บทที่...บทท 1 ความร พ นฐานคอมพ วเตอร...

บทท 1 ความรพนฐานคอมพวเตอร

ในบทนเราจะเรยนรวาคอมพวเตอรทเราใชอยในปจจบนประกอบไปดวยอะไรบาง และม

การท างานสมพนธกนอยางไร โดยเราจะแบงออกเปน 2 ตอนดงน

1. สถาปตยกรรมคอมพวเตอร

2. ขอมลในคอมพวเตอร

ตอนท 1 สถาปตยกรรมคอมพวเตอร

เคาโครงเนอหาในตอนท 1

1. ภาพรวมของคอมพวเตอร

2. สวนประกอบหลกของคอมพวเตอร

3. ค าศพททเกยวของกบคอมพวเตอร

4. แบบจ าลองของ von Neumann

5. การท างานใน CPU

6. ล าดบชนของหนวยความจ า

ววฒนาการของคอมพวเตอร

Faster

Smaller

1950 1990 2015

ผใชและโปรแกรมคอมพวเตอร

นกคอมพวเตอร (Computer Scientists) คอผทเนนการเขยนโปรแกรมคอมพวเตอร

โปรแกรมคอมพวเตอรสามารถจดกลมไดเปนสองกลมคอ

1. กลมทค านวณไมได (Computationally Infeasible)

2. กลมทค านวณได (Computationally Feasible)

Alan Turing Bill GateRasmus Lerdorf

สวนประกอบหลกของคอมพวเตอร

คอมพวเตอรในปจจบนมโครงสรางทซบซอนมาก แตสวนประกอบหลกของคอมพวเตอร

ทกชนดสามารถแบงออกเปน 3 สวนคอ

1. หนวยประมวลผลท าหนาทแปลและรนโปรแกรม (Processor)

2. หนวยความจ าทท าหนาทเกบขอมลและโปรแกรม (Memory)

3. กลไกส าหรบสงขอมลเขาและออกจากโลกภายนอก (Input/Output Mechanism)

โฆษณาขายคอมพวเตอรทพบเหนบอย

SPECIFICATIONS

1. CPU AMD E1-2500 APU (1.4GHz)

2. RAM 4GB DDR3

3. 1 MB L2 Cache

4. Harddisk 500 GB 7200 RPM

5. Graphic Onboard

6. 8X Optical Drive DVD+/-RW

7. 802.11 b/g/n Wireless LAN

8. 6 USB ports (4 USB 2.0, 2 USB 3.0)

9. Monitor 19.45in 16:9 1600x900 WLED LCD

15,990 บาท

ความเขาใจเกยวกบหนวยของตวเลข

SPECIFICATIONS

1. CPU AMD E1-2500 APU (1.4GHz) 1.4 x 109 Hz

2. RAM 4GB DDR3 4 x 230 B

3. 1 MB L2 Cache 1 x 220 B

4. Harddisk 500 GB 7200 RPM 500 x 230 B

5. Graphic Onboard

6. 8X Optical Drive DVD+/-RW

7. 802.11 b/g/n Wireless LAN

8. 6 USB ports (4 USB 2.0, 2 USB 3.0)

9. Monitor 19.45in 16:9 1600x900 WLED LCD

ตวอยางค าน าหนาของทงสองฐาน (1)

ค าน าหนา สญลกษณ เลขยกก าลงฐาน 10 เลขยกก าลงฐาน 2

Kilo K 103 (Thousand) 210 (1024)

Mega M 106 (Million) 220

Giga G 109 (Billion) 230

Tera T 1012 (Trillion) 240

Peta P 1015 (Quadrillion) 250

ตวอยางค าน าหนาของทงสองฐาน (2)

ค าน าหนา สญลกษณ เลขยกก าลงฐาน 10 เลขยกก าลงฐาน 2

Milli m 10-3 (Thousandth) 2-10

Micro μ 10-6 (Millionth) 2-20

Nano n 10-9 (Billionth) 2-30

Pico p 10-12 (Trillionth) 2-40

Femto f 10-15 (Quadrillionth) 2-50

ความสบสนในการใชเลขฐาน

เราคงเคยเจอเหตการณทซอแฮนดไดรฟทขางกลองเขยนไววา 1GB แตพอเราเสยบเขากบ

คอมพวเตอรแลวพ นททเกบไดมไมถง 1GB ทงนเปนเพราะคนตดปายใชหนวยคนละฐาน

กบทคอมพวเตอรวด นนคอ

ส าหรบคนขาย 1 GB10

= 1,000,000,000 B = 0.93 GB2

ส าหรบคอมพวเตอร 1 GB2

= 1,073,741,824 B = 1.07 GB10

เราจะพบวาพ นทหายไปถง 7% เลยทเดยว

ค าศพททเกยวของกบ CPU

SPECIFICATIONS

1. CPU AMD E1-2500 APU (1.4GHz) บรษท AMD

2. RAM 4GB DDR3 รน E1-2500

3. 1 MB L2 Cache Accelerated Processing Unit

4. Harddisk 500 GB 7200 RPM

5. Graphic Onboard

6. 8X Optical Drive DVD+/-RW

7. 802.11 b/g/n Wireless LAN

8. 6 USB ports (4 USB 2.0, 2 USB 3.0)

9. Monitor 19.45in 16:9 1600x900 WLED LCD

ความเรวในการท างานของคอมพวเตอร

SPECIFICATIONS

1. CPU AMD E1-2500 APU (1.4GHz) สงสญญาณไฟฟา 1.4 พนลานรอบตอวนาท

2. RAM 4GB DDR3 ถาหนงค าสงใชเวลา 14 รอบ

3. 1 MB L2 Cache ค าสงนนจะใชเวลา 10 นาโนวนาท

4. Harddisk 500 GB 7200 RPM

5. Graphic Onboard

6. 8X Optical Drive DVD+/-RW

7. 802.11 b/g/n Wireless LAN

8. 6 USB ports (4 USB 2.0, 2 USB 3.0)

9. Monitor 19.45in 16:9 1600x900 WLED LCD

ค าศพททเกยวของกบหนวยความจ า

SPECIFICATIONS

1. CPU AMD E1-2500 APU (1.4GHz)

2. RAM 4GB DDR3 Random Access Memory

3. 1 MB L2 Cache ความจ 4 x 230 Bytes

4. Harddisk 500 GB 7200 RPM Double Data Rate type-3

5. Graphic Onboard

6. 8X Optical Drive DVD+/-RW

7. 802.11 b/g/n Wireless LAN

8. 6 USB ports (4 USB 2.0, 2 USB 3.0)

9. Monitor 19.45in 16:9 1600x900 WLED LCD

ขนาดหนวยความจ าทเหมาะสม

เราควรค านงถงปจจยเหลาน

1. ขนาด RAM ขนต าส าหรบระบบปฏบตการ

2. รนของ CPU

3. ชองเสยบของ Mainboard

4. ขนาด Bus ของ RAM และ Mainboard

หนวยความจ าภายใน

16

SPECIFICATIONS

1. CPU AMD E1-2500 APU (1.4GHz)

2. RAM 4GB DDR3 ความจ 1 x 220 Bytes

3. 1 MB L2 Cache Cache มสองระดบคอ L1 และ L2

4. Harddisk 500 GB 7200 RPM

5. Graphic Onboard

6. 8X Optical Drive DVD+/-RW

7. 802.11 b/g/n Wireless LAN

8. 6 USB ports (4 USB 2.0, 2 USB 3.0)

9. Monitor 19.45in 16:9 1600x900 WLED LCD

ล าดบชนของหนวยความจ า

17

ความเรวในการอานและเขยน

1 ns – 2 ns

3 ns – 8 ns

6 ns – 20 ns

30 ns – 70 ns

35 μs – 100 μs

100 ms – 5 s

8 ms – 33 ms

12 ms – 40 ms

หนวยความจ าส ารอง

18

SPECIFICATIONS

1. CPU AMD E1-2500 APU (1.4GHz)

2. RAM 4GB DDR3 เกบขอมลโดยไมตองมกระแสไฟฟา

3. 1 MB L2 Cache ความจ 500 x 230 Bytes

4. Harddisk 500 GB 7200 RPM หมน 7200 รอบตอนาท

5. Graphic Onboard

6. 8X Optical Drive DVD+/-RW

7. 802.11 b/g/n Wireless LAN

8. 6 USB ports (4 USB 2.0, 2 USB 3.0)

9. Monitor 19.45in 16:9 1600x900 WLED LCD

กราฟก

19

SPECIFICATIONS

1. CPU AMD E1-2500 APU (1.4GHz)

2. RAM 4GB DDR3

3. 1 MB L2 Cache

4. Harddisk 500 GB 7200 RPM

5. Graphic Onboard Onboard แปลวา GPU และ CPU

6. 8X Optical Drive DVD+/-RW ใชหนวยความจ ารวมกน

7. 802.11 b/g/n Wireless LAN

8. 6 USB ports (4 USB 2.0, 2 USB 3.0)

9. Monitor 19.45in 16:9 1600x900 WLED LCD

อปกรณเสรมส าหรบหนวยความจ าภายนอก

20

SPECIFICATIONS

1. CPU AMD E1-2500 APU (1.4GHz)

2. RAM 4GB DDR3

3. 1 MB L2 Cache

4. Harddisk 500 GB 7200 RPM

5. Graphic Onboard 8x คอความเรวในการอานเขยน

6. 8X Optical Drive DVD+/-RW Blu-ray > DVD > CD

7. 802.11 b/g/n Wireless LAN RW = Read/Write

8. 6 USB ports (4 USB 2.0, 2 USB 3.0)

9. Monitor 19.45in 16:9 1600x900 WLED LCD

อปกรณส าหรบเชอมตออนเตอรเนต

21

SPECIFICATIONS

1. CPU AMD E1-2500 APU (1.4GHz)

2. RAM 4GB DDR3

3. 1 MB L2 Cache

4. Harddisk 500 GB 7200 RPM

5. Graphic Onboard 802.11 คอ มาตรฐานของการเชอมตอไรสาย

6. 8X Optical Drive DVD+/-RW a/b/g/n = คอคลนความถของสญญาณ

7. 802.11 b/g/n Wireless LAN a/n ~ 5 GHz band

8. 6 USB ports (4 USB 2.0, 2 USB 3.0) b/g ~ 2.5 GHz band

9. Monitor 19.45in 16:9 1600x900 WLED LCD

ชองตออปกรณภายนอก

22

SPECIFICATIONS

1. CPU AMD E1-2500 APU (1.4GHz)

2. RAM 4GB DDR3

3. 1 MB L2 Cache

4. Harddisk 500 GB 7200 RPM

5. Graphic Onboard

6. 8X Optical Drive DVD+/-RW Universal Serial Bus

7. 802.11 b/g/n Wireless LAN ท างานแบบ Plug-and-Play

8. 6 USB ports (4 USB 2.0, 2 USB 3.0) 3.0 ใหมและเรวกวา 2.0

9. Monitor 19.45in 16:9 1600x900 WLED LCD

หนาจอคอมพวเตอร

23

SPECIFICATIONS

1. CPU AMD E1-2500 APU (1.4GHz)

2. RAM 4GB DDR3

3. 1 MB L2 Cache

4. Harddisk 500 GB 7200 RPM

5. Graphic Onboard

6. 8X Optical Drive DVD+/-RW CRT = Cathode Ray Tube

7. 802.11 b/g/n Wireless LAN LCD = Liquid Crystal Display

8. 6 USB ports (4 USB 2.0, 2 USB 3.0) LCD นยมมากกวา CRT

9. Monitor 19.45in 16:9 1600x900 WLED LCD

ขนาดหนาจอและ Resolution

24

SPECIFICATIONS

1. CPU AMD E1-2500 APU (1.4GHz)

2. RAM 4GB DDR3

3. 1 MB L2 Cache

4. Harddisk 500 GB 7200 RPM

5. Graphic Onboard

6. 8X Optical Drive DVD+/-RW เสนทแยงมม 19.45 นว

7. 802.11 b/g/n Wireless LAN W = Wide

8. 6 USB ports (4 USB 2.0, 2 USB 3.0) อตราสวนปกต 4:3

9. Monitor 19.45in 16:9 1600x900 WLED LCD อตราสวนกวาง 16:9 16:10

แบบจ าลองของ von Neumann

หนวยประมวลผล (Central Processing Unit)

หนวยความจ าหลก

(Main Memory)

ระบบขอมลเขา/ออก

(Input/Output System)

องคประกอบภายในของ CPU

26

หนวยประมวลผล (Central Processing Unit)

หนวยความจ าหลก

(Main Memory)

ระบบขอมลเขา/ออก

(Input/Output System)

Registers

Program Counter

Arithmetic

Logical UnitControl Unit

การท างานในหนงรอบของ von Neumann Model

27

หนวยประมวลผล (Central Processing Unit)

หนวยความจ าหลก

(Main Memory)

ระบบขอมลเขา/ออก

(Input/Output System)

Registers

Program Counter

Arithmetic

Logical UnitControl Unit

Fetch-Decode-Execute

Cycle

ขนตอน Fetch ของ von Neumann Model

28

หนวยประมวลผล (Central Processing Unit)

หนวยความจ าหลก

(Main Memory)

ระบบขอมลเขา/ออก

(Input/Output System)

Registers

Program Counter

Arithmetic

Logical UnitControl Unit

1. Fetch

ขนตอน Decode ของ von Neumann Model

29

หนวยประมวลผล (Central Processing Unit)

หนวยความจ าหลก

(Main Memory)

ระบบขอมลเขา/ออก

(Input/Output System)

Registers

Program Counter

Arithmetic

Logical UnitControl Unit

2. Decode

ขนตอน Fetch รอบทสองของ von Neumann Model

30

หนวยประมวลผล (Central Processing Unit)

หนวยความจ าหลก

(Main Memory)

ระบบขอมลเขา/ออก

(Input/Output System)

Registers

Program Counter

Arithmetic

Logical UnitControl Unit

3A. Fetch

ขนตอน Execute ของ von Neumann Model

31

หนวยประมวลผล (Central Processing Unit)

หนวยความจ าหลก

(Main Memory)

ระบบขอมลเขา/ออก

(Input/Output System)

Registers

Program Counter

Arithmetic

Logical UnitControl Unit

3B. Execute

Flowchart ส าหรบ Fetch-Decode-Execute Cycle

No

Yes

32

เรมตน

ดงค าสงถดไป

เพมคาใหกบ PC

แปลค าสง

ตองใชตวถก

ด าเนนการ?

ดงตวถกด าเนนการ

ท าค าสง

สรปทสงทเรยนวนน

1. รจกสวนประกอบตาง ๆ ของคอมพวเตอรแบบคราว ๆ

2. เขาใจการวดตาง ๆ ในคอมพวเตอรผานการใชค าน าหนา (Prefix)

3. สามารถเขาใจสงทเขยนอยในโฆษณาคอมพวเตอรไดพอสงเขป

4. อธบายโครงสรางหลกของคอมพวเตอรตามแบบจ าลองของ von Neumann

5. อธบายการท างานในหนงรอบของแบบจ าลอง von Neumann

33

ค าถามทายบทเรยน

• 5 GB คดเปนก MB และ 5 GHz คดเปนก MHz

• ถาค าสงบวกเลขใชเวลาในการประมวลผล 14 รอบสญญาณ บนเครองคอมพวเตอรทม

CPU เรว 2.4 GHz อยากทราบวาค าสงบวกเลขนจะใชเวลาในการประมวลผลกรอบ

สญญาณ บนเครองคอมพวเตอรทม CPU เรว 1.2 GHz

• จงบอกขอแตกตางระหวาง Cache และ Harddisk

• ค าวา Graphic Onboard หมายถงอะไร

• จงบอกหนาทของ Program Counter และ Registers

• จงบอกสวนประกอบทท างานในขนตอน Execute ของ von Neumann Model

34

เอกสารอางอง

• The Essentials of Computer Organization and Architecture by Linda Null and Julia

Lobur

35