หน่วยที่ 3 องค์ประกอบของคอมพิวเตอร์

วัตถุประสงค์ 1. อธิบายองค์ประกอบหลัก และอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ 2. เข้าใจวิธีการแทนข้อมูลในคอมพิวเตอร์ และการแปลงค่าระหว่างเลขฐานสองกับเลขฐานสิบ 3. อธิบายชนิดของอุปกรณ์รับเข้าและส่งออก และสามารถเลือกใช้ได้อย่างเหมาะสม 4. อธิบายความแตกต่างและการทำงานของหน่วยความจำและหน่วยเก็บข้อมูล

5. อธิบายองค์ประกอบและหน้าที่ของหน่วยประมวลผลกลาง รวมถึงความสัมพันธ์ในการทำงานระหว่างหน่วยประมวลผลกลางและหน่วยความจำ 6. รู้จักอุปกรณ์ต่อพ่วงอื่นๆ ที่อาจทำหน้าที่ได้ทั้งรับเข้าและส่งออก 7. รู้จักวิธีทำความสะอาด และดูแลอุปกรณ์คอมพิวเตอร์

3.1 คอมพิวเตอร์ 3.1.1 คอมพิวเตอร์คืออะไร คอมพิวเตอร์เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทำงานภายใต้การควบคุมของชุดคำสั่ง (program) ซึ่งเก็บอยู่ในหน่วยความจำ (memory) สามารถรับข้อมูลเข้า (input) จากภายนอก นำมาประมวลผล (process) ตามลำดับขั้นตอนที่ได้เตรียมไว้แล้ว และส่งผลลัพธ์ (output) ออกไปให้กับผู้ใช้ หรือสามารถเก็บผลลัพธ์ (storage) ไว้ใช้ต่อไปได้

รูปแสดงส่วนประกอบพื้นฐานของคอมพิวเตอร์ หน่วยรับเข้า หน่วยประมวลผลกลาง หน่วยความจำ หน่วยเก็บข้อมูล หน่วยส่งออก

3.1.2 ประโยชน์ของการใช้คอมพิวเตอร์ 1) ทำงานได้รวดเร็ว เนื่องจากคอมพิวเตอร์เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ทำงานด้วยสัญญาณทางไฟฟ้า จึงสามารถทำงานได้หลายล้านคำสั่งต่อวินาที ส่งผลให้ผู้ใช้ได้รับผลลัพธ์อย่างรวดเร็ว

2) มีความน่าเชื่อถือ คอมพิวเตอร์สามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่องและได้ผลลัพธ์ที่ถูกต้อง การทำงานจะได้ผลลัพธ์เหมือนเดิมทุกครั้ง เช่น ถ้าให้คอมพิวเตอร์ประมวลผลข้อมูลเข้าชุดเดียวกัน ย่อมจะได้ผลลัพธ์เช่นเดิมทุกครั้ง

3) เก็บข้อมูลได้จำนวนมาก คอมพิวเตอร์สามารถเก็บข้อมูลอยู่ภายในได้เป็นจำนวนมาก ทั้งในส่วนของหน่วยความจำ เพื่อให้ทำงาน กับข้อมูลขนาดใหญ่ได้ และทั้งในส่วนของอุปกรณ์เก็บข้อมูล เช่น ฮาร์ดดิสก์ หน่วยความจำแบบแฟลช และแผ่นซีดี เพื่อให้สามารถเก็บผลลัพธ์ที่ได้ไว้ใช้งานต่อไป

4) สื่อสารระหว่างเครื่องคอมพิวเตอร์ได้ คอมพิวเตอร์เกือบทั้งหมดในปัจจุบันมีความสามารถในการส่งถ่ายข้อมูลกับเครื่องอื่นได้ ซึ่งอาจกระทำโดยผ่านสายสัญญาณหรือแบบไร้สายก็ได้ ส่งผลให้การแลกเปลี่ยนข้อมูลและแบ่งปันการใช้งานอุปกรณ์ต่างๆ มีประโยชน์กับผู้ใช้ และสามารถทำได้อย่างสะดวกและง่ายดาย

3.1.3 องค์ประกอบหลักของคอมพิวเตอร์ คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลหรือพีซี (Personal Computer :PC) ประกอบด้วยอุปกรณ์พื้นฐานต่างๆ เช่น จอภาพ ตัวเครื่อง แป้นพิมพ์ เมาส์ ลำโพง และไมโครโฟน สำหรับตัวเครื่องนั้น ภายในประกอบไปด้วย แผงวงจรหลัก และอุปกรณ์อื่นๆ อีกหลายชนิด ซึ่งถ้าเราจัดอุปกรณ์พื้นฐานทั้งหมดนี้ตามหน้าที่การทำงานจะได้ 5 หน่วย คือ

หน่วยรับเข้า (Input Unit) 1 หน่วยรับเข้า (Input Unit) ทำหน้าที่รับข้อมูลจากภายนอกเข้ามายังหน่วยความจำ เพื่อรอการประมวลผลจากหน่วยประมวลผลกลางต่อไป อุปกรณ์ของหน่วยรับเข้า เช่น แป้นพิมพ์ เมาส์ ไมโครโฟน สแกนเนอร์ อุปกรณ์สำหรับเกม

หน่วยประมวลผลกลางหรือซีพียู (Central Processing Unit :CPU) 2 (Central Processing Unit :CPU) หน่วยประมวลผลกลาง ซึ่งติดตั้งอยู่บนแผงวงจรหลักที่ ยึดติดอยู่ภายในตัวเครื่อง ทำหน้าที่ควบคุมการทำงาน เปรียบเทียบ คิดคำนวณหรือประมวลผลข้อมูล โดยทำงานตามชุดคำสั่งหรือโปรแกรมที่เก็บอยู่ในหน่วยความจำ

หน่วยความจำ (Memory Unit) 3 หน่วยความจำ (Memory Unit) ทำหน้าที่เก็บข้อมูลและโปรแกรมคำสั่งไว้เพื่อรอการประมวลผล แบ่งได้เป็นสองชนิดคือ หน่วยความจำที่ ไม่สามารถลบเลือนได้ (non-volatile memory) ซึ่งหน่วยความจำนี้จะสามารถเก็บข้อมูลไว้ได้ แม้ว่าจะไม่มีกระแสไฟฟ้าหล่อเลี้ยง

และอีกชนิดหนึ่งคือหน่วยความจำที่สามารถลบเลือนได้ (volatile memory) เมื่อไม่มีกระแสไฟฟ้าหล่อเลี้ยง ข้อมูลในหน่วยความจำนี้จะหายไป

หน่วยส่งออก (Output Unit) 4 หน่วยส่งออก (Output Unit) ทำหน้าที่นำข้อมูลที่ได้จากการประมวลผลออกมาแสดงผล เช่น จอภาพ เครื่องพิมพ์ ลำโพง

หน่วยเก็บข้อมูล (Storage Unit) 5 หน่วยเก็บข้อมูล (Storage Unit) ทำหน้าที่เก็บข้อมูลและโปรแกรม สำหรับให้คอมพิวเตอร์นำข้อมูลและโปรแกรมเหล่านี้กลับมาใช้งานได้อีก หลังจากปิดเครื่องคอมพิวเตอร์ไปแล้ว อุปกรณ์ที่เก็บข้อมูล เช่น ฮาร์ดดิสก์ แผ่นซีดี แผ่นดีวีดี และหน่วยความจำแบบแฟลช

เกร็ดน่ารู้!! บัส (Bus) อุปกรณ์คอมพิวเตอร์ต่างๆ จะต้องถูกเชื่อมต่อกัน เพื่อให้สามารถส่งถ่ายข้อมูลระหว่างกันได้ โดยผ่านบัส (Bus) ซึ่งเป็นกลุ่มของสายสัญญาณทางไฟฟ้าที่เชื่อมแต่ละอุปกรณ์เข้าด้วยกัน

3.2 การแทนข้อมูล ในชีวิตประจำวันของมนุษย์ต้องพบเจอกับจำนวนและการคำนวณอยู่ทุกวัน ซึ่งตัวเลขที่ใช้แทนการนับ ประกอบด้วยตัวเลข 10 ตัว คือ เลข 0-9 เรียกว่า ระบบเลขฐานสิบ (decimal number system)

สำหรับคอมพิวเตอร์นั้นส่วนใหญ่ที่ใช้กันอยู่เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทำงานแบบดิจิทัลการเก็บข้อมูลจะแทนด้วยสัญญาณไฟฟ้า ที่มีแรงดัน 2 สถานะ คือ ต่ำ (low) และสูง (high) เท่านั้น ซึ่งเราสามารถใช้ตัวเลข 0 และ 1 แทนระดับแรงดันไฟฟ้า

เพื่อทำให้อธิบายได้ง่ายขึ้น โดยตัวเลข 0 จะแทนแรงดันไฟฟ้าต่ำ และตัวเลข 1 จะแทนแรงดันไฟฟ้าสูง ระบบตัวเลขที่มีเพียงแค่สองค่าในหนึ่งหลักนี้ เรียกว่า ระบบเลขฐานสอง (binary number system) ตัวอย่างเช่น 1102, 101102

ระบบเลขฐานสอง ระบบเลขฐานสองประกอบด้วยตัวเลขสองตัว คือ 0 และ 1 แต่ละหลักของเลขฐานสองจะเรียกว่า บิต (bit หรือ binary digit) ซึ่งเป็นหน่วยข้อมูลที่เล็กที่สุดที่คอมพิวเตอร์จะสามารถเก็บและประมวลผลได้

เราได้ทราบมาแล้วว่าเลขฐานสองเพียงบิตเดียวหรือสองบิต จะไม่สามารถใช้ให้เกิดประโยชน์ได้มากนัก เราต้องนำเลขฐานสองหลายๆ บิตมาเรียงต่อกันเป็นกลุ่มเพื่อให้ใช้แทนข้อมูลได้มากขึ้น

การแปลงค่าตัวเลขระหว่างเลขฐานสองและฐานสิบ การแปลงเลขฐานสิบไปเป็นเลขฐานสอง 1) ใช้วิธีเอาเลขฐานสิบเป็นตัวตั้ง แล้วหารด้วยสองไปเรื่อยๆ 2) การหารแต่ละครั้งต้องเขียนเศษที่ได้จากการหารไว้ จนกระทั่งผลลัพธ์เป็นศูนย์ 3) นำเศษที่ได้มาเรียงต่อกัน เศษที่ออกมาทีหลังสุดอยู่ทางด้านซ้าย

เช่น การแปลง 29 ให้อยู่ในรูปของเลขฐานสอง 2 )29 เศษ 1 2 )14 เศษ 0 2 ) 7 เศษ 1 2 ) 3 เศษ 1 2 ) 1 เศษ 1 0 . ดังนั้น 2910 = 111012

เช่น การแปลง 34 ให้อยู่ในรูปของเลขฐานสอง 2 )34 เศษ 0 2 )17 เศษ 1 2 ) 8 เศษ 0 2 ) 4 เศษ 0 2 ) 2 เศษ 0 2 ) 1 เศษ 1 0 . ดังนั้น 3410 = 1000102

การแปลงเลขฐานสองไปเป็นเลขฐานสิบ 1) ใช้วิธีเอาเลขฐานสองแยกเป็นหลัก 2) หาค่าแต่ละหลักได้จากการคูณด้วย 2 ยกกำลังเลขประจำหลัก เริ่มต้นที่หลักต่ำสุดด้านขวามือยกกำลังด้วย 0 3) นำเลขที่คูณได้แต่ละหลักมาบวกกันจนได้ ผลลัพธ์

เช่น การแปลง 100012 ให้อยู่ในรูปของ เลขฐานสิบ 10001 1x24 + 0x23 + 0x22 + 0x21 + 1x20 1x16 + 0x8 + 0x4 + 0x2 + 1x1 16 + 0 + 0 + 0 + 1 ดังนั้น 100012 = 17 เลขฐานสอง 1 เลขประจำหลัก 4 3 2

เช่น การแปลง 1111012 ให้อยู่ในรูปของ เลขฐานสิบ 111101 1x25 + 1x24 + 1x23 + 1x22 + 0x21 + 1x20 1x32 + 1x16 + 1x8 + 1x4 + 0x2 + 1x1 32 + 16 + 8 + 4 + 0 + 1 ดังนั้น 1111012 = 61 เลขฐานสอง 1 เลขประจำหลัก 5 4 3 2

แบบฝึกหัด 3.1 ให้นักเรียนแปลงเลขฐานสิบต่อไปนี้ให้อยู่ในรูปของเลขฐานสอง 1) 31 2) 44 3) 57 4) 78 5) 83 ให้นักเรียนแปลงเลขฐานสองต่อไปนี้ให้อยู่ในรูปของเลขฐานสิบ 1) 110012 2) 100112 3) 111112 4) 1010102 5) 111001102