หลักการทำงานของคอมพิวเตอร์
การทำงานของคอมพิวเตอร์ประกอบด้วยองค์ประกอบหลัก 4 ส่วน ได้แก่ หน่วยรับข้อมูล หน่วยประมวลผลกลาง หน่วยความจำ และหน่วยแสดงผล แต่ละหน่วยจะมีการทำงานต่อเนื่องกัน เริ่มจากผู้ใช้จะต้องส่งข้อมูลเข้าสู่หน่วยรับข้อมูล ของคอมพิวเตอร์ จากนั้นคอมพิวเตอร์จะรับข้อมูลแล้วส่งเข้าสู่หน่วยรับข้อมูลของคอมพิวเตอร์ จากนั้นคอมพิวเตอร์จะรับข้อมูล แล้วส่งเข้าหน่วยประมวลผลกลางเพื่อประมวลผล โดยในขณะที่กำลังประมวลผลอยู่นั้น คอมพิวเตอร์จะนำข้อมูลบางส่วน ไปเก็บไว้ที่หน่วยความจำหลัก เพื่อช่วยในการประมวลผล ป้องกันความผิดพลาดในการประมวลผล และเตรียมข้อมูลเพื่อส่งไป ยังหน่วยแสดงผล แล้วจึงส่งไปที่หน่วยแสดงผล เพื่อให้ผู้รับรับรู้ข้อมูลใหม่ที่ได้จากการประมวลผลนั้น จากนั้นผู้ใช้จึงเก็บข้อมูลลงใน อุปกรณ์เก็บข้อมูลสำรองอีกครั้ง
หน่วยรับข้อมูล
หน่วยรับข้อมูล (Input Unit) เป็นหน่วยแรกของคอมพิวเตอร์ที่ใช้รับข้อมูลจากผู้ใช้ ซึ่งผู้ใช้ต้องสัมผัสโดยตรง เพื่อให้คอมพิวเตอร์ รับข้อมูลดังกล่าวไปทำงานตามคำสั่งของผู้ใช้ต่อไป โดยหน่วยรับข้อมูลจะทำหน้ารับข้อมูลทุกรูปแบบจากฮาร์ดแวร์ต่างๆ มาเปลี่ยน ให้เป็นรูปแบบสัญญาณหรือข้อมูลดิจิตอล แล้วจึงส่งต่อไปยังหน่วยประมวลผลกลาง
ปัจจุบันฮาร์ดแวร์สำหรับข้อมูลมีหลากหลายประเภท ขึ้นอยู่กับการเลือกใช้งานของผู้ใช้ เช่น แป้นพิมพ์หรือคีย์บอร์ด เมาส์ กล้องดิจิตอล สแกนเนอร์ เครื่องอ่านรหัสโอซีอาร์ ไมโครโฟนและวีดีโอแคม ในหน่วยการเรียนรู้นี้จะกล่าวถึงรายละเอียด ของอุปกรณ์รับข้อมูล 5 ชนิด คือ
1. แป้นพิมพ์หรือคีย์บอร์ด (Keyboard)
ทำหน้าที่รับข้อมูลในลักษณะการป้อนข้อมูลเข้าสู่คอมพิวเตอร์ มีลักษณะคล้ายแป้นพิมพ์ของเครื่องพิมพ์ดีด จัดเป็นฮาร์ดแวร์หลักสำหรับรับข้อมูลที่คอมพิวเตอร์ทุกเครื่องต้องมี โดยการสั่งงานหรือส่งข้อมูลคำสั่งผ่านแป้นต่างๆ บนแป้นพิมพ์
แป้นพิมพ์สำหรับใช้งานกับคอมพิวเตอร์ทั่วไปจะมีแป้น 101 และ 105แป้น ส่วนแป้นพิมพ์ที่มีขนาดเล็ก เช่น คอมพิวเตอร์พกพา หรือพีดีเอ (Personal Digital Assistants: PDA) จะใช้แป้นพิมพ์ที่มีจำนวนแป้นน้อยกว่า ปัจจุบันแป้นพิมพ์มีทั้งแบบเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ด้วยสายส่งสัญญาณและแป้นพิมพ์แบบไร้สาย (Wireless Keyboard)
2. เมาส์ (Mouse)
ทำหน้าที่รับคำสั่งจากผู้ใช้เพื่อสั่งงานคอมพิวเตอร์ด้วยการชี้และเลือกคำสั่งต่างๆ บนจอภาพหรือมอนิเตอร์ผ่านตัวชี้หรือเมาส์พอยต์เตอร์ (Mouse
Pointer) ด้วยการคลิก (Click) คลิกขวา (Right Click) และดับเบิลคลิก (Double Click) คำสั่งที่ต้องการ จึงจัดเป็นฮาร์ดแวร์สำคัญอีชิ้นหนึ่งในการรับข้อมูล เมาส์ที่นิยมใช้ในปัจจุบันแบ่งเป็น 3 ชนิด ได้แก่
- เมาส์แบบทางกล (Mechanical Mouse)
เกิดจากการหมุนลูกกลิ้งที่อยู่ใต้เมาส์ไปในทิศทางที่ผู้ใช้ต้องการ โดยจะมีกลไกปรับแกนหมุนในแกน X และแกน Y ส่งไปยังคอมพิวเตอร์ทำให้สามารถควบคุมความเร็วและความสัมพันธ์ต่อเนื่องของตัวชี้เมาส์ที่จอภาพได้ ปัจจุบันเมาส์แบบทางกล มีหลายรูปแบบ
ทั้งแบบที่มีลูกกลิ้งอยู่ด้านล่างซึ่งนิยมใช้กันโดยทั่วไปและแบบมีลูกกลิ้งอยู่ด้านบน (Track Ball) ซึ่งต้องหมุนลูกกลิ้งนี้ ในขณะใช้งานแทนการขยับเมาส์ไปมาเหมือนเมาส์ที่มีลูกกลิ้งอยู่ด้านล่าง
- เมาส์แบบใช้แสง (Optical Mouse) เกิดจากหลักการส่งแสงจากเมาส์ไปยังพื้นที่รองรับแล้วสะท้อนกลับไปยังตัวรับสัญญาณที่เมาส์เพื่อวัดการเคลื่อนตำแหน่ง เมาส์ชนิดนี้จะมีราคาสูงกว่าเมาส์แบบทางกลแต่ช่วยลดปัญหาเรื่องฝุ่นติดที่ลูกกลิ้งภายในเมาส์แบบทางกล
- เมาส์แบบไร้สาย (Wireless Mouse)
เกิดจากหลักการส่งแสงจากเมาส์ไปยังพื้นที่รองรับแล้วสะท้อนกลับไปยังตัวสัญญาณจากเมาส์ไปยังเครื่องรับสัญญาณที่คอมพิวเตอร์ จึงทำให้เมาส์แบบนี้ไม่มีสายต่อจากคอมพิวเตอร์เหมือนเมาส์แบบทางกลและเมาส์แบบใช้แสง
3. กล้องดิจิตอล (Digital Camera)
สามารถรับข้อมูลได้ทั้งรูปแบบภาพนิ่ง ภาพเคลื่อนไหวและเสียง โดยปกติจะมีการบันทึกข้อมูล ภายในกล้องดิจิตอลไว้ที่หน่วยบันทึก ข้อมูลของกล้อง (Memory Card) เมื่อผู้ใช้ต้องการรับข้อมูลจากกล้องก็เพียงเชื่อมต่อกล้องดิจิตอลโดยผ่านสายสัญญาณ
คอมพิวเตอร์ก็จะอ่านค่าในหน่วยบันทึกข้อมูลของกล้อง ซึ่งผู้ใช้สามารถนำข้อมูลที่ได้จากกล้องไปทำงานบนโปรแกรม ที่อยู่ในคอมพิวเตอร์ได้ทันที หรืออาจบันทึกข้อมูลลงในคอมพิวเตอร์ก่อนก็ได้
4. สแกนเนอร์ (Scanner)
คือ ฮาร์ดแวร์ที่ใช้สำหรับรับข้อมูลต่างๆ เช่น รูปถ่าน ภาพวาด ข้อความ สัญลักษณ์ ให้อยู่ในรูปแบบของไฟล์ภาพ
5. เครื่องอ่านรหัสโอซีอาร์ (Optical Character Reader)
มีหลักการทำงานด้วยการอ่านข้อมูลจากแสงในลักษณะพาดขวาง
แล้วเปลี่ยนรหัสให้เป็นสัญญาณหรือข้อมูลดิจิตอล ช่วยลดความผิดพลาดในการกรอกข้อมูลและช่วยให้ทำงานได้รวดเร็วยิ่งขึ้น โดยเครื่องอ่านรหัสโอซีอาร์ที่นิยมใช้ในปัจจุบันได้แก่ เครื่องอ่านรหัสแท่งหรือเครื่องอ่านบาร์โค้ด (Barcode Reader) ที่ใช้ในห้างสรรพสินค้า
หน่วยประมวลผลกลาง
หน่วยประมวลผลกลาง (Central Processing Unit) หรือซีพียู (CPU) คือ สมองหรือหัวใจของคอมพิวเตอร์ โดยประสิทธิภาพในการ ทำงานของคอมพิวเตอร์จะขึ้นอยู่กับหน่วยประมวลผลกลางเป็นหลัก
เนื่องจากซีพียูทำหน้าที่ในการประมวลผลข้อมูลต่างๆ ที่ส่งเข้ามา ยังคอมพิวเตอร์ นอกจากนี้ยังทำหน้าที่ควบคุมและดูแลการทำงานทั้งหมดภายในระบบคอมพิวเตอร์อีกด้วย ฮาร์ดแวร์ที่สำคัญของ หน่วยประมวลผลกลาง คือ ไมโครโพรเซสเซอร์ (Microprocessor) การทำงานของหน่วยประมวลผลกลาง แบ่งเป็น 2 หน่วย ได้แก่ หน่วยควบคุมและหน่วยคำนวณและตรรกะ
1. หน่วยควบคุม (Control Unit) ทำหน้าที่อ่านคำสั่งทีละคำสั่งแล้วตีความคำสั่งนั้นว่าเป็นคำสั่งใดและต้องใช้ข้อมูลที่ใด
เพื่อควบคุมและประสานงานการทำงานของฮาร์ดแวร์และหน่วยต่างๆ ภายในระบบคอมพิวเตอร์
2. หน่วยคำนวณและตรรกะ (Arithmetic/Logical Unit) ทำหน้าที่ประมวลผลคำสั่งด้วยวิธีการทางคณิตศาสตร์ แล้วนำมาเปรียบเทียบค่าของข้อมูล แล้วจึงเก็บผลลัพธ์ที่ได้ไว้ในหน่วยความจำต่อไป
หน่วยประมวลผลกลางจะทำงานเป็น 4 ขั้นตอน โดยขั้นตอนที่ 1-2 จะใช้หน่วยควบคุมในการดำเนินงาน ส่วนขั้นตอนที่ 3-4 จะใช้หน่วยคำนวณและตรรกะในการดำเนินงานดังนี้
ขั้นตอนที่ 1
หน่วยควบคุมเข้าถึงข้อมูลและคัดแยกคำสั่งจากหน่วยความจำ
ขั้นตอนที่ 2 คำสั่งถูกตีความ เพื่อให้คอมพิวเตอร์รู้ว่าจะต้องทำงานอะไร แล้วเลือกข้อมูลที่ต้องใช้ในการประมวลผล แล้วกำหนดตำแหน่งของคำสั่งถัดไป
ขั้นตอนที่ 3 ปฏิบัติตามคำสั่งที่ตีความได้ ทั้งการคำนวณทางคณิตศาสตร์และการเปรียบเทียบ
ขั้นตอนที่ 4 เก็บผลลัพธ์ที่ประมวลผลได้ไว้ในหน่วยความจำหลัก
หน่วยความจำ
หน่วยความจำ (Memory Unit) ทำหน้าที่เก็บข้อมูลและโปรแกรมที่ใช้ในคอมพิวเตอร์ สามารถแบ่งตามลักษณะของการเก็บข้อมูลในหน่วยความจำได้ 2 ประเภท ได้แก่ หน่วยความจำหลัและหน่วยความจำสำรอง
หน่วยความจำหลัก
หน่วยความจำหลัก (Main Memory Unit) หรือหน่วยความจำภายใน (Internal Memory) จะทำงานเชื่อมต่อกับหน่วยประมวลผลกลาง ข้อมูลที่เก็บในหน่วยความจำหลักจะต้องมีขนาดเล็กหรือความจุไม่ใหญ่มากนัก โดยมีหน้าที่สำคัญคือ
- เลือกใช้และเก็บชุดคำสั่งต่างๆ ที่ใช้ในการประมวลผลจากหน่วยความจำสำรอง
- เก็บข้อมูลที่รับมาจากหน่วยรับข้อมูลเพื่อส่งไปยังหน่วยประมวลผลกลาง
- เก็บผลลัพธ์ที่ได้ในขณะประมวลผลแต่ยังไม่ใช่ผลลัพธ์ที่ต้องการ
- เก็บผลลัพธ์ที่ได้จากการประมวลผลที่เป็นผลลัพธ์ที่ต้องการเพื่อเตรียมส่งไปยังหน่วยแสดงผล
หน่วยความจำหลักมีหลายชนิด ทั้งแบบติดตั้งอยู่ที่เมนบอร์ดโดยตรงและแบบที่เป็นแผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์แยกต่างหาก เพื่อสะดวกในการเปลี่ยนหรือเพิ่มความสามารถของคอมพิวเตอร์ในภายหลัง ซึ่งหน่วยความจำหลักแบบที่เป็นแผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์ นี้มักจะเป็นหน่วยความจำประเภทแรม หน่วยความจำหลักจะมีการทำงานผสานกับซีพียูตลอดเวลา โดยซีพียูจำทำหน้าที่ประมวลผล แล้วนำผลลัพธ์ที่ได้ไปเก็บไว้ที่หน่วยความจำหนัก จากนั้นซีพียูก็จะรับคำสั่งใหม่ แล้วนำข้อมูลหรือคำสั่งเดิมจากหน่วยความจำหลัก มาช่วยประมวลผล จนเกิดกระบวนการที่เรียกว่า วงรอบคำสั่ง (Execution Cycle) ขึ้น หน่วยความจำหลักแบ่งตามสภาพการใช้งานเป็น 3 ประเภทได้แก่