สาระการเรียนรู้ 1. ประเภทของเครื่องคอมพิวเตอร์ 2. องค์ประกอบของคอมพิวเตอร์
จุดประสงค์การสอน 1. เข้าใจความแตกต่างของคอมพิวเตอร์แต่ละประเภท 2. เข้าใจองค์ประกอบของเครื่องคอมพิวเตอร์ 3. เข้าใจสัมพันธ์ระหว่างฮาร์ดแวร์ และซอฟต์แวร์ 4. สามารถถอด และประกอบคอมพิวเตอร์อย่างง่ายได้
แนะนำบทเรียน ในอดีตคอมพิวเตอร์แปลว่าเครื่องคำนวณ (Computer) เพราะมีกำเนิดมาแบบนั้น แต่ปัจจุบันเรามองเครื่องคอมพิวเตอร์เป็นระบบ (System) ที่ต้องมีการนำข้อมูลเข้า ประมวลผล และแสดงผล ในอนาคตจะมองคอมพิวเตอร์เป็นเครือข่ายที่ต้องเชื่อมโยงกับคอมพิวเตอร์เครื่องอื่นไปทั้งโลก ด้วยกระแสแนวโน้มเครื่องคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล (Personal Computer) ที่ลดลง แล้วถูกแทนที่ด้วยสมาร์ทโฟน (Smartphone) และแท็บเล็ตพีซี (TabletPC) ที่นับวัน ก็จะเข้ามาแทนที่เครื่องคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลเพิ่มขึ้น
ระบบ (System) หมายถึง ขั้นตอนการปฏิบัติงานที่มีการกำหนดอย่างชัดเจนว่าต้องทำอะไรบ้าง เพื่อให้ได้ผลออกมาตามที่ต้องการ ขั้นตอนการปฏิบัติงานจะต้องปรากฎให้ทราบโดยทั่วกันไม่ว่าจะอยู่ในรูปของเอกสารหรือสื่ออิเล็กทรอนิกส์ หรือโดยวิธีการอื่น ๆ องค์ประกอบของระบบ ประกอบด้วย ปัจจัยนำเข้า กระบวนการ ผลผลิต และข้อมูลป้อนกลับ ซึ่งมีความสัมพันธ์เชื่อมโยงกัน
ระบบคอมพิวเตอร์ (Computer System) หมายถึง ขั้นตอนการปฏิบัติงานของคอมพิวเตอร์ที่มีการกำหนดอย่างชัดเจนว่าต้องทำอะไรบ้าง เพื่อให้ได้ผลออกมาตามที่ต้องการ ขั้นตอนการปฏิบัติงานจะประกอบด้วย ข้อมูลนำเข้า การประมวลผล ผลลัพธ์ และข้อมูลป้อนกลับ ซึ่งมีความสัมพันธ์เชื่อมโยงกัน
คอมพิวเตอร์เครื่องแรกของโลก คือ เครื่อง ENIAC (Electronics Numerical Integrator and Computer) พัฒนาโดย ดร.จอห์น ดับลิว มอชลีย์ และ เจ เพรสเพอร์ เอคเกิรต ในราวปี ค.ศ.1946 โดยใช้ทุนของกองทัพสหรัฐอเมริกา เพื่อสร้างระบบคำนวณวิถีกระสุนปืนใหญ่ในกองทัพ มีหน้าที่คำนวณทางอิเล็กทรอนิกส์เป็นสำคัญ ใช้พื้นที่วางถึง 15,000 ตารางฟุต มีน้ำหนักถึง 30 ตัน กินไฟถึง 140 กิโลวัตต์
องค์ประกอบของระบบคอมพิวเตอร์ ประกอบด้วย 5 ส่วน ดังนี้ 1) ฮาร์ดแวร์ (Hardware) 2) ซอฟต์แวร์ (Software) 3) บุคลากร (Peopleware) 4) ข้อมูล (Data) 5) กระบวนการทำงาน (Procedure)
1.1.1 ซุปเปอร์คอมพิวเตอร์ (Super computer) คอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่ มีกำลังมากที่สุด ราคาแพงที่สุด สามารถประมวลผลคำสั่งได้นับพันล้านคำสั่งในหนึ่งวินาที มักใช้เก็บข้อมูลขนาดใหญ่ และต้องการความเร็วสูง เช่น สถิติประชากร การขุดเจาะน้ำมัน พยากรณ์อากาศ หรือวิจัยอาวุธ เป็นต้น ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ (Supercomputer) เป็นคอมพิวเตอร์ที่มีสมรรถนะในการทำงานสูงกว่า คอมพิวเตอร์แบบอื่น ดังนั้นจึงมีผู้เรียกอีกชื่อหนึ่งว่า คอมพิวเตอร์สมรรถนะสูง (High Performance Computer) คอมพิวเตอร์ประเภทนี้ สามารถคำนวนเลขที่มีจุดทศนิยม ด้วยความเร็วสูงมาก ขนาดหลายร้อยล้านจำนวนต่อวินาที งานที่ให้คอมพิวเตอร์ประเภทนี้ทำแค่ 1 วินาที ถ้าหากเอามาให้คนอย่างเราคิด อาจจะต้องใช้เวลานานกว่าร้อยปี ด้วยเหตุนี้ จึงเหมาะที่จะใช้คอมพิวเตอร์ประเภทนี้ เมื่อต้องมีการคำนวนมากๆ อย่างเช่น งานวิเคราะห์ภาพถ่าย จากดาวเทียมอุตุนิยมวิทยา หรือดาวเทียมสำรวจทรัพยากร งานวิเคราะห์พยากรณ์อากาศ งานทำแบบจำลองโมเลกุล ของสารเคมี งานวิเคราะห์โครงสร้างอาคาร ที่ซับซ้อน คอมพิวเตอร์ประเภทนี้ มีราคาค่อนข้างแพง ปัจจุบันประเทศไทย มีเครื่องซูเปอร์คอมพิวเตอร์ Cray YMP ใช้ในงานวิจัย อยู่ที่ห้องปฏิบัติการคอมพิวเตอร์สมรรถภาพสูง (HPCC) ศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ ผู้ใช้เป็นนักวิจัยด้านวิศวกรรม และวิทยาศาสตร์ทั่วประเทศ บริษัทผู้ผลิตที่เด่นๆ ได้แก่ บริษัทเครย์ รีเสิร์ซ (Cray Research), บริษัท เอ็นอีซี (NEC) เป็นต้น
1.1.2 เมนเฟรมคอมพิวเตอร์ (Mainframe computer) คอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่ แต่เล็กกว่า super computer นิยมใช้งานกับธุรกิจขนาดใหญ่ เช่น ธนาคาร โรงแรม หรือ server ขององค์การขนาดใหญ่ คอมพิวเตอร์ที่มีสมรรถนะสูงมาก แต่ยังต่ำกว่าซูเปอร์คอมพิวเตอร์ คือปกติสามารถทำงานได้รวดเร็ว หลายสิบล้านคำสั่งต่อวินาที สำหรับสาเหตุที่ได้ชื่อว่า เมนเฟรมคอมพิวเตอร์ ก็เพราะครั้งแรกที่สร้างคอมพิวเตอร์ลักษณะนี้ได้สร้างไว้บนฐานรองรับ ที่เรียกว่า คัสซี่ (Chassis) โดยมีชื่อเรียกฐานรองรับนี้ว่า เมนเฟรม นั่นเอง เหมาะกับการใช้งาน ทั้งในด้านวิศวกรรม วิทยาศาสตร์ และธุรกิจ โดยเฉพาะงานที่เกี่ยวข้องกับข้อมูลจำนวนมากๆ เช่น งานธนาคาร ซึ่งต้องตรวจสอบบัญชีลูกค้าหลายคน งานของสำนักงานทะเบียนราษฎร์ ที่เก็บรายชื่อประชาชนประมาณ 60 ล้านคน พร้อมรายละเอียดต่างๆ งานจัดการบันทึกการส่งเงิน ของผู้ประกับตนหลายล้านคน ของสำนักงานประกันสังคม กระทรวงแรงงาน คอมพิวเตอร์เมนเฟรม ที่มีชื่อเสียงมาก คือ เครื่องของบริษัท IBM ในปัจจุบัน ความนิยมใช้เครื่องเมนเฟรม ในหน่วยงานต่างๆ ได้ลดน้อยลงมาก เพราะราคาเครื่องค่อนข้างแพง การใช้งานค่อนข้างยาก และมีผู้รู้ด้านนี้ค่อนข้างน้อย สถานศึกษาที่มีเครื่องระดับนี้ไว้ใช้สอน ก็มีเพียงไม่กี่แห่ง เหตุผลสำคัญอีกประการหนึ่งคือ คอมพิวเตอร์ขนาดเล็กกว่า ได้รับการพัฒนาให้มีสมรรถนะมากขึ้น จนสามารถทำงานได้เท่ากับเครื่องเมนเฟรม แต่ราคาถูกกว่า อย่างไรก็ตามเครื่องเมนเฟรม ยังคงมีความจำเป็น ในงานที่ต้องใช้ข้อมูลมากๆ พร้อมๆ กันอยู่ต่อไปอีก ทั้งนี้เพราะ เครื่องเมนเฟรมสามารถพ่วงต่อ และควบคุมอุปกรณ์รอบข้าง (Peripheral) เช่น เครื่องพิมพ์ เครื่องขับเทปแม่เหล็ก เครื่องขับจานแม่เหล็ก ฯลฯ ได้เป็นจำนวนมากในเวลาเดียวกัน
1.1.3 มินิคอมพิวเตอร์ (Mini computer) คอมพิวเตอร์ที่ใช้ในธุรกิจขนาดกลาง และเล็ก ต้องการความสามารถในการประมวลผลสูง และราคาไม่สูงเกินไป เช่น AS/400 เป็นต้น เป็นคอมพิวเตอร์ที่มีสมรรถนะน้อยกว่าเครื่องเมนเฟรม คือ ทำงานได้ช้ากว่า และควบคุมอุปกรณ์รอบข้างได้น้อยกว่า อย่างไรก็ตามจุดเด่นสำคัญของเครื่องมินิคอมพิวเตอร์ คือ ราคาย่อมเยากว่าเมนเฟรม การใช้งานก็ไม่ต้องใช้ บุคลากรมากนัก นอกจากนั้น ยังมีผู้ที่รู้วิธีใช้มากกว่าด้วย เพราะเครื่องประเภทนี้ มีใช้ตามสถานศึกษา ระดับอุดมศึกษาหลายแห่ง มินิคอมพิวเตอร์ เหมาะกับงานหลากหลายประเภท คือ ใช้ได้ทั้งในงานวิศวกรรม วิทยาศาสตร์ อุตสาหกรรม เครื่องที่มีใช้ตามหน่วยงานราชการระดับกรมส่วนใหญ่ มักจะเป็นเครื่องประเภทนี้
1.1.4 คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล (Personal computer) คอมพิวเตอร์แบบตั้งโต๊ะ(Desktop computer) หาซื้อได้ง่าย ราคาไม่แพง ใช้งานได้หลายประเภท เป็นคอมพิวเตอร์ขนาดเล็ก และใช้ทำงานคนเดียว จึงนิยมเรียกอีกชื่อหนึ่งว่าคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล (Personal Computer) เป็นคอมพิวเตอร์ใช้งานที่พบได้อย่างแพร่หลาย จัดว่าเป็นเครื่องคอมพิวเตอร์ขนาดเล็ก ทั้งระบบใช้งานครั้งล่ะคนเดียว หรือใช้งานในลักษณะเครือข่าย แบ่งได้หลายลักษณะตามขนาด เช่นเครื่องคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลแบบตั้งโต๊ะ (Personal Computer) หรือแบบพกพา (Portable Computer) หรือแบ่งตามผู้ผลิต ได้แก่ เครื่องกลุ่ม IBM, IBM Compatible และแมคอินทอช (Macintosh) เป็นต้น
1.1.5 โน๊ตบุ๊ค (Notebook computer) คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล ที่สามารถพกพาไปในที่ต่าง ๆ เช่นบนรถ บนเครื่องบิน มีขนาดเท่าสมุดโน๊ต และมีราคาสูงกว่า Personal computer เล็กน้อย
1.1.6 พีดีเอ (PDA: Personal Digital Assistant) คอมพิวเตอร์ขนาดเล็กเท่าฝ่ามือ ปัจจุบันเป็นโทรศัพท์ได้ด้วย ทำให้ไม่ต้องพกอุปกรณ์หลายชิ้น แต่ความสามารถด้านการประมวลผลยังไม่สามารถเทียบเท่า Personal computer
1.1.7 คอมพิวเตอร์เครือข่าย (Network computer) คอมพิวเตอร์ที่นำมาประยุกต์ให้เชื่อมต่อคอมพิวเตอร์หลาย ๆ เครื่อง เข้าด้วยกัน และนำมาใช้ประมวลผลให้เกิดประสิทธิภาพสูงสุด เช่น การ share ข้อมูลในระบบอินเทอร์เน็ต เป็นต้น
แอนะล็อกคอมพิวเตอร์ (Analog computer) คือ เครื่องคำนวณอิเล็กทรอนิกส์ที่ไม่ได้ใช้ค่าตัวเลขเป็นหลักของการคำนวณ แต่จะใช้ค่าระดับแรงดันไฟฟ้าแทน ไม้บรรทัดคำนวณ อาจถือเป็นตัวอย่างหนึ่งของแอนะล็อกคอมพิวเตอร์ ที่ใช้ค่าตัวเลขตามแนวความยาวไม้บรรทัดเป็นหลักของการคำนวณ โดยไม้บรรทัดคำนวณจะมีขีดตัวเลขกำกับอยู่ เมื่อไม้บรรทัดหลายอันมรประกบรวมกัน การคำนวณผล เช่น การคูณ จะเป็นการเลื่อนไม้บรรทัดหนึ่งไปตรงตามตัวเลขของตัวตั้งและตัวคูณของขีดตัวเลขชุดหนึ่ง แล้วไปอ่านผลคูณของขีดตัวเลขอีกชุดหนึ่งแอนะล็อกคอมพิวเตอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์จะใช้หลักการทำนองเดียวกัน โดยแรงดันไฟฟ้าจะแทนขีดตัวเลขตามแนวยาวของไม้บรรทัด แอนะล็อกคอมพิวเตอร์จะมีลักษณะเป็นวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่แยกส่วนทำหน้าที่เป็นตัวกระทำและเป็นฟังก์ชันทางคณิตศาสตร์ จึงเหมาะสำหรับงานคำนวณทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมที่อยู่ในรูปของสมการคณิตศาสตร์ เช่น การจำลองการบิน การศึกษาการสั่งสะเทือนของตึกเนื่องจากแผ่นดินไหว ข้อมูลตัวแปรนำเข้าอาจเป็นอุณหภูมิความเร็วหรือความดันอากาศ ซึ่งจะต้องแปลงให้เป็นค่าแรงดันไฟฟ้า เพื่อนำเข้าแอนะล็อกคอมพิวเตอร์ผลลัพธ์ที่ได้ออกมาเป็นแรงดันไฟฟ้าแปรกับเวลาซึ่งต้องแปลงกลับไปเป็นค่าของตัวแปรที่กำลังศึกษา ในปัจจุบันไม่ค่อยพบเห็นแอนะล็อกคอมพิวเตอร์เท่าไรนักเพราะผลการคำนวณมีความละเอียดน้อย ทำให้มีขีดจำกัดใช้ได้กับงานเฉพาะบางอย่างเท่านั้น
ดิจิทัลคอมพิวเตอร์ (Digital computer) คือ เครื่องคอมพิวเตอร์ที่พบเห็นทั่วไปในปัจจุบัน จัดเป็นดิจิทัลคอมพิวเตอร์แทบทั้งหมด ดิจิทัลคอมพิวเตอร์เป็นเครื่องคำนวณอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้งานเกี่ยวกับตัวเลข มีหลักการคำนวณที่ไม่ใช่แบบไม้บรรทัดคำนวณ แต่เป็นแบบลูกคิด โดยแต่และหลักของลูกคิดคือ หลักหน่วย หลักร้อย และสูงขึ้นไปเรื่อย ๆ เป็นระบบเลขฐานสินที่แทนตัวเลขจากศูนย์ถ้าเก้าไปสิบตัวตามระบบตัวเลขที่ใช้ในชีวิตประจำวัน ค่าตัวเลขของการคำนวณในดิจิทัลคอมพิวเตอร์จะแสดงเป็นหลักเช่นเดียวกัน แต่จะเป็นระบบเลขฐานสองที่มีสัญลักษณ์ตัวเลขเพียงสองตัว คือเลขศูนย์กับเลขหนึ่งเท่านั้น โดยสัญลักษณ์ตัวเลขทั้งสองตัวนี้ จะแทนลักษณะการทำงานภายในซึ่งเป็นสัญญาณไฟฟ้าที่ต่างกัน การคำนวณภายในดิจิทัลคอมพิวเตอร์จะเป็นการประมวลผลด้วยระบบเลขฐานสองทั้งหมด ดังนั้นเลขฐานสิบที่เราใช้และคุ้นเคยจะถูกแปลงไปเป็นระบบเลขฐานสองเพื่อการคำนวณภายในคอมพิวเตอร์ ผลลัพธ์ที่ได้ก็ยังเป็นเลขฐานสองอยู่ ซึ่งคอมพิวเตอร์จะแปลงเป็นเลขฐานสิบเพื่อแสดงผลให้ผู้ใช้เข้าใจได้ง่าย