05 computer system

001272 Introduction to Computer Information Science 1

การทางานของคอมพวเตอรการทางานของคอมพวเตอร

วชา 001272 คอมพวเตอรสารสนเทศขนพนฐาน

โดยภาควชาวทยาการคอมพวเตอรและเทคโนโลยสารสนเทศ คณะวทาศาสตร มหาวทยาลยนเรศวร

1

001272 Introduction to Computer Information Science2

จดประสงคการเรยนรจดประสงคการเรยนร

• ทราบถงองคประกอบของระบบคอมพวเตอร

• เขาใจการทางานรวมกนขององคประกอบตางๆในระบบคอมพวเตอร

2


ระบบคอมพวเตอรระบบคอมพวเตอร

• ระบบคอมพวเตอรประกอบดวย 5 องคประกอบทสาคญคอ

1. มนษย (People)

2. ฮารดแวร (Hardware)

3. ซอฟตแวร (Software)

4. ขอมล (Data)

5. การสอสาร (Communication)

3


มนษย (People)(People)

• มนษย เปนผขบเคลอนใหเกดการทางานขนในระบบคอมพวเตอร

• มนษยเปนแหลงของขอมลทถกสงเขาไปประมวลผลในระบบ

– เชน การปอนขอมลเขาสระบบ ดวย การพมพ การสแกน หรอ การคลกเลอกขอมล

• มนษยเปนแหลงของเหตการณททาใหเกดการเปลยนแปลงของระบบคอมพวเตอร

– เชน การออกคาสงใหคอมพวเตอรคานวณขอมล สงใหแสดงผล หรอ พมพรายงาน

• มนษยเปนผใชประโยชนจากผลลพธทเกดขนจากการทางานของคอมพวเตอร

– เชน นาสารสนเทศทไดจากการประมวลผลมาใชในการตดสนใจ

• บทบาทของมนษยทมตอระบบคอมพวเตอรนนมหลายบทบาท ไดแก เปนผใช (Users) เปนผพฒนาระบบ (System Developer) หรอ เปนผดแลระบบ (System Administrators)

4

ฮารดแวรฮารดแวร (Hardware)(Hardware)

• ฮารดแวรเปนองคประกอบของระบบคอมพวเตอรทเปนอปกรณเชงกายภาพ (Physical Devices) เราสามารถจบตองได

• สามารถแบงกลมตามหนาทในสวนของคอมพวเตอรฮารดแวรไดออกเปน 5 หนวย ดงน

1. หนวยรบขอมล (Input Unit)

2. หนวยประมวลผล (Processing Unit)

3. หนวยแสดงผลขอมล (Output Unit)

4. หนวยจดเกบขอมล (Storage Unit)

5. หนวยตอประสาน (Connectivity)

แบบจาลองโครงสรางของเครองคอมพวเตอร

สวนนาขอมลเขา

INPUT

หนวยประมวลผล

PROCESSOR

สวนแสดงผลขอมลออก

OUTPUT

หนวยความจา

MEMORY

หนวยตอประสาน

Connectivity

ซอฟตแวรซอฟตแวร (Software)(Software)

• ซอฟทแวรเปนกลมของคาสงทกาหนดการทางานของฮารดแวร

• ซอฟตแวรเปนสงควบคมใหคอมพวเตอรทางานไดตามวตถประสงคทเราตองการ

• ซอฟทแวรแบงออกเปน 2 ประเภทคอ1. ซอฟตแวรระบบ (System Software) ทาหนาทควบคมการทางานขององคประกอบฮารดแวรตางๆ ใหสามารถทางานรวมกนได2. ซอฟทแวรประยกต (Application Software) ถกพฒนาขนเพอทางานตามวตถประสงคการใชงานของผใช


ขอมลขอมล (Data)(Data)• ขอมล คอขอเทจจรงทเกดขนจากกจกรรมตางๆ ในสงแวดลอมของระบบ

• ขอมล จะถกนาเขามาจดเกบและประมวลผล ในระบบคอมพวเตอร

• ขอมลมหลากหลายชนด ไดแก

1. ขอมลเชงตวเลข (Numeric Data) เชน จานวนเตม หรอ จานวนจรง

2. ขอมลเชงขอความ (Text Data) เชน ตวอกขระ หรอ ขอความ

3. ขอมลเสยง (Audio Data) เชน ไฟลเพลงชนดตางๆ Wave, MIDI, MP3

4. ขอมลภาพ (Images Data) เชน ไฟลภาพชนดตางๆ Bitmap, JPEG, GIF

5. ขอมลภาพเคลอนไหว (Video Data) เชน ไฟลวดชนดตางๆ AVI, MPEG


การสอสารการสอสาร (Communication)(Communication)

• คอมพวเตอรททางานเพยงเครองเดยวถกเรยกวา “Standalone computer”

• ปจจบนดวยเทคโนโยลเครอขาย (Network technology) ทาใหคอมพวเตอรสามารถ

สอสารแลกเปลยนขอมลกนได จงทาใหเกดเปนโครงสรางของระบบเครอขาย

คอมพวเตอร (Computer network) ขน

• ระบบเครอขายคอมพวเตอร ทาใหการประยกตใชคอมพวเตอรมความหลากหลาย

และเกดประโยชนมากยงขน (ตดตามเนอหาเกยวกบระบบเครอขายในบทถดไป)


การทางานของคอมพวเตอร

• ในสวนนเปนการอธบายถงวธการทางานของคอมพวเตอรในหวขอ

ตอไปน

– วธการแปลงสญญาณของคอมพวเตอร

– วธการแทนขอมลของคอมพวเตอร

– วธการสอสารขอมลของคอมพวเตอร

– วธการเกบขอมลของคอมพวเตอร

– วธการประมวลผลของคอมพวเตอร

– วธการเชอมตอกบอปกรณภายนอก

วธการแปลงสญญาณของคอมพวเตอร

• สญญาณทมอยทวไปตามธรรมชาต เชน

เสยง ไฟฟา หรอคลนแมเหลกไฟฟา จะม

ลกษณะของสญญาณเปน “คลน

แบบตอเนอง” เรยกวา สญญาณอนาลอก

(Analog Signal)

• คอมพวเตอรมวธการประมวลผลสญญาณ

ในแบบสญญาณดจตอล (Digital Signal)

ซงลกษณะของสญญาณจะมเพยงสอง

สถานะคอ เปดและปด (On/Off)

– สญญาณดจตอลจะแทนสญลกษณของ สถานะ

เปดดวย 1 และสถานะปดดวย 0

1 0 1 0 1 0

วธการแปลงสญญาณของคอมพวเตอร

• ขอมลสญญาณทเปนอนาลอกจะตองถกแปลงเปนสญญาณแบบดจตอลเพอนาเขาไป

ประมวลผลในคอมพวเตอร

• ขอมลสญญาณทเปนดจตอลกจะถกแปลงกลบเปนสญญาณอนาลอกเพอแสดงผลสภายนอก

• คอมพวเตอรจะมตวแปลงสญญาณ 2 ชนดทแปลงสญญาณระหวางอนาลอกและดจตอล

– Analog-Digital Converter (ADC) แปลงจากอนาลอกเปนดจตอล

– Digital-Analog Converter (DAC) แปลงจากดจตอลเปนอนาลอก

ADC CPU DAC01011001 11100101

วธการแทนขอมลของคอมพวเตอร

• ขอมลทางคอมพวเตอรมหลายประเภท เชน จานวน ขอความ ภาพ หรอ เสยง • เมอนาขอมลเหลานนไปประมวลผลในคอมพวเตอรจาเปนตองทาการ เขารหส

แบบดจตอลเพอแทนขอมลเดม และจะตองมการแปลรหสจากรหสดจตอลกลบคนสภาพเดม

วธการแทนขอมลของคอมพวเตอร

• ตวอยางการแทนขอมล

– ตองการนาเลขจานวนเตมทมคา 12 ไปเกบในหนวยความจาของคอมพวเตอร

– ถาหนวยความจาทใชเกบมขนาด 8 bits

– เราใชวธการแปลงเลขฐานในการแทนขอมลชนดจานวน

– จากเนอหาในบททแลวเราทราบวา 12 = 11002

– ดงนนเลข 12 จะถกแทนดวย 00001100 ในหนวยความจา

• เชนเดยวกน ถาเราอานขอมล 00001100 จากหนวยความจาและเราตองการแปลความหมายของรหสนเปนจานวนเตม เราสามารถทราบไดวารหสนคอ 12

วธการสอสารขอมลของคอมพวเตอร

• องคประกอบตางๆ ของคอมพวเตอรจาเปนตองมการสอสารระหวางกน ดงนนจาเปนตองม

หนวยตอประสานเปนตวกลางในการเชอมตอ

• แผงวงจรหลกททาหนาทเปนหนวยตอประสานภายในคอมพวเตอรคอ เมนบอรด (Mainboard)

CPU

RAM

Harddisk


• บนเมนบอรดจะมชองทางการสอสารทเรยกวา BUS ซงทาหนาทเปนตวกลางการ

สอสารสญญาณระหวางองคประกอบตางๆ ของคอมพวเตอร

BUS

ภาพจาก www.rmutphysics.com


• รปแบบการสงสญญาณของคอมพวเตอร

– สงสญญาณแบบอนกรม (Serial Transmission)

• สญญาณถกสงตามลาดบ

• สงสญญาณไปครงละ 1 สญญาณตอ 1 รอบการสง

– สงสญญาณแบบขนาน (Parallel Transmission)

• สงสญญาณไปพรอมๆกน

• สงหลายสญญาณตอ 1 รอบการสง


• สงสญญาณแบบอนกรม (Serial Transmission)

– สงไดแคครงละ 1

– ใชสายสญญาณเพยงเสนเดยว

Receiver Sender1 0 1 0

รอบท 1 2 3 4


• สงสญญาณแบบขนาน (Parallel Transmission)

– สงไดครงละหลายสญญาณ

– ใชสายสงเปนจานวนมาก

Receiver Sender

1010

รอบท 1


• ประสทธภาพในการสอสารขอมลขนอยกบ

– ความกวางของ BUS

• เชน BUS ขนาด 32 bits สามารถสงขอมลแบบขนานไดครงละ 32 สญญาณ

– ความถของ BUS

• เชน BUS ทมความถ 650 MHz สามารถสงขอมลได 650 ลานรอบตอวนาท

วธการเกบขอมลของคอมพวเตอร

• คอมพวเตอรจะมการเกบขอมล 2 ลกษณะ

– เกบแบบลบเลอนได

• คอการเกบขอมลไวในหนวยความจาหลก เชน RAM หรอ Cache

• ขอมลมลจาเปนตองมไฟฟารกษาสภาพอยตลอดเวลา

• ขอมลจะลบเลอนไปเมอทาการปดเครอง

– เกบแบบไมลบเลอน

• คอการเกบไวในสอบนทกขอมล เชน Disk, CD, หรอ Flash Memory

• ขอมลยงรกษาสภาพอยไดบนสอบนทก ถงแมไมมไฟฟา

หนวยของขอมลคอมพวเตอร

• Bit คอหนวยทเลกทสดของขอมลดจตอล ซงอาจจะเปนสถานะทางฟาหรอแมเหลกหรอรหสทมสองสถานะคอ On/Off ซงอาจแทนดวยสญลกษณ 0/1

• Byte = 8 bits

• 1 KB = 1024 Byte• 1 MB = 1024 KB = 1024x1024 Byte• 1 GB = 1024 MB = 1024x1024x1024 Byte• 1 TB = 1024 GB = 1024x1024x1024x1024 Byte

1 0 0 1 0 1 1 0

1 Byte

วธการเกบขอมลของคอมพวเตอร

• หนวยความจาของคอมพวเตอรมความจทจากด เชน

– Harddisk มความจประมาณท 1 TB

– DVD มความจประมาณท 4 - 5 GB

– RAM มความจประมาณท 2 – 4 GB

• ถาขอมลมปรมาณมากกวาความจของหนวยความจา ขอมลนนกไม

สามารถจดเกบในหนวยความจาไดทงหมด

• ถาไฟลภาพยนตร 1 เรองมขนาด 3 GB แลว Harddisk ขนาด 1 TB จะ

เกบภาพยนตรไดจานวนกเรอง?

วธการประมวลผลของคอมพวเตอร

• คอมพวเตอรประมวลผลตามคาสงทกาหนด

ไวในโปรแกรม (ซอฟตแวร)

• ปกตโปรแกรมจะถกตดตงไวทสอบนทก

ขอมล เชนตดตงไวบน Harddisk

• โปรแกรมจะถกโหลดเขาไปยง

หนวยความจาหลกเมอมการเรยกใชงาน

• CPU จะทาการอานคาสงจากหนวยความจา

หลกเพอไปประมวลผล

• ดงนนการประมวลผลของคอมพวเตอรจงม

สอบนทกขอมล หนวยความจาหลก และ

ซพย ทจะทางานเกยวของกนเสมอ

CPU

RAM

Harddisk

Bus

Bus

โหลดโปรแกรม

โหลดคาสง

ประมวลผล


• การทางานของ CPU– CPU ใชวธการแบบการทาซาๆท

เรยกวา machine cycle เพอประมวลผล

คาสงในโปรแกรมตงแตตนจนจบโดย

ทาทละ 1 คาสง

– Machine cycle ประกอบดวย 3

ขนตอนคอ Fetch, Decode, และ

Execute

machine cycle



• Fetch เปนขนตอนทหนวยควบคมสงใหระบบทาการคดลอกคาสงถดไปและนาไปเกบไวใน

instruction register (ภายใน CPU) ตาแหนงทอยของคาสงดงกลาวจะเกบไวใน program counter

register หลงจากการคดลอกคาสงแลว คาของ program counter จะเพมขนอก 1 เพออางองถง

คาสงถดไปในหนวยความจา

• Decode เปนขนตอนทหนวยควบคมตความหมายของคาสงทอยใน instruction register ผลลพธท

ไดจะเปนรหสไบนาร (binary code) ทแทนการกระทา (Actions) ทคอมพวเตอรจะตองทา

• Execute เปนขนตอนทหนวยควบคม (Control Unit: CU) สงสญญาณควบคมไปยงหนวยอน เพอ

สงใหกระทาการตาม รหสไบนาร ทตามความไดจากขนตอน Decode กอนหนาน

– เชนหนวยควบคมบอกใหหนวยรบขอมลทาการอานขอมลจากหนวยความจา

– หรอให ALU ทาการบวกเลข 2 จานวนทเกบอยใน input registers แลวเกบผลลพธไวใน output register


• ความเรวในการประมวลผลของ CPU พจารณาจากถามถของสญญาณนาฬกา (Clock) ซงเปนสญญาณคอยกากบจงหวะการทางานของ CPU

• ปจจบนความถสญญาณนาฬกาของ CPU อยทประมาณ 3 GHz (ประมาณ 3 พนลานรอบตอวนาท)

• สมมตให CPU ใช 1 จงหวะของ Clock ทาการประมวลผลคาสง 1 คาสง หมายความวา CPU สามารถประมวลผลคาสงได ประมาณ 3 พนลานคาสงตอวนาท

• CPU ในปจจบนเปนแบบ Multi-core Processor เชน Dual Core หรอ Quad Core ซงสามารถประมวลผลคาสงไดแบบขนาน หมายถงประมวลผลคาสงไดหลายคาสงพรอมๆกน

www.techspot.com

ประสทธภาพการทางานของคอมพวเตอร

• ประสทธภาพการทางานของคอมพวเตอรไมไดขนอยกบประสทธภาพของ CPU เพยงอยางเดยว แตขนอย

กบทกๆองคประกอบททางานสมพนธกน ไดแก CPU , RAM, BUS, Harddisk และอปกรณตอพวงอนๆ

• ปญหาเกยวกบประสทธภาพการทางานของเครองคอมพวเตอรในปจจบนคอ ปญหาคอขวด (Bottleneck)

ถงแมวา CPU จะมความเรวในการประมวลผลสง แตขอมลทจะประมวลผลนนตองนามาจาก RAM และ

สงผาน BUS ซงมอตราเรวทตากวา CPU มาก จงทาให CPU จะตองเสยเวลาในการรอขอมล

• และถา RAM มขนาดเลกไมเพยงพอตอการเกบขอมลทจะประมวลผล ระบบปฏบตการจะใชพนทบน

Harddisk สรางเปนหนวยความจาเสมอน (Virtual Memory) ซงการอานขอมลจาก Harddisk มา

ประมวลผลกยงชาลงไปอก

CPU RAM

3 GHz

650 MHz

BUS

ประสทธภาพการทางานของคอมพวเตอร

• เพอใหประสทธภาพของการทางาน

โดยรวมดขน จงไดนาหนวยความจาทม

ความเรวในการเขาถงสงเรยกวา Cache

มาใชเปนตวกลางระหวาง CPU และ

RAM

• หลกการคอ นาขอมลหรอคาสงทใช

บอยๆ ไปเกบไวใน Cache เมอ CPU ทา

การอานขอมลเพอนาไปประมวลผลกจะ

ไปอานขอมลจาก Cache กอน ถาขอมล

ไมมใน Cache จงจะไปอานจาก RAM

และ Disk ตามลาดบตอไป

ALUCU

registers

Cache (Level 1) CPU

Cache (Level 2)

RAM

Harddisk

วธการเชอมตอกบอปกรณภายนอก

• อปกรณภายนอกไดแก Mouse, Keyboard, Printer, Scanner และอนๆ

• คอมพวเตอรสามารถเชอมตอกบอปกรณภายนอกไดโดยผานสวนเชอมตอท

เรยกวา Port

• Port มหลายลกษณะ

– Serial Port

– Parallel Port

– USB port

– Infrared Port (Wireless)

– อนๆ



• ปจจบนพอรท USB (Universal Serial Bus)

เปนทนยมนามาใหใชคอมพวเตอรและ

อปกรณตอพวงตางๆ

• USB มความเรวถง 400 Mbits/s และจะม

ความเรวสงขนในรนตอไป

• USB สามารถตออปกรณไดมากสดถง 127

ชน โดยใช HUB กระจายสญญาณ จงทาให

สามารถเพมพอรทในการเชอมตอไดมาก

ขน

• สามารถใชกบระบบ Plug and Play คอ เมอ

ตดตง อปกรณเขาไปอปกรณนนๆจะ

สามารถทางานไดทนท


USB Hub


• อปกรณภายนอกทเชอมตอกบคอมพวเตอรสามารถทางานรวมกบ CPU และ RAM

ไดโดยอาศยตวควบคม (Controller) ทาหนาทเปนตวกลางรบสงสญญาณ

• ดงนนการทางานของอปกรณเหลานจงเปนอสระจาการควบคมของ CPU

• และ CPU ไมจาเปนตองตดตอกบอปกรณเหลานโดยตรง เพราะอปกรณเหลานม

ความเรวทตากวา CPU มาก

คาถามทายบท

1. ถามไฟลขอมลขนาด 1 MB และจะตองสงขอมลนผานบสทมความกวาง 32 บต และมความถในการสง 650 MHz จะตองใชเวลาประมาณเทาใดจงจะสงไฟลนเสรจ

2. RAM จดเปนหนวยความจาประเภทใด

ก. แบบเลอะเลอนได ข. แบบลบเลอนได

ค. แบบไมลบเลอน ง. แบบเลอะเทอะ

3. ซอฟตแวรสามารถตดตงไวทใด

ก. Harddisk ข. RAM

ค. ROM ง. ถกขอ ก. และ ค.

เอกสารอางอง

• Ron White, Timothy Edward Downs. How Computers Work (9th Edition). Que. 2007

• H. L. Capron, Computers Tools for an Information Age, Prentice Hall. 8 edition. 2003.

• http://en.wikipedia.org/

05 computer system

Documents

Transcript of 05 computer system