องค์ประกอบและหลักการทำงานของคอมพิวเตอร์

องค์ประกอบและหลักการทำงานของคอมพิวเตอร์

       คอมพิวเตอร์เป็นอุปกรณ์ที่มนุษย์ประดิษฐ์ขึ้นมาเพื่อช่วยอำนวยความสะดวกในด้านต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นการคำนวณ 

การเก็บข้อมูล การตัดสินใจ การสร้างงานที่ยุ่งยากซับซ้อนและอื่นๆ ในอดีตคอมพิวเตอร์ถูกนำมาใช้ในงานด้านวิทยาศาสตร์เป็นส่วนใหญ่แต่ปัจจุบัน

คอมพิวเตอร์ได้พัฒนาและขยายขีดความสามารถสูงขึ้น มีการนำไปประยุกต์ใช้งานในหน่วยงานต่างๆ มากมาย เช่น งานราชการ ธุรกิจ การแพทย์ บันเทิง การทหาร 

เป็นต้น ซึ่งการเรียนรู้ขั้นตอนการทำงานของคอมพิวเตอร์จะช่วยทำให้เราสามารถเลือกใช้คอมพิวเตอร์ได้ตรงความต้องการและมีประโยชน์มากที่สุด

หลักการทำงานของคอมพิวเตอร์

   หลักการทำงานของคอมพิวเตอร์จะเป็นไปตามที่โปรแกรมได้กำหนดไว้โดยตัวเครื่อง

คอมพิวเตอร์หรือที่เรียกว่าฮาร์ดแวร์ จะมีส่วนประกอบสำคัญขั้นพื้นฐาน 4 หน่วย คือ

  1.หน่วยรับข้อมูล (input unit)

  2.หน่วยประมวลผลกลาง (central processing unit)

  3.หน่วยความจำ (memory unit)

  4.หน่วยแสดงผล (output unit)

หน่วยรับข้อมูล (input unit)

         หน่วยรับข้อมูล (input unit) ทำหน้าที่รับข้อมูลจากผู้ใช้เข้าสู่คอมพิวเตอร์ เช่น ตัวอักษร ตัวเลข สัญลักษณ์ เป็นต้น 

โดยจะแปลงข้อมูลให้อยู่ในรูปแบบของสัญญาณไฟฟ้าที่คอมพิวเตอร์เข้าใจ นำมาจัดเก็บที่หน่วยความจำหลักและใช้ประมวลผลได้ 

อุปกรณ์หน่วยรับข้อมูลที่นิยมใช้ในปัจจุบัน มีดังนี้

1.แป้นพิมพ์ (keyboard)

    ทำหน้าที่รับข้อมูลโดยการกดแป้นพิมพ์ ซึ่งมีลักษณะแป้นพิมพ์ของเครื่องพิมพ์ดีดประกอบด้วยปุ่มสำหรับพิมพ์อักขระ ตัวเลข เรียกใช้ฟังก์ชั่นของซอร์ฟแวร์และควบคุมการทำงานร่วมกับปุ่มอื่นๆ

2.เมาส์ (mouse)

  เป็นอุปกรณ์รับเข้าที่ใช้เลื่อนตัวชี้ตำแหน่ง ผู้ใช้สามารถบังคับเมาส์เพื่อควบคุมตัวชี้ตำแหน่งไปมาบนจอภาพได้ ปกติตัวชี้ตำแหน่งของเมาส์จะเป็นรูปลูกศร 

ซึ่งจะเกิดการโต้ตอบระหว่างผู้ใช้กับเครื่องคอมพิวเตอร์ได้รวดเร็วกว่าแป้นพิมพ์

3.สแกนเนอร์ (scanner)

  เป็นอุปกรณ์ที่ใช้หลักการของการส่องแสงไปยังข้อความ สัญลักษณ์ หรือภาพที่ต้องการ ทำสำเนาภาพ 

จากนั้นข้อมูลที่ถูกอ่านจะถูกแปลงเป็นสัญญาณทางไฟฟ้าและเก็บเป็นไฟล์ภาพ 

4.อุปกรณ์จับภาพ (image capturing devices)

  เป็นอุปกรณ์ที่ใช้เก็บภาพต้นฉบับในรูปแบบดิจิตอล อุปกรณ์จับภาพมี 2 ชนิด คือ

  4.1 กล้องถ่ายภาพดิจิตอล

  4.2 กล้องถ่ายวิดีโอดิจิตอล

5.อุปกรณ์รับเสียง (audio-input devices)

  ทำหน้าที่รับข้อมูลเสียงทั้งเสียงพูด เสียงเพลง และเสียงอื่นๆ จากนั้นอุปกรณ์จะแปลงสัญญาณเสียงที่มนุษย์เขาใจให้อยู่ในรูปสัญญาณไฟฟ้า ที่คอมพิวเตอร์นำไปประมวลผลได้

หน่วยประมวลผลกลาง (central processing unit)

หน่วยประมวลผลกลางเรียกอีกอย่างว่า ซีพียูทำหน้าที่ควบคุมการทำงานและประมวลผลข้อมูลที่ได้รับจากอุปกรณ์รับข้อมูลตามคำสั่งต่างๆ 

ในโปรแกรมที่เตรียมไว้และส่งต่อไปยังอุปกรณ์แสดงผลเพื่อสามารถเก็บหรืออ่านผลลัพธ์ได้หน่วยประมวลผลกลางเปรียบเสมือนเป็นสมองของคอมพิวเตอร์ 

ในการทำหน้าที่ตัดสินใจหรือคำนวณ จากคำสั่งที่ได้รับมา เช่น การเปรียบเทียบ การกระทำการทางคณิตศาสตร์ ฯลฯ

หน่วยประมวลผลกลาง ประกอบด้วยส่วนสำคัญ 3 ส่วน คือ

1.หน่วยคำนวณและตรรกะ (Arithmetic & Logical Unit : ALU)

2.หน่วยควบคุม (Control Unit)

3.หน่วยความจำหลัก (Main Memory)

หน่วยความจำ (memory unit)

หน่วยความจำ (Memory Unit) เป็นที่เก็บโปรแกรมข้อมูลและผลลัพธ์ไว้

ในคอมพิวเตอร์ รวมถึงสื่อข้อมูลที่ช่วยในการจดจำ เช่น แผ่นบันทึกข้อมูล 

หน่วยความจำแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ

  1.หน่วยความจำหลัก (Main Memory Unit) 

  2.หน่วยความจำสำรอง (Secondary Storage)

      หน่วยความจำหลัก (Main Memory Unit) 

อยู่ภายในตัวเครื่องจะทำงานเชื่อมต่อกับหน่วยประมวลผลกลางและหน่วยประมวลผลกลางสามารถใช้งานได้โดยตรงหน่วยความจำชนิดนี้จะเก็บข้อมูลและชุดคำสั่ง

ในระหว่างการประมวลผลและมีกระแสไฟฟ้าสารกึ่งตัวนำหน่วยความจำชนิดนี้มีขนาดเล็กราคาถูกและสามารถให้หน่วยประมวลผลกลางนำข้อมูลมาเก็บ 

และเรียกค้นได้อย่างรวดเร็วหน่วยความจำของคอมพิวเตอร์ประกอบด้วยวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่รับและส่งสัญญาณไฟฟ้าในรูปแบบของรหัส ความจุไม่ใหญ่มาก         

นักโดยมีหน้าที่สำคัญ คือ เรียกใช้และเก็บชุดคำสั่งต่างๆ ที่ใช้ในการประมวลจากหน่วยความจำสำรอง

หน่วยความจำหลักแบ่งตามสภาพการใช้งานเป็น 2 ประเภท แบ่งออกเป็น

  - ROM (Read Only memory)

  หมายถึงหน่วยความจำที่จะถูกอ่านได้อย่างเดียวเท่านั้น โดยจะเก็บคำสั่งหรือโปรแกรมไว้อย่างถาวร แม้ปิดเครื่องก็จะไม่ถูกลบไม่ต้องไฟฟ้าเลี้ยง

  - RAM (Random access memory)

  หมายถึงหน่วยความจำที่ใช้ในการจดจำข้อมูลหรือคำสั่งขณะที่เครื่องทำงานความจำประเภทนี้ต้องอาศัยไฟฟ้าในการทำงานเพื่อไม่ให้ข้อมูลสูญหาย 

ซึ่งหากไฟฟ้าดับข้อมูลที่อยู่ในหน่วยความจำจะหายไป

                หน่วยความจำสำรอง (Secondary Storage)

    เปรียบเสมือนสมุดบันทึกสำหรับเก็บโปรแกรมและข้อมูลไว้ใช้ใน โอกาสต่อไป หน่วยความจำสำรองหรือหน่วยความจำรอง (Secondary Storage Unit)  

ทำหน้าที่เก็บข้อมูลตามคำสั่งของผู้ใช้ ซึ่งจะมีพื้นที่หรือความจุมากกว่าหน่วยความจำหลัก ลักษณะในการเก็บข้อมูลจะเป็นแบบถาวร คือ 

ข้อมูลจะไม่สูญหายไปเมื่อไม่มีกระแสไฟฟ้าหรือปิดเครื่องคอมพิวเตอร์ จึงเหมาะสำหรับการเก็บข้อมูลที่มีขนาดใหญ่และเก็บข้อมูลไว้ใช้ในภายหลัง 

ฮาร์ดแวร์ที่ทำหน้าที่ในหน่วยความจำสำรองที่ใช้ในปัจจุบันมีหลายประเภท

ฮาร์ดดิสก์

ออปติคัลดิสก์

เอ็กซ์เทอร์นอล

แฟลชไดร์ฟ

หน่วยแสดงผล (output unit)

หน่วยแสดงผล (output unit) เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการแสดงผลลัพธ์หรือสารสนเทศที่ผ่านการประมวลผลโดยจะแปลงผลลัพธ์จากสัญญาณไฟฟ้า ของเครื่องคอมพิวเตอร์ให้กลายเป็นรูปแบบที่มนุษย์เข้าใจได้ เช่น ตัวอักษร ตัวเลข สัญลักษณ์พิเศษ รูปภาพ ภาพเคลื่อนไหว และเสียง เป็นต้น

อุปกรณ์หน่วยแสดงผลที่นิยมใช้ในปัจจุบันมีดังนี้


1.จอภาพ (monitor)
     เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการแสดงผลลัพธ์ในรูปแบบตัวอักษร ตัวเลข ภาพนิ่งและภาพเคลื่อนไหวได้ในขณะที่เปิดเครื่องคอมพิวเตอร์เท่านั้นแต่เมื่อปิด เครื่องคอมพิวเตอร์จะไม่สามารถเห็นผลลัพธ์ได้

2.เครื่องพิมพ์ (printer)

       เป็นอุปกรณ์ที่แสดงผลลัพธ์ในรูปข้อมูล รายงาน รูปภาพลงบนกระดาษ ซึ่งสามารถสัมผัสและเก็บรักษาไว้ได้นาน

3.ลำโพง (speaker) เป็นอุปกรณ์ที่แสดงผลลัพธ์รูปแบบเสียง

ระบบสื่อสารข้อมูล สำหรับเครือข่ายคอมพิวเตอร์

ระบบสื่อสารข้อมูล สำหรับเครือข่ายคอมพิวเตอร์

ระบบสื่อสารข้อมูลสำหรับเครือข่ายคอมพิวเตอร์

ความหมาย ระบบการโอนถ่ายข้อมูลหรือการแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างต้นทางหรือปลายทางโดยใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น โทรศัพท์ โทรสาร โมเด็ม คอมพิวเตอร์ อุปกรณ์เครือข่ายต่างๆ ดาวเทียม ควบคุมการส่งและการไหลของข้อมูลจากต้นทางไปยังปลายทาง

องค์ประกอบระบบสื่อสารข้อมูลสำหรับเครือข่ายคอมพิวเตอร์

1.ข่าวสาร (Message) เป็นข้อมูลรูปแบบต่างๆ
2.ผู้ส่งหรืออุปกรณ์ส่งข้อมูล (Sender)
3.สื่อหรือตัวกลาง (Media) เป็นสื่อหรือช่องทาง ที่ใช้ในการนำข้อมูลจากต้นทางไปยังปลายทาง
4.ผู้รับหรืออุปกรณ์รับข้อมูล (Receiver)
5.กฎ ข้อตกลง ระเบียบวิธีการรับส่ง(protocol)

สื่อหรือตัวกลางของระบบสื่อสารข้อมูลสำหรับคอมพิวเตอร์

1.สื่อหรือตัวกลางประเภทมีสาย
1.1 สายคู่บิดเกลียว (twisted pair) มี 2 ชนิด คือ
– สายคู่บิดเกลียวไม่มีฉนวนหุ้ม (Unshielded Twisted Pair : UTP)
– สายคู่บิดเกลียวมีฉนวนหุ้ม (Shielded Twisted Pair : STP)

1.2 สายโคแอกเชียล (Coaxial Cable) เป็นสื่อกลางที่มีส่วนของสายส่งข้อมูล
เป็นลวดทองแดงอยู่ตรงกลาง หุ้มด้วยพลาสติก ส่วนชั้นนอกหุ้มด้วยโลหะ
หรือฟอยล์ถักเป็นร่างแหเพื่อป้องกันสัญญาณรบกวน

1.3 สายใยแก้วนำแสง (Fiber-optic cable) เป็นสื่อกลางที่ใช้ส่งข้อมูล
ในรูปแบบของแสง

2.สื่อหรือตัวกลางประเภทไร้สาย
2.1 คลื่นไมโครเวฟ (Microwave) เป็นสื่อกลางในการสื่อสารที่มีความเร็วสูง
ส่งข้อมูลโดยอาศัยสัญญาณไมโครเวฟซึ่งเป็นสัญญาณคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
เหมาะกับการส่งข้อมูลในพื้นที่ห่างไกลกันมากๆ หรือพื้นที่ทุรกันดาร

2.2 ดาวเทียม (Satellite) ในการส่งสัญญาณดาวเทียมนั้น จะต้องมีสถานี
ภาคพื้นดินคอยทำหน้าที่รับและส่งสัญญาณขึ้นไปบนดาวเทียม

2.3 แอคเซสพอยต์ (Access Point)

ความหมายเครือข่ายคอมพิวเตอร์

ระบบการสื่อสารระหว่างคอมพิวเตอร์จำนวนตั้งแต่สองเครื่องขึ้นไป และอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ต่างๆเพื่อแลกเปลี่ยนข้อมูลและสารสนเทศ รวมถึงใช้อุปกรณ์คอมพิวเตอร์ร่วมกัน

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)



ประเภทของระบบเครือข่ายคอมพิวเตอร์

1. เครือข่ายท้องถิ่น (Local Area Network : LAN)

2. เครือข่ายเมือง (Metropolises Area Network :MAN)

3. เครือข่ายระดับประเทศ (Wide Area Network : WAN)

4. เครือข่ายอินเทอร์เน็ต (Internet)



รูปแบบการเชื่อมต่อของระบบเครือข่าย (network topology)

1.การเชื่อมต่อเครือข่ายแบบบัส (bus network) เป็นการเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์ ทุกเครื่องบนสายสัญญาณหลักเส้นเดียว ที่ปลายทั้งสองด้านปิดด้วยอุปกรณ์ที่เรียกว่า Terminator ไม่มีคอมพิวเตอร์เครื่องใด เครื่องหนึ่ง เป็นศูนย์กลางในการเชื่อมต่อ คอมพิวเตอร์เครื่องใดหยุดทำงาน ก็ไม่มีผลกับคอมพิวเตอร์เครื่องอื่น ๆ ในเครือข่าย การรับส่งสัญญาณบนสายสัญญาณต้องตรวจสอบสายสัญญาณ BUS ให้ว่างก่อน จึงจะสามารถส่งสัญญาณไปบนสาย BUS ได้

2. การเชื่อต่อเครือข่ายแบบวงแหวน (ring network) การเชื่อมต่อแบบวงแหวน เป็นการเชื่อมต่อจากเครื่องหนึ่งไปยังอีกเครื่องหนึ่ง จนครบวงจร ในการส่งข้อมูลจะส่งออกที่สายสัญญาณวงแหวน โดยจะเป็นการส่งผ่านจากเครื่องหนึ่ง ไปสู่เครื่องหนึ่งจนกว่าจะถึงเครื่องปลายทาง ปัญหาของโครงสร้างแบบนี้คือ ถ้าหากมีสายขาดในส่วนใดจะทำ ให้ไม่สามารถส่งข้อมูลได้

3. การเชื่อมต่อเครือข่ายแบบดาว (Star network) เป็นการเชื่อมต่อสายสื่อสารจากคอมพิวเตอร์หลายๆเครื่องไปยังฮับ (hub) หรือ สวิตช์ (switch) ซึ่งเป็นอุปกรณ์สลับสายกลางแบบจุดต่อจุดเป็นศูนย์กลางของการเชื่อมต่อ วงจรเชื่อมโยงระหว่างเครื่องคอมพิวเตอร์ให้ติดต่อสื่อสารถึงกัน

4. เครือข่ายแบบ Hybrid เป็นการเชื่อมต่อที่ผสมผสานเครือข่ายย่อยๆ หลายส่วนมารวมเข้าด้วยกัน เช่น นำเอาเครือข่ายระบบ Bus, ระบบ Ring และ ระบบ Star มาเชื่อมต่อเข้าด้วยกัน เหมาะสำหรับบางหน่วยงานที่มีเครือข่ายเก่าและใหม่ให้สามารถทำงานร่วมกัน

อุปกรณ์เครือข่าย

1. ฮับ (hub) เป็นอุปกรณ์ที่ทวนและขยายสัญญาณเพื่อส่งต่อไปยังอุปกรณ์อื่นให้ได้ระยะทางที่ยาวไกลขึ้นไม่มีการเปลี่ยนแปลงข้อมูลก่อนและหลังการรับส่งและไม่มีการใช้ซอฟแวร์ใด ๆ มาเกี่ยวข้องกับอุปกรณ์ชนิดนี้ การติดตั้งทำได้ง่าย

2. โมเด็ม (modem) เป็นฮาร์ดแวร์ที่ทำหน้าที่แปลงสัญญาณอนาล็อก(Analog signal)ให้เป็นสัญญาณดิจิทัล (Digital Signal)และในทางกลับกันก็แปลงสัญญาณดิจิทัลให้เป็นสัญญาณอนาล็อก

3. การ์ด LAN (Network Interface Card – NIC) เป็นการ์ดสำหรับต่อเครื่องพีซีเข้ากับสาย LAN

4. สวิตช์ (Switching) เป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่กระจายช่องทางการสื่อสารข้อมูลหลายช่องทางการสื่อสารข้อมูลหลายช่องทางในระบบเครือข่ายคล้ายHubแต่ต่างกันในเรื่องของกรทำงานและความเร็ว คือ แต่ละช่องสัญญาณ (port) จะใช้ความเร็วเป็นอิสระต่อกันตามมาตรฐานความเร็ว

5. เราท์เตอร์ (router) เป็นอุปกรณ์ในระบบเครือข่ายคอมพิวเตอร์ที่ทำหน้าที่เป็นตัวเชื่อมโยงให้เครือข่ายหลายเครือข่ายที่มีขนาดต่างกันหรือใช้มาตรฐานการส่งผ่านข้อมูล (Transmission) ต่างกันสามารถติดต่อแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างกันได้


โปรโตคอล (Protocol)

       โปรโตคอล คือ ข้อกำหนดหรือข้อตกลงที่ใช้ควบคุมการสื่อสารข้อมูล ในเครือข่ายคอมพิวเตอร์ หรืออุปกรณ์เครือข่ายที่ใช้โปรโตคอลชนิดเดียวกัน ซึ่งสามารถติดต่อสื่อสารระหว่างกันได้เหมือนกั[มนุษย์ที่ใช้ภาษาเดียวกัน ในการสื่อสาร เพื่อให้เกิดความเข้าใจร่วมกันนั่น องค์กรที่เกี่ยวข้องได้กำหนดโปรโตคอลที่เรียกว่า "มาตรฐานการจัดการระบบการเชื่อมต่อสื่อสารระหว่างระบบเปิด
(Open System International :OSI)"

ชนิดของโปรโตคอล
1.ทีซีพีหรือไอพี (TCP/IP)
2.เอฟทีพี (FTP)
3.เอชทีทีพี (HTTP)
4.เอสเอ็มทีพี (SMTP)
5.พีโอพีทรี (POP3)

การถ่ายโอนข้อมูล
1.การถ่ายโอนข้อมูลแบบขนาน (Parallel transmission)
ทำได้โดยการส่งข้อมูลออกมาทีละ 1 ไบต์ หรือ 8 บิต จากอุปกรณ์ส่งไปยังอุปกรณ์รับ ตัวกลางระหว่างสองเครื่องจึงต้องมีช่องทางให้ข้อมูลเดินทางอย่างน้อย 8 ช่องทาง เพื่อให้กระแสไฟฟ้าผ่านโดยมากจะเป็นสายสัญญาณแบบขนาน ระยะทางของสายสัญญาณแบบขนานระหว่างสองเครื่องไม่ควรยาวเกิน 100 ฟุต

2. การถ่ายโอนข้อมูลแบบอนุกรม (Serial transmission)

การถ่ายโอนข้อมูลแบบนุกรม อาจจะแบ่งตามรูปแบบรับ-ส่ง ได้ 3 แบบคือ

1) สื่อสารทางเดียว (simplex) ข้อมูลส่งได้ทางเดียวเท่านั้น บางครั้งก็เรียกว่า การส่งทิศทางเดียว (unidirectional data bus) เช่น การส่งข้อมูลไปยังเครื่องพิมพ์ การกระจายเสียงของสถานีวิทยุ เป็นต้น

2) สื่อสารสองทางครึ่งอัตรา (half duplex) ข้อมูลสามารถส่งได้ทั้งสองสถานี แต่จะต้องผลัดกันส่งและผลัดกันรับ จะส่งและรับพร้อมกันไม่ได้ เช่น วิทยุสื่อสารของตำรวจ เป็นต้น

3) สื่อสารสองทางเต็มอัตรา (full duplex) ทั้งสองสถานีสามารถรับและส่งได้ในเวลาเดียวกัน เช่น การสนทนาทางโทรศัพท์เป็นต้น