ส่งอาจารย์ภาวิณีย์

หลักการทำงานของคอมพิวเตอร์

เมื่อพิจารณาศัพท์คำว่า Computer ถ้าแปลกันตรงตัวตามคำภาษาอังกฤษ จะหมายถึง เครื่องคำนวณ ดังนั้นถ้ากล่าวอย่างกว้าง ๆ เครื่องคำนวณที่มีส่วนประกอบเป็นเครื่องกลไกหรือเครื่องไฟฟ้า ต่างก็จัดเป็นคอมพิวเตอร์ได้ทั้งสิ้น ลูกคิดที่เคยใช้กันในร้านค้า ไม้บรรทัด คำนวณ (slide rule) ซึ่งถือเป็นเครื่องมือประจำตัววิศวกรในยุคยี่สิบปีก่อน หรือเครื่องคิดเลข ล้วนเป็นคอมพิวเตอร์ได้ทั้งหมด ในปัจจุบันความหมายของคอมพิวเตอร์จะระบุเฉพาะเจาะจง หมายถึง เครื่องคำนวณอิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถทำงานคำนวณผลและเปรียบเทียบค่าตามชุดคำสั่งด้วยความเร็วสูงอย่างต่อเนื่องและอัตโนมัติ แต่ในพจนานุกรมฉบับราชบัณฑิตยสถาน พ.ศ. 2525 ได้ให้คำจำกัดความของคอมพิวเตอร์ไว้ค่อนข้างกะทัดรัดว่า "เครื่องอิเล็กทรอนิกส์แบบอัตโนมัติ ทำหน้าที่เสมือนสมองกล ใช้สำหรับแก้ปัญหาต่าง ๆ ทั้งที่ง่ายและซับซ้อน โดยวิธีทางคณิตศาสตร์" คุณลักษณะสำคัญของเครื่องคอมพิวเตอร์ มี 4 ประการ คือ 1. ทำงานโดยอัตโนมัติ ถ้าสังเกตการทำงานของคอมพิวเตอร์ จะพบว่า อุปกรณ์ทุกอย่างของคอมพิวเตอร์ทำงานได้เองโดยอัตโนมัติ โดยที่คนไม่ได้เข้าไปควบคุม ไม่ว่าจะเป็นการอ่านข้อมูล การคำนวณ หรือการพิมพ์ผลลัพธ์ 2. ทำงานได้อเนกประสงค์ เครื่องคอมพิวเตอร์ทำงานได้อเนกประสงค์ เพราะทำงานได้หลายชนิดขึ้นอยู่กับโปรแกรมที่ใช้ เช่น โปรแกรมเงินเดือน โปรแกรมคิดคะแนนสอบของนักเรียน เป็นต้น 3. เป็นอุปกรณ์อิเล็คทรอนิคส์ อุปกรณ์ต่าง ๆ ที่ประกอบกันเข้าเป็นเครื่องคอมพิวเตอร์นั้น ล้วนแล้วแต่เป็นอุปกรณ์ทางด้าน อิเล็คทรอนิคส์ทั้งสิ้น เช่น ทรานซิสเตอร์ วงจรไอซี ดังนั้นจึงทำงานด้วยความเร็วสูงมาก 4. เป็นระบบดิจิตอล คำว่า ดิจิตอล (Digital) มาจากคำว่า Digit หมายถึง ตัวเลข เครื่องคอมพิวเตอร์ส่วนใหญ่ ทำงานโดยใช้ระบบตัวเลข ข้อมูลทุกชนิดไม่ว่าจะเป็นตัวเลข ตัวหนังสือ หรือเครื่องหมายในทางคณิตศาสตร์ วิทยาศาสตร์ เมื่อส่งเข้าเครื่องรับข้อมูลของคอมพิวเตอร์แล้ว จะถูกเปลี่ยนเป็นตัวเลขหมด การทำงานของคอมพิวเตอร์  เครื่องคอมพิวเตอร์มีขั้นตอนการทำงาน 3 ขั้นตอน คือ 1. รับโปรแกรมและข้อมูล โปรแกรมในที่นี้ หมายถึง ชุดของคำสั่งที่จะให้คอมพิวเตอร์ทำงาน ส่วนข้อมูล อาจเป็นตัวเลขหรือตัวหนังสือก็ได้ ที่ต้องการให้คอมพิวเตอร์ทำการประมวลผล 2. การประมวลผล หมายถึง การจัดระเบียบแบบแผนของข้อมูล เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ตามที่ต้องการ ซึ่งทำได้โดยการคำนวณ เปรียบเทียบ วิเคราะห์โดยใช้สูตรทางวิทยาศาสตร์ หรือ คณิตศาสตร์ โดยอาศัยคำสั่งหรือโปรแกรมที่เขียนขึ้น 3. แสดงผลลัพธ์ คือ การนำผลลัพธ์ที่ได้จากการประมวลผลเสร็จเรียบร้อย แสดงออกในรูปแบบต่าง ๆ ที่ผู้ใช้เข้าใจ และนำไปใช้ประโยชน์ได้ ขั้นตอนทั้ง 3 แสดงได้ด้วยแผนภาพ                                    หลักการทำงานของคอมพิวเตอร์

คอมพิวเตอร์ หมายถึง  เครื่องคำนวณ  อิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถทำงานคำนวณผลและเปรียบเทียบค่าตามชุดคำสั่งด้วยความเร็วสูงอย่างต่อเนื่องและอัตโนมัติ  พจนานุกรมฉบับราชบัณฑิตยสถาน พ.ศ.2525 ได้ให้คำจำกัดความของคอมพิวเตอร์ไว้ค่อนข้างกะทัดรัดว่า  เครื่องอิเล็กทรอนิกส์แบบอัตโนมัติ ทำหน้าที่เสมือนสมองกล  ใช้สำหรับแก้ปัญหาต่างๆ ทั้งที่ง่ายและซับซ้อน โดยวิธีทางคณิตศาสตร์

        หรืออาจกล่าวได้ว่า เครื่องคอมพิวเตอร์หมายถึง  เครื่องมือที่ช่วยในการคำนวณและการประมวลผลข้อมูล  จากคุณสมบัตินี้ของเครื่องคอมพิวเตอร์ซึ่งไม่ใช่เครื่องคิดเลข  เครื่องคอมพิวเตอร์จึงประกอบด้วยคุณสมบัติ 3 ประการคือ

1. ความเร็ว  (Speed)  เครื่องคอมพิวเตอร์สามารถทำงานได้ด้วยความเร็วสูงมาก  ซึ่งหน่วยความเร็วของการทำงานของคอมพิวเตอร์วัดเป็น
    - มิลลิเซกัน (Millisecond)      ซึ่งเปรียบเทียบความเร็วเท่ากับ 1/1000 วินาที  หรือ ของวินาที
    - ไมโครเซกัน (Microsecond) ซึ่งเทียบความเร็วเท่ากับ 1/1,000,000 วินาที    หรือของวินาที
    - นาโนเซกัน (Nanosecond)    ซึ่งเปรียบเทียบความเร็วเท่ากับ 1/1,000,000,000 วินาที  หรือของวินาที
ความเร็วที่ต่างกันนี้ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของอุปกรณ์คอมพิวเตอร์แต่ละยุค  ซึ่งได้มีการพัฒนาให้เครื่องคอมพิวเตอร์มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น  การใช้เครื่องคอมพิวเตอร์ประมวลข้อมูล ได้เร็วในเวลาไม่เกิน 1 วินาที  จะทำให้คอมพิวเตอร์มีบทบาทในการนำมาเป็นเครื่องมือใช้งานอย่างดียิ่ง

2. หน่วยความจำ (Memory)  เครื่องคอมพิวเตอร์ประกอบไปด้วยความจำ  ซึ่งสามารถใช้บันทึกและเก็บ
ข้อมูลได้คราวละมากๆ และสามารถเก็บคำสั่ง (Instructions) ต่อๆกันได้ที่เราเรียกว่าโปรแกรม แลนำมาประมวลในคราวเดียวกัน ซึ่งเป็นปัจจัยทำให้คอมพิวเตอร์สามารถทำงานเก็บข้อมูลได้ครั้งละมากๆ เช่น    การสำรวจสำมะโนประชากร  หรือรายงานผลการเลือกตั้งซึ่งทำให้มีการประมวลได้รวดเร็วและถูกต้อง   จากการที่หน่วยความจำสามารถบันทึกโปรแกรมและข้อมูลไว้ในเครื่องได้  ทำให้เครื่องคอมพิวเตอร์มีคุณสมบัติพิเศษ  คือสามารถทำงานได้อย่างอัตโนมัติ   ในกรณีที่มีงานที่ต้องทำซ้ำๆหรือบ่อยครั้งถ้าใช้คอมพิวเตอร์มาช่วยในการทำงานเหล่านั้นก็จะทำให้เกิดประสิทธิภาพสูงซึ่งจะได้ทั้งความรวดเร็ว  ถูกต้องแม่นยำและประหยัดเนื่องจากการเขียนคำสั่งเพียงครั้งเดียวสามารถทำงานซ้ำๆได้คราวละจำนวนมากๆ 

3. ความสามารถในการเปรียบเทียบ (Logical)  ในเครื่องคอมพิวเตอร์ประกอบไปด้วยหน่วยคำนวณและตรรกะซึ่งนอกจากจะสามารถในการคำนวณแล้วยังสามารถใช้ในการเปรียบเทียบซึ่งความสามารถนี้เองที่ทำให้เครื่องคอมพิวเตอร์ต่างกับเครื่องคิดเลข และคุณสมบัตินี้ทีทำให้นักคอมพิวเตอร์สร้างโปรแกรมอัตโนมัติขึ้นใช้อย่างกว้างขวาง เช่นการจัดเรียงข้อมูลจำเป็นต้องใช้วิธีการเปรียบเทียบ การทำงานซ้ำๆตามเงื่อนไขที่กำหนด หรือการใช้คอมพิวเตอร์ในกิจการต่างๆซึ่งเกิดขึ้นมากมายในปัจจุบัน และการใช้แรงงานจากคอมพิวเตอร์แทนแรงงานจากมนุษย์ทำให้รวดเร็วถูกต้อง สะดวกและแม่นยำ เป็นการผ่อนแรงมนุษย์ได้เป็นอย่างมาก

ชนิดของคอมพิวเตอร์  

   สามารถแบ่งประเภทของคอมพิวเตอร์ที่มีในปัจจุบันได้ 3 จำพวกใหญ่ตามลักษณะข้อมูลที่ใช้ใน การประมวลผลตามลักษณะการใช้งาน  และตามขนาดของคอมพิวเตอร์  ได้ดังนี้
1. แบ่งตามลักษณะข้อมูลที่ใช้ในการประมวลผล สามารถแบ่งได้ 3 ประเภท ดังนี้
                1.1  แอนะล็อกคอมพิวเตอร์  เป็นเครื่องคำนวณอิเล็กทรอนิกส์ที่ไม่ได้ใช้ค่าตัวเลขเป็นหลักของการคำนวณ  แต่จะใช้ค่าระดับแรงดันไฟฟ้าแทนไม้บรรทัดคำนวณ  อาจถือเป็นตัวอย่างหนึ่งของแอนะล็อกคอมพิวเตอร์  ที่ใช้ค่าตัวเลขตามแนวความยาวไม้บรรทัดเป็นหลักของการคำนวณ  โดยไม้บรรทัดคำนวณจะ
มีขีดตัวเลขกำกับอยู่  เมื่อไม้บรรทัดหลายอันมาประกบรวมกัน  การคำนวณผล  เช่น การคูณ  จะเป็นการเลื่อนไม้บรรทัดหนึ่งไปตรงตามตัวเลขของตัวตั้งและตัวคูณของขีดตัวเลขชุดหนึ่ง  แล้วไปอ่านผลคูณของขีดตัวเลขอีกชุดหนึ่ง  แอนะล็อกคอมพิวเตอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์จะใช้หลักการทำนองเดียวกัน โดยแรงดันไฟฟ้าจะแทนขีดตัวเลขตามแนวยาวของไม้บรรทัด      
                    แอนะล็อกคอมพิวเตอร์    จะมีลักษณะเป็นวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่แยกส่วนทำหน้าที่เป็นตัวกระทำและเป็นฟังก์ชันทางคณิตศาสตร์  จึงเหมาะสำหรับงานคำนวณทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมที่อยู่ในรูปของสมการคณิตศาสตร์ เช่น การจำลองการบิน การศึกษาการสั่งสะเทือนของตึกเนื่องจากแผ่นดินไหว ข้อมูลตัวแปรนำเข้าอาจเป็นอุณหภูมิความเร็วหรือความดันอากาศ   ซึ่งจะต้องแปลงให้เป็นค่าแรงดันไฟฟ้า เพื่อนำเข้าแอนะล็อกคอมพิวเตอร์ผลลัพธ์ที่ได้ออกมาเป็นแรงดันไฟฟ้าแปรกับเวลาซึ่งต้องแปลงกลับไปเป็นค่าของตัวแปรที่กำลังศึกษา   
                    ในปัจจุบันไม่ค่อยพบเห็นแอนะล็อกคอมพิวเตอร์เท่าไรนักเพราะผลการคำนวณมีความละเอียดน้อย ทำให้มีขีดจำกัดใช้ได้กับงานเฉพาะบางอย่างเท่านั้น
                    

 สรุป  คอมพิวเตอร์แบบแอนะลอก (Analog Computer) เป็นเครื่องคอมพิวเตอร์ ที่ใช้ในการวัดข้อมูลแบบต่อเนื่อง   (Continuous Data) เช่น  ข้อมูลอุณหภูมิ  ความเร็ว หรือความดัน  ซึ่งข้อมูลประเภทนี้จะ

ไม่มีค่าที่สามารถนับได้ทีละ 1 ได้  แต่จะออกมาเป็นทศนิยม  ซึ่งไม่สามารถวัดให้ถูกต้องตรงทีเดียวได้
คอมพิวเตอร์แบบนี้จะใช้กับงานเฉพาะด้าน  เช่นคอมพิวเตอร์ตรวจคลื่นสมอง หรือหัวใจ  เป็นต้น
                 1.2  ดิจิทัลคอมพิวเตอร์  คอมพิวเตอร์ที่พบเห็นทั่วไปในปัจจุบัน จัดเป็นดิจิทัลคอมพิวเตอร์แทบทั้งหมด ดิจิทัลคอมพิวเตอร์เป็นเครื่องคำนวณอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้งานเกี่ยวกับตัวเลข มีหลักการคำนวณที่ไม่ใช่แบบไม้บรรทัดคำนวณ แต่เป็นแบบลูกคิด โดยแต่และหลักของลูกคิดคือ หลักหน่วย หลักร้อย และสูงขึ้นไปเรื่อย ๆ เป็นระบบเลขฐานสินที่แทนตัวเลขจากศูนย์ถ้าเก้าไปสิบตัวตามระบบตัวเลขที่ใช้ในชีวิตประจำวัน         
                    ค่าตัวเลขของการคำนวณในดิจิทัลคอมพิวเตอร์จะแสดงเป็นหลักเช่นเดียวกัน แต่จะเป็นระบบเลขฐานสองที่มีสัญลักษณ์ตัวเลขเพียงสองตัว คือเลขศูนย์กับเลขหนึ่งเท่านั้น โดยสัญลักษณ์ตัวเลขทั้งสองตัวนี้ จะแทนลักษณะการทำงานภายในซึ่งเป็นสัญญาณไฟฟ้าที่ต่างกัน การคำนวณภายในดิจิทัลคอมพิวเตอร์จะเป็นการประมวลผลด้วยระบบเลขฐานสองทั้งหมด ดังนั้นเลขฐานสิบที่เราใช้และคุ้นเคยจะถูกแปลงไปเป็นระบบเลขฐานสองเพื่อการคำนวณภายในคอมพิวเตอร์ ผลลัพธ์ที่ได้ก็ยังเป็นเลขฐานสองอยู่ ซึ่งคอมพิวเตอร์จะแปลงเป็นเลขฐานสิบเพื่อแสดงผลให้ผู้ใช้เข้าใจได้ง่าย
                       

 สรุป คอมพิวเตอร์แบบดิจิตัล (Digital Computer) เป็นคอมพิวเตอร์ที่ใช้ในการประมวลผลแบบ ไม่ต่อเนื่อง (Discret Data) หรือ เป็นเครื่องมือที่ใช้ในการนับข้อมูลที่เป็นตัวเลข  โดยจะนับทีละ 1 หน่วยได้
เช่น จำนวนนักศึกษาในมหาวิทยาลัยจำนวนประชากรในประเทศไทยหรือใช้คำนวณ  ซึ่งจะได้รับความถูกต้องแม่นยำมากกว่าข้อมูลที่มาจากการวัด