หน่วยความจำ (Memory Unit)

หน่วยความจำ (Memory Unit)

 ทำหน้าที่เก็บโปรแกรมหรือข้อมูลที่รับมาจากหน่วยรับข้อมูล เพื่อเตรียมส่งออกหน่วยประมวลผลกลางทำการประมวลผล และรับผลลัพธ์ที่ได้จากการประมวลผล และเตรียมส่งออกหน่วยแสดงผลข้อมูลต่อไป ซึ่งหน่วยความจำของคอมพิวเตอร์แบ่งออกเป็น 2 ประเภทหลักๆ ดังนี้

          4.1) หน่วยความจำหลัก (Main Memory Unit)

          เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการจดจำข้อมูล และโปรแกรมต่าง ๆ ที่อยู่ระหว่างการประมวลผลของคอมพิวเตอร์ บางครั้งอาจเรียกว่า หน่วยเก็บข้อมูลหลัก (Primary storage) สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท คือ

                   4.1.1) หน่วยความจำหลักแบบอ่านได้อย่างเดียว (Read Only Memory – ROM) เป็นหน่วยความจำแบบสารกึ่งตัวนำชั่วคราวชนิดอ่านได้อย่างเดียว ใช้เป็นสื่อบันทึกในคอมพิวเตอร์ เพราะไม่สามารถบันทึกซ้ำได้ (อย่างง่ายๆ) เป็นความจำที่ซอฟต์แวร์หรือข้อมูลอยู่แล้ว และพร้อมที่จะนำมาต่อกับไมโครโพรเซสเซอร์ได้โดยตรง หน่วยความจำประเภทนี้แม้ไม่มีไฟเลี้ยงต่ออยู่ ข้อมูลก็จะไม่หายไปจากน่วยความจำ (nonvolatile)

           โดยทั่วไปจะใช้เก็บข้อมูลที่ไม่ต้องมีการแก้ไขอีกแล้วเช่น เก็บโปรแกรมไบออส (Basic Input output System : BIOS) หรือเฟิร์มแวร์ ที่ควบคุมการทำงานของคอมพิวเตอร์ใช้เก็บโปรแกรมการทำงานสำหรับเครื่องคิดเลขใช้เก็บโปรแกรมของคอมพิวเตอร์ที่ทำงานเฉพาะด้าน เช่น ในรถยนต์ที่ใช้ระบบคอมพิวเตอร์ควบคุมวงจร ควบคุมในเครื่องซักผ้า เป็นต้น

                   4.1.2) หน่วยความจำหลักแบบแก้ไขได้ (Random Access Memory – RAM) เป็นหน่วยความจำหลัก ที่ใช้ในระบบคอมพิวเตอร์ยุคปัจจุบัน หน่วยความจำชนิดนี้ อนุญาตให้เขียนและอ่านข้อมูลได้ในตำแหน่งต่างๆ อย่างอิสระ และรวดเร็วพอสมควร ซึ่งต่างจากสื่อเก็บข้อมูลชนิดอื่นๆ อย่างเทป หรือดิสก์ ที่มีข้อจำกัดในการอ่านและเขียนข้อมูล ที่ต้องทำตามลำดับก่อนหลังตามที่จัดเก็บไว้ในสื่อ หรือมีข้อกำจัดแบบรอม ที่อนุญาตให้อ่านเพียงอย่างเดียว
ข้อมูลในแรม อาจเป็นโปรแกรมที่กำลังทำงาน หรือข้อมูลที่ใช้ในการประมวลผล ของโปรแกรมที่กำลังทำงานอยู่ ข้อมูลในแรมจะหายไปทันที เมื่อระบบคอมพิวเตอร์ถูกปิดลง เนื่องจากหน่วยความจำชนิดนี้ จะเก็บข้อมูลได้เฉพาะเวลาที่มีกระแสไฟฟ้าหล่อเลี้ยงเท่านั้น

          4.2) หน่วยเก็บข้อมูลสำรอง (Secondary Storage Unit)

          สามารถแบ่งออกได้เป็นประเภทใหญ่ ๆ ได้ 4 ประเภท ดังนี้

                   4.2.1) แบบจานแม่เหล็ก เป็นอุปกรณ์สำรองข้อมูลที่เป็นลักษณะของจานแม่เหล็กสำหรับบันทึกข้อมูลไว้ภายใน Disk ได้รับความนิยมและใช้งานมานานพอสมควรซึ่งเป็น ส่วนประกอบของคอมพิวเตอร์ ที่ใช้หลักๆ เลยในปัจจุบัน ยกตัวอย่างเช่น ฮาร์ดดิสก์

                   4.2.2) แบบแสง เป็นสื่อเก็บข้อมูลสำรองที่ได้รับความนิยมมากในปัจจุบัน โดยใช้หลักการทำงานของแสง การจัดการข้อมูลจะคล้ายกับแผ่นจานแม่เหล็ก ต่างกันที่การแบ่งจะเป็นรูปก้นหอย และเริ่มเก็บบันทึกข้อมูลจากส่วนด้านในออกมาด้านนอก ที่เป็นที่นิยมและรู้จักกันดี เช่น CD , DVD

                   4.2.3) แบบเทป เป็นสื่อเก็บข้อมูลที่สามารถเก็บข้อมูลได้เป็นจำนวนมากและเข้าถึงข้อมูลแบบเรียงลำดับต่อเนื่องกันไป มีการผลิตขึ้นมาหลากหลายขนาดแตกต่างกันไป เช่น DAT และ QIC เป็นต้นปัจจุบันไม่ค่อยถือเป็น ส่วนประกอบของคอมพิวเตอร์

               4.2.4 )แบบอื่นๆ เป็นสื่อเก็บข้อมูลแบบใหม่ที่พบได้ทั่วไปในปัจจุบัน มีชื่อเรียกแตกต่างกันไป เช่น Flash Drive, Thumb Drive , Handy Drive เป็นต้น อีกชนิดคือ Memory Card เพื่อใช้เก็บข้อมูลในกล้องดิจิตอลแบบพกพา

ส่วนประมวลผลข้อมูล (Central Processing Unit)

ส่วนประมวลผลข้อมูล (Central Processing Unit)

  ส่วนประกอบของคอมพิวเตอร์ ที่จะขาดไม่ได้เลยคือหน่วยประมวลผลกลาง หรือ ซีพียู เรียกอีกชื่อหนึ่งว่า โปรเซสเซอร์ (Processor) หรือ ชิป (chip) นับเป็นอุปกรณ์ ที่มีความสำคัญมากที่สุดของฮาร์ดแวร์ เพราะมีหน้าที่ในการประมวลผลข้อมูลที่ผู้ใช้ป้อนเข้ามาทางอุปกรณ์อินพุต ตามชุดคำสั่ง หรือโปรแกรมที่ผู้ใช้ต้องการใช้งาน ส่วนประกอบของหน่วยประมวลผลกลางนั้นประกอบไปด้วย        

  1. หน่วยคำนวณ และตรรกะ (Arithmetic & Logical Unit : ALU)

หมายยถึง หน่วยคำนวณและตรรกะเป็นหน่วยที่ทำหน้าที่คำนวณทางเลขคณิตได้แก่ การบวก ลบ คูณ หาร และเปรียบเทียบทางตรรกะเพื่อทำการตัดสินใจ เช่น ทำการเปรียบเทียบข้อมูล เพื่อตรวจสอบว่าปริมาณหนึ่ง น้อยกว่า เท่ากับ หรือมากกว่า อีกปริมาณหนึ่ง แล้วส่งผลการเปรียบเทียบว่า จริงหรือเท็จไปยังหน่วยความจำเพื่อทำงานต่อไป ตามขั้นตอนที่กำหนดไว้ในเงื่อนไข การทำงานของเอแอลยู คือ รับข้อมูลจากหน่วยความจำ มาไว้ในที่เก็บชั่วคราวของเอแอลยูซึ่งเรียกว่า รีจิสเตอร์ ( register ) เพื่อทำการคำนวณแล้วส่งผลลัพธ์กลับไปยังหน่วยความจำ ทั้งนี้ในการส่งข้อมูลระหว่างอุปกรณ์ต่างๆ ข้อมูลระหว่างอุปกรณ์ต่างๆ ข้อมูลและคำสั่งจะอยู่ในรูปของสัญญาณไฟฟ้า แล้วยังส่งไปยัง อุปกรณ์ต่างๆ ผ่านระบบส่งถ่ายข้อมูลผ่านในที่เรียกว่าบัส ( bus )   
       กลไกลการทำงานของหน่วยประมวลผลกลาง มีความสลับซับซ้อน ผู้พัฒนาซีพียูได้สร้างกลไกให้ทำงานได้ดีขึ้น โดยแบ่งการทำงาน ออกเป็นส่วนๆ มีการทำงานแบบขนาน และทำงานเหลื่อมกันเพื่อให้ทำงานได้เร็วขึ้น   
       ในด้านความเร็วของซีพียู ถูกกำหนดโดยปัจจัย 2 อย่าง ปัจจัยแรกคือ สถาปัตยกรรมภายในของซีพียูแต่ละรุ่น ซีพียูที่ได้รับการออกแบบภายใน ที่ดีกว่าย่อมมีประสิทธิภาพในการประมวลผลที่ดีกว่า การพัฒนาทางด้านสถาปัตยกรรมก็มีส่วนทำให้ลักษณะของซีพียูแตกต่างกันไป ดังในรูป จะเห็นความแตกต่างระหว่างซีพียูเพนเทียมในรุ่นแรกๆ กับซีพียูเพนเทียมโฟร์

         นอกจากนี้ อีกปัจจัยหนึ่งที่เป็นตัวกำหนดความเร็วของซีพียู คือความถี่ของสัญญาณนาฬิกา
 ( clock ) ซึ่งเป็นสัญญาณไฟฟ้าที่คอยกำหนดจังหวะการทำงานประสานของงจรภายในให้สอดคล้องกัน ในอดีตสัญญาณดังกล่าวจะมีความถี่ในหน่วยเป็นเมกะเฮิรตซ์ ( megahertz ) หรือล้านครั้งต่อวินาที ดังนั้นสำหรับซีพียูที่มีสถาปัตยกรรมภายในเหมือนทุกประการ แต่ความถี่สัญญาณนาฬิกาต่างกัน ซีพียูที่มีความถี่สัญญาณนาฬิกาต่างกัน ซีพียูที่มีความถี่สัญญาณนาฬิกาสูงกว่าจะทำงานได้เร็วกว่าและซีพียูที่มีอยู่ในปัจจุบันมีความถี่ในระดับจิกะเฮิรตซ์

          2. หน่วยควบคุม (Control Unit)

หมายถึง ควบคุมการทำงานของเครื่องคอมพิวเตอร์ทั้งระบบ เช่น ควบคุมการทำงานของความจำหลัก หน่วยรับข้อมูล หน่วยคำนวณและตรรกะ หน่วยแสดงผล และที่เก็บข้อมูลต่าง ๆ ดังนั้นการทำงานของหน่วยนี้จึงเปรียบเสมือนเป็นศูนย์กลางระบบประสาท ที่ทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของส่วนประกอบต่าง ๆ ของเครื่องคอมพิวเตอร์ โดยที่หน่วยควบคุมและซีพียูจะรับรู้คำสั่งต่าง ๆ ในรูปของคำสั่งภาษาเครื่องเท่านั้น ถ้าผู้ใช้เขียนโปรแกรมโดยใช้ภาษาระดับสูง (High Level Language) ก่อนที่จะสั่งให้คอมพิวเตอร์ทำงานจะต้องมีการแปลงเป็นภาษาระดับต่ำ 
(Low Level Language) ก่อน
        หน่วยความจำแคช (cache memory) เป็นหน่วยความจำขนาดเล็กที่อยู่ภายในซีพียู เรียกว่า หน่วยความจำระดับ 2 (L2: Level 2)  ปกติมักมีขนาด 512 กิโลไบต์ (512 K) ทำหน้าที่เก็บพักข้อมูลที่จะต้องประมวลผลไว้ล่วงหน้าและเก็บพักข้อมูลที่ประมวลผลแล้วรอการส่งออกทำให้ซีพียูทำงานเร็วขึ้น ส่วนหน่วยความจำที่ทำหน้าที่ทำหน้าที่เก็บพักข้อมูลที่อยู่นอกซีพียูเป็นหน่วยความจำระดับ 3

          3. หน่วยความจำหลัก (Main Memory)

 หมายถึง หน่วยความจำหลัก (Main Memory) คือ หน่วยความจำหลักเป็นหน่วยความจำพื้นฐานในคอมพิวเตอร์ทุกเครื่อง เป็นหัวใจของการทำงานในรูปแบบอัตโนมัติ มีหน้าที่เก็บข้อมูลต่างๆ ที่ป้อนเข้ามาเพื่อให้หน่วยประมวลผลนำไปใช้ และเก็บข้อมูลที่เกี่ยวกับคุณสมบัติและระบบการทำงานของเครื่องคอมพิวเตอร์ด้วย

หน่วยของข้อมูลที่จัดเก็บในหน่วยความจำเรียกว่าไบต์ (byte) 1 ไบต์ จะประกอบไปด้วย 8 บิต นอกจากนี้ยังมีหน่วยเป็นกิโลไบต์ (kilobyte หรือ KB ) ซึ่งมีค่าเท่ากับ 1,024 ไบต์ , เมกะไบต์ (megabyte หรือ MB) มีค่าโดยประมาณหนึ่งล้านไบต์ หรือ 1,024 KB , กิกะไบต์ ( gigabyte หรือ GB ) มีค่าประมาณหนึ่งพันล้านไบต์หรือหนึ่งล้านกิโลไบต์และเทราไบต์ ( terabyte หรือ TB ) มีค่าประมาณหนึ่งล้านล้านไบต์ หน่วยความจุของข้อมูลในหน่วยความจำสรุปได้ดังนี้
8 bits = 1 byte1024 bytes = 1 kilobyte (KB)1024 KB = 1 megabyte (MB)1024 MB = 1 gigabyte (GB)1024 GB = 1 terabyte (TB)หน่วยความจำหลักที่เป็นที่รู้จักกันอย่างกว้างขวางมี 3 ประเภท คือ แรม (RAM) รอม (ROM) และซีมอส (CMOS)

แรม (RAM)

Random access memory หรือ RAM เป็นอุปกรณ์หรือแผงวงจรที่ทำหน้าที่เก็บข้อมูลและโปรแกรมคอมพิวเตอร์ หน่วยความจำแรม บางครั้งเรียกว่าหน่วยความจำชั่วคราว (volatile) ทั้งนี้เนื่องจากโปรแกรมและข้อมูลที่ถูกเก็บในหน่วยความจำแรมจะถูกลบหายไป เมื่อปิดเครื่องคอมพิวเตอร์ ดังนั้นถ้าต้องการเก็บข้อมูลและโปรแกรมที่อยู่ในแรมไว้ใช้งานในอนาคตจะต้องบันทึกข้อมูลเหล่านั้น ลงในหน่วยความจำสำรอง (secondary storage) ก่อนที่จะปิดเครื่องคอมพิวเตอร์ทุกครั้ง เครื่องคอมพิวเตอร์พกพาบางประเภทจะใช้หน่วยความจำ ที่เรียกว่า flash ROM หรือ flash memory ซึ่งสามารถจัดเก็บข้อมูลและโปรแกรมไว้ได้ 

รอม (ROM)

Read - 0nly memory หรือ ROM เป็นหน่วยความจำที่บันทึกข้อสนเทศและคำสั่งเริ่มต้น (start -up) ของระบบ คุณสมบัติเด่นของรอมคือ ข้อมูลและคำสั่งจะไม่ถูกลบหายไป ถึงแม้ว่าจะปิดเครื่องคอมพิวเตอร์ หรือไม่มีกระแสไฟฟ้าหล่อเลี้ยงแล้วก็ตาม

หน่วยความจำ CMOS
CMOS ย่อมาจาก complementary metal-oxide semiconductor เป็นหน่วยความจำที่ใช้เก็บข้อสนเทศที่ใช้เป็นประจำของระบบคอมพิวเตอร์ เช่น ประเภทของแป้นพิมพ์ เมาส์ จอภาพ และเครื่องอ่านแผ่นดิสก์ (disk drive) CMOS ใช้กระแสไฟจากแบตเตอรี่ ดังนั้นเมื่อปิดเครื่องคอมพิวเตอร์ ข้อสนเทศใน CMOS จึงไม่สูญหายลักษณะเด่นของ CMOS อีกอย่างหนึ่งคือ ข้อสนเทศที่บันทึกใน CMOS สามารถเปลี่ยนแปลงได้เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงอุปกรณ์ให้กับเครื่องคอมพิวเตอร์ เช่น การเพิ่ม RAM และฮาร์ดแวร์อื่น ๆ