05 computer system

407 views

Published on

0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
407
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
10
Actions
Shares
0
Downloads
32
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

05 computer system

  1. 1. 001272 Introduction to Computer Information Science 1การทํางานของคอมพิวเตอรการทํางานของคอมพิวเตอรวิชา 001272 คอมพิวเตอรสารสนเทศขั้นพื้นฐานโดยภาควิชาวิทยาการคอมพิวเตอรและเทคโนโลยีสารสนเทศคณะวิทาศาสตร มหาวิทยาลัยนเรศวร1
  2. 2. 001272 Introduction to Computer Information Science2จุดประสงคการเรียนรูจุดประสงคการเรียนรู• ทราบถึงองคประกอบของระบบคอมพิวเตอร• เขาใจการทํางานรวมกันขององคประกอบตางๆในระบบคอมพิวเตอร2
  3. 3. 001272 Introduction to Computer Information Science3ระบบคอมพิวเตอรระบบคอมพิวเตอร• ระบบคอมพิวเตอรประกอบดวย 5 องคประกอบที่สําคัญคือ1. มนุษย (People)2. ฮารดแวร (Hardware)3. ซอฟตแวร (Software)4. ขอมูล (Data)5. การสื่อสาร (Communication)3
  4. 4. 001272 Introduction to Computer Information Science4มนุษย (People)(People)• มนุษยเปนผูขับเคลื่อนใหเกิดการทํางานขึ้นในระบบคอมพิวเตอร• มนุษยเปนแหลงของขอมูลที่ถูกสงเขาไปประมวลผลในระบบ– เชน การปอนขอมูลเขาสูระบบ ดวย การพิมพ การสแกน หรือ การคลิกเลือกขอมูล• มนุษยเปนแหลงของเหตุการณที่ทําใหเกิดการเปลี่ยนแปลงของระบบคอมพิวเตอร– เชน การออกคําสั่งใหคอมพิวเตอรคํานวณขอมูล สั่งใหแสดงผล หรือ พิมพรายงาน• มนุษยเปนผูใชประโยชนจากผลลัพธที่เกิดขึ้นจากการทํางานของคอมพิวเตอร– เชน นําสารสนเทศที่ไดจากการประมวลผลมาใชในการตัดสินใจ• บทบาทของมนุษยที่มีตอระบบคอมพิวเตอรนั้นมีหลายบทบาท ไดแก เปนผูใช(Users) เปนผูพัฒนาระบบ (System Developer) หรือ เปนผูดูแลระบบ (SystemAdministrators)4
  5. 5. ฮารดแวรฮารดแวร (Hardware)(Hardware)• ฮารดแวรเปนองคประกอบของระบบคอมพิวเตอรที่เปนอุปกรณเชิงกายภาพ(Physical Devices) เราสามารถจับตองได• สามารถแบงกลุมตามหนาที่ในสวนของคอมพิวเตอรฮารดแวรไดออกเปน 5หนวย ดังนี้1. หนวยรับขอมูล (Input Unit)2. หนวยประมวลผล (Processing Unit)3. หนวยแสดงผลขอมูล (Output Unit)4. หนวยจัดเก็บขอมูล (Storage Unit)5. หนวยตอประสาน (Connectivity)
  6. 6. แบบจําลองโครงสรางของเครื่องคอมพิวเตอรสวนนําขอมูลเขาINPUTหนวยประมวลผลPROCESSORสวนแสดงผลขอมูลออกOUTPUTหนวยความจําMEMORYหนวยตอประสานConnectivity
  7. 7. ซอฟตแวรซอฟตแวร (Software)(Software)• ซอฟทแวรเปนกลุมของคําสั่งที่กําหนดการทํางานของฮารดแวร• ซอฟตแวรเปนสิ่งควบคุมใหคอมพิวเตอรทํางานไดตามวัตถุประสงคที่เราตองการ• ซอฟทแวรแบงออกเปน 2 ประเภทคือ1. ซอฟตแวรระบบ (System Software) ทําหนาที่ควบคุมการทํางานขององคประกอบฮารดแวรตางๆ ใหสามารถทํางานรวมกันได2. ซอฟทแวรประยุกต (ApplicationSoftware) ถูกพัฒนาขึ้นเพื่อทํางานตามวัตถุประสงคการใชงานของผูใช001272 Introduction to Computer Information Science7
  8. 8. ขอมูลขอมูล (Data)(Data)• ขอมูล คือขอเท็จจริงที่เกิดขึ้นจากกิจกรรมตางๆ ในสิ่งแวดลอมของระบบ• ขอมูล จะถูกนําเขามาจัดเก็บและประมวลผล ในระบบคอมพิวเตอร• ขอมูลมีหลากหลายชนิด ไดแก1. ขอมูลเชิงตัวเลข (Numeric Data) เชน จํานวนเต็ม หรือ จํานวนจริง2. ขอมูลเชิงขอความ (Text Data) เชน ตัวอักขระ หรือ ขอความ3. ขอมูลเสียง (Audio Data) เชน ไฟลเพลงชนิดตางๆ Wave, MIDI, MP34. ขอมูลภาพ (Images Data) เชน ไฟลภาพชนิดตางๆ Bitmap, JPEG, GIF5. ขอมูลภาพเคลื่อนไหว (Video Data) เชน ไฟลวีดีชนิดตางๆ AVI, MPEG001272 Introduction to Computer Information Science8
  9. 9. การสื่อสารการสื่อสาร (Communication)(Communication)• คอมพิวเตอรที่ทํางานเพียงเครื่องเดียวถูกเรียกวา “Standalone computer”• ปจจุบันดวยเทคโนโยลีเครือขาย (Network technology) ทําใหคอมพิวเตอรสามารถสื่อสารแลกเปลี่ยนขอมูลกันได จึงทําใหเกิดเปนโครงสรางของระบบเครือขายคอมพิวเตอร (Computer network) ขึ้น• ระบบเครือขายคอมพิวเตอร ทําใหการประยุกตใชคอมพิวเตอรมีความหลากหลายและเกิดประโยชนมากยิ่งขึ้น (ติดตามเนื้อหาเกี่ยวกับระบบเครือขายในบทถัดไป)001272 Introduction to Computer Information Science9
  10. 10. การทํางานของคอมพิวเตอร• ในสวนนี้เปนการอธิบายถึงวิธีการทํางานของคอมพิวเตอรในหัวขอตอไปนี้– วิธีการแปลงสัญญาณของคอมพิวเตอร– วิธีการแทนขอมูลของคอมพิวเตอร– วิธีการสื่อสารขอมูลของคอมพิวเตอร– วิธีการเก็บขอมูลของคอมพิวเตอร– วิธีการประมวลผลของคอมพิวเตอร– วิธีการเชื่อมตอกับอุปกรณภายนอก
  11. 11. วิธีการแปลงสัญญาณของคอมพิวเตอร• สัญญาณที่มีอยูทั่วไปตามธรรมชาติ เชนเสียง ไฟฟา หรือคลื่นแมเหล็กไฟฟา จะมีลักษณะของสัญญาณเปน “คลื่นแบบตอเนื่อง” เรียกวา สัญญาณอนาล็อก(Analog Signal)• คอมพิวเตอรมีวิธีการประมวลผลสัญญาณในแบบสัญญาณดิจิตอล (Digital Signal)ซึ่งลักษณะของสัญญาณจะมีเพียงสองสถานะคือ เปดและปด (On/Off)– สัญญาณดิจิตอลจะแทนสัญลักษณของ สถานะเปดดวย 1 และสถานะปดดวย 01 0 1 0 1 0
  12. 12. วิธีการแปลงสัญญาณของคอมพิวเตอร• ขอมูลสัญญาณที่เปนอนาล็อกจะตองถูกแปลงเปนสัญญาณแบบดิจิตอลเพื่อนําเขาไปประมวลผลในคอมพิวเตอร• ขอมูลสัญญาณที่เปนดิจิตอลก็จะถูกแปลงกลับเปนสัญญาณอนาล็อกเพื่อแสดงผลสูภายนอก• คอมพิวเตอรจะมีตัวแปลงสัญญาณ 2 ชนิดที่แปลงสัญญาณระหวางอนาล็อกและดิจิตอล– Analog-Digital Converter (ADC) แปลงจากอนาล็อกเปนดิจิตอล– Digital-Analog Converter (DAC) แปลงจากดิจิตอลเปนอนาล็อกADC CPU DAC01011001 11100101
  13. 13. วิธีการแทนขอมูลของคอมพิวเตอร• ขอมูลทางคอมพิวเตอรมีหลายประเภท เชน จํานวน ขอความ ภาพ หรือ เสียง• เมื่อนําขอมูลเหลานั้นไปประมวลผลในคอมพิวเตอรจําเปนตองทําการ เขารหัสแบบดิจิตอลเพื่อแทนขอมูลเดิม และจะตองมีการแปลรหัสจากรหัสดิจิตอลกลับคืนสภาพเดิม
  14. 14. วิธีการแทนขอมูลของคอมพิวเตอร• ตัวอยางการแทนขอมูล– ตองการนําเลขจํานวนเต็มที่มีคา 12 ไปเก็บในหนวยความจําของคอมพิวเตอร– ถาหนวยความจําที่ใชเก็บมีขนาด 8 bits– เราใชวิธีการแปลงเลขฐานในการแทนขอมูลชนิดจํานวน– จากเนื้อหาในบทที่แลวเราทราบวา 12 = 11002– ดังนั้นเลข 12 จะถูกแทนดวย 00001100ในหนวยความจํา• เชนเดียวกัน ถาเราอานขอมูล 00001100 จากหนวยความจําและเราตองการแปลความหมายของรหัสนี้เปนจํานวนเต็ม เราสามารถทราบไดวารหัสนี้คือ 12
  15. 15. วิธีการสื่อสารขอมูลของคอมพิวเตอร• องคประกอบตางๆ ของคอมพิวเตอรจําเปนตองมีการสื่อสารระหวางกัน ดังนั้นจําเปนตองมีหนวยตอประสานเปนตัวกลางในการเชื่อมตอ• แผงวงจรหลักที่ทําหนาที่เปนหนวยตอประสานภายในคอมพิวเตอรคือ เมนบอรด (Mainboard)CPURAMHarddisk
  16. 16. วิธีการสื่อสารขอมูลของคอมพิวเตอร• บนเมนบอรดจะมีชองทางการสื่อสารที่เรียกวา BUS ซึ่งทําหนาที่เปนตัวกลางการสื่อสารสัญญาณระหวางองคประกอบตางๆ ของคอมพิวเตอรBUSภาพจาก www.rmutphysics.com
  17. 17. วิธีการสื่อสารขอมูลของคอมพิวเตอร• รูปแบบการสงสัญญาณของคอมพิวเตอร–สงสัญญาณแบบอนุกรม (Serial Transmission)• สัญญาณถูกสงตามลําดับ• สงสัญญาณไปครั้งละ 1 สัญญาณตอ 1 รอบการสง–สงสัญญาณแบบขนาน (Parallel Transmission)• สงสัญญาณไปพรอมๆกัน• สงหลายสัญญาณตอ 1 รอบการสง
  18. 18. วิธีการสื่อสารขอมูลของคอมพิวเตอร• สงสัญญาณแบบอนุกรม (Serial Transmission)–สงไดแคครั้งละ 1–ใชสายสัญญาณเพียงเสนเดียวReceiver Sender1 0 1 0รอบที่ 1 2 3 4
  19. 19. วิธีการสื่อสารขอมูลของคอมพิวเตอร• สงสัญญาณแบบขนาน (Parallel Transmission)–สงไดครั้งละหลายสัญญาณ–ใชสายสงเปนจํานวนมากReceiver Sender1010รอบที่ 1
  20. 20. วิธีการสื่อสารขอมูลของคอมพิวเตอร• ประสิทธิภาพในการสื่อสารขอมูลขึ้นอยูกับ– ความกวางของ BUS• เชน BUS ขนาด 32 bits สามารถสงขอมูลแบบขนานไดครั้งละ 32 สัญญาณ– ความถี่ของ BUS• เชน BUS ที่มีความถี่ 650 MHz สามารถสงขอมูลได 650 ลานรอบตอวินาที
  21. 21. วิธีการเก็บขอมูลของคอมพิวเตอร• คอมพิวเตอรจะมีการเก็บขอมูล 2 ลักษณะ– เก็บแบบลบเลือนได• คือการเก็บขอมูลไวในหนวยความจําหลัก เชน RAM หรือ Cache• ขอมูลมูลจําเปนตองมีไฟฟารักษาสภาพอยูตลอดเวลา• ขอมูลจะลบเลือนไปเมื่อทําการปดเครื่อง– เก็บแบบไมลบเลือน• คือการเก็บไวในสื่อบันทึกขอมูล เชน Disk, CD, หรือ Flash Memory• ขอมูลยังรักษาสภาพอยูไดบนสื่อบันทึก ถึงแมไมมีไฟฟา
  22. 22. หนวยของขอมูลคอมพิวเตอร• Bit คือหนวยที่เล็กที่สุดของขอมูลดิจิตอล ซึ่งอาจจะเปนสถานะทางฟาหรือแมเหล็กหรือรหัสที่มีสองสถานะคือOn/Off ซึ่งอาจแทนดวยสัญลักษณ 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 Byte1 0 0 1 0 1 1 01 Byte
  23. 23. วิธีการเก็บขอมูลของคอมพิวเตอร• หนวยความจําของคอมพิวเตอรมีความจุที่จํากัด เชน– Harddisk มีความจุประมาณที่ 1 TB– DVD มีความจุประมาณที่ 4 - 5 GB– RAM มีความจุประมาณที่ 2 – 4 GB• ถาขอมูลมีปริมาณมากกวาความจุของหนวยความจํา ขอมูลนั้นก็ไมสามารถจัดเก็บในหนวยความจําไดทั้งหมด• ถาไฟลภาพยนตร 1 เรื่องมีขนาด 3 GB แลว Harddisk ขนาด 1 TB จะเก็บภาพยนตรไดจํานวนกี่เรื่อง?
  24. 24. วิธีการประมวลผลของคอมพิวเตอร• คอมพิวเตอรประมวลผลตามคําสั่งที่กําหนดไวในโปรแกรม (ซอฟตแวร)• ปกติโปรแกรมจะถูกติดตั้งไวที่สื่อบันทึกขอมูล เชนติดตั้งไวบน Harddisk• โปรแกรมจะถูกโหลดเขาไปยังหนวยความจําหลักเมื่อมีการเรียกใชงาน• CPU จะทําการอานคําสั่งจากหนวยความจําหลักเพื่อไปประมวลผล• ดังนั้นการประมวลผลของคอมพิวเตอรจึงมีสื่อบันทึกขอมูล หนวยความจําหลัก และซีพียู ที่จะทํางานเกี่ยวของกันเสมอCPURAMHarddiskBusBusโหลดโปรแกรมโหลดคําสั่งประมวลผล
  25. 25. วิธีการประมวลผลของคอมพิวเตอร• การทํางานของ CPU– CPU ใชวิธีการแบบการทําซ้ําๆที่เรียกวา machine cycle เพื่อประมวลผลคําสั่งในโปรแกรมตั้งแตตนจนจบโดยทําทีละ 1 คําสั่ง– Machine cycle ประกอบดวย 3ขั้นตอนคือ Fetch, Decode, และExecutemachine cycle
  26. 26. วิธีการประมวลผลของคอมพิวเตอร001272 Introduction to Computer Information Science26• Fetch เปนขั้นตอนที่หนวยควบคุมสั่งใหระบบทําการคัดลอกคําสั่งถัดไปและนําไปเก็บไวในinstruction register (ภายใน CPU) ตําแหนงที่อยูของคําสั่งดังกลาวจะเก็บไวใน program counterregister หลังจากการคัดลอกคําสั่งแลว คาของ program counter จะเพิ่มขึ้นอีก 1 เพื่ออางอิงถึงคําสั่งถัดไปในหนวยความจํา• Decode เปนขั้นตอนที่หนวยควบคุมตีความหมายของคําสั่งที่อยูใน instruction register ผลลัพธที่ไดจะเปนรหัสไบนารี่ (binary code) ที่แทนการกระทํา (Actions) ที่คอมพิวเตอรจะตองทํา• Execute เปนขั้นตอนที่หนวยควบคุม (Control Unit: CU) สงสัญญาณควบคุมไปยังหนวยอื่น เพื่อสั่งใหกระทําการตาม รหัสไบนารี่ ที่ตามความไดจากขั้นตอน Decode กอนหนานี้– เชนหนวยควบคุมบอกใหหนวยรับขอมูลทําการอานขอมูลจากหนวยความจํา– หรือให ALU ทําการบวกเลข 2 จํานวนที่เก็บอยูใน input registers แลวเก็บผลลัพธไวใน output register
  27. 27. วิธีการประมวลผลของคอมพิวเตอร• ความเร็วในการประมวลผลของ CPU พิจารณาจากถามถี่ของสัญญาณนาฬิกา (Clock) ซึ่งเปนสัญญาณคอยกํากับจังหวะการทํางานของ CPU• ปจจุบันความถี่สัญญาณนาฬิกาของ CPU อยูที่ประมาณ 3 GHz (ประมาณ 3 พันลานรอบตอวินาที)• สมมุติให CPU ใช 1 จังหวะของ Clock ทําการประมวลผลคําสั่ง 1 คําสั่ง หมายความวา CPUสามารถประมวลผลคําสั่งได ประมาณ 3พันลานคําสั่งตอวินาที• CPU ในปจจุบันเปนแบบ Multi-core Processorเชน Dual Core หรือ Quad Core ซึ่งสามารถประมวลผลคําสั่งไดแบบขนาน หมายถึงประมวลผลคําสั่งไดหลายคําสั่งพรอมๆกันwww.techspot.com
  28. 28. ประสิทธิภาพการทํางานของคอมพิวเตอร• ประสิทธิภาพการทํางานของคอมพิวเตอรไมไดขึ้นอยูกับประสิทธิภาพของ CPU เพียงอยางเดียว แตขึ้นอยูกับทุกๆองคประกอบที่ทํางานสัมพันธกัน ไดแก CPU , RAM, BUS, Harddisk และอุปกรณตอพวงอื่นๆ• ปญหาเกี่ยวกับประสิทธิภาพการทํางานของเครื่องคอมพิวเตอรในปจจุบันคือ ปญหาคอขวด (Bottleneck)ถึงแมวา CPU จะมีความเร็วในการประมวลผลสูง แตขอมูลที่จะประมวลผลนั้นตองนํามาจาก RAM และสงผาน BUS ซึ่งมีอัตราเร็วที่ต่ํากวา CPU มาก จึงทําให CPU จะตองเสียเวลาในการรอขอมูล• และถา RAM มีขนาดเล็กไมเพียงพอตอการเก็บขอมูลที่จะประมวลผล ระบบปฏิบัติการจะใชพื้นที่บนHarddisk สรางเปนหนวยความจําเสมือน (Virtual Memory) ซึ่งการอานขอมูลจาก Harddisk มาประมวลผลก็ยิ่งชาลงไปอีกCPU RAM3 GHz650 MHzBUS
  29. 29. ประสิทธิภาพการทํางานของคอมพิวเตอร• เพื่อใหประสิทธิภาพของการทํางานโดยรวมดีขึ้น จึงไดนําหนวยความจําที่มีความเร็วในการเขาถึงสูงเรียกวา Cacheมาใชเปนตัวกลางระหวาง CPU และRAM• หลักการคือ นําขอมูลหรือคําสั่งที่ใชบอยๆ ไปเก็บไวใน Cache เมื่อ CPU ทําการอานขอมูลเพื่อนําไปประมวลผลก็จะไปอานขอมูลจาก Cache กอน ถาขอมูลไมมีใน Cache จึงจะไปอานจาก RAMและ Disk ตามลําดับตอไปALUCUregistersCache (Level 1)CPUCache (Level 2)RAMHarddisk
  30. 30. วิธีการเชื่อมตอกับอุปกรณภายนอก• อุปกรณภายนอกไดแก Mouse, Keyboard, Printer, Scanner และอื่นๆ• คอมพิวเตอรสามารถเชื่อมตอกับอุปกรณภายนอกไดโดยผานสวนเชื่อมตอที่เรียกวา Port• Port มีหลายลักษณะ– Serial Port– Parallel Port– USB port– Infrared Port (Wireless)– อื่นๆ001272 Introduction to Computer Information Science30
  31. 31. วิธีการเชื่อมตอกับอุปกรณภายนอก• ปจจุบันพอรท USB (Universal Serial Bus)เปนที่นิยมนํามาใหใชคอมพิวเตอรและอุปกรณตอพวงตางๆ• USB มีความเร็วถึง 400 Mbits/s และจะมีความเร็วสูงขึ้นในรุนตอไป• USB สามารถตออุปกรณไดมากสุดถึง 127ชิ้น โดยใช HUB กระจายสัญญาณ จึงทําใหสามารถเพิ่มพอรทในการเชื่อมตอไดมากขึ้น• สามารถใชกับระบบ Plug and Play คือ เมื่อติดตั้ง อุปกรณเขาไปอุปกรณนั้นๆจะสามารถทํางานไดทันที001272 Introduction to Computer Information Science31USB Hub
  32. 32. วิธีการเชื่อมตอกับอุปกรณภายนอก• อุปกรณภายนอกที่เชื่อมตอกับคอมพิวเตอรสามารถทํางานรวมกับ CPU และ RAMไดโดยอาศัยตัวควบคุม (Controller) ทําหนาที่เปนตัวกลางรับสงสัญญาณ• ดังนั้นการทํางานของอุปกรณเหลานี้จึงเปนอิสระจาการควบคุมของ CPU• และ CPU ไมจําเปนตองติดตอกับอุปกรณเหลานี้โดยตรง เพราะอุปกรณเหลานี้มีความเร็วที่ต่ํากวา CPU มาก
  33. 33. คําถามทายบท1. ถามีไฟลขอมูลขนาด 1 MB และจะตองสงขอมูลนี้ผานบัสที่มีความกวาง32 บิต และมีความถี่ในการสง 650 MHz จะตองใชเวลาประมาณเทาใดจึงจะสงไฟลนี้เสร็จ2. RAM จัดเปนหนวยความจําประเภทใดก. แบบเลอะเลือนได ข. แบบลบเลือนไดค. แบบไมลบเลือน ง. แบบเลอะเทอะ3. ซอฟตแวรสามารถติดตั้งไวที่ใดก. Harddisk ข. RAMค. ROM ง. ถูกขอ ก. และ ค.
  34. 34. เอกสารอางอิง• Ron White, Timothy Edward Downs. How Computers Work (9thEdition). Que. 2007• H. L. Capron, Computers Tools for an Information Age, PrenticeHall. 8 edition. 2003.• http://en.wikipedia.org/

×