ส่วนประกอบคอมพิวเตอร์

คอมพิวเตอร์เป็นอุปกรณ์ที่มนุษย์ได้คิดประดิษฐ์ขึ้น เพื่อนำมาเสริมความสามารถของมนุษย์ในด้านการับรู้ การจำ การคำนวณ การเปรียบเทียบตัดสินใจ และการแสดงออก ดังนั้นคอมพิวเตอร์จึงมีโครงสร้างที่ประกอบด้วยส่วนต่าง ๆ ให้สามารถทำงานเป็นระบบสนองความต้องการของมนุษย์
การประมวลผลข้อมูลของคอมพิวเตอร์จะประกอบด้วยอุปกรณ์รับเข้า (input device) เพื่อรับข้อมูลและคำสั่งจากผู้ใช้ภายนอกเข้าไปเก็บอยู่ในอุปกรณ์เก็บข้อมูลหรือหน่วยความจำหลัก (main memory) คำสั่งที่เก็บในส่วนความจำหลักจะถูกนำไปตีความ และสั่งทำงานที่หน่วยประมวลผลกลาง ที่เรียกว่า ซีพียู ซึ่งเป็นหัวใจของการทำงานในคอมพิวเตอร์ทำหน้าที่คำนวณและเปรียบเทียบข้อมูลที่เก็บในหน่วยความจำหลัก ผลจากการคำนวณหรือประมวลผลจะนำกลับไปเก็บยังหน่วยความจำหลัก และพร้อมที่จะนำออกแสดงที่อุปกรณืส่งออก (output device) กลับไปสู่ผู้ใช้งานคอมพิวเตอร์ต่อไป ดังนั้นระบบคอมพิวเตอร์ประกอบด้วย ซีพียู หน่วยความจำ อุปกรณ์รับเข้า และอุปกรณ์ส่งออก



อุปกรณ์ที่ปะติดกับคอมพิวเตอร์มีมากมายที่ผู้ใช้รู้จัก และมีหน้าที่เชื่อมต่อแตกต่างกันไป เช่น ส่งเป็นตัวอักษร หรือเป็นชุดตัวอักษร เข้าถึงแบบ Sequentially หรือ Randomly ส่งข้อมูลแบบ Synchronously หรือ Asynchronously บางอุปกรณ์ Dedicated หรือ Shared บางอุปกรณ์ Read-only หรือ Read-write และทุกอุปกรณ์ความเร็วสูงต่ำต่างกัน อุปกรณ์เมื่อแยกตามชนิดข้อมูลสามารถแยกได้ 2 ประเภท
1. อุปกรณ์ชนิดข้อมูลเป็นสาย (stream) อุปกรณ์ประเภทนี้ข้อมูลที่ส่งเข้าออกจะเรียงมาเป็นลำดับก่อน-หลัง การแบ่งแยกข้อมูลทำได้โดยตรวจสอบลำดับของข้อมูล อุปกรณ์ประเภทนี้สามารถจัดการได้ง่าย เพียงแต่จัดการรับ-ส่งข้อมูลให้ถูกต้องก็เพียงพอแล้ว ตัวอย่างของอุปกรณ์ชนิดนี้ได้แก่ คีย์บอร์ด ซึ่งข้อมูลที่ส่งเข้ามาในระบบจะเป็นไปตามลำดับการกดคีย์ คีย์ใดถูกกดก่อนก็จะถูกส่งมาก่อน เครื่องพิมพ์ที่จัดอยู่ในอุปกรณ์ประเภทนี้ ข้อมูลที่ถูกส่งออกไปก่อนก็จะถูกพิมพ์ก่อน ข้อมูลที่ถูกส่งไปทีหลังจะถูกพิมพ์ทีหลัง
2. อุปกรณ์ชนิดข้อมูลไม่เป็นสาย (non-stream) อุปกรณ์ประเภทนี้ ข้อมูลที่ส่งและรับไม่ขึ้นอยู่กับลำดับการส่ง เราต้องอาศัยข้อมูลเพิ่มเติมเพื่อที่จะแยกแยะข้อมูลแต่ละตัว การจัดการอุปกรณ์ประเภทนี้ ระบบปฏิบัติการจะต้องมีวิธีจัดการโดยเฉพาะ ขึ้นอยู่กับลักษณะของอุปกรณ์ชนิดนั้นๆ ตัวอย่างอุปกรณ์ชนิดนี้ เช่น จอภาพ ข้อมูลหรือตัวอักษรที่ส่งไปให้จอภาพแสดงนั้น จะต้องส่งไปในตำแหน่งที่ถูกต้อง ตำแหน่งของตัวอักษรที่แสดงอยู่บนจอภาพแต่ละตัวจะมีแอดเดรสประจำตำแหน่งนั้นๆ เมื่อเราส่งตัวอักษรไปยังแอดเดรสใดตัวอักษรก็จะปรากฎอยู่บนจอภาพ ณ ตำแหน่งแอดเดรสนั้นๆ ดังนั้น จะเห็นได้ว่า การส่งตัวอักษรไปให้จอภาพไม่จำเป็นต้องลำดับการส่งที่ถูกต้อง แต่ต้องการแอดเดรสที่ตรงกับตำแหน่งเท่านั้น 7.1 อุปกรณ์รับ และแสดงผล
อุปกรณ์อินพุต (Input device) คือ อุปกรณ์ที่ทำให้คอมพิวเตอร์สามารถสัมผัสและรับรู้สิ่งต่าง ๆ จากโลก ภายนอกได้ ตัวอย่างเช่น เครื่องอ่านบัตร คีย์บอร์ด เมาส์ อุปกรณ์นำข้อมูลเข้า คือ อุปกรณ์ที่ทำให้คอมพิวเตอร์สามารถสัมผัสและรับรู้สิ่งต่างๆ จากภายนอกเครื่องได้ อันได้แก่ โปรแกรมหรือชุดคำสั่งที่เขียนสั่งงาน ให้คอมพิวเตอร์ทำงานตามขั้นตอน และข้อมูลที่ต้องใส่เข้าไปพร้อมกับโปรแกรม เพื่อส่งไปให้หน่วยประมวลผลกลางทำการประมวลผล และผลิตผลลัพธ์ที่ต้องการออกมา ตัวอย่างเช่น เครื่องอ่านบัตร คีย์บอร์ด เมาส์ จอยสติก จอสัมผัส ปากกาแสง กล้องดิจิตอล สแกนเนอร์ เป็นต้น
อุปกรณ์เอาต์พุต (Output device) คือ อุปกรณ์ที่ทำให้คอมพิวเตอร์คอมพิวเตอร์ควบคุมหรือส่งผลออกมาสู่โลกภายนอกได้ ตัวอย่างเช่น เครื่องเจาะบัตร จอภาพ เครื่องพิมพ์ อุปกรณ์นำข้อมูลออก หรืออุปกรณ์แสดงผล คือ อุปกรณ์ที่ทำให้คอมพิวเตอร์ควบคุมหรือส่งผลออกมาสู่ภายนอกตัวเครื่องได้ หลังจากที่คอมพิวเตอร์ได้ทำการประมวลผลแล้ว ก็จะต้องมีวิธีในการนำผลลัพธ์ออกมาแสดง ซึ่งสามารถแบ่งอุปกรณ์แสดงผลนี้ ออกได้เป็น 3 ประเภทคือ อุปกรณ์แสดงผลลัพธ์ชั่วคราว เช่น จอภาพ (Monitor) อุปกรณ์แสดงผลลัพธ์ถาวร เช่น เครื่องพิมพ์ (Printer) และอุปกรณ์แสดงผลลัพธ์ถาวรทางด้านกราฟิก เช่น พลอตเตอร์ (Plotter) เป็นต้น 7.1.1 การลงคะแนน (Polling)
(1) A communications technique that determines when a terminal is ready to send data. The computer continually interrogates its connected terminals in a round robin sequence. If a terminal has data to send, it sends back an acknowledgment and the transmission begins. Contrast with an interrupt-driven system, in which the terminal generates a signal when it has data to send.
(2) A technique that continually interrogates a peripheral device to see if it has data to transfer. For example, if a mouse button was pressed or if data is available at a communications port. Contrast with event-driven or interrupt-driven techniques, in which the operating system generates a signal and interrupts the system. (Techweb.com)
ระเบียบวิธีการที่สมบูรณ์ ในการเชื่อมต่อระหว่าง host และ ตัวควบคุม มีการทำ handshaking เป็นพื้นฐาน โดยสมมติให้มี 2 bits เชื่อมประสาน producer และ consumer หรือ controller และ host โดยมีการบ่งบอกสถานะขณะทำงาน 7.1.2 ขัดจังหวะ (Interrupts)
การขัดจังหวะจะทำงานอย่างต่อเนื่องร่วมกับ CPU จึงถูกเรียกว่า Interrupt-request line โดยทำงานเป็น Interrupt-driven I/O cycle สำหรับ 7 องค์ประกอบ
1. device driver initialtes I/O
2. initiates I/O
3. input ready, output complete, or error generates interrupt signal
4. CPU receiving interrupt, transfers control to interrupt handler
5. interrupt handler processes data, returns from interrupt
6. CPU resumes processing of interrupted task
7. CPU executing checks for interrupts between instructions
if (getQueryVariable("img") == 'yes') {
document.write('');
}else{
document.write('[img]interruptcycle.png[/img]');
}


[img]interruptcycle.png[/img]
7.1.3 เข้าถึงหน่วยความจำโดยตรง (Direct memory access)
(Direct Memory Access) Specialized circuitry or a dedicated microprocessor that transfers data from memory to memory without using the CPU. Although DMA may periodically steal cycles from the CPU, data are transferred much faster than using the CPU for every byte of transfer. On PCs, there are eight DMA channels commonly used as follows. Most sound cards are set to use DMA channel 1
DMA คือ วงจรพิเศษที่ออกแบบมาเพื่อส่งข้อมูลระหว่าง หน่วยความจำ ถึงหน่วยความจำโดยไม่ใช้การทำงานของ CPU และเป็นการทำงานที่คาดหวัง หรือทำนายข้อมูลล่วงหน้า ในการเรียกข้อมูลที่ต้องการใช้ แทนที่จะให้ CPU เป็นคนสั่งงานให้เรียกข้อมูลโดยตรง
ภาพแสดงขั้นตอนการทำงานร่วมกันของ CPU, Cache, CPU memory bus, DMA, PCI bus, IDE disk controller และ Disk