่ แต่ในปัจจุบันได้รับการพัฒนาให้มีขนาดเล็กลง โดยรวมวงจรต่าง ๆ ไว้ในซิปเพียงตัวเดียว เรียกว่า ไมโครโพรเซสเซอร์ ซึ่งภายในไมโครโพรเซสเซอร์ประกอบด้วย หน่วยควบคุมและหน่วยคำนวณและตรรกะ

การทำงานของคอมพิวเตอร์จะต้องทำตามโปรแกรมที่กำหนดไว้ใน หน่วยความจำเกิดจากการนำคำสั่งมาเรียงต่อกัน เมื่อคอมพิวเตอร์ทำงาน หน่วยควบคุมในซีพียู (Control Unit)จะทำการอ่านคำสั่งต่าง ๆ แล้วส่งเข้ามาประมวลผลในหน่วยคำนวณและตรรกะของซีพียู โดยวงรอบในการอ่านคำสั่งและประมวลผลของซีพียู ประกอบด้วยขั้นตอนการทำงานพื้นฐาน 4 ขั้นตอนดังนี้

• การรับเข้าข้อมูล (Fetch) หน่วยควบคุมรับรหัสคำสังและข้อมูลที่จะประมวลผลจากหน่วยความจำ
• การถอดรหัส (Decode) เมื่อรหัสเข้ามาอยู่ในซีพียู หน่วยควบคุมจะถอดรหัสคำสั่ง แล้วนำคำสั่งและข้อมูลไปยังหน่วยคำนวณและตรรกะ
• การทำงาน (Execute) หน่วยคำนวณและตรรกะจะทำการคำนวณโดยใช้ข้อมูลที่ได้รับมาถอดรหัสคำสั่งเมื่อรับทราบแล้ว ซีพียูจะทำตามคำสั่งนั้น
• การเก็บข้อมูล (Store) หลังจากทำตามคำสั่งแล้วจะเก็บผลลัพธ์ได้ไว้ในหน่วยความจำหลักหรือเรจิสเตอร์ ซึ่งเป็นส่วนประกอบของไมโครโพรเซสเซอร์ต่อไป

 

3.  แผงวงจรหลักหรือเมนบอร์ด (Motherboard / Mainboard)

เป็นอุปกรณ์ที่บรรจุอยู่ภายในกล่องเก็บอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ หรือเคส (Case) เปรียบเสมือนศูนย์กลางของเครื่องคอมพิวเตอร์ เพราะอุปกรณ์ของหน่วยรับเข้า หน่วยประมวลผลกลางหน่วยความจำหลัก หน่วยความจำสำรอง และหน่วยส่งออกต้องถูกนำมาเชื่อมต่อกับแผงวงจรหลักจึงจะทำงานได้

 

การทำงานของแผงวงจรหลักนอกจากจะเกี่ยวข้องกับอุปกรณ์ในหน่วยรับเข้า หน่วยประมวลผลกลาง หน่วยความจำหลัก หน่วยความจำรอง และหน่วยส่งออกแล้ว ยังต้องเกี่ยวข้องกับการรับ-ส่งข้อมูลนี้ต้องผ่านบัส (Bus)

บัส (Bus) หมายถึง ช่องทางการติดต่อสื่อสารขนถ่ายข้อมูลจากหน่วยประมวลผลกลางไปยังอุปกรณ์อื่น ๆ เช่น หน่วยความจำหลัก อุปกรณ์ต่อพ่วงต่าง ๆ บัสเปรียบเสมือนช่องทางจราจรที่ยิ่งมีมากก็ยิ่งระบายรถได้มากและหมดเร็ว ซึ่งในหน่วยประมวลผลกลางจะมีบัสต่าง ๆ ดังนี้

• บัสข้อมูล(Data Bus) เป็นบัสที่หน่วยประมวลผลกลางใช้เป็นเส้นทางผ่านและควบคุมการส่งถ่ายข้อมูลจากหน่วยประมวลผลกลางไปยังอุปกรณ์ภายนอก หรือรับข้อมูลจากอุปกรณ์ภายนอกเพื่อทำการประมวลผลที่หน่วยประมวลผลกลาง
• บัสรองรับข้อมูล (Address Bus) เป็นบัสที่หน่วยประมวลผลกลางเลืองว่าจะส่งข้อมูลหรือรับข้อมูลจากอุปกรณ์ไหนไปที่ใด และต้องส่งสัญญาณเลือกออกมาทางบัสรองรับข้อมูลนี้
• บัสควบคุม (Control Bus ) เป็นบัสที่รับสัญญาณการควบคุมจากหน่วยประมวลผลกลางเพื่อบังคับว่าจะรับข้อมูลเข้ามา หรือจะส่งข้อมูลออกไปจากหน่วยประมวลผลกลาง

 

ระบบบัสทางกายภาพ  คือ สายทองแดงที่วางอยู่บนแผงวงจรหลักของเครื่องคอมพิวเตอร์ที่เชื่อมไมโครคอมพิวเตอร์ บัสจะมีความกว้างของระบบจะนับขนาดข้อมูลที่วิ่งอยู่โดยจะมีหน่วยเป็นบิต (Bit) บนเครื่องไมโครคอมพิวเตอร์ บัสจะมีความกว้างหลายขนาด ขึ้นอยู่กับรุ่งของเครื่อคอมพิวเตอร์ เช่นบัสขนาด 8 บิต 16 บิต และ 32 บิต บัสยิ่งกว้างจะทำให้การส่งถ่ายข้อมูลทำได้ แผงวงจรหลักต้องการความเร็วในการติดต่อแตกต่างกัน ระบบบัสบนแผงวงจรหลักจึงถูกแบ่งออกเป็นหลายชุด ดังนี้

• ระบบบัสพีซีไอ (Perpheral Component Interconnet : PCI) ระบบบัสแบบนี้มี ซิปเซตเป็นตัวควบคุมโดยเฉพาะ ทำให้มีความเร็วในการติดต่อกับอุปกรณ์ต่าง ๆ  ได้สูงขึ้นคือ 33 เมกะเฮิรตซ์ เป็นบัสแบบ 32 บิต จึงมีความเร็วในการรับ-ส่ง ข้อมูล เท่ากับ 133 เมกะไบต์ต่อวินาที ซึ่งระบบบัสชนิดนี้จะใช้เชื่อมต่อกับสล็อตแบบพีซีไอ (สล็อตทีมีสึขาวบนแผงวงจรหลัก ตามปกติจะมี 5-6 สล็อต) ซึ่ง เป็นช่องใส่อุปกรณ์ความเร็วสูงรองลงมาจากการ์ดแสดงผล ได้แก่ การ์ดเสียง โมเด็มและการ์ดแลน

• ระบบบัสแบบเอจีพี (Accelerated Graphic Port : AGP)เป็นระบบบัสความเร็วสูง พัฒนา เพื่อนำมาใช้กับการ์ดแสดงผลรุ่นใหม่เพื่อรองรับงานสื่อประสม  (Multimedia) ซึ่งบัสชนิดนี้จะเชื่อมต่ออยู่กับสล็อตเอจีพี สำหรับการ์ดแสดงผลโดยเฉพาะตำแหน่งของสล็อตอยู่ใกล้กับหน่วยประมวลผลกลางที่สุด และแผงวงจรหลัก 1 แผง จะมีสล็อตแบบเอจีพีได้เพียง 1 สล็อตเท่านั้น

• ระบบบัสแบบซีพีไอเอกซ์เพรส (Peripheral Component Interconnect Express : PCI  Express)เนื่องจากความต้องการอุปกรณ์ฮาร์ดแวร์ที่มีความเร็วในการรับ-ส่งข้อมูลที่สูงขึ้นและระบบ บัสแบบซีพีไอและเอจีพีไม่สามารถสนองตอบต่อความต้องการนี้ได้อย่างเต็มที่ เนื่องจากพีซีไอมีความเร็วที่ต่ำไป ส่วนเอจีพีใช้ได้กับสล็อตการ์ดแสดงผลเพียงอย่างเดียวและมีได้ 1 สล็อตเท่านั้น จึงได้มีการพัฒนาระบบบัสแบบใหม่ คือ พีซีไอเอกซ์เพรส ขึ้นมา ซึ่งเป็นบัสที่มีความเร็วสูงและมีอัตรารับ-ส่งข้อมูลสูง