โครงสรางคอมพวเตอรและการท างานเบองตน

- บอกความหมาย และสวนประกอบทส าคญของคอมพวเตอรสวนบคคลได- อธบายลกษณะของคอมพวเตอรชนดตางๆ ได- เขาใจขนตอนการท างานตางๆ ของไมโครโปรเซสเซอร- ยกตวอยางและอธบายคณลกษณะของอปกรณอนพตเอาทพตได

ผลการเรยนรทคาดหวง

คอมพวเตอรคอ….?????

คอมพวเตอร (computer) เปนอปกรณทางไฟฟาชนดหนงทสามารถจ าขอมลตางๆ ได สามารถคดค านวณตวเลข ตอบสามารถสนองตอการกระท าของผใชได และมความสามารถในการเชอมตอกบอปกรณไฟฟาบางชนด เพอสงใหอปกรณไฟฟาเหลานนท างานตามค าสงได

คอมพวเตอร (ตามพจนานกรมฉบบราชบณฑตยสถาน พ.ศ. 2525)หมายถง เครองอเลกทรอนกสแบบอตโนมต ท าหนาทเหมอนสมองกล ใชส าหรบแกปญหาตางๆ ทงทงายและซบซอน โดยวธการคณตาาสตร

ความหมายของคอมพวเตอร

ลกษณะทส ำคญของคอมพวเตอร

เปนอปกรณอเลกทรอนกส (electronic device)

ท างานอยางอตโนมต (automatically)

มหนวยความจ าภายใน (internal memory)

มความเรวในการประมวลผลสง (high speed processing)

มความถกตองแมนย าในการประมวลผล (accuracy processing)

จดเกบขอมลไวภายนอกได (external storage)

ประยกตใชงานไดกวาง (wide application)

ความหมายของคอมพวเตอร

ขนตอนกำรท ำงำนของคอมพวเตอร

ประกอบไปดวย 3 ขนตอนใหญๆ คอ

รบขอมล (input)ประมวลผล (processing)

แสดงผล (output)

แตถำหำกมองถง สวนประกอบภายนอก ประกอบดวย

องคประกอบหลก 5 สวน คอ

หนวยรบเขา(input unit)

หนวยประมวลผลกลาง(central processing unit)

หรอซพย (CPU)

หนวยสงออก(output unit)

หนวยความจ าหลก (main memory) หนวยความจ ารอง (secondary)

หนวยความจ า (memory)

ขนำดของคอมพวเตอร

ประสทธภำพ

ลกษณะกำรใชงำน

ประเภทของคอมพวเตอร

จ ำแนกไดหลำยประเภท ขนอยกบ

สำมำรถแบงประเภทของคอมพวเตอรไดดงน

ซปเปอรคอมพวเตอร (Supercomputer)

เมนเฟรมคอมพวเตอร (Mainframecomputer)

มนคอมพวเตอร (Minicomputer)

ไมโครคอมพวเตอร (Microcomputer)

ประเภทของคอมพวเตอร

ประเภทของคอมพวเตอร

1. ซปเปอรคอมพวเตอร (Super Computer)จดเปนคอมพวเตอรทมประสทธภาพการท างานสงทสด

จะใชในงานทตองการประมวลผลกบขอมลจ านวนมากดวยความเรวสงๆ เชน งานดานพยากรณอากาา การค านวณตางๆ งานออกแบบในอตสาหกรรม งานวจยขปนาวธ งานโครงการอวกาาสหรฐ (NASA) งานสอสารดาวเทยม เปนตน

ประเภทของคอมพวเตอร

2. เมนเฟรมคอมพวเตอร (Mainframe Computer)เปนคอมพวเตอรขนาดใหญ ทตองการประมวลผลขอมล

จ านวนมากดวยความเรวสง มหนวยความจ าขนาดใหญ มกใชในองคกรทมผใชจ านวนมาก เชน ระบบธนาคารขนาดใหญ

ระบบธรกจขนาดใหญ ระบบการจองตวเครองบน เปนตน

ประเภทของคอมพวเตอร

3. มนคอมพวเตอร (Mini Computer)เปนเครองทสามารถใชงานพรอม ๆ กนไดหลายคน น ามาใชส าหรบ

ประมวลผลในงานสารสนเทาขององคการขนาดกลาง จนถงองคการขนาดใหญทมการวางระบบเปนเครอขายเพอใชงานรวมกน เชน งานบญชและการเงน งานออกแบบทางวาวกรรม งานควบคมการผลตในโรงงานอตสาหกรรม

มนคอมพวเตอรเปนอปกรณทส าคญในระบบเครอขายคอมพวเตอรขององคการทเรยกวาเครองใหบรการ (server)มหนาทใหบรการกบผใชบรการ(client)เชน ใหบรการแฟมขอมล ใหบรการขอมล ใหบรการชวยในการค านวณ และการสอสาร

ประเภทของคอมพวเตอร

4.ไมโครคอมพวเตอร (Micro Computer)เปนคอมพวเตอรขนาดเลก หรอทนยมเรยกกนอกชอหนงวา

คอมพวเตอรสวนบคคล (Personal Computerหรอเครองพซ( PC) คอมพวเตอรประเภทนเปนคอมพวเตอรทมการใชงานกนทวไป เปนคอมพวเตอรแบบตงโตะทเหมาะส าหรบใชงานในบาน ในส านกงาน ราคาไมแพง

ประเภทของคอมพวเตอร

ลกษณะของไมโครคอมพวเตอร สามารถแบงยอยไดดงนประเภทของคอมพวเตอร

ววฒนำกำรและยคของคอมพวเตอร

ยคท 1 : หลอดสญญากาศ

ยคท 2 : ทรานซสเตอร

ยคท 3 : วงจรรวม

ยคท 4 : วงจรรวมขนาดใหญ

ยคท 5 : ยคประมวลผลคขนานขนาดใหญ

ยคท 1 ค.ศ.1951- ค.ศ. 1958

หลอดสญญากาา ใชงานเฉพาะทางส าหรบองคกรขนาดใหญ เชน ทหาร รฐบาล ใชบตรเจาะร (punch card) ในการเกบขอมลและโปรแกรม คอมพวเตอรยงท างานชา เกดขอผดพลาดไดสง ราคาแพงมาก ยากตอการสรางโปรแกรมควบคม

ตนแบบของเครองคอมพวเตอร

ววฒนาการของคอมพวเตอร

ยคท 2 ค.ศ.1959-ค.ศ.1964

ทรานซสเตอร หนวยความจ าภายในเปน magnetic core หนวยความจ าภายนอกใช magnetic tape ทมความจสงกวาบตรเจาะร(punch card) โปรแกรมเปนภาษาระดบต า ไดแก ภาษาแอสเซมบล (Assembly) มความเรวและความถกตองแมนย าสงขน เรมมการน าคอมพวเตอรมาใชในหนวยงานธรกจอยางแพรหลาย

Punch card

Transistor DiodeTube

magnetic tape

ววฒนาการของคอมพวเตอร

ยคท 3 ค.ศ.1965-ค.ศ.1970

ใชวงจรรวมทเรยกวา ไอซ (Integrated Circuit : IC) แทน ทรานซสเตอร ไอซมคณสมบตท างานไดอยางรวดเรว มความเชอถอไดสงมากกวาการใช ทรานซสเตอร ใชจานแมเหลก Magnetic disk เกบขอมลทมจ านวนมาก ภาษาทใชสรางโปรแกรมควบคมคอมพวเตอรยงคงใชภาษาระดบสง เชน ภาษาเบสก

IBM System/630

ววฒนาการของคอมพวเตอร

ยคท 4 ค.ศ.1971-1990

ใชวงจรรวมขนาดใหญ(Large Scale Integration circuit : LSI) มทรานซสเตอร (transistor) จ านวนหลายพนตวอยบน ชป(chip) เรยกวา Microprocessor มประสทธภาพและความเรวในการท างานสงมาก ตวอยางคอมพวเตอรยคนไดแก Microcomputer ทมการใชงานอยางแพรหลาย

ววฒนาการของคอมพวเตอร

ยคท 5 ค.ศ.1990-ปจจบน

คอมพวเตอรทมความสามารถสงมากๆ ท างานไดอยางรวดเรวมากยงขน หนวยประมวลผลเปน Microprocessor Chip ทมความเรวสงมาก เชน CPU Intel Pentium III ของบรษท Intel มความฉลาดในการประมวลผล เรยกวา Intelligent Computer ปญญาประดษฐ (Artificial Intelligence) ระบบผเชยวชาญ (Expert System) เขาใจภาษาธรรมชาตของมนษย(Natural Language) ภาษาคอมพวเตอรทใชเปนภาษาระดบสง ภาษาแบบ Visual เชน Visual BASIC มการประยกตใชงานทกดาน เชน การประมวลผลดาน Multimedia

ววฒนาการของคอมพวเตอร

ซพยและกำรประมวลผล

หนวยประมวลผลกลาง หรอ ซพย เปนชปสารกงตวน าตวหนงทเปนหวใจการท างานของเครองคอมพวเตอร โดยชปตวนจะประกอบอยบนเมนบอรด

ค าวา ชป (Chip) เปนสารกงตวน าขนาดเลก ซงภายในบรรจวงอเลกทรอนกสตางๆไวมามาย โดยวงจรประกอบดวยทรานซสเตอรเปนจ านวนมาก จงเรยกชปตางๆ นวา ไอซ (IC) หมายถง วงจรรวม (integrated circuit)

ส าหรบหนวยประมวลผลกลาง หรอ CPU (Central Processing Unit) ปจจบนถกพฒนาใหมขนาดเลกลง โดยรวมวงจรตางๆ ไวในชปเพยงชปเดยว ชปตวนถกเรยกวา ไมโครโปรเซสเซอร (microprocessor)

ไมโครโปรเซสเซอร ภายในประกอบไปดวยสวนประกอบส าคญๆใหญ 3 สวนคอ

- หนวยควบคม (Control Unit) - ควบคมการท างานทกสวนของคอมพวเตอร- หนวยกระท าคณตศาสตรและลอจก (ALU) - ประมวลผลทางคณตาาสตร- หนวยเกบขอมลชวคราวภายในซพย (Register) - เกบขอมลทสงมาจาก

หนวยความจ าหลกและขอมลทจะน าไปประมวลผล

ซพยและกำรประมวลผล(ตอ)

หนวยรบขอมล และค าสง(input unit)

หนวยแสดงผล(output unit)

หนวยประมวลผลกลาง(Central Processing Unit)

หนวยควบคม(Control Unit)

หนวยค านวณและตรรก(Aritmetic Logic Unit)

หนวยความจ ารจสเตอร(Register Storage)

หนวยความจ ารอง(Secondary Storage )

หนวยความจ าหลก(Primary Storage )

ซพยและกำรประมวลผล(ตอ)

ภาพขนตอนการท างานของ CPU

ขนตอนท 1 fetching เรมแรกหนวยควบคมของซพยจะอานรหสค าสงและขอมลทจะประมวลผลจาก หนวยความจ า RAM มาเกบไวในซพย

ขนตอนท 2 decoding เมอรหสค าสงเขามาอยในซพย หนวยควบคมจะท าการถอดรหสค าสงวา รหสนตองการใหซพยท าอะไร เพอใหซพยประมวลผลตอไปได

ขนตอนท 3 excuitingเมอถอดรหสค าสงและทราบแลว ซพยกจะท าตามค าสง

ขนตอนท 4 storing หลงจากท าค าสงกจะเกบผลลพธไดไวในหนวยความจ าหลกของเครองคอมพวเตอร

สญญาณนาฬกาของระบบ (System Clock)

ระบบคอมพวเตอรจะใช cystal ขนาดเลกเปนตวควบคมสญญาณนาฬกาของระบบ โดยมการออกแบบไววาขนตอนการท างานหนงๆ จะใชสญญาณนาฬกากลก ถาหากสญญาณนาฬกาทปอนเขามามความถสง กจะท างานใหการท างานนนๆ เรวขน เนองจากคาความถสงท าใหสญญาณนาฬกาหนงลกใชเวลานอยลง ในปจจบนความถของสญญาณนาฬกากสามารถใชเปนตวบอกความเรวการท างานของซพยได

หนวยวดสญญาณนาฬกาจะใชหนวย Hertz 1 Hertz หมายถง ความเรวนาฬกาหนงลกตอวนาท

ตวอยางเชน 1 กกะเฮรต (GHz) หมายถง สญญาณนาฬกาหนงพนลานลกตอวนาทถาหากคอมพวเตอรท างานทสญญาณนาฬกา 2.6 GHz หมายถง

คอมพวเตอรตวนนจะถกกระตนดวยสญญาณนาฬกา 2.6 พนลานลกตอวนาท

สญญาณนาฬกาของระบบ (System Clock) (ตอ)

หากวงจรภายในซพยคลายกน ถาสญญาณนาฬกามความถสงขนกจะท าใหประมวลผลขอมลไดเรวขน แตปจจบนการพฒนาซพยในยคใหม ไดมการปรบปรงวธการประมวลผลภายในซพยแทนการปรบสญญาณนาฬกาใหเรวขน เนองจากคณสมบตทางไฟฟาของสารกงตวน าเอง จะพบได ในปจจบนทมซพยแบบ dual-core และแบบ multi-core ออกมา ซงท าใหซพยท างานไดเรวขนแมวาความถของสญญาณนาฬกาจะลดลง

หากโครงสรางภายในตางกน จะไมสามารถน าความถสญญาณนาฬกามาเปรยบเทยบได การวดความเรวของโปรเซสเซอรจะวดเปนจ านวนลานค าสงตอวนาท โดยมหนวยเปน MIPS (millions of instruction per second) ไมโครโปรเซสเซอรสวนใหญหนงรอบค าสงจะใชสญญาณนาฬกาหลายลก แตในปจจบนการน าเทคนคไปปไลนมาใช รวมถงการพฒนาโครงสรางภายในท าใหไมโครโปรเซสเซอรบางรนท างานค าสงหนงค าสงภายในสญญาณนาฬกาลกเดยว ทเรยกวา ซปเปอรสกาลา (superscala)

หนวยควำมจ ำของคอมพวเตอร

หนวยความจ า (memory)หนวยความจ าหลก หนวยความจ าทตอกบหนวยประมวลผลกลาง และหนวยประมวลผล

กลางสามารถใชงานได โดยตรงหนวยความจ า ชนดนจะเกบขอมล และชดค าสงในระหวางประมวลผล และมกระแสไฟฟา เมอปดเครองคอมพวเตอรขอมลในหนวย ความจ านจะหายไปดวย

หนวยความจ าส ารองอปกรณทท าหนาทในการเกบบนทกขอมล และโปรแกรมตางๆ ไดแก

ฮารดดสก ฟลอปปดสก แผนซดรอม ฯลฯ โดยบางประเภทสามารถเปลยนแปลงแกไขได และบนทกลงไปใหมได แตบางประเภทไมสามารถเปลยนแปลงแกไขได

หนวยควำมจ ำของคอมพวเตอร

อปกรณอนพต

คยบอรด เมาส

เครองสแกนลายนวมอ สแกนเนอร

กลองเวบแคม

เครองอานบารโคด

อปกรณน าเขา (Input device) อปกรณในการรบขอมล และค าสงจากผใช เพอสงตอไปยงหนวย

ประมวลผล ตวอยางอปกรณ เชน

อปกรณเอาตพต

จอภาพ เครองพมพ ล าโพง

อปกรณเอาตพต (output device)การแสดงผลของคอมพวเตอรท าไดหลายรปแบบ เชน ขอความ

รปภาพ เสยง วดโอ แตไมวาจะออกมาในรปแบบใดกตาม จ าเปนตองมอปกรณแสดงผล (display device ) ตออยทางพอรตเอาตพตคอมพวเตอร

จอภาพเปนอปกรณเอาตพตทนยมใชกนมากทสด ผลลพธทไดจากจอภาพจะเรยกวา ซอฟตกอปป (soft copy) เนองจากเปนการแสดงผลเพยงชวคราว ไมสามารถเกบไวใชงานได ในอดตจอภาพจะแสดงไดเพยงสเดยว ทเรยกวา จอแบบโมโนโครม (monochrome) แตจอภาพในปจจบนสามารถแสดงเปนสได ซงเกดจากการผสมสระหวางสแดง สเขยว และสน าเงน (RGB)

จอภำพ (Monitor)

จอภาพ CRT จอภาพ LCD จอภาพ LED

ในการเลอกจอภาพควรค านงถงสงตอไปนคอ - ความละเอยดของภาพ (resolution) หมายถง จ านวนจดหรอ

พกเซล (pixel) บนจอภาพ หากมความละเอยดสงจะท าใหภาพคมชดมากขน ตวอยางเชน จอภาพทมความละเอยด 1600 x 1200 เปนจอภาพทมจดภาพในแนวนอน 1600 จด แนวตง 1200 จด โดยทวไปสามารถเลอกโหมดการแสดงผลทมคาความละเอยดตางๆ ได

จอภำพ (Monitor) ตอ

- ขนาด (size) ขนาดของจอภาพจะวดเปนแนวทะแยงมม

จอภำพ (Monitor) ตอ

- ดอตพช บางครงเรยก pixel pitch หมายถงระยะหางระหวางจดภาพ จอภาพในปจจบนควรเลอกทมนาดนอยกวา 0.28 mm

นอกจากนจอภาพบางรนสามารถเลอกBrightness และ Contrast ไดอกดวยการแสดงผลจะตองมการดจอ (video controller) เปนตวประสานงานระหวางซพยกบจอภาพ โดยสญญาณภาพจะถกตอออกมาจากการดจอ และยงเปนตวควบคมความละเอยด และจ านวนสของจดภาพไดอกดวย การดจอบางรนมขวตอแบบ DVI (Digital Video Interface)

ซงเปนการสงขอมลภาพแบบดจตอลใหกบจอภาพรนใหมๆ บางรนมขวตอแบบ s-video ทใชส าหรบตอกบจอภาพโทรทานอกดวย

การแสดงผลทางเครองพมพเปนแบบถาวร สามารถเกบไวใชตอไปได เรยกวา แบบฮารดกอปป (hard copy) ใชส าหรบพมพเอกสารตางๆ ปจจบนทนยมมอยไดแก

- เครองพมพแบบเลเซอร- เครองพมพแบบองคเจท- เครองพมพแบบดอตเมทรกซ

เครองพมพ (Printer)

ใชส าหรบแสดงผลออกทางเสยงทจากโปรแกรมคอมพวเตอร โดยทวไปมกจะใชล าโพง มกจะอยในชดมลตมเดยของคอมพวเตอร เสยงทไดออกมานนจะมการดสยง (sound card) เปนตวควบคม คอมพวเตอรจะน าไฟลเสยงทไดมาประมวลผล แลวใหการดเสยงนเปลยนขอมลดจตอลเปนอนาลอก แลวขยายสญญาณไปขบล าโพงใหดงเปนเสยง

อปกรณสงเสยง (speaker)

กระแสไฟฟาจากการดเสยงเปลยนเปนสญญาณแมเหลก

สนามแมเหลกเปลยนแปลง

ล าโพงสน

เกดเปนเสยงใหไดยน