เครื่องคอมพิวเตอร์โดยทั่วไปมีองค์ประกอบอย่างน้อยดังนี้
หน่วยประมวลผลกลาง (Central Processing Unit), หน่วยความจำหลัก (Memory), หน่วยจัดเก็บข้อมูล (Storage)
เช่น ดิสก์ เทป ซีดี ดีวีดี แฟลชไดรฟ์ โซลิดสเตทไดรฟ์, หน่วยป้อนข้อมูล (Input Unit) เช่น คีย์บอร์ด
ไมโครโฟน, และหน่วยแสดงผล (Output Unit) เช่น จอภาพ ลำโพง เป็นต้น
หน่วยประมวลผลกลางประกอบด้วยหน่วยควบคุม
(Control Unit) และหน่วยประมวลผลทางคณิตศาสตร์และตรรก (Arithmetic
and Logic Unit)สถาปัตยกรรมของเครื่องคอมพิวเตอร์แยกตามประเภทของหน่วยประมวลผลมี
2 ประเภทคือ Complex Instruction Set Computer (CISC)
เช่น Mainframe IBM System/360 through z/Architecture, DEC
PDP-11, VAX, Motorola 68000, INTEL x86และReduced
Instruction Set Computer (RISC) เช่น ORACLE SPARC,
ORACLEUltraSPARC, IBM Powerและ INTEL Itanium เป็นต้น
เครื่องคอมพิวเตอร์ที่เราใช้จัดเก็บฐานข้อมูลหรือโปรแกรมประยุกต์มีองค์ประกอบหลักทำงานร่วมกันหลายแบบ
สถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์คืออะไร
?
-
ผู้ออกแบบระบบ IBM System/360 “สถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์ หมายถึงโครงสร้างของคอมพิวเตอร์ที่โปรแกรมเมอร์ของระบบจะต้องเข้าใจในภาษาเครื่องเพื่อเขียนโปรแกรมให้เครื่องทำงานได้อย่างถูกต้อง”
-
Bell และ Newell
ให้แนวคิดของสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์ในรูปแบบระดับชั้นที่เรียกว่า hierarchical,
multilevel descriptionระดับทั้ง 4 ประกอบด้วยระดับวงจรอิเล็กทรอนิกส์
(Electronics Circuit Level), ระดับการออกแบบลิจิก (Logic
Design Level), ระดับการโปรแกรม (Programming Level) และระดับการสวิตช์โปรเซสเซอร์และหน่วยความจำ (Processor-Memory-Switch
Level)
-
โปรเซสเซอร์เป็นส่วนทำงานของระบบ
ซึ่งจะเอ็กซิคิวต์โปรแกรมโดยการประมวลผลทางคณิตศาสตร์และลอจิกข้อมูลต่าง ๆ
โปรเซสเซอร์เป็นเพียงส่วนเดียวที่สร้างข้อมูลใหม่โดยการรวมหรือแก้ไขข้อมูลเดิม
-
หน่วยความจำทำหน้าที่เก็บข้อมูลจนกว่าจะมีการร้องขอจากส่วนอื่น
ๆ ของระบบ ในขณะที่ทำงานปกติ หน่วยความจำจะส่งคำสั่งและข้อมูลให้กับโปรเซสเซอร์
-
อุปกรณ์อินพุต/เอาต์พุตทำหน้าที่ถ่ายโอนข้อมูลระหว่างองค์ประกอบภายนอกและภายใน
-
ช่องการสื่อสารข้อมูลที่เชื่อมระบบเข้าด้วยกันอาจจะเป็นการเชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์
2 อุปกรณ์ หรือเป็นสวิตช์ที่ซับซ้อนที่เชื่อมต่อหลาย ๆ องค์ประกอบเข้าด้วยกัน
-
แผนภาพ PMS แทนส่วนประกอบหลักของเครื่องคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลแอปเปิลแมคอินทอช
(Apple Macintosh) ในตอนต้นจะใช้ช่องสื่อสารข้อมูลเดี่ยวที่เรียกว่า
“บัส” (bus) ซึ่งจะเชื่อมต่อส่วนประกอบหลักทั้งหมด
จนเมื่อบัสเป็นสวิตช์จะมีส่วนประกอบเพียงสองส่วนที่สามารถติดต่อซึ่งกันและกันในเวลาหนึ่ง
ๆ เมื่อสวิตช์ถูกสร้างขึ้นเพื่อการถ่านโอนข้อมูลของอุปกรณ์อินพุต/เอาต์พุต
โมเดลของ von Neumann
เครื่องของ von Neumann ทั้งโปรแกรมและข้อมูลจะใช้หน่วย
ความจำเดียวกัน โดยจะมี program counter (PC) ชี้คำสั่งปัจจุบันในหน่วยความจำ
เมื่อไม่มีคำสั่ง branch จะมีการดึงคำสั่งจากหน่วยความจำมาประมวลผลเรียงลำดับเรื่อยไปจนกว่าจะหมด คำสั่ง
หน่วยประมวลผล (Processor)
หน่วยประมวลผลมีหลายประเภทดังนี้
Uniprocessor
เครื่องคอมพิวเตอร์มี CPU เพียงตัวเดียว ที่เราคุ้นเคยก็คือ PC ที่มีเพียง CPU เดียวนั่นเอง
แต่ปัจจุบันมักจะมีอย่างน้อย 2 CPU
Multiprocessor
เครื่องคอมพิวเตอร์ที่มีหลาย CPU นั้นมีหลายประเภทดังนิ้
1. Loosely-Coupled
Multiprocessor
แต่ละ CPU ทำงานอิสระจากกัน ไม่มีการซอยงานที่ได้รับออกเป็นงานย่อยๆแล้วช่วยกันทำ
ถ้าผู้ใช้งานเรียกใช้โปรแกรมทำงานเพียงโปรแกรมเดียวแล้วจะมี CPU เพียงตัวเดียวเท่านั้นที่ทำงาน ส่วน CPU อื่นจะรองานใหม่เท่านั้นและคอยติดต่อประสานกับ
CPU อื่นๆ(Context Switch) ตลอดเวลาทำให้เสียเวลาประสานงานของ
CPU โดยรวมประมาณ 5% - 10%ฉนั้นหากต้องการใช้งานทุก
CPU ให้คุ้มค่าที่สุดก็ต้องเรียกใช้งานโปรแกรมพร้อมกันในจำนวนที่ไม่น้อยกว่าจำนวน
CPU ที่มีทั้งหมดนั่นเองเมื่อประมาณกว่า20 ปีที่แล้วผมได้มีโอกาสดูแลเครื่องประเภทนี้
2. Tightly-Coupled
Multiprocessor
แบบนี้ CPU ทั้งหมดจะทำงานร่วมกันอย่างมีประสิทธิภาพ แบ่งประเภทได้ดังนี้
2.1 Symmetric
Multiprocessor (SMP) or Shared Everything Architecture
แบบนี้ CPU ทั้งหมดจะใช้ทรัพยากรทุกอย่างร่วมกัน เช่น หน่วยความจำและดิสก์ เป็นต้น
เมื่อเริ่มต้นใช้งานด้วย CPU จำนวนไม่มากนัก เช่น 4
CPU จากนั้นทยอยเพิ่มจำนวนไปเรื่อยๆ
จะพบว่าเมื่อถึงจุดหนึ่งหากเพิ่มจำนวนCPU ต่อไปอีกแล้วระบบโดยรวมรองรับงานเพิ่มขึ้นในอัตราที่น้อยลงจนไม่สามารถรองรับงานเพิ่มได้อีกทำให้การเพิ่มจำนวน
CPU อีกจะไม่คุ้มค่า จำนวน CPU สูงสุดอาจได้จำนวนหนึ่ง
เช่น 64 CPU หรือ 128 CPU เป็นต้น
เราพบเครื่องแบบนี้ทั่วไป ราคาไม่แพง ใช้งานง่าย ใช้งานได้ทุกประเภทโดยเฉพาะ Transaction
Processing ทั่วไป
2.2 Massively Parallel
Processor (MPP) or Shared Nothing Architecture
แบบนี้แต่ละ CPU มีทรัพยากรทุกอย่างเป็นของตนเอง เช่น หน่วยความจำ
ดิสก์ และอุปกรณ์อื่นๆ ทำให้สามารถประมวลผลได้อิสระ นั่นก็เหมือนกับว่าแต่ละ CPU
เป็นเครื่องคอมพิวเตอร์หนึ่งเครื่อง หากมี 124 CPU ก็เสมือนกับมี 124
เครื่องนั่นเองนั่นแสดงว่าถ้ามีจำนวน CPU เท่ากันแล้ว
เครื่องแบบนี้ทำงานมีประสิทธิภาพมากกว่าแบบ SMP และราคาก็สูงกว่าด้วย
สามารถรองรับ CPU จำนวนมากนับพันหรือหลายพัน
เหมาะสำหรับงานที่ประมวลผลข้อมูลขนาดใหญ่และรายงานมีการคำนวณมากและซับซ้อน เช่น
โปรแกรมประยุกต์ประเภท OLAPที่ประมวลผลข้อมูลในคลังข้อมูลนั่นเอง
2.3 Non-Uniform Memory
Access Processor (NUMA)
แบบนี้เหมือนกับ MPP แต่เพิ่มความสามารถให้แต่ละ CPU ใช้หน่วยความจำของ CPU อื่นได้ถ้าของตัวเองมีไม่พอใช้ในขณะนั้นเมื่อใช้เสร็จแล้วก็คืนไป
เครื่องแบบนี้เหมาะที่จะใช้กับโปรแกรมประยุกต์ เช่น OLAP ที่ทำงานหนักกับข้อมูลที่มีปริมาณมหาศาล
เช่น คลังข้อมูล สามารถรองรับ CPU จำนวนมากนับพัน
โดยที่รับงานเพิ่มขึ้นได้อย่างคุ้มค่าโดยทั่วไปเครื่องแบบนี้มีประสิทธิภาพดีที่สุดและราคาก็สูงที่สุดด้วย
หน่วยความจำหลัก(PrimaryMemory)
หน่วยความจำหลักเป็นที่อยู่ของโปรแกรมและข้อมูลขณะที่หน่วยประมวลผลทำงานโดยโปรแกรมและข้อมูลถูกนำมาจากหน่วยความจำสำรอง
(Secondary Storage) เช่น ดิสก์ (Disk) เทป (Tape) ซีดี (CD) ดีวีดี (DVD)
เป็นต้น
เมื่อปิดระบบหรือเมื่อระบบไม่ทำงานแล้วโปรแกรมและข้อมูลในหน่วยความจำหลักจะหายไปหมด
ประสิทธิภาพในการถ่ายโอนข้อมูลระหว่างหน่วยความจำสำรองกับหน่วยความจำหลักมีผลต่อความเร็วในการประมวลโดยรวมด้วย
เช่น หน่วยความจำหลัก DDR3 จะมีประสิทธิภาพมากกว่า
DDR2
และปริมาณหน่วยความจำมากมักจะทำให้การประมวลผลมีประสิทธภาพมากกว่ามีหน่วยความจำน้อย
เป็นต้น
หน่วยความจำสำรอง (Secondary Storage)
หน่วยความจำสำรอง เช่น ดิสก์ เทป ซีดี
ดีวีดี บลูเรย์ (Blue-Ray) แฟลชไดรฟ์ (Flash
Drive or Thumb Drive) โซลิดสเตทไดรฟ์ (Solid State Drive:
SSD) ใช้เก็บโปรแกรมและข้อมูลก่อนที่จะถูกเรียกใช้งาน
เมื่อปิดระบบหรือเมื่อระบบไม่ทำงานแล้วโปรแกรมและข้อมูลยังคงอยู่
ดิสก์ เป็นหน่วยความจำสำรองที่ใช้เป็นหลัก
ดิสก์ประกอบด้วยแผ่นจานแม่เหล็กอาจจะมีแผ่นเดียวหรือหลายแผ่นก็ได้
แต่ละหน้าของแผ่นจานมีหัวอ่าน/บันทึกทำหน้าที่อ่านหรือบันทึกข้อมูล
ความจุของดิสก์ขึ้นกับจำนวนแผ่นจานที่ประกอบกันเป็นดิสก์และความหนาแน่นของข้อมูลต่อพื้นที่บนแผ่นจาน
อัตราเร็วของการอ่านหรือบันทึกข้อมูลขึ้นกับอัตราเร็วของการหมุนของแผ่นจานและปริมาณของข้อมูลที่อ่านได้ในแต่ละครั้ง
เช่น ดิสก์ยี่ห้อเดียวกันมีโครงสร้างเหมือนกันและความจุเท่ากัน
ดิสก์ที่มีความเร็วรอบ 7,200
รอบต่อนาทีจะมีอัตราการอ่านหรือบันทึกข้อมูลได้มากกว่าดิสก์ที่มีความเร็วรอบ 5,400 รอบต่อนาที เป็นต้น สำหรับความเร็วรอบต่อนาทีมีตั้งแต่ 5,400 รอบต่อนาที 7,200 รอบต่อนาที 10,000 รอบต่อนาที 15,000 รอบต่อนาที และ 20,000 รอบต่อนาที เป็นต้น
ดิสก์ที่ความเร็วรอบต่อนาทีสูงจะมีราคาแพงกว่าดิสก์ที่มีความเร็วรอบต่ำ
อัตราเร็วของการอ่านหรือบันทึกข้อมูลยังขึ้นกับปัจจัยอื่นอีกหลายอย่าง เช่น จำนวนดิสก์
ชนิดของการฟอร์แมต ขนาดบล็อคของดิสก์ วิธีการใช้งานดิสก์ เป็นต้น
บนดิสก์จะมีหน่วยความจำที่เรียกว่าแคช (Cache) เป็นที่พักข้อมูลที่ถ่ายโอนระหว่างดิสก์กับหน่วยความจำหลัก
ยิ่งมีมากยิ่งมีประสิทธิภาพมากขึ้น ฉนั้นเวลาซื้อดิสก์ควรคำนึงถึงเรื่องนี้ด้วย
เทป เป็นสื่อที่ใช้สำหรับเก็บโปรแกรมและข้อมูลสำรองเพือไว้ใช้กู้คืนโปรแกรมและข้อมูลหากโปรแกรมหรือข้อมูลเหล่านั้นที่อยู่บนดิสก์เสียหายหรือถูกทำลาย
นอกจากนี้ยังใช้เทปในการถ่ายโอนข้อมูลระหว่างเครื่องคอมพิวเตอร์ เช่น
โอนโปรแกรมและข้อมูลระหว่างเครื่องที่ใช้งานจริง (Production)
กับเครื่องทดสอบหรือเครื่องพัฒนา เป็นต้น
อัตราเร็วในการอ่านหรือบันทึกเทปขึ้นกับความหนาแน่นของข้อมูลต่อพื้นที่บนเทป
ความยาวเทป อัตราเร็วรอบต่อนาทีของการหมุนเทป และจำนวนหัวอ่าน/บึนทึกเทป
ถ้ามีข้อมูลปริมาณมาก เช่น คลังข้อมูลขนาดใหญ่อาจต้องเลือกระบบเทปที่มีหัวอ่าน/บันทึกหลายหัวที่สามารถอ่านหรือบันทึกได้พร้อมกันซึ่งอาจจะมีราคาสูงกว่าเทปทั่วไปที่มีหัวเดียว
เทปมีอายุการใช้งานทั่วไป 5-10 ปี
แต่มักจะกำหนดให้ใช้ไม่เกิน 5 ปี
ก่อนครบกำหนดเราต้องถ่ายโอนข้อมูลไปยังเทปใหม่หรือสื่อชนิดอื่นเพื่อป้องกันไม่ให้ข้อมูลเสียหายอันเกิดจากการเสื่อมสภาพของเทป
ปัจจัยที่ทำให้เทปเสื่อมสภาพก็มีอุณหภูมสูงทำให้เทปยืด ความชื้นทำให้เกิดเชื้อรา
ฝุ่นทำให้พื้นผิวที่ฉาบสารแม่เหล็กเสียหาย สัตว์หรือแมลงกัดแทะ
ปกติจะเก็บเทปไว้ในตู้เซฟขนาดใหญ่ที่ทนไฟไหม้ได้หลายชั่วโมงหรือนำไปฝากธนาคาร
ซีดี เป็นสื่อที่ทำจากพลาสติกแข็งเปราะที่ฉาบด้วยสารแม่เหล็ก
ซีดีเป็นสื่อราคาถูกมีความจุสูงและใช้งานได้สะดวกจึงใช้กันอย่างแพร่หลาย
ดีวีดี
เป็นสื่อที่ทำจากพลาสติกแข็งเปราะที่ฉาบด้วยสารแม่เหล็กคล้ายกับซีดีแต่ต่างกันที่ดีวีดีความจุมากกว่าและมีชนิดที่ใช้งานได้ทั้งสองหน้าของแผ่นดีวีดี
ปัจจุบันจึงนิยมมากขึ้นจนอาจแทนที่ซีดีก็ได้
บลูเรย์ เป็นสื่อคล้ายกับดีวีดีแต่มีความจุสูงกว่ามากเพื่อเก็บภาพยนต์ การ์ตูน
หรือภาพที่มีความละเอียดสูงมากๆ และต้องใช้กับเครื่องอ่าน/บันทึกบลูเรย์โดยเฉพาะ
แฟลชไดรฟ์เป็นวงจรไฟฟ้าที่ออกแบบมาเพื่อเป็นหน่วยความจำที่ใช้แทนซีดี ดีวีดี
ได้ระดับหนึ่งที่มีความสะดวกในการพกพาเพราะมีขนาดเล็กนั่นเอง
ใช้ภายนอกเครื่องคอมพิวเตอร์ผ่าน USB Port
โซลิดสเตทไดรฟ์ (SSD) เป็นวงจรไฟฟ้าคล้ายกับแฟลชไดรฟ์ที่ใช้เก็บข้อมูลแทนดิสก์หรือเทปแต่มีความจุและประสิทธิภาพสูงกว่าแฟลชไดรฟ์
ปัจจุบันมักติดตั้งไว้ในเครื่องคอมพิวเตอร์เพื่อใช้แทนดิสก์
เนื่องจากเป็นวงจรไฟฟ้าที่ไม่มีแผ่นจานแม่เหล็กและไม่มีมอเตอร์เพื่อหมุนแผ่นจานแม่เหล็กจึงทำให้กินไฟน้อยน้ำหนักน้อย
แผ่ความร้อนออกมาน้อยจึงไม่จำเป็นต้องใช้พัดลมพลังสูงเพื่อระบายความร้อนของเครื่อง
อีกทั้งมีอัตราเร็วของการอ่าน/บันทึกข้อมูลสูงกว่าดิสก์ทั่วไปถึงสี่เท่า
เหมาะสำหรับใช้กับเน็ตบุ๊ค โน๊ตบุ๊ค แท็บเล็ต เป็นอย่างมาก
โซลิดสเตทไดรฟ์มีใช้มานานแล้วแต่อยู่บนเครื่องขนาดใหญ่วันนี้เราได้เห็นโน๊ตบุ๊คหรือแท็บเล็ตรุ่นใหม่ๆนำโซลิดสเตทไดรฟ์มาใช้แทนดิสก์แล้วเช่นAPPLE Inc. นำมาติดตั้งบนเครื่องตั้งโต๊ะและโน๊ตบุ๊คตระกูล
Mac รวมทั้ง iPad, iPhone และ iPod
USB Port เป็นช่องสัญญาณเชื่อมต่ออุปกรณ์ภายนอก เช่น แฟลชไดรฟ์
ดิสก์ภายนอกเครื่องพิมพ์ ลำโพง คีย์บอร์ด หลอดไฟ พัดลม
เข้ากับเครื่องคอมพิวเตอร์เพื่อถ่ายโอนข้อมูลหรือจ่ายไฟฟ้าให้อุปกรณ์ต่างๆจากเครื่องคอมพิวเตอร์
อัตราการถ่ายโอนข้อมูลผ่าน USB Port กำหนดโดยมาตรฐานดังนี้USB 1 มีอัตราการถ่ายโอนที่ 12
Mbps, USB 2 มีอัตราการถ่ายโอนที่ 480 Mbps, และ
USB 3มีอัตราการถ่ายโอนที่ 5 Gbps
FireWire 800 Port เป็นช่องต่ออุปกรณ์มีอัตราการรับส่งข้อมูลที่ 800 Mbps
Thunderbolt Port เป็นช่องสัญญาณเชื่อมต่ออุปกรณ์ภายนอกที่พัฒนาโดย INTEL Inc. มีอัตราการโอนข้อมูลที่ 10 Gbpsซึ่งเป็น 2 เท่าของUSB 3.0
โดยเป็นช่องเชื่อมต่อสัญญาณที่มีอัตราโอนข้อมูลสูงที่สุดในปัจจุบันที่มีบนเครื่องคอมพิวเตอร์ตั้งโต๊ะและโน๊ตบุ๊ค
บริษัทแรกๆที่นำThunderbolt port มาติดตั้งบนเครื่องตั้งโต๊ะและโน๊ตบุ๊คคือ
APPLE Inc. โดยมีบนเครื่องตระกูล Mac นั่นเอง
Ethernet Port เป็นช่องเชื่อมต่อเครือข่ายซึ่งสามารถรองรับอัตราการรับส่งข้อมูลได้10/100MbpsและGigabit Ethernetportซึ่งมีอัตราการรับส่งข้อมูลหลายGbps
802.11n Wi-Fi wireless, IEEE 802.11
a/b/g ใช้เชื่อมต่อเครือข่ายไร้สาย
Bluetoothใช้เชื่อมต่ออุปกรณ์แบบไร้สาย เช่น ไมโครโฟน หูฟัง และอุปกรณ์อื่นๆ
มาตรฐานที่มีอัตราการรับส่งข้อมูลสูงสุดในปัจจุบันคือ Bluetooth 4.0ซึ่งมีอัตราการรับส่งข้อมูลที่ 25
Mbps
สมัยก่อนจอภาพจะเป็นจอ CRT (Cathode Ray Tube) มีแบบสีเดียว เช่น สีส้ม หรือ
สีเขียว ต่อมาก็พัฒนาเป็นสีเทาซึ่งมีเฉดสีได้อย่างน้อย 4 เฉด
แล้วก็พัฒนาเป็น 16 สี 256 สี
เรี่อยมาจนเป็นหลายล้านสีในปัจจุบัน
จอภาพมีการพัฒนามาไม่หยุดยั้งจนได้จอ LCD (Liquid Crystal Display) ที่มีความละเอียดสูงมากขึ้น
นำไปใช้ได้กับโน๊ตบุ๊คและนำไปใช้เป็นจอโทรทัศน์ และปัจจุบันพัฒนาจนได้จอ LED
(Light Emitting Diode) ที่มีความละเอียดและความสว่างสูงนำไปใช้เป็นจอคอมพิวเตอร์และจอโทรทัศน์
จอภาพที่มีความละเอียดสูงขี้นให้ความคมชัดมากขึ้นและความกว้างมากขึ้นก็จะมีราคาสูงขึ้น
แป้นพิมพ์ (Keyboard)
แป้นพิมพ์มาตรฐานจะมี
101 แป้น แต่เครื่องคอมพิวเตอร์ส่วนใหญ่จะมีมากกว่านั้น
ผู้ผลิตบางรายออกแบบและสร้างแป็นพิมพ์ที่ใช้งานได้สบายในสภาวะที่มีแสงน้อย เช่น
มีแสงเรีองออกมาจากด้านล่างของแป้นพิมพ์เมื่อเราอยู่ในบริเวณที่มีแสงสว่างน้อย
ที่มา
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น