หน่วยการเรียนรู้ที่ 1

หน่วยการเรียนรู้ที่ 1
การทำงานของคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์อินพุตเอาต์พุต

            คอมพิวเตอร์เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทำงานได้ตามโปรแกรมที่ป้อนเข้าไป การทำงานประกอบด้วย 3 ขั้นตอนใหญ่ ๆ คือ การับข้อมูล การประมวลผล และการแสดงผลลัพธ์ทางเอาต์พุต โดยการทำงานทั้งหมดจะถูกควบคุมด้วยโปรแกรมซึ่งเกิดจากการนำคำสั่งมาต่อเรียงกัน การทำงานคำสั่งแต่ละคำสั่งจะใช้สัญญาณนาฬิกาควบคุมการทำงานต่าง ที่เกิดขึ้นในหน่วยประมวลผลกลาง

1.1  ความหมายของคอมพิวเตอร์

            คอมพิวเตอร์ (Computer) เป็นอุปกรณ์ทางไฟฟ้าชนิดหนึ่งที่สามารถจำข้อมูลต่าง ๆ ได้ สามารถคือคำนวณตัวเลข สามารถตอบสอนงต่อการกระทำของผู้ใช้ได้ และมีความสามารถในการเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ไฟฟ้าบางชนิด เพื่อสั่งให้อุปกรณ์ไฟฟ้าเหล่านั้นทำงานตามคำสั่งได้

            คอมพิวเตอร์ (ตามพจนานุกรมฉบับราชบัณฑิตยสาถน พ.ศ. 2525) หมายถึงเครื่องอิเล็กทรอนิกส์แบบอัตโนมัติ ทำหน้าที่เสมือนสมองกล ใช้สำหรับแก้ปัญหาต่าง ๆ ทั้งที่ง่ายและซับซ้อน โดยวิธีทางคณิตศาสตร์

            เครื่องคอมพิวเตอร์ที่ใช้ในปัจจุบันประกอบด้วยวงจรไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ที่เรียกว่า ฮาร์ดแวร์ (hardware) มีผลิตออกมาหลายรุ่นแต่ละรุ่นจะมีความสามารถต่างกัน บางรุ่นเหมาะสำหรับทำงานในบ้าน บางรุ่นเหมาะสำหรับการใช้งานทางด้านกราฟิกระดับสูง แต่ถ้าหากมองถึงส่วนประกอบภายนอกจะประกอบด้วยองค์ประกอบหลัก 5 ส่วน คือ หน่วยประมวลผลกลาง (Central processing unit) หรือซีพียู (CPU) หน่วยรับเข้า (input unit) หน่วยส่งออก (output unit) หน่วยความจำหลัก (main memory) และหน่วยความจำรอง (secondary memory)

หน่วยรับเข้า

            หน่วยรับเข้า หรืออินพุต จะมีอุปกรณ์อินพุตประกอบอยู่ เป็นส่วนที่ใช้รับข้อมูลและคำสั่งจากภายนอกเข้าสู่เครื่องคอมพิวเตอร์เพื่อนำไปประมวลผล อุปกรณ์ประเภทนี้ได้แก่ แป้นพิมพ์ (keyboard) เมาส์ (mouse) สแกนเนอร์ (scanner) ไมโครโฟน (microphone) เครื่องสแกนลายนิ้วมือ (fingerprint) และกล้องดิจิตอล เป็นต้น อุปกรณ์อินพุตนี้จะเปลี่ยนข้อมูลที่มนุษย์เข้าใจไปเป็นรหัสข้อมูลที่เครื่องคอมพิวเตอร์เข้าใจ

หน่วยส่งออก

            หน่วยส่งออก หรือเอาต์พุต จะมีอุปกรณ์เอาต์พุตประกอบอยู่ เป็นส่วนที่ใช้แสดงผลลัพธ์จากการประมวลผลออกมาในรูปแบบต่าง ๆ ที่มนุษย์ต้องการ ตัวอย่างของอุปกรณ์เอาต์พุตได้แก่ จอภาพ (monitor) ลำโพง (speaker) และเครื่องพิมพ์ (printer) เป็นต้น โดยอุปกรณ์เอาต์พุตนี้จะทำหน้าที่เปลี่ยนรหัสข้อมูลที่คอมพิวเตอร์เข้าใจออกมาเป็นข้อมูลที่มนุษย์สามารถเข้าใจได้

หน่วยประมวลผลกลาง

            เมื่อข้อมูลเข้าสู่ระบบแล้ว หน่วยประมวลผลจะทำหน้าที่ประมวลผลตามคำสั่ง หรือโปรแกรมที่กำหนดไว้ โดยโปรแกรมและข้อมูลต่าง ๆ จะถูกเก็บเอาไว้ในหน่วยความจำ เมื่อหน่วยประมวลผลทำงานสำเร็จและก็จะเก็บข้อมูลลงหน่วยเก็บข้อมูลหรือส่งผลลัพธ์ที่ได้ออกทางเอาต์พุตต่อไป

หน่วยความจำ

            หน่วยความจำของคอมพิวเตอร์นั้น ประกอบด้วยหน่วยความจำหลักและหน่วยความจำรอง โดยหน่วยความจำหลักจะเป็นหน่วยความจำที่ใช้เก็บโปรแกรมและข้อมูลที่คอมพิวเตอร์ประมวลผลอยู่ ส่วนหน่วยความจำรองเป็นอุปกรณ์เก็บข้อมูล (storage media) mใช้เก็บข้อมูลหรือคำสั่งต่าง ๆ ที่จะต้องใช้ในอนาคต ตัวอย่างของหน่วยเก็บข้อมูลได้แก่ การ์ดหน่วยความจำ (memory cards) แผ่นซีดี หรือดีวีดี (CD, DVD) หน่วยความจำแบบยูเอสบีแฟลชไดรฟ์ (USB Flash Drive) เป็นต้น

1.2  ประเภทของคอมพิวเตอร์

            เครื่องคอมพิวเตอร์นั้นสามารจำแนกได้หลายประเภท ขึ้นกับขนาด ประสิทธิภาพ และลักษณะการใช้งาน โดยทั่วไปแล้วสามารถแบ่งประเภทของคอมพิวเตอร์ได้ดังนี้

คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล    (Personal Computer)

            คอมพิวเตอร์ประเภทนี้เป็นคอมพิวเตอร์ที่มีใช้งานกันทั่วไป เป็นคอมพิวเตอร์แบบตั้งโต๊ะที่เหมาะสำหรับใช้งานในบ้าน ในสำนักงาน ราคาไม่แพง คอมพิวเตอร์ประเภทนี้ที่นิยมใช้กันมีอยู่สองตระกูลคือ PC-Compatible ที่มีต้นแบบเป็นคอมพิวเตอร์ของบริษัท IBM และคอมพิวเตอร์ตระกูล Apple คอมพิวเตอร์แบบ PC มีการผลิตออกมาหลายรุ่นหลายแบบ โดยส่วนใหญ่แล้วจะใช้โปรแกรมระบบปฏิบัติการ Windows ส่วนคอมพิวเตอร์ Apple จะใช้โปรแกรมระบบปฏิบัติการของ Macintosh ที่เรียกว่า Mac OS

คอมพิวเตอร์แบบโน๊ตบุ๊ก

            โน๊ตบุ๊กเป็นคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลขนาดเล็กที่มีน้ำหนักเบาสะดวกกับการเคลื่อนย้ายไปยังที่ต่าง ๆ คอมพิวเตอร์แบบนี้อาจเรียกได้ว่าเป็น mobile computer สามารถใช้พลังงานไฟฟ้าทั่วไปหรือพลังงานจากแบตเตอรี่ได้ ในปัจจุบันคอมพิวเตอร์ประเภทนี้จะมีประสิทธิภาพสูงไม่แพ้คอมพิวเตอร์แบบตั้งโต๊ะ แต่หากเทียบกับเครื่องที่มีประสิทธิภาพเท่ากันแล้ว คอมพิวเตอร์แบบโน๊ตบุ๊กจะมีราคาสูงกว่า

คอมพิวเตอร์มือถือ  (Handheld Computer)

            คอมพิวเตอร์มือถือเป็นคอมพิวเตอร์ขนาดเล็กที่เหมาะสำหรับพกพาไปที่ต่าง ๆ เนื่องจากเครื่องมีขนาดเล็กจึงไม่เหมาะที่จะออกแบบคีย์บอร์ดไว้บนตัวเครื่อง คอมพิวเตอร์ประเภทนี้สามารถใช้งานพื้นฐานทั่วไปได้รับส่งเมล์และใช้ในการสื่อสารได้ เครื่องคอมพิวเตอร์ประเภทนี้จะรวมถึงคอมพิวเตอร์แบบ PDA (Personal Digital Assistant) หรือ Pocket PC ที่ใช้กันทั่วไปด้วย ปัจจุบันคอมพิวเตอร์ประเภทนี้ยังมีกล้องถ่ายภาพติดมาบนตัวเครื่องด้วย และคอมพิวเตอร์เหล่านี้สามารถใช้งานเป็นโทรศัพท์เคลื่อนที่ได้ จึงมักเรียกคอมพิวเตอร์มือถือว่าสมาร์ทโฟน (Smart phon)

เครื่องคอมพิวเตอร์เซิร์ฟเวอร์

            เครื่องคอมพิวเตอร์เซิร์ฟเวอร์เป็นเครื่องคอมพิวเตอร์ที่มีขนาดใกล้เคียงกับคอมพิวเตอร์ทั่วไป แต่จะมีความสามารถสูงกว่ามาก คอมพิวเตอร์ประเภทนี้จะใช้เป็นเครื่องให้บริการกับคอมพิวเตอร์ PC ต่าง ๆ ที่ต่ออยู่ในเครือข่าย และยังใช้เป็นเครื่องให้บริการบนอินเทอร์เน็ตอีกด้วยขนาดและประสิทธิภาพของคอมพิวเตอร์เซิร์ฟเวอร์นี้มีหลายรุ่น ขึ้นกับการใช้งานว่าจะให้บริการกับเครื่องคอมพิวเตอร์อื่น ๆ หลายเครื่องหรือไม่

คอมพิวเตอร์เมนเฟรม (Mainframe Computer)

            คอมพิวเตอร์เมนเฟรมเป็นคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่ ที่ต้องการประมวลผลข้อมูลจำนวนมากด้วยความเร็วสูง มีหน่วยความจำขนาดใหญ่ คอมพิวเตอร์ประเภทนี้จะนิยมใช้ในองค์กรที่มีผู้ใช้จำนวนมาก เช่น ระบบธนาคารขนาดใหญ่ ระบบธุรกิจขนาดใหญ่ ระบบการจองตั๋วเครื่องบิน เป็นต้น ในการใช้งานคอมพิวเตอร์แบบเมนเฟรมมักจะไม่ใช้เครื่องเมนเฟรมนี้เพียงเครื่องเดียว แต่จะมีการต่อทำงานร่วมกับคอมพิวเตอร์อื่น ๆ ด้วยโดยให้เครื่องเมนเฟรมเป็นเครื่องหลักในการประมวลผล ส่วนคอมพิวเตอร์อื่น ๆ จะใช้เป็นตัวป้อนและแสดงข้อมูลทั่วไป

 ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ (Supercomputer)

            เครื่องคอมพิวเตอร์ประเภทนี้จัดว่าเป็นคอมพิวเตอร์ที่มีประสิทธิภาพการทำงานสูงที่สุด สามารถทำงานได้มากกว่าพันล้านคำสั่งในหนึ่งวินาที มีน้ำหนักหลายตัน สามารถเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ PC ทั่วไปได้จำนวนมาก คอมพิวเตอร์ประเภทนี้จะใช้ในงานที่ต้องการประมวลผลกับข้อมูลจำนวนมากด้วยความเร็วสูงๆ เช่น งานทางด้านการพยากรณ์อากาศ การคำนวณต่าง ๆ ที่มีความซับซ้อน และงานคอมพิวเตอร์สำหรับการออกแบบในอุตสาหกรรม เป็นต้น

 คอมพิวเตอร์ฝังตัว (Embedded Computer)

            คอมพิวเตอร์ฝังตัวเป็นคอมพิวเตอร์ที่ได้รับความนิยมอย่างมากในปัจจุบัน โดยจะเป็นระบบประมวลผลที่ฝังตัวอยู่ในอุปกรณ์ต่างๆ เพื่อควบคุมการทำงานของอุปกรณ์นั้น ๆ ซึ่งถ้าหากมองภายนอกแล้วจะไม่พบว่ามีคอมพิวเตอร์เชื่อมต่ออยู่ ระบบประเภทนี้จะพบในเครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ เช่น ตู้เย็น เครื่องปรับอากาศ โทรศัพท์เคลื่อนที่ หรือในรถยนต์ควบคุมการทำงาน การจุดระเบิด ระบบเบรค ด้วยระบบคอมพิวเตอร์ เป็นต้น

 1.3  คอมพิวเตอร์ยุคใหม่

            คอมพิวเตอร์ที่พบเห็นทั่วๆ ไปบนโต๊ะทำงาน หรือคอมพิวเตอร์มือถือ สามารถแยกออกเป็นรูปแบบต่างๆ ดังนี้

เดสท์ท็อป (Desktop)

            เดสท์ท็อปเป็นคอมพิวเตอร์ที่พบได้ทั่วไปตามบ้านหรือสำนักงาน มีการแยกชิ้นส่วนประกอบเป็นซีพียู จอภาพ และแป้นพิมพ์ เป็นต้น ปัจจุบันคอมพิวเตอร์ตั้งโต๊ะ มีการผลิตที่เน้นให้มีความสวยงามน่าใช้มากยิ่งขึ้น และได้รับความนิยมในการใช้งานมากเนื่องจากราคาไม่แพงมาก เมื่อเทียบกับคอมพิวเตอร์แบบอื่น ๆ

โน๊ตบุ๊ก (Notebook)

            คอมพิวเตอร์โน๊ตบุ๊กมีคุณสมบัติคล้ายกับเครื่อง PC ที่ย่อส่วนลงมา มีขนาดเล็ก บาง และเบา (ซึ่งส่งผลให้ราคาสูงขึ้นตามประสิทธิภาพด้วย) โน๊ตบุ๊กใช้สำหรับงานนอกสถานที่ รองรับงานได้ทุกรูปแบบทั้งงานด้านกราฟิก เล่นเกม 3 มิติตัวต่อวิดีโอ และยังมีอุปกรณ์อำนวยความสะดวกสำหรับการใช้งานและความบันเทิงครบ โน๊ตบุ๊กใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ซึ่งเทคโนโลยีปัจจุบันถูกพัฒนาให้มีประสิทธิภาพที่สูงขึ้นแต่ประหยัดไฟ บางรุ่นสามารถใช้งานได้นานถึง 5-6 ชั่วโมง

เน็ตบุ๊ก (Netbook)

            เน็ตบุ๊กเป็นโน๊ตบุ๊กขนาดเล็กลงไปอีก เน้นการใช้งานผ่านระบบเครือข่ายแบบไร้สาย ใช้ในงานการติดต่อสื่อสาร โดยเฉพาะงานด้านอินเทอร์เน็ตเป็นหลัก แต่ก็สามารถทำงานพื้นฐานได้ เช่น พิมพ์เอกสาร เล่นเกมตัวเล็ก ๆ แต่ความเร็วอาจไม่มากนัก และยังถูกตัดทอนอุปกรณ์บางส่วนออกไป เพื่อลดขนาดและน้ำหนัก รวมไปถึงลดปริมาณการใช้พลังงาน เช่น ไม่มีไดรว์ดีวีดี ความจุของฮาร์ดดิสก์น้อย แต่มีราคาถูกกว่าโน๊ตบุ๊กเท่าตัว

เดสก์โน๊ต (Desknote)

            เครื่องเดสก์โน๊ตจะมีรูปร่างเหมือนเครื่องโน๊ตบุ๊กทุกประการแต่มีส่วนที่แตกต่างกัน คือ เดสก์โน้ตไม่มีแบตเตอรี่ภายในตัวเครื่อง จะใช้ไฟฟ้าแทน รวมถึงโครงสร้างภายในเครื่องเดสก์โน้ตเป็นชนิดเดียวกับเครื่อง PC ทำให้สามารถใช้อุปกรณ์ต่างๆ ร่วมกับเครื่อง PC ได้ ไม่ว่าจะเป็นหน่วยความจำ ซีพียู อุปกรณ์ประกอบอื่นๆ เดสก์โน้ตมีราคาถูกกว่าโน้ตบุ๊กเนื่องจากคุณสมบัติที่แตกต่างกัน

 แท็บเล็ตพีซี (Tablet PC)

            แท็บเล็ตพีซีหรือมักเรียกสั้นๆ ว่าแท็บเล็ต เป็นเครื่องคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลที่มีคุณสมบัติคล้ายกับโน้ตบุ๊ก แต่วิธีการใช้งานจะเป็นลักษณะของการขึดเชียนบนหน้าจอโดยตรง (touch screen) และในปัจจุบันได้พัฒนาให้มีการใช้งานเหมือนโน้ตบุ๊ก จอภาพสามารถหมุนได้ 180 องศา สามารถพับปิดได้ ยกจอขึ้นได้ และยังป้อนข้อมูลได้ทั้งแบบแป้นพิมพ์ รวมไปถึงการใช้ปากกา (stylus) อีกด้วย ขนาดของแท็บเล็ตจะเล็กกว่าโน้ตบุ๊กแต่ใหญ่กว่า สมาร์ทโฟน

สมาร์ทโฟน (Smart Phone)

            สมาร์ทโฟนเป็นโทรศัพท์ที่มีระบบปฏิบัติการอยู่ภายใน ทำให้สามารถทำงานได้มากกว่าการโทรออกและรับสาย เช่น กล้องถ่ายรูป การเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ต ที่อาจติดตั้งมาพร้อมกับตัวเครื่องนอกจากนี้จะมีโปรกแกรมต่างๆ ที่ติดตั้งมาพร้อมกับเครื่องโทรศัพท์(โปรแกรมเหล่านี้จะถูกเรียกว่า 'แอพ) เช่น ปฏิทิน เครื่องคิดเลขสมุดบันทึก นาฬิกา เป็นต้น

 1.4  ขั้นตอนการทำงานของคอมพิวเตอร์

            ขั้นตอนการำทงานของคอมพิวเตอร์นั้นประกอบด้วย 3 ขั้นตอนใหญ่ๆ คือ การรับข้อมูล (input data)การประมวลผล (data processing) และการแสดงผลลัพธ์ออกทางเอาต์พุต (output result) การรับข้อมูลนั้นคอมพิวเตอร์จะรับข้อมูลทางพรอ์ตอินพุตที่มีอุปกรณ์อินพุตต่ออยู่ อย่างเช่น คีย์บอร์ดเมาส์ เป็นต้น ส่วนการแสดงผลลัพธ์จะแสดงออกทางจอภาพหรือเครื่องพิมพ์เป็นหลัก สำหรับวิธีการประมวลผลนั้นคอมพิวเตอร์จะอ่านโปรแกรมจากหน่วยความสำรองจึ้นมาไว้ในหน่วยความจำหลัก (RAM) เพื่อประมวลผลต่าง ๆ ต่อไป

 1.5  ซีพียู (CPU) และกาประมวลผลข้อมูล

            หากกล่าวถึงหน่วยประมวลผลกลางของคอมพิวเตอร์ หรือ ซีพียู (CPU มาจากคำว่า Central Processing Unit) บางคนเข้าใจผิดคิดว่าเป็นตัวเครื่องหรือเคส (case) ของคอมพิวเตอร์ แต่ตามความจริงแล้ว ซีพียู เป็นชิพ (chip) สารกึ่งตัวนำตัวหนึ่งเที่เป็นหัวใจการทำงานของคอมพิวเตอร์ โดยชิพตัวนี้ประกอบอยู่บนเมนบอร์ดที่บางครั้งเรียกกันว่า system board

            ชิพ เป็นสารกึ่งตัวนำขนาดเล็ก ซึ่งภายในบรรจุวงจรอิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ ไว้มากมาย โดยวงจรประกอบด้ยทรานซีสเตอร์เป้นจำนวนมาก จึงเรียกชิพต่าง ๆ ว่าไอซี (IC) หมายถึงวงจรรวม (integrated circuit) ในอดีตหน่วยประมวลผลกลางนี้จะมีขนาดใหญ่ แต่ในปัจจุบันเมื่อนำสารกึ่งตัวนำมาใช้ก็ทำให้หน่วยประมวลผลกลางถูกพัฒนาให้มีขนาดเล็กลง โดยรวมวงจรต่าง ๆ ไว้ในชิพเพียงชิพเดียว ชิพตัวนี้ถูกเรียกว่า ไมโครฌปรเซสเซอร์ (microprocessor) ซึ่งกล่าวได้ว่าคอมพิวเตอร์ในปัจจุบันมีไมโครโปรเซสเซอร์เป็นหน่วยประมวลผลกลางภายในไมโครโปรเซสเซอร์ประกอบด้วยส่วนประกอบที่สำคัญใหญ่ๆ สามส่วนคือ หน่วยควบคุม (control unit) หน่วยกระทำทางคณิตศาสตร์และลอจิก (arithmetic logic unit) หรือที่เรียกสั้น ๆ ว่า ALU และหน่วยเก็บข้อมูลชั่วคราวภายในซีพียูที่มีชื่อว่า รีจีสเตอร์ (register)

หน่วยควบคุม (Control Unit)

            หน่วยควบคุม เป็นตัวควบคุมอุปกรณ์ทั้งหมดภายในคอมพิวเตอร์ ควบคุมทิศทางการรับส่งข้อมูลต่างๆ ให้ทำงานได้ถูกต้อง ควบคุมขั้นตอนการทำคำสั่งของคอมพิวเตอร์ ควบคุมการประมวลผล และการใช้บัสต่าง ๆ ในการรับส่งข้อมูล

หน่วยประมวลผลทางคณิตศาสตร์และลอจิก (ALU)

            วงจรในส่วนนี้จะทำหน้าที่ในการคำนวณต่างๆ ทางคณิตศาสตร์และทางลอจิก ซึ่งกล่าวได้ว่าหากข้อมูลคอมพิวเตอร์มีการเปลี่ยนแปลงจะต้องเกิดจากวงจรในส่วนนี้ทั้งสิ้น การประมวลผลทางคณิตศาสตร์ ได้แก่การบวก การลบ การคูณ การหาร นอกจากนี้ยังรวมถึงการเปรียบเทียบข้อมูลต่าง ๆ อีกด้วย