องค์ประกอบและหลักการทํางานของคอมพิวเตอร์

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)

หน่วยรับเข้า (Input Unit)

ทำหน้าที่รับข้อมูลคำสั่งจากผู้ใช้ เข้าสู่ระบบคอมพิวเตอร์ เพื่อนำไปประมวลผล ข้อมูลที่รับเข้าสู่ระบบคอมพิวเตอร์มีหลากหลาย เช่น ตัวอักษร, ตัวเลข, รูปภาพ, เสียง เป็นต้น โดยผ่านอุปกรณ์สำหรับนำเข้าข้อมูลรูปแบบต่างๆ เมาส์, คีย์บอร์ด, เครื่องอ่านพิกัด, เครื่องอ่านรหัสแท่ง, เครื่องสแกน, กล้องดิจิทัล, ไมโครโฟน

หน่วยประมวลผลกลาง (Central Processing Unit)

ทำหน้าที่ประมวลผล คำนวณ และควบคุมการทำงานต่างๆ ของระบบคอมพิวเตอร์

CPU

1. หน่วยควบคุม (Control Unit : CU)

ทำหน้าที่อ่านคำสั่ง สั่งงาน และควบคุมการทำงานของระบบคอมพิวเตอร์ทั้งหมด

2. หน่วยคำนวณตรรกะ (Arithmetic and Logic Unit : ALU)

ทำหน้าที่คำนวณด้วยวิธีการทางคณิตศาสตร์ เช่น บวก ลบ คูณ หาร การเปรียบเทียบข้อมูลมากกว่า น้อยกว่า เป็นต้น

หน่วยความจำหลัก (Main Memory Unit)

เป็นหน่วยเก็บข้อมูลก่อนนำไปประมวลผล เก็บคำสั่งโปรแกรมขณะใช้งาน และเก็บผลลัพธ์ที่ได้จากการประมวลผลก่อนนำไปแสดงผล หน่วยความจำหลักแบ่งออกเป็น 2 ประเภท

1. หน่วยความจำหลักแบบอ่านได้อย่างเดียว (Read Only Memory : ROM)

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

ROM

2. หน่วยความจำหลักแบบแก้ไขได้ (Random Access Memory : RAM)
เป็นหน่วยความจำที่ใช้สำหรับเก็บข้อมูลและคำสั่ง มีหน้าที่จดจำคำสั่งที่เป็นโปรแกรมและข้อมูลที่จะทำการประมวลผล หากเกิดไฟฟ้าดับหรือไม่มีกระแสไฟฟ้าข้อมูลที่อยู่ภายในจะหายไปทั้งหมด

RAM

หน่วยความจำรอง (Secondary Memory Unit)
เป็นหน่วยความจำที่สามารถรักษาข้อมูลได้ตลอดไป ไม่มีทางสูญหายหลังจากเปิดเรื่องคอมพิวเตอร์แล้ว

Secondary Memory Unit

หน่วยส่งออก (Output Unit)
เป็นหน่วยที่ทำหน้าที่แสดงผลลัพธ์ออกมาให้ผู้ใช้งานสามารถรับรู้ได้ตามต้องการ ซึ่งการส่งออกเป็นผลัพธ์สามาถส่งออกได้หลายรูปแบบ เช่น ภาพ, เอกสาร, เสียง และอุปกรณ์ที่สามารถแสดงผลลัพธ์ก็มีหลายนิด เช่น ลำโพง, จอมอนิเตอร์, เครื่องฉายโปรเจ็คเตอร์, เครื่องพิมพ์ เป็นต้น

Output Unit

2. หลักการทำงานของคอมพิวเตอร์
การทำงานของคอมพิวเตอร์เริ่มต้นจากผู้ใช้งานป้อนข้อมูล หรือคำสั่งผ่านอุปกรณ์รับข้อมูล (Input Unit) ไปประมวลผล (Central Processing Unit) เพื่อประมวลผลตามข้อมูลหรือคำสั่งที่ได้รับ อาจมีการเก็บข้อมูลไว้ในหน่วยความจำหลัก (Main Memory Unit) เพื่อการประมวลผล แล้วแสดงผลลัพธ์ผ่านทางอุปกรณ์แสดงผล (Output Unit) ชนิดต่างๆ หากผู้ใช้ต้องการการบันทึกข้อมูลเก็บไว้ ก็จะทำการบันทึกข้อมูลลงหน่วยความจำรอง (Secondary Memory Unit) ชนิดต่างๆ ต่อไป

การแทนที่ข้อมูลในคอมพิวเตอร์

ข้อมูลต่างๆ ที่เก็บภายในเครื่องคอมพิวเตอร์จะเก็บอยู่ในรูปแบบเลขฐาน 2 คือ 0 และ 1 ไม่ใช่อย่างที่เราเห็น ไม่ว่าจะเป็นรูปภาพ เพลง ข้อความ ภาพเคลื่อนไหวต่างๆ  โดยข้อมูลเลขฐาน 2 ที่ถูกเก็บไว้ เมื่อมีการเรียกใช้งานคอมพิวเตอร์จะทำการประมวลผลตัวเลขฐาน 2 ของข้อมูลนั้นๆ แล้วแสดงผลออกมาให้เราได้รับรู้ เช่น รูปภาพ เพลง ข้อความ ภาพเคลื่อนไหวต่างๆ

1. บิต (bit) 
เป็นส่วนที่เล็กที่สุดของการเก็บข้อมูล เลขฐาน 2 คือ 0 และ 1 จำนวน 1 ตัว จะเรียกว่า 1 บิต เช่น 1001 จะเรียกว่า 4 บิต หากเปรียบเสมือนหลอดไฟ 0 หมายถึงปิดไฟ, 1 หมายถึงเปิดไฟ

2. ไบต์ (byte)
เกิดจากเลขฐาน 2 จำนวน 8 ตัวเรียงกัน หรือ 8 บิต นั่นเอง เข้าใจง่ายๆ คือ 8 บิต = 1 ไบต์ เช่น 10011001 แบบนี้เรียกว่า 1 ไบต์ ซึ่งตัวเลขจำนวน 8 หลักนี้ จะได้ค่าที่แตกต่างกันถึง 256 ค่า 1 ไบต์ มีชื่อเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า ออกเทต (octet) แต่ถ้า 4 บิต จะมีชื่อเรียกอีกอย่างว่า นิบเบิล (nibble)

3. รหัสเอ็บซีดิก (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code : EBCDIC)

เป็นรหัสที่พัฒนาโดยบริษัท IBM เพื่อใช้กับรบบปฏิบัติการขนาดใหญ่ เช่น OS-390 สำหรับเครื่องแม่ข่าย S/390 ถูกนำมาใช้กับเครื่องคอมพิวเตอร์ของ IBM ทั้งหมด รหัสเอ็บซีดิก มีขนาด 8 บิต แทนรหัสอักขระได้ 256 ตัว ปัจจุบันรหัสเอ็บซีดิกไม่เป็นที่นิยมและกำลังจะเลิกใช้งาน

เครื่องคอมพิวเตอร์ของ IBM

การเรียงลำดับบิตของรหัสเอ็บซีดิก

4. รหัสแอสกี (American Standard Code for Information Interchange : ASCII)

เป็นรหัสมาตรฐานที่กำหนดโดยสถาบันมาตรฐานแห่งชาติอเมริกา (American National Standards Institute : ANSI) เป็นรหัสที่นิยมใช้งานกันมากที่สุดบนเครื่องคอมพิวเตอร์ เริ่มมีการใช้งานครั้งแรกเมื่อ ค.ศ.1967 รหัสแอสกี แต่เดิมประกอบด้วยรหัส 7 บิต เพื่อแทนอักขระทั้งหมด 128 ตัว ในปี ค.ศ. 1986 ได้ทำการปรับปรุงใหม่ให้เป็นรหัส 8 บิต โดยเพิ่มเข้ามาอีก 1 บิต เพื่อใช้ในการตรวสสอบความถูกต้อง เรียกบิตสุดท้ายนี้ว่า พาริตี้บิต (Parity bit)

5. ยูนิโค้ด (Unicode)
เป็นรหัสที่ถูกพัฒนามาในปี พ.ศ.2534 และมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง ยูนิโค้ดช่วยให้คอมพิวเตอร์แสดงผล และจัดการข้อความตัวอักษรที่ใช้ระบบการเขียนของภาษาส่วนใหญ่ทั่วโลก ยูนิโค้ดเป็นเลขฐาน 2 ตั้งแต่ 1 ถึง 4 ไบต์ ทำให้สามารถรองรับการเก็บข้อมูลอักขระได้กว่า 100,000 ตัว

ตัวอย่างตาราง Unicode

การประมวลผลของซีพียู

1. การรับเข้าข้อมูล (Fetch) รับรหัสคำสั่งและข้อมูล จากหน่วยความจำ
2. การถอดรหัส (Decode) ทำการถอดรหัสคำสั่งได้รับ และส่งต่อไปยังส่วนคำนวณและตรรกะ
3. การทำงาน (Execute) ทำการคำนวณข้อมูลที่ถอดรหัสแล้ว และสั่งให้ CPU ทำงานตามคำสั่ง
4. การเก็บข้อมูล (Store)  ทำการเก็บข้อมูลไว้ในหน่วยความจำหลัก

การรับส่งข้อมูลภายในคอมพิวเตอร์
แผงวงจรหลัก หรือเมนบอร์ด (Motherboard/Mainboard)
เปรียบเสมือนศูนย์กลางของเครื่องคอมพิวเตอร์ เพราะอุปกรณ์ทุกอย่าง จะต้องทำการเชื่อมต่อกับแผงวงจรหลักนี้

บัส (Bus)
หมายถึง ช่องทางการติดต่อสื่อสารข้อมูลของอุปกร์ต่างๆ บัสในหน่วยประมวลผลกลางประกอบไปด้วย
1. บัสข้อมูล (Data Bus) เป็นบัสที่หน่วยประมวลผลกลาง ใช้เป็นเส้นทางในการควบคุมและ การขนส่งข้อมูล ระหว่างหน่วยประมวลผลกลาง และอุปกรณ์ภายนอก
2. บัสรองรับข้อมูล (Address Bus) เป็นบัสที่หน่วยประมวลผลกลาง เลือกว่าจะส่งข้อมูลหรือรับข้อมูลจากอุปกรณ์ใด โดยจะส่งสัญญาณมาที่บัสรองรับข้อมูลนี้
3. บัสควบคุม (Control Bus) เป็นบัสที่รับสัญญาณการควบคุมจากหน่วยประมวลผลกลาง เพื่อบังคับว่าจะอ่านข้อมูลเข้า หรือจะส่งข้อมูลออก

ระบบสื่อสารข้อมูลและเครือข่ายคอมพิวเตอร์

ระบบสื่อสารข้อมูลสำหรับเครือข่ายคอมพิวเตอร์

        การสื่อสารข้อมูลเป็นการถ่ายทอดความรู้ ความคิด ความรู้สึกจากคนหนึ่งไปสู่อีกคนหนึ่ง โดยอาศัยสื่อหรือเครื่องมือต่างๆ เป็นช่องทางในการสื่อสาร เช่น การสื่อสารด้วยท่าทาง ถ้อยคำ สัญลักษณ์ ภาพวาด จดหมาย โทรเลข เป็นต้น ต่อมาการสื่อสารข้อมูลได้พัฒนาและก้าวหน้าไปอย่างต่อเนื่อง มีการนำเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์และเทคโนโลยีด้านเครือข่ายคอมพิวเตอร์มา ประยุกต์ใช้ในการติดต่อสื่อสาร ทำให้การติดต่อสื่อสารเกิดความสะดวก รวดเร็ว รวมทั้งได้รับข่าวสารทันเหตุการณ์อีกด้วย

ความหมายของการสื่อสารข้อมูลและเครือข่ายคอมพิวเตอร์
        การสื่อสาร หมายถึงกระบวนการถ่ายทอดหรือแลกเปลี่ยนสารหรือสื่อระหว่างผู้ส่งและผู้รับ โดยผ่านช่องทางนำสารหรือสื่อ เพื่อให้เกิดความเข้าใจซึ่งกันและกัน
        การสื่อสารข้อมูล หมายถึง กระบวนการหรือวิธีถ่ายทอดข้อมูลระหว่างผู้ใช้กับคอมพิวเตอร์ที่มักอยู่ห่าง ไกลกัน และจำเป็นต้องอาศัยระบบการสื่อสารโทรคมนาคมเป็นสื่อกลางในการรับส่งข้อมููล
        เครือข่ายคอมพิวเตอร์ หมายถึง การเชื่อมโยงระหว่างเครื่องคอมพิวเตอร์ตั้งแต่ 2 เครื่องขึ้นไป เพื่อให้สามารถสื่อสารและแลกเปลี่ยนข้อมูล รวมทั้งสามารถใช้อุปกรณ์คอมพิวเตอร์ภายในเครือข่ายร่วมกันได้

        ระบบสื่อสารข้อมูล หมายถึง การแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างอุปรกรณ์โดยผ่านสื่อหรือตัวกลางที่อาจเป็นสายเคเบิลในการเชื่อมต่อหรือไม่ใช้สายก็ได้ โดยอุปกรณ์ที่แลกเปลี่ยนข้อมูลนี้จะมีการทำงานร่วมกันของส่วนที่เป็นฮาร์ดแวร์ หรืออุปกรณ์คอมพิวเตอร์ และซอฟต์แวร์หรือชุดคำสั่ง ซึ่งประสิทธิภาพของระบบสื่อสารข้อมูลนี้ จะขึ้นอยู่กับปัจจัย 4 ประการ ดังนี้

        1. ตรงเป้าหมาย ระบบสื่อสารที่ดี ข้อมูลจะต้องถูกส่งไปยังเครื่องมือ อุปกรณ์หรือกลุ่มเป้าหมายที่ต้องการเท่านั้น การส่งข้อมูลอย่างไร้เป้าหมาย ข้อมูลจึงเป็นเพียงขยะข้อมูลที่ผู้รับไม่ต้องการและไม่เกิดประโยชน์

        2. ความถูกต้อง ระบบการสื่อสารข้อมูลจะต้องมีความถูกต้องและเที่ยงตรง และสามารถปรับให้เป็นข้อมูลที่ถูกต้อง การตรวจสอบความถูกต้องทำให้ข้อมูลน่าเชื่อถือได้

        3. ความทันสมัย ระบบสื่อสารที่ดีจะต้องมีการส่งที่มีความสัมพันธ์กับเวลาจริง (Real Time) การหน่วงเวลาของข้อมูลอาจจะทำให้ข้อมูลที่ได้รับขาดความสมบูรณ์ หรือกล่าวอีกอย่า่งได้ว่า ข้อมูลที่ส่งมานั้นไม่ทันสมัย ไม่ตรงกับความต้องการใช้ผู้ที่จะใช้ข้อมูลในเวลานั้นๆ

        4. ความคลาดเคลื่อน หรือความสับสนของระบบสื่อสารข้อมูล ตัวอย่างที่เห็นกรณีของการส่งข้อมูลวิดีโอที่มีสัญญาภาพกับสัญญาณเสียงที่ต้องส่งไปแสดงผลลัพธ์สัมพันธ์กัน หากการส่งข้อมูลไม่สัมพันธ์กัน สัญญาณเสียงถูกส่งมาแสดงผลแล้ว แต่สัญญาณภาพถูกหน่วยเวลา แสดงผลได้ช้ากว่าเสียง 3 วินาที ก็ทไให้ได้ผลลัพธ์ของข้อมูลที่ได้ไม่ตรงกับความเป็นจริงได้

องค์ประกอบของระบบการสื่อสารข้อมูล (Components of Data Communication System) 
    ข่าวสาร (Message) ข้อมูลหรือสารสนเทศที่อาจเป็นข้อความ ตัวเลข รูปภาพ เสียง หรือวิดีโอ
    ผู้ส่ง (Sender/Source) อุปกรณ์หรือเครื่องมือที่ใช้สำหรับส่งข้อมูลข่าวสาร เช่น คอมพิวเตอร์ โทรศัพท์
    ผู้รับ (Receiver/Destination) อุปกรณ์หรือเครื่องมือที่ใช้สำหรับรับข่าวสารจากผู้ส่ง เช่น คอมพิวเตอร์ โทรศัพท์
    สื่อกลาง (Transmission Medium) เป็นสื่อกลางที่ทำหน้าที่ให้ข้อมูลข่าวสารเดินทางจากเครื่องส่งไปสู่เครื่องรับ ซึ่่งอาจจะเป็นสายไฟเบอร์ออปติก  สายเกลียวคู่ หรืออาจเป็นคลื่นวิทยุที่มีคลื่นพา (Carrier Wave) ในการนำข้อมูลไปพร้อมกับคลื่นวิทยุไปสู่เครื่องรับ เป็นต้น
    โพรโทคอล (Protocol) กลุ่มของกฎเกณฑ์และข้อปฏิบัติต่าง ๆ ที่กำหนดขึ้นมา เพื่อนำมาใช้เป็นข้อตกลงร่วมกันระหว่างผู้ส่งและผู้รับเพื่อให้การสื่อสารบรรลุผล

ประโยชน์ของเครือข่ายคอมพิวเตอร์ 
    1. การใช้ทรัพยากรร่วมกัน (Resources Sharing) หมายถึง การใช้อุปกรณ์ต่างๆ เช่น เครื่องพิมพ์ร่วมกัน
    2. การแชร์ไฟล์ เมื่อคอมพิวเตอร์ถูกติดตั้งเป็นระบบเน็ตเวิร์กแล้ว การใช้ไฟล์ข้อมูลร่วมกันหรือการแลกเปลี่ยนไฟล์ทำได้อย่างสะดวกรวดเร็ว
    3. สามารถบริหารจัดการทำงานคอมพิวเตอร์ทุกเครื่องได้จากศูนย์กลาง (Centralized Management)
    4. สามารถทำการสื่อสารกันในเครือข่าย (Communication) ได้หลายรูปแบบ
    5. มีระบบรักษาความปลอดภัยของข้อมูลบนเครือข่าย (Network Security)
            

ลักษณะข้อมูลที่ใช้สื่อสารในคอมพิวเตอร์

        ข้อมูลข่าวสาร (Message) คือสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ที่ส่งผ่านไปในระบบสื่อสาร ซึ่งอาจถูกเรียกว่า สารสนเทศ (Information) โดยแบ่งเป็น 5รูปแบบ ดังนี้
    1. ตัวอักษร (Text) ใช้แทนตัวอักขระต่าง ๆ ซึ่งจะแทนด้วยรหัสต่าง ๆ เช่น รหัสแอสกี เป็นต้น
    2. ตัวเลข (Number) ข้อมูลตัวเลขที่สื่อสารในคอมพิวเตอร์ ไม่ได้ใช้ค่าตัวเลขที่ผู้ใช้ป้อนหรือส่งเข้าในคอมพิวเตอร์ แต่จะต้องแปลงเลขฐานสิบที่ป้อนเข้าไปให้เป็นชุดของเลขฐานสองที่เรียกว่ารหัสแอสกีนั่นเอง
    3. รูปภาพ (Images) ข้อมูลรูปภาพที่สื่อสารในคอมพิวเตอร์จะใช้ชุดของบิตที่เป็นเลขฐานสองโดยเป็นชุดตาราง 2 มิติ (Matrix) ที่ใช้อ้างอิงตำแหน่ง (Pixel) ซึ่งเป็นจุดเล็ก ๆ ที่เรียงกันประกอบเป็นรูปภาพ
    4. เสียง (Audio) ข้อมูลเสียงหรือดนตรีที่สื่อสารในคอมพิวเตอร์เป็นข้อมูลหรือเหตุการณ์ที่ต่อเนื่อง จะแตกต่างจากตัวอักษร ตัวเลข และรูปภาพเพราะข้อมูลเสียงจะเป็นสัญญาณแบบแอนะล็อกที่เป็นสัญญาณคลื่น
    5. วิดีโอ (Video) ข้อมูลวิดีโอเป็นข้อมูลรูปภาพหรือภาพยนตร์ที่มีความต่อเนื่องกัน และประกอบด้วยข้อมูลเสียงควบคู่กันไป 

ความรู้เพิ่มเติม

    สัญญาณที่ส่งทางโทรศัพท์พื้นฐานในประเทศไทย เป็นสัญญาณแบบแอนะล็อก ซึ่งมีลักษณะเป็นคลื่น ไม่ใช่การส่งแบบ 0 และ 1 ดังนั้นสัญญาณแอนะล็อกจึงจะถูกรบกวน (Noise) ได้ง่ายกว่าสัญญาณดิจิทัล

ทิศทางของการสื่อสารข้อมูล
    1. แบบทิศทางเดียวหรือซิมเพล็กซ์ (One-way หรือ Simplex)
    เป็นการส่งข้อมูลในทิศทางเดียว คือข้อมูลถูกส่งไปในทางเดียว เช่น สถานีวิทยุกระจายเสียง การแพร่ภาพทางโทรทัศน์
    2. แบบกึ่งทางคู่หรือครึ่งดูเพล็กซ์ (Half-Duplex)
    เป็นการส่งข้อมูลแบบสลับการส่งและรับข้อมูลไปมา จะทำในเวลาเดียวกันไม่ได้ เช่น การใช้วิทยุสื่อสาร คือจะต้องสลับกันพูด เพราะจะต้องกดปุ่มก่อนแล้วจึงจะสามารถพูดได้
    3. แบบทางคู่หรือดูเพล็กซ์เต็ม (Full - Duplex ) 
    เป็นการส่งข้อมูลแบบที่สามารถส่งและรับข้อมูลได้พร้อมกันในเวลาเดียวกัน ซึ่งวิธีนี้ทำให้การทำงานเร็วขึ้นมาก เช่นการพูดทางโทรศัพท์ เป็นต้น