ระบบคอมพิวเตอร์และการประมวลผลข้อมูล

งานนำเสนอเรื่อง: "ระบบคอมพิวเตอร์และการประมวลผลข้อมูล"— ใบสำเนางานนำเสนอ:

1 ระบบคอมพิวเตอร์และการประมวลผลข้อมูล
อาจารย์สมเกียรติ ช่อเหมือน สาขาวิชาวิศวกรรมซอฟต์แวร์ คณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

2 เนื้อหาที่สนใจ ระบบคอมพิวเตอร์ การประมวลผลข้อมูล (Data processing)
ระบบข้อมูล การประมวลผลแบบอัตโนมัติ ขั้นตอนและวิธีการประมวลผลข้อมูล วิทยาการคอมพิวเตอร์ (computer science) วิทยาการคอมพิวเตอร์เชิงทฤษฎี พื้นฐานคณิตศาสตร์ คอมพิวเตอร์กับมนุษย์ ขั้นตอนการคิดของคอมพิวเตอร์แบบมนุษย์ การเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์ (Computer Programming)

3 คอมพิวเตอร์ คอมพิวเตอร์มีประสิทธภาพ มีความถูกต้องและรวดเร็ว
คอมพิวเตอร์ (Computer) อุปกรณ์ทางอิเล็กทรอนิกส์ (electrinic device) ที่มนุษย์ใช้เป็นเครื่องมือช่วยในการประมวลผลข้อมูลในรูปดิจิตอลด้วยสมองกล กำหนดชุดคำสั่งล่วงหน้าหรือโปรแกรมได้ (programmable) ทำงานได้หลากหลายรูปแบบ ขึ้นอยู่กับชุดคำสั่ง สามารถนำไปประยุกต์กับงานต่างๆ ได้แก่ การตรวจคลื่นความถี่ของหัวใจ การฝาก - ถอนเงินในธนาคาร การตรวจสอบสภาพเครื่องยนต์ คอมพิวเตอร์มีประสิทธภาพ มีความถูกต้องและรวดเร็ว

4 การทำงานของคอมพิวเตอร์
การประมวลผลด้วยสมองกล (CPU) + (RAM) ระบบคอมพิวเตอร์ ( Computer System) ประกอบด้วย 4 ส่วน หน่วยประมวลผล หน่วยความจำ หน่วยรับเข้าข้อมูล หน่วยส่งออกข้อมูล * หน่วยสื่อสารช่วยในการรับส่งข้อมูล

5 ข้อมูล (Data) Digital Data หน่วยที่เล็กที่สุดของคอมพิวเตอร์ (0,1) bit
เลขฐานสอง การเข้ารหัส- การถอดรหัส บิต ตัวเลข ข้อความ รูปภาพ เสียง วิดีโอ อุปกรณ์ที่แปลงให้อยู่ในรูปของดิจิตอล การจัดเก็บข้อมูลจำนวนมาก ความจุ 1 Byte = (8 bit) การสื่อสารข้อมูล ความเร็วในการรับส่งข้อมูล (b/s)

6 ระบบข้อมูล กระบวนการประมวลผลด้วยเครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์
สำหรับการสร้าง รับ ส่ง จัดเก็บ รักษา หรือประมวลผลข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์ ที่มา: 

7 การประมวลผลข้อมูล (Data processing)
ทำให้ได้ผลลัพธ์ตามที่ต้องการ ทำคนเดียว รวมกันทำ แบ่งกันทำ

8 การประมวลผลแบบอัตโนมัติ
การประมวลผลข้อมูลแบบอัตโนมัติ (Automatic data processing) ดิจิตอลคอมพิวเตอร์เป็นเครื่องมือที่ใช้ประมวลผลข้อมูล มนุษย์อยากให้คอมพิวเตอร์ทำงานแทน แต่คอมพิวเตอร์คิดไม่เป็น ต่างจากมนุษย์ ตู้ ATM ใช้การประมวลผลแบบทันทีทันใด  Automatic Teller Machine หรือ เครื่องให้บริการทางการเงินอัตโนมัติ.

9 วิทยาการคอมพิวเตอร์ (computer science)
การศึกษาค้นคว้าทฤษฎีการคำนวณสำหรับคอมพิวเตอร์ และทฤษฎีการประมวลผลสารสนเทศ ทั้งด้านซอฟต์แวร์ ฮาร์ดแวร์ และ เครือข่าย วิทยาการคอมพิวเตอร์เป็นสาขาหนึ่งในสาขาวิชาทางคอมพิวเตอร์ “วิทยาการคอมพิวเตอร์” เป็นศาสตร์ที่เน้นในการเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์

10 การประมวลผลข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์
การประมวลผลข้อมูลโดยใช้เครื่องอิเล็กทรอนิกส์ หรือการประมวลผลข้อมูลโดยใช้เครื่องคอมพิวเตอร์ การประมวลผลข้อมูลที่มีปริมาณข้อมูลมากๆ มีความถูกต้อง รวดเร็ว การประมวลผลแต่ละคำสั่ง ประมาณหนึ่งในล้านล้านของวินาที (pS) มีขั้นตอนการประมวลผลที่สลับซับซ้อน เช่น ระบบงานบัญชี ระบบควบคุมสินค้าคงคลัง ระบบควบคุมการบิน ระบบงานทะเบียนนักเรียน เป็นต้น

11 ขั้นตอนการประมวลผลข้อมูล
CPU เป็นอุปกรณ์ที่สำคัญในการทำงานของคอมพิวเตอร์ ประมวลผลและควบคุมการทำงานของคอมพิวเตอร์ ทั้งอุปกรณ์ที่อยู่ในคอมพิวเตอร์หรืออุปกรณ์ต่อพ่วงต่อ Input Process Output

12 Input Input : User นำเข้าข้อมูลเข้าสู่ระบบ โดยอาศัยอุปกรณ์ Input device การเก็บข้อมูล หรือรวบรวมข้อมูลให้มีรูปแบบโครงสร้างที่เหมาะในการประมวลผล เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ต้องการ ได้แก่

13 process ปัญหาและวิธีแก้ปัญหา

14 พื้นฐานคณิตศาสตร์ คณิตศาสตร์ดิสครีต ตรรกะและการพิสูจน์
เซต ฟังก์ชัน และ ความสัมพันธ์ ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับทฤษฎีจำนวน

15 วิทยาการคอมพิวเตอร์เชิงทฤษฎี
โครงสร้างข้อมูล (Data Structures) อัลกอริธึม (Algorithms) ทฤษฎีฐานข้อมูล (Database Theory) ทฤษฎีออโตมาตา (Automata Theory) ภาษารูปนัย (Formal Languages) ทฤษฎีคอมไพเลอร์ (Compiler Theory) ความมั่นคงคอมพิวเตอร์ (Computer Security) และ ระบบปฏิบัติการ (Operating Systems) เป็นต้น

16 process Process : เครื่องเริ่มทำการประมวลผล โดยข้อมูลที่ User Input เข้ามาจะส่งไปเก็บในหน่วยความจำหลัก (Memory :RAM) Control Unit ควบคุมการไหลของข้อมูลผ่านระบบ Bus system จาก RAM ไปยัง CPU และ ALU เพื่อให้ทำงานตามคำสั่งระหว่างการประมวลผล Register จะคอยเก็บชุดคำสั่งขณะที่ load ข้อมูลอยู่ และ Cache จะคอยดักชุดคำสั่งที่ CPU เรียกใช้บ่อย ๆ และคอยจัดเตรียมข้อมูลหรือชุดคำสั่งเหล่านั้นเพื่อเอื้อให้ CPU ประมวลผลข้อมูลได้เร็วขึ้น ซึ่งการประมวลผลของเครื่องนี้จะทำงานตามรอบสัญญาณนาฬิกาของเครื่อง (Machine cycle)

17 Output สิ่งที่ได้จากการประมวลผล

18 Machine cycle Machine cycle หมายถึง เวลาที่ใช้ในการประมวลผลชุดคำสั่งของเครื่องต่อรอบสัญญาณ นาฬิกา เป็นเวลาที่ร้องขอการทำงาน เช่น การเรียก (Load) ข้อมูล, การประมวลผล (Execute) และการจัดเก็บข้อมูล

19 Machine cycle Machine cycle จะประกอบด้วย 2 ช่วงจังหวะการทำงาน ได้แก่
1. Instruction time ( I-time) หมายถึง ช่วงเวลาที่ Control unit รับคำสั่ง (Fetch) จาก memory และนำคำสั่งนั้นใส่ลงไปใน register จากนั้น Control unit จะทำการถอดรหัสชุดคำสั่งและพิจารณาที่อยู่ของข้อมูลที่ต้องการ 2. Execution time หมายถึง ช่วงเวลาที่ Control unit จะย้ายข้อมูลจาก memory ไปยัง registers และส่งข้อมูลให้ ALU จะทำงานตามคำสั่งนั้น เมื่อ ALU ทำงานเสร็จ Control unit จะเก็บผลลัพธ์ไว้ใน memory ก่อนส่งไปแสดงผลที่ Monitor หรือ Printer

20 Machine cycle (ต่อ) 3. Output : หลังจาก CPU ประมวลผลเสร็จ Control Unit จะควบคุมการไหลของข้อมูลผ่าน Bus system เพื่อส่งมอบ (Transfer) ข้อมูลจาก CPU มายังหน่วยความจำ จากนั้นส่งข้อมูลออกไปแสดงผลที่ Output device (หากคุณใช้ card เพิ่มความเร็วในการแสดงผลของจอภาพ ก็จะส่งผลต่อความเร็วของระบบได้เช่นกัน) ผลลัพธ์ที่ได้จากการประมวลผลข้อมูล (Data) เรียกว่า ข่าวสารหรือสารสนเทศ (Information) 4. Storage : หน่วยจัดเก็บข้อมูล ซึ่งหมายถึงสื่อจัดเก็บสำรอง เช่น Harddisk, Disk หรือ CD ทำงาน 2 ลักษณะ คือ การ Load ข้อมูลเพื่อนำไปประมวลผล: ถ้าข้อมูลถูกจัดเก็บอยู่ใน Harddisk แล้วคุณต้องการ Load ข้อมูลขึ้นมาแก้ไขหรือประมวลผล ข้อมูลที่ถูก Load และนำไปเก็บในหน่วยความจำ (Memory: RAM) จากนั้นส่งไปให้ CPU

21 คอมพิวเตอร์กับมนุษย์
มนุษย์มีสติปัญญาที่ชาญฉลาด มีความคิดริเริ่มสร้างสรรค์ คิดค้นประดิษฐ์เครื่องอำนวยความสะดวก เพิ่มขีดความสามารถเชิงพละกำลังที่ทำงานแทนมนุษย์ได้ การเคลื่อนที่ได้รวดเร็ว หรือแม้แต่สร้างเครื่องบินให้บินได้ คิดค้นวิธีการคำนวณ ทฤษฏีหรือหลักการคำนวณที่นำมาใช้ประโยชน์ได้ แต่การทำงานของมนุษย์บางอย่างก็ยังทำได้ช้า และมีความหลงลืมในด้านความจำ ดังนั้นจึงมีความพยายามที่จะสร้างคอมพิวเตอร์ขึ้นมาช่วยแบ่งเบาภาระของสมอง คอมพิวเตอร์เป็นเครื่องจักรที่คิดคำนวณได้รวดเร็ว แม่นยำ และมีหน่วยความจำ คอมพิวเตอร์จึงเป็นเครื่องมือที่เข้ามาเสริมการทำงานของมนุษย์ในส่วนที่เป็นจุดอ่อน เครื่องมือแพทย์ที่ใช้ในการเอ็กซเรย์สมองต้องมีการคำนวณจำนวนมาก ต้องใช้การประมวลผลรูปภาพ

22 ขั้นตอนการคิดของคอมพิวเตอร์แบบมนุษย์
หน่วยรับเข้าและหน่วยส่งออกทำหน้าเหมือนอวัยวะรับสัมผัสของมนุษย์คือ หู ตา จมูก ลิ้น กาย หน่วยความจำทำหน้าที่จำคำสั่งและข้อมูล หน่วยประมวลผลทำหน้าที่ประมวลผลข้อมูล เช่น ทำการเคลื่อนย้ายข้อมูล ทำการคำนวณ ทำการเปรียบเทียบ และควบคุมการทำงานของอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ภายในเหมือนกับสมองของมนุษย์

23 ขั้นตอนการคิดของมนุษย์ในการแก้ปัญหา
วิเคราะห์ปัญหาก่อน เช่น การนำตัวเลขจำนวน 3 จำนวนมาทำการบวก แล้วแสดงผลลัพธ์ อาจจะทำโดยการเขียนใส่กระดาษหรือ คิดแล้วตอบก็ได ถ้าเขียนบนกระดานดำ จะต้องดู แล้วจึงคิดและหาวิธีแก้ปัญหา สมองจะคิดคำนวณเพื่อให้ได้คำตอบ บางคนอาจคิดในใจ หรือใช้กระดาษทด จนกว่าจะได้คำตอบเช่น จดตัวเลข 8 และ 12 ลงในกระดาษ บวกกันได้ 20 แล้วจึงเอา 17 ไปบวกซึ่งจะได้คำตอบเป็น 37 การคิดแก้ปัญหาจะต้องเข้าใจปัญหาหรือลำดับวิธีการคิด คนที่มีความจำดี มีความคิดดี แก้ปัญหาได้เก่งก็สามารถหาคำตอบได้เร็ว สมองของแต่ละคน ที่มีลำดับขั้นตอนที่ดี จะช่วยให้คิดคำนวณโจทย์ปัญหาที่ซับซ้อนได้

24 การเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์ (Computer Programming)
ควบคุมการประมวลผลของคอมพิวเตอร์ กระบวนการที่นำคอมพิวเตอร์ไปใช้แก้ปัญหา กิจกรรม เช่น การวิเคราะห์ การพัฒนาขั้นตอนวิธีการ ตรวจสอบความต้องการ การเขียนโค้ดด้วยภาษาคอมพิวเตอร์ วัตถุประสงค์ คือ การหาลำดับของคำสั่ง ประยุกต์ใช้กับงานด้านต่างๆ การทดสอบเพื่อแก้จุดบกพร่องและปรับปรุงให้ดำเนินงานได้ถูกต้อง การพัฒนาซอฟแวร์ใช้สำหรับกระบวนการเขียนโปรแกรมขนาดใหญ่ วิศวกรรมซอฟต์แวร์ นำเทคนิคทางวิศวกรรมมาใช้ในการพัฒนาซอฟแวร์

25 สรุป ระบบคอมพิวเตอร์ประกอบด้วย 4 ส่วนหลัก เพื่อใช้ในการประมวลผลข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์ อุปกรณ์ที่สำคัญคือ CPU และ RAM การประมวลผลคอมพิวเตอร์ประกอบด้วย 1) input 2) Process 3) output วิทยาการคอมพิวเตอร์ เป็นสาขาที่เรียนรู้การประมวลผลทั้งด้านทฤษฏีและการปฏิบัติเขียนโปรแกรมควบคุมการทำงานของอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ การประมวลผลทางด้านคอมพิวเตอร์เกี่ยวข้องกับพื้นฐานทางคณิตศาสตร์ การเขียนโปรแกรมเป็นการควบคุมการประมวลผลของคอมพิวเตอร์