วันอาทิตย์ที่ 10 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2556

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 หรือ

ของวินาที
- นาโนเซกัน (Nanosecond) ซึ่งเปรียบเทียบความเร็วเท่ากับ 1/1,000,000,000 วินาที หรือ

ของวินาที
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

ยุคของคอมพิวเตอร์

คอมพิวเตอร์ยุคที่ 1 อยู่ระหว่างปี พ.ศ. 2488 ถึง พ.ศ. 2501 เป็นคอมพิวเตอร์ที่ใช้หลอดสุญญากาศซึ่งใช้กำลังไฟฟ้าสูง จึงมีปัญหาเรื่องความร้อนและไส้หลอดขาดบ่อย ถึงแม้จะมีระบบระบายความร้อนที่ดีมาก การสั่งงานใช้ภาษาเครื่องซึ่งเป็นรหัสตัวเลขที่ยุ่งยากซับซ้อน เครื่องคอมพิวเตอร์ของยุคนี้มีขนาดใหญ่โต เช่น มาร์ค วัน (MARK I), อีนิแอค (ENIAC), ยูนิแวค (UNIVAC)

คอมพิวเตอร์ยุคที่ 2 คอมพิวเตอร์ยุคที่สอง อยู่ระหว่างปี พ.ศ. 2502 ถึง พ.ศ. 2506 เป็นคอมพิวเตอร์ที่ใช้ทรานซิสเตอร์ โดยมีแกนเฟอร์ไรท์เป็นหน่วยความจำ มีอุปกรณ์เก็บข้อมูลสำรองในรูปของสื่อบันทึกแม่เหล็ก เช่น จานแม่เหล็ก ส่วนทางด้านซอฟต์แวร์ก็มีการพัฒนาดีขึ้น โดยสามารถเขียนโปรแกรมด้วยภาษาระดับสูงซึ่งเป็นภาษาที่เขียนเป็นประโยคที่คนสามารถเข้าใจได้ เช่น ภาษาฟอร์แทน ภาษาโคบอล เป็นต้น ภาษาระดับสูงนี้ได้มีการพัฒนาและใช้งานมาจนถึงปัจจุบัน

3. คอมพิวเตอร์ยุคที่ 3 (พ.ศ. 2508 - 2513) คอมพิวเตอร์ในยุคนี้ใช้วงจรไอซี ซึ่งเป็นสารกึ่งตัวนำที่สามารถบรรจุวงจรกึ่งตัวนำเอาไว้มาก แล้วพิมพ์บนแผ่นซิลิคอน เรียกว่า "ชิป" (Chip) ซึ่งมีขนาดเล็กมาก จึงทำให้เครื่องในยุคนี้มีขนาดเล็กลง เขียนชุดคำสั่งด้วยภาษาระดับสูง และเริ่มมีโปรแกรมสำเร็จรูปใช้งาน ตัวอย่างเครื่องในยุคนี้ ได้แก่ IBM360

4. คอมพิวเตอร์ยุคที่ 4 (พ.ศ. 2514 - 2523) คอมพิวเตอร์ในยุคนี้จนถึงปัจจุบัน ใช้วงจร LSI (Large-Scale Integrated Circuit) คือ การใช้เทคโนโลยีใหม่ โดยรวมวงจรไอซีจำนวนมากลงในแผ่นซิลิคอนชิป 1 แผ่น ซึ่งทำให้เล็กลงไปอีกมาก และกลายเป็นวงจร VLSI (Very Large -Scale Integrated Circuit) ซึ่งสามารถบรรจุวงจรได้มากกว่า 1 ล้านวงจร และด้วยเทคโนโลยีใหม่นี้ทำให้เกิดแนวคิดในการบรรจุวงจรที่สำคัญสำหรับการทำงานพื้นฐานของคอมพิวเตอร์ลงในชิปตัวเดียว นั่นคือส่วนของ CPU (Central Processing ๊๊Unit) อยู่บนชิปตัวเดียวเรียกว่า "ไมโครโปรเซสเซอร์" ตัวอย่างเครื่องในยุคนี้ ได้แก่ IBM 370 ซึ่งเป็นเครื่องคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่ และไมโครคอมพิวเตอร์เครื่องแรกของโลก คือ Altair 8800 , a\Apple II เป็นต้น

5. คอมพิวเตอร์ยุคที่ 5 (พ.ศ. 2524 - ปัจจุบัน) ยุคของวงจร VLSI เป็นช่วงที่กำลังพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เรียกว่า "ไมโครโปรเซสเซอร์" ให้มีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น ทั้งทางด้านเทคโนโลยี ทางสถาปัตยกรรมโครงสร้าง และการพัฒนาภาษาที่ใช้กับระบบซอท์ฟแวร์เพื่อให้รับรู้ภาษาพูดของมนุษย์โดยตรง มีหน่วยความจำขนาดมหึมาพอกับการจัดการระบบฐานข้อมูลขนาดใหญ่ได้อย่างเพียงพอ ซึ่งต่อไปเครื่องคอมพิวเตอร์จะไม่หยุดทำงานเพราะมีระบบแก้ไขข้อขัดข้องภายในตัวมันเอง และมีความสามารถสูงพอที่จะรับคำสั่งจากภาษาพูดของมนุษย์ได้ จนถือว่าเป็นเครื่องมือเครื่องใช้จำเป็นอย่างหนึ่งภายในบ้าน

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
                1.3 ไฮบริกคอมพิวเตอร์ (Hybrid Computer)   เป็นระบบคอมพิวเตอร์ที่รวมเอาความสามารถของเครื่องคอมพิวเตอร์ 2 แบบแรกเข้าด้วยกัน ตัวอย่างของระบบประเภทนี้ ได้แก่ การใช้แอนะลอกในการวัดการทำงานของหัวใจ อุณหภูมิ และความดันต่างๆของคนไข้ ข้อมูลที่ได้รับก็จะถูกแปลงออกเป็นตัวเลข เพื่อส่ง
ไปให้คอมพิวเตอร์แบบดิจิตัลทำการประมวลผลและให้ผลลัพธ์ตามโปรแกรมที่กำหนดไว้ภายในคอมพิวเตอร์ เช่น
ถ้าหัวใจเต้นเร็ว หรือช้ากว่าที่กำหนด ก็ให้ระบบทำการส่งสัญญาณเตือนให้ทราบ เป็นต้น
2. แบ่งตามลักษณะการใช้งานสามารถแบ่งได้ 2 ประเภท ดังนี้
                      2.1 คอมพิวเตอร์อเนกประสงค์ (General purpose Computer) เป็นระบบคอมพิวเตอร์ที่ได้รับการออกแบบ ให้ประยุกต์ใช้งานได้อย่างไม่ถ้วน นั่นคือ ระบบจะทำงานตามคำสั่งในโปรแกรมที่เขียนขึ้นมา และยังสามารถเก็บโปรแกรมทางด้านต่างๆไว้ในเครื่องเดียวกันได้ เช่น โปรแกรมทางด้านระบบเงินเดือน โปรแกรมทางด้านบัญชีลูกหนี้ ฯลฯ และเมื่อเราต้องการใช้เครื่องทำอะไร ก็เพียงแต่ทำการเรียกโปรแกรมทางด้านนั้นขึ้นมาทำงาน
                      2.2 คอมพิวเตอร์เฉพาะกิจ (Special Purpose Computer) จะถูกออกแบบมาให้ทำงานเฉพาะอย่างเท่านั้น โดยไม่สามารถนำไปใช้งานด้านอื่นได้ เช่น คอมพิวเตอร์ที่ใช้การควบคุมระบบการนำวิถีของจรวด เป็นต้น

3. แบ่งตามขนาดของเครื่องคอมพิวเตอร์
                        มักจะวัดกันตามขนาดความจุของหน่วยความจำหลักที่ใช้งาน (Main Memory) ซึ่งหน่วยวัดความจุอาจอยู่ในเทอมของกิโลไบต์ (Kilobyte หรือ KB) โดย 1 KB จะมีค่า =

ไบต์ หรือ 1024 ตัวอักขระ (1 ไบต์ มีค่าเท่ากับ 1 ตัวอักขระ) ดังนั้น ถ้าคอมพิวเตอร์มีความจุ 10 K จะมีความหมายว่าเครื่องคอมพิวเตอร์เครื่องนั้นจะสามารถเก็บข้อมูลไว้ในหน่วยความจำหลักได้

ไบต์ หรือเท่ากับ 10,240 ตัวอักขระ
          นอกจากนี้ขนาดหน่วยความจำยังอาจมีหน่วยวัดอยู่ในเทอมของเมกะไบต์ (Megabyte หรือ MB หรือ M ) โดย 1 MB = 1024 KB = 1024 X 1024 =1,048,576 ไบต์ (ตัวอักขระ)
          หรืออาจอยู่ในเทอมของจิกะไบต์ (Gigabyte หรือ GB) โดย 1 = 1024 MB = 1024 X 1024 X 1024 =
1,073,741,824 ไบต์(ตัวอักขระ) เป็นต้น
                     3.1 ไมโครคอมพิวเตอร์     เป็นเครื่องคอมพิวเตอร์ที่มีขนาดเล็ก บางคนเห็นว่าเป็นเครื่องคอมพิวเตอร์ที่ใช้งานส่วนบุคคล หรือเรียกว่า พีซี (Personal Computer : PC) สามารถใช้เป็นเครื่องต่อเชื่อมในเครือข่าย หรือใช้เป็นเครื่องปลายทาง (terminal) ซึ่งอาจจะทำหน้าที่เป็นเพียงอุปกรณ์รับและแสดงผลสำหรับป้อนข้อมูลและดูผลลัพธ์ โดยดำเนินการการประมวลผลบนเครื่องอื่นในเครือข่ายอาจจะกล่าวได้ว่าไมโครคอมพิวเตอร์ คือเครื่องคอมพิวเตอร์ที่มีหน่วยประมวลผลกลางเป็นไมโครโพรเซสเซอร์ ใช้งานง่าย ทำงานในลักษณะส่วนบุคคลได้ สามารถแบ่งแยกไมโครคอมพิวเตอร์ตามขนาดของเครื่องได้ดังนี้

3.1.1 คอมพิวเตอร์แบบตั้งโต๊ะ (Desktop Computer) เป็นไมโครคอมพิวเตอร์ที่มีขนาดเล็กถูกออกแบบมาให้ตั้งบนโต๊ะ มีการแยกชิ้นส่วน ประกอบเป็นซีพียู จอภาพ และแผงแป้นอักขระ
3.1.2 แล็ปท็อปคอมพิวเตอร์ (Laptop Computer) เป็นไมโครคอมพิวเตอร์ขนาดเล็กที่วางใช้งานบนตักได้ จอภาพที่ใช้เป็นแบบราบชนิดจอภาพผนึกเหลว (Liquid Crystal Display :LCD) น้ำหนักของ เครื่องประมาณ 3-8 กิโลกรัม
3.1.3 โน้ตบุ๊คคอมพิวเตอร์ (notebook Computer) เป็นไมโครคอมพิวเตอร์ที่มีขนาดและเบากว่าแล็ปท็อป นำหนักประมาณ 1.5-3 กิโลกรัม จอภาพแสดงผลเป็นแบบราบชนิดมีทั้งแสดงผลสีเดียว หรือแบบหลายสี โน้ตบุ๊คที่มีขายทั่วไปมีประสิทธิภาพและความสามารถเหมือนกับแล็ปท็อป
3.1.4 ปาล์มท็อปคอมพิวเตอร์ (Palmtop Computer) เป็นไมโครคอมพิวเตอร์สำหรับทำงานเฉพาะ อย่าง เช่น เป็นพจนานุกรม เป็นสมุดจดบันทึกประจำวัน บันทึกการนัดหมายและการเก็บข้อมูลเฉพาะ บางอย่างที่สามารถพกพาติดตัวไปมาได้สะดวก

3.2 มินิคอมพิวเตอร์ เป็นเครื่องที่สามารถใช้งานพร้อม ๆ กันได้หลายคน จึงมีเครื่องปลายทางต่อได้ มินิคอมพิวเตอร์เป็นคอมพิวเตอร์ที่มีราคาสูงกว่าสถานีงานวิศวกรรม นำมาใช้สำหรับประมวลผลในงานสารสนเทศขององค์การขนาดกลาง จนถึงองค์การขนาดใหญ่ที่มีการวางระบบเป็นเครือข่ายเพื่อใช้งานร่วมกัน เช่น งานบัญชีและการเงิน งานออกแบบทางวิศวกรรม งานควบคุมการผลิตในโรงงานอุตสาหกรรม มินิคอมพิวเตอร์เป็นอุปกรณ์ที่สำคัญในระบบเครือข่ายคอมพิวเตอร์ขององค์การที่เรียกว่าเครื่องให้บริการ (server) มีหน้าที่ให้บริการกับผู้ใช้บริการ (client) เช่น ให้บริการแฟ้มข้อมูล ให้บริการข้อมูล ให้บริการช่วยในการคำนวณ และการสื่อสาร

3.3 เมนเฟรมคอมพิวเตอร์ เป็นเครื่องคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่ที่มีการพัฒนามาตั้งแต่เริ่มแรก เหตุที่เรียกว่า เมนเฟรมคอมพิวเตอร์เพราะตัวเครื่องประกอบด้วยตู้ขนาดใหญ่ที่ภายในตู้มีชิ้นส่วนและอุปกรณ์ต่าง ๆ อยู่เป็นจำนวนมาก แต่อย่างไรก็ตามในปัจจุบันเมนเฟรมคอมพิวเตอร์มีขนาดลดลงมากเมนเฟรมเป็นเครื่องคอมพิวเตอร์ที่มีราคาสูงมาก มักอยู่ที่ศูนย์คอมพิวเตอร์หลักขององค์การ และต้องอยู่ในห้องที่มีการควบคุมอุณหภูมิและมีการดูแลรักษาเป็นอย่างดี บริษัทผู้ผลิตเมนเฟรมได้พัฒนาขีดความสามารถของเครื่องให้สูงขึ้น ข้อเด่นของการใช้เมนเฟรมอยู่ที่งานที่ต้องการให้มีระบบศูนย์กลาง และกระจายการใช้งานไปเป็นจำนวนมาก เช่น ระบบเอทีเอ็มซึ่งเชื่อมต่อกับฐานข้อมูลที่จัดการโดยเครื่องเมนเฟรม อย่างไรก็ตามขนาดของเมนเฟรมและมินิคอมพิวเตอร์ก็ยากที่จะจำแนกจากกันให้เห็นชัด ปัจจุบันเมนเฟรมได้รับความนิยมน้อยลงทั้งนี้เพราะคอมพิวเตอร์ขนาดเล็กมีประสิทธิภาพและความสามารถดีขึ้นราคาถูกลงขณะเดียวกันระบบเครือข่ายคอมพิวเตอร์ก็ดีขึ้นจนทำให้การใช้งานบนเครือข่ายกระทำได้เหมือนการใช้งานบนเมนเฟรม

3.4 ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ เป็นเครื่องคอมพิวเตอร์ที่เหมาะกับงานคำนวณที่ต้องมีการคำนวณตัวเลขจำนวนหลายล้านตัวภายในเวลาอันรวดเร็ว เช่น งานพยากรณ์อากาศ ที่ต้องนำข้อมูลต่าง ๆ เกี่ยวกับอากาศทั้งระดับภาคพื้นดิน และระดับชั้นบรรยากาศเพื่อดูการเคลื่อนไหวและการเปลี่ยนแปลงของอากาศ งานนี้จำเป็นต้องใช้เครื่องคอมพิวเตอร์ที่มีสมรรถนะสูงมาก นอกจากนี้มีงานอีกเป็นจำนวนมากที่ต้องใช้ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ซึ่งมีความเร็วสูง เช่น งานควบคุมขีปนาวุธ งานควบคุมทางอวกาศ งานประมวลผลภาพทางการแพทย์ งานด้านวิทยาศาสตร์ โดยเฉพาะทางด้านเคมี เภสัชวิทยา และงานด้านวิศวกรรมการออกแบบ ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ทำงานได้เร็ว และมีประสิทธิภาพสูงกว่าคอมพิวเตอร์ชนิดอื่น การที่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ทำงานได้เร็ว เพราะมีการพัฒนาให้มีโครงสร้างการคำนวณพิเศษ เช่นการคำนวณแบบขนานที่เรียกว่า เอ็มพีพี (Massively Parallel Processing : MPP) ซึ่งเป็นการคำนวณที่กระทำกับข้อมูลหลาย ๆ ตัวในเวลาเดียวกัน

องค์ประกอบของระบบคอมพิวเตอร์

เครื่องคอมพิวเตอร์โดยลำพังเองแล้วมันจะไม่สามารถทำงานได้ด้วยตนเอง จำเป็นต้องมีองค์ประกอบอยู่ด้วยกัน 4 อย่างที่มีความสำคัญเท่าเทียมกันและต้องทำงานประสานกัน    จึงทำให้ระบบคอมพิวเตอร์สามารถทำงานได้จะกล่าวถึงองค์ประกอบของระบบคอมพิวเตอร์ประกอบด้วยองค์ประกอบใดบ้าง แต่ละองค์ประกอบมีความสำคัญอย่างไร ซึ่งจะเป็นพื้นฐานสำคัญที่จะทำให้เข้าใจเกี่ยวกับคุณลักษณะและหน้าที่ของอุปกรณ์ต่างๆภายในระบบคอมพิวเตอร์รวมไปถึงการทำงานของระบบ ซึ่งพอจะสรุปถึงองค์ประกอบของระบบคอมพิวเตอร์ที่สำคัญได้ดังนี้
1. องค์ประกอบทางด้านฮาร์ดแวร์ (Hardware)
      ฮาร์ดแวร์ (Hardware) หมายถึงส่วนประกอบของตัวเครื่องที่เราสามารถจับต้องได้ จะสามารถแบ่งส่วน ประกอบของฮาร์ดแวร์ออกได้เป็น 5 หน่วยที่สำคัญ ดังนี้
         1.1 หน่วยรับข้อมูล (Input Unit) ทำหน้าที่ในการรับโปรแกรม และข้อมูลเข้าสู่คอมพิวเตอร์ ตัวอย่างอุปกรณ์ที่ใช้ในการรับข้อมูลเข้า ได้แก่ แป้นพิมพ์หรือคีย์บอร์ด (Keyboard) เครื่องสแกนต่างๆ เช่น เครื่อง
รูดบัตร สแกนเนอร์ ฯลฯ
         1.2 หน่วยความจำ (Memory Unit) ทำหน้าที่เก็บโปรแกรมหรือข้อมูลที่รับมาจากหน่วยรับข้อมูล เพื่อเตรียมส่งให้หน่วยประมวลผลกลางทำการประมวลผล และรับผลลัพธ์ที่ได้จากการประมวลผล เพื่อเตรียมส่งออกหน่วยแสดงข้อมูลต่อไป
         1.3 หน่วยประมวลผลกลาง (CPU หรือ Central Processing Unit) ทำหน้าที่ปฏิบัติงานตามคำสั่งที่ปรากฏอยู่ในโปรแกรม หน่วยนี้จะประกอบด้วยหน่วยย่อยๆ อีก 2 หน่วย ได้แก่ หน่วยคำนวณเลขคณิตและตรรกวิทยา (ALU หรือArithmetic and Logical Unit) และ หน่วยควบคุม (CU หรือ Control Unit)
         1.4 หน่วยเก็บข้อมูลสำรอง (Secondary Storge) ทำหน้าที่เก็บข้อมูลหรือโปรแกรมที่จะป้อนเข้าสู่หน่วยความจำหลักภายในเครื่องก่อนทำการประมวลผลโดย ซีพียู รวมทั้งเป็นแหล่งเก็บผลลัพท์จากการประมวลผลด้วย เพื่อการใช้งานในภายหลัง
         1.5 หน่วยแสดงข้อมูล (Output Unit) ทำหน้าที่แสดงผลลัพท์จากการประมวลผล เช่น จอภาพ เครื่องพิมพ์ เป็นต้น

2. องค์ประกอบทางด้านซอฟต์แวร์ (Software)
      ซอฟต์แวร์ (Software) หมายถึง โปรแกรมหรือชุดของคำสั่งที่ถูกเขียนขึ้นเพื่อสั่งให้คอมพิวเตอร์ทำงานซอฟต์แวร์นี้จึงเปรียบเสมือนตัวเชื่อมระหว่างผู้ใช้เครื่องคอมพิวเตอร์และเครื่องคอมพิวเตอร์
      ซอฟต์แวร์ สำหรับเครื่องคอมพิวเตอร์สามารถแบ่งออกได้เป็น
                        1. ซอฟต์แวร์ระบบ (System Software)
                        2. ซอฟต์แวร์ประยุกต์ (Application Software)
                        3. ซอฟต์แวร์สำเร็จรูป (Package)
        2.1 ซอฟต์แวร์ระบบ (System Software)   หมายถึงชุดของคำสั่งที่เขียนไว้เป็นคำสั่งสำเร็จรูป ซึ่งจะทำงานใกล้ชิดกับคอมพิวเตอร์มากที่สุด เพื่อ คอยควบคุมการทำงานของฮาร์ดแวร์ทุกอย่างและอำนวยความสะดวกให้กับผู้ใช้ในการงาน  ซอฟต์แวร์ระบบนี้ยังสามารถแบ่งออกได้อีกดังนี้
                        1. ซอฟต์แวร์ควบคุมระบบปฏิบัติการ (Operating System --OS)
                        2. ซอฟต์แวร์จัดการอุปกรณ์ต่อพ่วง (Device Driver Software)
                        3. ซอฟต์แวร์การสื่อสาร(Communications Software)
                        4. ซอฟต์แวร์ช่วยพัฒนาโปรแกรม (Program Development Software)
                        5.ซอฟต์แวร์อำนวยความสะดวก (Utility Software)
         2.2 ซอฟต์แวร์ประยุกต์ (Application Software)                         คือซอฟต์แวร์หรือโปรแกรมที่ถูกเขียนขึ้นเพื่อการทำงานเฉพาะอย่างที่เราต้องการ เช่นงานส่วนตัว งานทางด้านธุรกิจ หรืองานทางด้านวิทยาศาสตร์ เราอาจเรียกโปรแกรมประเภทนี้ว่า User's Program ซอฟต์แวร์ประเภทนี้โดยส่วนใหญ่  มักใช้ภาษาระดับสูงในการพัฒนา เช่น ภาษาซี โคบอล ปาสคาล เบสิก ฯลฯ ตัวอย่าง ของโปรแกรมที่พัฒนาขึ้นใช้ในทางธุรกิจ เช่น โปรแกรมการทำบัญชีจ่ายเงินเดือน (Payroll Program) โปรแกรมระบบเช่าซื้อ (Hire Purchase) โปรแกรมการทำสินค้าคงคลัง (Stock Program) ฯลฯ ซึ่งแต่ละโปรแกรมก็อาจมีเงื่อนไขหรือแบบฟอร์มที่แตกต่างกันไปตามความต้องการหรือกฏเกณฑ์ของแต่ละหน่วยงานที่ใช้ โปแกรมประเภทนี้จะสามารถดัดแปลงแก้ไขเพิ่มเติม (Modifications) ในบางส่วนของโปรแกรมเองได้ เพื่อให้ตรงกับความต้องการของผู้ใช้งานโปรแกรม
         2.3 ซอฟต์แวร์สำเร็จรูป (Package)
              เป็นซอฟต์แวร์หรือโปรแกรมประยุกต์ทีมีผู้จัดทำไว้เพื่อใช้ในการทำงานประเภทต่างๆโดยผู้ใช้คนอื่นๆสามารถนำซอฟต์แวร์ประเภทนี้ไปใช้กับข้อมูลของตนได้ แต่จะไม่สามารถทำการดัดแปลงหรือแก้ไขโปรแกรมได้   ผู้ใช้ไม่จำเป็นต้องเขียนโปรแกรมขึ้นมาเอง จึงเป็นการประหยัด แรงงาน และค่าใช้จ่ายในการเขียนโปรแกรม นอกจากนี้ยังไม่ต้องใช้เวลามากในการเขียนโปรแกรม ดังนั้นการใช้ซอฟต์แวร์สำเร็จรูปจึงเป็นสิ่งที่อำนวยความสะดวกและเป็นประโยชน์อย่างยิ่ง ตัวอย่างของซอฟต์แวร์สำเร็จรูป เช่น ซอฟต์แวร์ระบบจัดการฐานข้อมูล ซอฟต์แวร์จัดพิมพ์รายงาน หรือเวิร์ดโปรเซสเซอร์ (Word Processor) ซอฟต์แวร์กระดาษทดอิเล็กทรอนิกส์หรือสเปรดชีต (Spreadsheet) เป็นต้น

3. องค์ประกอบทางด้านบุคคลากร (Personnel)ถึงแม้ระบบคอมพิวเตอร์จะประกอบด้วยองค์ประกอบทั้งทางด้านฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ แต่ระบบคอมพิวเตอร์จะไม่สามารถทำงานได้ถ้าขาดอีกองค์ประกอบหนึ่ง ซึ่งได้แก่ องค์ประกอบทางด้านบุคลากร
ที่จะเป็นผู้จัดการและควบคุมระบบคอมพิวเตอร์ให้สามารถปฏิบัติงานได้อย่างราบรื่น คอยแก้ไขปัญญาหาต่างๆที่เกิดขึ้นกับระบบคอมพิวเตอร์ พัฒนาโปรแกรมประยุกต์ต่างๆ รวมไปถึงการใช้งานโปรแกรมประยุกต์ที่ถูกพัฒนาขึ้น      เราสามารถแบ่งบุคลากรที่มีหน้าที่เกี่ยวกับคอมพิวเตอร์ออกได้เป็น 5 ประเภทตามลักษณะของงานดังนี้
           1. หัวหน้าหน่วยงานคอมพิวเตอร์ (EDP Manager หรือ Electronic Data Processing Manager)
                        เป็นบุคคลที่อยู่ในตำแหน่งทางบริหาร ซึ่งจะเป็นหัวหน้าของบุคคลทางคอมพิวเตอร์ทั้งหมด จะมีหน้าที่วางแผนงาน กำหนดนโยบายของหน่วยงาน จัดทำโครงการและแผนงานการใช้ระบบคอมพิวเตอร์ จัดหาฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ที่จำเป็นจะต้องใช้ในองค์กร อำนวยการฝึกอบรมความรูให้กับบุคลากรทางคอมพิวเตอร์ เพื่อให้สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพและนอกจากนี้จะต้องเป็นผู้คอยตรวจสอบและติดตามผลงานของผู้ที่อยู่ใต้บังคับบัญชาว่ามีความก้าวหน้าในการทำงานเป็นอย่างไรด้วย ดังนั้นบุคลากรในตำแหน่งนี้จึงต้องเป็นผู้ที่มีความรับผิดชอบสูง มีความรู้ความสามารถ มองเห็นการณ์ไกล และต้องหมั่นติดตามความก้าวหน้าของเทคโนโลยีอยู่เสมอ           2. บุคคลากรทางด้านระบบ (System)      ประกอบด้วยบุคคลากรที่มีตำแหน่งดังต่อไปนี้
                 2.1 นักวิเคราะห์ระบบ (System Analyst หรือ SA)              เป็นผู้ที่มีหน้าที่ในการวิเคราะห์และออกแบบระบบ โดยจะรวบรวมข้อมูลต่างๆที่เกี่ยวข้องกับระบบงานเดิมและความต้องการของผู้ใช้ เพื่อนำมาทำการวิเคราะห์และออกแบบระบบงานใหม่ หรือปรับปรุงระบบงานเดิม เพื่อให้การทำงานในระบบงานใหม่มีประสิทธิภาพดีขึ้นกว่าระบบงานเดิม โดยปกติ SA จะต้องเป็นผู้ที่มีความรู้เกี่ยวกับระบบคอมพิวเตอร์เป็นอย่างดีโดยเฉพาะอย่างยิ่งจะต้องเป็นผู้ที่มีประสบการณ์ทำงานมาพอสมควร และควรมีพื้นฐานการเขียนโปรแกรมมาก่อน ถึงแม้ว่า SA จะไม่ได้เป็นผู้เขียนโปรแกรมเอง แต่ SA จะต้องเป็นผู้ค้นหาวิธีการและขั้นตอนต่างๆ ในการเขียนโปรแกรมส่งให้กับนักเขียนโปรแกรมทำการเขียนอีกทีหนึ่ง นอกจากนี้ SA ควรจะเป็นผู้ที่มีความคิดริเริ่มสร้างสรรค์ มีมนุษย์สัมพันธ์ดี เพราะจะต้องมีหน้าที่ติดต่อกับคนในหลายระดับ ซึ่งในบางองค์กรอาจมีพนักงานบางคนที่ไม่เข้าใจในระบบคอมพิวเตอร์ และต่อต้านการนำระบบคอมพิวเตอร์เข้ามาใช้ ดังนั้น SA จะต้องเป็นผู้ที่มีความสามารถในการชี้นำให้เขาเห็นถึงประโยชน์ของการนำคอมพิวเตอร์เข้ามาช่วยในการทำงานได้                 2.2 นักเขียนโปรแกรมระบบ (System Programmer หรือ SP)
                        จะมีหน้าที่เขียนโปรแกรมระบบควบคุมเครื่อง จะคอยตรวจสอบและแก้ไขเมื่อระบบคอมพิวเตอร์มีปัญหา บุคลากรประเภทนี้จะต้องมีความรู้ทางด้านฮาร์ดแวร์เป็นอย่างดี เพราะต้องมีหน้าที่ในการให้คำปรึกษาต่างๆเกี่ยวกับระบบคอมพิวเตอร์เมื่อระบบคอมพิวเตอร์มีปัญหา และต้องคอยพัฒนาโปรแกรมอำนวยความสะดวกต่างๆขึ้นมา เช่น โปรแกรมที่ช่วยในการสำรองข้อมูลในแต่ละวันหรือแต่ละสัปดาห์ เพื่อช่วยให้การทำงานระบบคอมพิวเตอร์มีความสะดวกมากยิ่งขึ้น
                 2.3 บุคคลากรทางด้านการเขียนโปรแกรม
                        นักเขียนโปรแกรมหรือโปรแกรมเมอร์ (Programmer) จะทำหน้าที่เขียนโปรแกรมประยุกต์ (Application Program) ทางคอมพิวเตอร์ ตามขั้นตอนวิธีที่นักวิเคราะห์ระบบได้ออกแบบไว้ เพื่อให้ผู้ใช้งานคอมพิวเตอร์สามารถใช้งานโปรแกรมประยุกต์นั้นได้ นักเขียนโปรแกรมจึงควรเป็นผู้มีความรู้เกี่ยวกับซอฟต์แวร์เป็นอย่างดี แต่อาจไม่จำเป็นต้องมีความรู้ในรายละเอียดเกี่ยวกับฮาร์แวร์ก็ได้ ควรเป็นคนมีความอดทนในการทำงานสูง เนื่องจากการเขียนโปรแกรมจะต้องพบกับข้อผิดพลาด (errors) ของโปรแกรมที่อาจเกิดขึ้นมากมาย ซึ่งจะต้องใช้เวลาในการแก้ไขข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นนั้นให้ได้นอกจากนี้ควรมีความรอบคอบและมีความคิดริเริ่มสร้างสรรค์ หมั่นติดตามความก้าวหน้าของเทคโนโลยี หาความรู้ใหม่ๆ เพิ่มเติมอยู่ตลอดเวลา เพื่อพัฒนาเทคนิคที่เหมาะสมในการพัฒนาโปรแกรมให้มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น
                    นักเขียนโปรแกรมยังสามารถแบ่งออกได้เป็นอีก 2 แบบ ตามลักษณะงานดังนี้
                   - งานการสร้างโปรแกรมประยุกต์ (Application Programming)                                    เป็นผู้ที่มีหน้าที่ในการเขียนและพัฒนาโปรแกรมประยุกต์ทั้งหมดของระบบตามที่นักวิเคราะห์ระบบเป็นผู้ออกแบบให้ ซึ่งมักจะเป็นระบบที่เริ่มมีการพัฒนาเป็นครั้งแรก
                   - งานการบำรุงรักษาโปรแกรม (Maintenance Programming)                        ระบบอาจมีการพัฒนาเสร็จแล้ว แต่ต่อมาต้องการเปลี่ยนแปลงระบบในบางจุด เช่น อาจต้องมีการปรับปรุงให้มีความทันสมัย ดังนั้นนักเขียนโปรแกรมทางด้านนี้ต้องคอยตามแก้ไขโปรแกรมเก่าๆ ในระบบ
ที่เขียนไว้แล้วเพื่อให้เป็นไปตามความต้องการใหม่ของระบบ        3. ดีบีเอ (DBA หรือ DataBase Administrator)                เป็นบุคลากรที่จะพบในองค์กรที่มีการจัดการข้อมูล ซึ่ง DBA จะเป็นผู้มีหน้าที่ในการออกแบบและควบคุมกาใช้งานฐานข้อมูล จะสามารถสร้างและแก้ไขเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของฐานข้อมูลได้ ซึ่งโดยปกติผู้ใช้งานทั่วไปจะไม่สามารถเข้าไปยุ่งหรือจัดการกับฐานข้อมูล นอกจากนี้จะต้องควบคุมดูแลฐานข้อมูลมีการเก็บข้อมูลที่ถูกต้อง ทันสมัยอยู่เสมอ และยังคอยแก้ปัญหาเมื่อระบบฐานข้อมูลมีปัญหาเกิดขึ้นด้วย
          4. ผู้ปฏิบัติการ (Operator)
                จะเป็นเจ้าหน้าที่คอมพิวเตอร์ ที่มีหน้าที่คอยปิดและเปิดเครื่องคอมพิวเตอร์ และคอยเฝ้าดูระบบ เมื่อมีปัญหาใดๆเกี่ยวกับระบบคอมพิวเตอร์ ก็จะเป็นผู้แจ้งให้กับนักเขียนโปรแกรมระบบทราบเพื่อทำการแก้ไขต่อไป และยังมีหน้าที่ส่งงานต่างๆเข้าไปประมวลผลในคอมพิวเตอร์ และคอยรับรายงานการประมวลผล เพื่อแจกจ่ายให้แก่ฝ่ายที่เกี่ยวข้อง นอกจากนี้ยังต้องทำหน้าที่สำรอง (Backup) ข้อมูลจากเครื่องคอมพิวเตอร์ขึ้นไปเก็บไว้ในสื่อบันทึกข้อมูล เช่น เทป ทุกสิ้นวันหรือสิ้นเดือน เพื่อป้องกันความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นกับข้อมูลในระบบคอมพิวเตอร์ได้ เช่น กรณีที่เครื่องคอมพิวเตอร์ขัดข้อง หรือดิสก์เกิดความเสียหาย เป็นต้น
              บุคลากรทางด้านนี้ไม่จำเป็นต้องมีความรู้สูงนัก เนื่องจากลักษณะงานเป็นสิ่งที่มีการกำหนดขั้นตอนไว้ตายตัวแล้ว แต่ต้องเป็นผู้ที่มีความรับผิดชอบ และใส่ใจในการทำงาน
          5. ผู้ใช้ (User)                   เป็นผู้ใช้ระบบคอมพิวเตอร์ ซึ่งจะมีความสำคัญต่อการออกแบบและพัฒนาระบบมาก เพราะผู้ใช้ระบบจะเป็นผู้ตัดสิน และระบุความต้องการลงไปว่าต้องการให้ระบบคอมพิวเตอร์ทำงานอะไรบ้าง ซึ่งบรรดานักคอมพิวเตอร์ต่างๆก็จ้องพยายามตอบสนองความต้องการของผู้ใช้นั้น

4. องค์ประกอบทางด้านข้อมูล (Data)
      ข้อมูลเป็นองค์ประกอบที่สำคัญอย่างหนึ่งในระบบคอมพิวเตอร์ เป็นสิ่งที่ต้องป้อนเข้าไปในคอมพิวเตอร์พร้อมกับโปรแกรมที่นักเขียนโปรแกรมเขียนขึ้น เพื่อนำไปใช้ในโปรแกรมและผลิตผลลัพธ์ที่ต้องการออกมา ดังนั้น ข้อมูลที่นำเข้าจะต้องมีความถูกต้องสมบูรณ์ จึงจะผลิตผลลัพธ์ที่ถูกต้องสมบูรณ์ออกมาได้

ส่วนประกอบและหน้าที่ของคอมพิวเตอร์

            ส่วนประกอบของคอมพิวเตอร์    ประกอบด้วยส่วนสำคัญ 3 ส่วน คือ
            1. ส่วนนำเข้า (Input Unit) มีหน้าที่รับข้อมูลหรือค่าส่งจากสื่อนำเข้าไปไว้เก็บในหน่วยความจำ เช่น
การบันทึกข้อมูลประวัตินักเรียนผ่านทางสื่อ หรือการอ่านคะแนนสอบจากบัตรคำตอบ เป็นต้น
            2. ส่วนประมวลผลกลาง (Central Processong Unit) เป็นส่วนที่ทำการประมวลผลข้อมูลที่ได้นำเข้าจากส่วนนำข้อมูลเข้า ส่วนประมวลผลกลางจะประกอบไปด้วย 3 หน่วยหลักๆ คือ
                    2.1 หน่วยความจำ (Memory) ทำหน้าที่เก็บข้อมูลจากการนำเข้าหรือจากการประมวลผลของคอมพิวเตอร์ หน่วยความจำแบ่งออกเป็น 2 ชนิด คือ

RAM(Random Access Memory)

ROM(Read Only Memory)

เป็นหน่วยความจำชนิดที่สามารถบันทึกข้อมูลได้และลบข้อมูลได้ แต่ไม่จำข้อมูลในขณะที่ไม่มีกระแสไฟฟ้าหล่อเลี้ยง หน่วยความจำประเภทนี้เรียกว่าหน่วยความจำหลัก ซึ่งเป็นหน่วยความจำที่เครื่องคอมพิวเตอร์ใช้งานเป็นหลัก

เป็นหน่วยความจำที่เก็บข้อมูลได้เพียงอย่างเดียวไม่สามารถบันทึกข้อมูลใหม่ได้ ส่วนใหญ่จะใช้เก็บโปรแกรมสำคัญหรือกราฟิกต่างๆ

                 2.2 หน่วยคำนวณ (Arithmetic & Logic) หลักการคำนวณของคอมพิวเตอร์มี 2 หลักการ คือ
                            1. การคำนวณ (Arithmetic&Logic) คือ การบวก ลบ คูณ หาร
                            2. การเปรียบเทียบ (Logical) เช่น การคำนวณหาค่าผลรวมของยอดกำไรขาดทุน และ
                                 การเปรียบเทียบข้อมูลแต่ละกลุ่ม  หรือแต่ละหมวดแต่ละหมู่
                 2.3 หน่วยควบคุม(Control Unit) ทำหน้าที่ในการควบคุมการทำงานของคอมพิวเตอร์และทำหน้าที่ประสานงานการทำงานภายในและงานภายนอกของคอมพิวเตอร์
             3. ส่วนแสดงผลข้อมูล (Output Unit)   ทำหน้าที่ในการแสดงผลจากการประมวลผลแล้วไปยังสื่อที่แสดงผลลัพธ์ ได้แก่ จอภาพ เครื่องพิมพ์ หรือเก็บไว้ที่หน่วยความจำ ได้ทั้งความรวดเร็ว ถูกต้อง แม่นยำและประหยัด เนื่องจากการเขียนคำสั่งเพียงครั้งเดียวสามารถทำงานซ้ำๆได้คราวละจำนวนมากๆ

การทำงานของไดโอด

ไดโอด

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี

Figure 1: ภาพขยายของไดโอด แสดงรูปร่างของผลึกสารกึ่งตัวนำภายใน (ก้อนสีดำทางซ้ายมือ)

ไดโอดชนิดต่าง ๆ

ไดโอด (อังกฤษ: diode) เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ชนิดสองขั้ว ที่ออกแบบและควบคุมทิศทางการไหลของประจุไฟฟ้า มันจะยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลในทิศทางเดียว และกั้นการไหลในทิศทางตรงกันข้าม เมื่อกล่าวถึงไดโอด มักจะหมายถึงไดโอดที่ทำมาจากสารกึ่งตัวนำ (Semiconductor diode) ซึ่งก็คือผลึกของสารกึ่งตัวนำที่ต่อกันได้ขั้วทางไฟฟ้าสองขั้ว^[1] ส่วนไดโอดแบบหลอดสุญญากาศ (Vacuum tube diode) ถูกใช้เฉพาะทางในเทคโนโลยีไฟฟ้าแรงสูงบางประเภท เป็นหลอดสุญญากาศที่ประกอบด้วยขั้วอิเล็ดโทรดสองขั้ว ซึ่งจะคือแผ่นตัวนำ (plate) และแคโทด (cathode)

ส่วนใหญ่เราจะใช้ไดโอดในการยอมให้กระแสไปในทิศทางเดียว โดยยอมให้กระแสไฟในทางใดทางหนึ่ง ส่วนกระแสที่ไหลทิศทางตรงข้ามกันจะถูกกั้น ดังนั้นจึงอาจถือว่าไดโอดเป็นวาล์วตรวจสอบแบบอิเล็กทรอนิกส์อย่างหนึ่ง ซึ่งนับเป็นประโยชน์อย่างมากในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ เช่น ใช้เป็นเรียงกระแสไฟฟ้าในวงจรภาคจ่ายไฟ เป็นต้น

อย่างไรก็ตามไดโอมีความสามารถมากกว่าการเป็นอุปกรณ์ที่ใช้เปิด-ปิดกระแสง่าย ๆ ไดโอดมีคุณลักษณะทางไฟฟ้าที่ไม่เป็นเชิงเส้น ดังนั้นมันยังสามารถปรับปรุงโดยการปรับเปลี่ยนโครงสร้างของพวกมันที่เรียกว่าจุดเชื่อมต่อ P-N มันถูกนำไปใช้ประโยชน์ในงานที่มีวัตถุประสงค์พิเศษ นั่นทำให้ไดโอดมีรูปแบบการทำงานได้หลากหลายรูปแบบ ยกตัวอย่างเช่น ซีเนอร์ไดโอด เป็นไดโอดชนิดพิเศษที่ทำหน้าที่รักษาระดับแรงดันให้คงที่ วาริแอกไดโอดใช้ในการปรับแต่งสัญญาณในเครื่องรับวิทยุและโทรทัศน์ ทันเนลไดโอดใช้ในการสร้างสัญญาณความถี่วิทยุ และไดโอดเปล่งแสงเป็นอุปกรณ์ที่สร้างแสงขึ้น ทันเนลไดโอดมีความน่าสนใจตรงที่มันจะมีค่าความต้านทานติดลบ ซึ่งเป็นประโยชน์มากเมื่อใช้ในวงจรบางประเภท

ไดโอดตัวแรกเป็นอุปกรณ์หลอดสุญญากาศ โดยไดโอดแบบสารกึ่งตัวนำตัวแรกถูกค้นพบจากการทดสอบความสามารถในการเรียงกระแสของผลึกโดยคาร์ล เฟอร์ดินานด์ บรวน นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน ในปี พ.ศ. 2417 เรียกว่า cat's whisker diodes และได้ถูกพัฒนาในปี พ.ศ. 2449 โดยทำไดโอดมากผลึกแร่กาลีนา แต่ทุกวันนี้ไดโอดที่ใช้ทั่วไปผลิตมาจากสารกึ่งตัวนำ เช่น ซิลิกอน หรือ เจอร์เมเนียม^[2]

ไดโอดเป็นอุปกรณ์ที่ทำจากสารกึ่งตัวนำ p - n สามารถควบคุมให้กระแสไฟฟ้าจากภายนอกไหลผ่านตัวมันได้ทิศทางเดียว ไดโอดประกอบด้วยขั้ว 2 ขั้ว คือ แอโนด (Anode; A) ซึ่งต่ออยู่กับสารกึ่งตัวนำชนิด p และ แคโธด (Cathode; K) ซึ่งต่ออยู่กับสารกึ่งตัวนำชนิด n

เนื้อหา

[ซ่อน]

[แก้]ประวัติ

โครงสร้างของไดโอดแบบหลอดสุญญากาศ อาจมีเพียงไส้หลอดเปล่า ๆ หรือมีฉนวนคลุมดังภาพ

ถึงแม้ว่าไดโอดแบบผลึกสารกึ่งตัวนำ (Crystal semiconductor diode) จะเป็นที่นิยมมาก่อนไดโอดแบบใช้ความร้อน (Thermionic diode) แต่ไดโอดทั้งสองแบบก็มีพัฒนาการเป็นแบบคู่ขนาน โดยในปี พ.ศ. 2416 เฟรดเดอริก กัธรี ค้นพบหลักการพื้นฐานในการทำงานของไดโอดแบบใช้ความร้อน^[3] กัธรีค้นพบว่าประจุบวกในอิเล็กโทรสโคป สามารถคายประจุได้เมื่อนำแผ่นกราวด์มาโดนอิเล็กโทรสโคป แต่จะไปเกิดในประจุลบ เปรียบเสมือนกระแสไฟฟ้าที่ไหลไปในทิศทางเดียวเท่านั้น

จากหลักการข้างต้น ในวันที่ 13 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2423 โธมัส อัลวา เอดิสัน ได้ตรวจสอบไส้หลอดไฟว่าทำไมไส้หลอดคาร์บอนบริเวณปลายฝั่งที่ต่อกับขั้วบวกจึงถูกเผาไหม้อยู่เสมอ เอดิสันจึงสร้างกระเปาะแบบพิเศษที่มีแผ่นตัวนำโลหะ (plate) ที่ปิดสนิทอยู่ในหลอดแก้ว เมื่อเอดิสันได้ทดสอบอุปกรณ์ชิ้นนี้แล้ว ก็ทำให้เขายืนยันได้ว่ากระแสที่มองไม่เห็นนั้นจะไหลจากไส้หลอดผ่านสุญญากาศไปยังแผ่นตัวนำโลหะ ซึ่งจะไปทางเดียวเท่านั้น คือแผ่นตัวนำโลหะที่ติดอยู่กับแหล่งจ่ายแรงดันขั้วบวก

เอดิสันวางแผนที่จะใช้อุปกรณ์นี้แทนที่ตัวต้านทานในวงจรโวลต์มิเตอร์กระแสตรง สิ่งประดิษฐ์ดังกล่าวได้สิทธิบัตรในปี พ.ศ. 2427^[4] ไม่มีใครนำอุปกรณ์นี้ไปใช้งานจริงในเวลานั้น แต่การจดสิทธิบัตรเอาไว้ก่อนนั้นเป็นเสมือนการปกป้องสิทธิ์ของตนเองเอาไว้ก่อน เราจึงเรียกปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในอุปกรณ์ตัวนี้ว่า "ปรากฏการณ์เอดิสัน" (Edison effect)

20ปีต่อมา จอห์น แอมบรอส เฟรมมิ่ง (ที่ปรึกษาทางวิทยาศาสตร์ของบริษัทมาร์โคนีของกูลเยลโม มาร์โกนี และเป็นอดีตลูกจ้างของเอดิสัน) ตระหนักถึงความสำคัญของปรากฏการณ์เอดิสันว่าสามารถใช้ในการตรวจจจับคลื่นวิทยุได้อย่างแม่นยำ เฟรมมิ่งได้จดสิทธิบัตรไดโอดแบบใช้ความร้อนเป็นตัวแรกที่เกาะบริเตนใหญ่เมื่อวันที่ 16 พฤศจิกายน พ.ศ. 2447^[5] (ใน U.S. Patent 803,684 กล่าวว่ามีการจดสิทธิบัตรในเดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2448)

ในปี พ.ศ. 2417 นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน คาร์ล เฟอร์ดินานด์ บรวน ค้นพบคุณสมบัติการนำไฟฟ้าข้างเดียวของผลึก^[6] บรวนจดสิทธิบัตรการเรียงกระแสของผลึกในปี พ.ศ. 2442^[7] โดยการเรียงตัวของผลึกคอปเปอร์ออกไซด์กับเซเลเนียมถูกนำไปประยุกต์ใช้ในงานไฟฟ้ากำลังในอีก 20 ปีต่อมา

จักกฤษ จันทรา โบส นักวิทยาศาสตร์ชาวอินเดียค้นพบการใช้ประโยชน์ของการเรียงกระแสในผลึกมาใช้ในการตรวจจับคลื่นวิทยุเป็นครั้งแรกในปี พ.ศ. 2437 การใช้ผลึกในการตรวจจับคลื่นวิทยุถูกพัฒนาให้ใช้ได้จริงในทางปฏิบัติในเครื่องรับวิทยุแบบไร้สายโดยกรีนลีฟ ไวท์เทอร์ พิคการ์ดผู้บุกเบิกวงการวิทยุในสหรัฐอเมริกา ได้คิดค้นการนำผลึกซิลิกอนมาใช้ตรวจรับสัญญาณในปี พ.ศ. 2446 และทำการจดสิทธิบัตรในวันที่ 20 พฤศจิกายน พ.ศ. 2449^[8] ส่วนนักทดลองคนอื่น ๆ ก็ได้นำธาตุนานาชนิดมาทำการทดลอง แต่ที่นิยมใช้ในวงกว้างมากที่สุดคือแร่กาลีนา (lead sulfide สารประกอบของตะกั่วกับกำมะถัน)

ในช่วงระยะเวลาแห่งการค้นพบนั้น อุปกรณ์ดังกล่าวถูกตั้งชื่อว่า "ไดโอด" โดยผู้ที่ตั้งชื่อนั่นคือ วิลเลียม เฮนรี เอคเกิล นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ โดยคำนี้มาจากภาษากรีกคำว่า dia แปลว่าผ่าน และ ode(จากคำว่า ὅδος) แปลว่าเส้นทาง

[แก้]ไดโอดแบบใช้ความร้อนและไดโอดแบบสภาวะแก๊ส

สัญลักษณ์ของไดโอดแบบใช้ความ จากด้านบนถึงด้านล่างคือขั้วบวก (anode), ขั้วลบ (cathode) และไส้ความร้อน (heater filament)

ไดโอดแบบใช้ความร้อนเป็นหลอดสุญญากาศ ภายในประกอบไปด้วยขั้วไฟฟ้า (electrode) ล้อมรอบด้วยสุญญากาศภายในหลอดแก้ว คล้าย ๆ กับหลอดไส้(incandescent light bulb)

ในไดโอดแบบใช้ความร้อนนั้น กระแสจะไหลผ่านไส้ความร้อนและให้ความร้อนแก่ขั้วลบหรือขั้วแคโทด ซึ่งขั้วไฟฟ้าจะทำมาจากแบเรียมและสตรอนเชียม ออกไซด์ ซึ่งเป็นออกไซด์ของโลหะแอลคาไลน์เอิร์ท ซึ่งมีสภาวะงาน (work function) ต่ำ (บางครั้งจะใช้วิธีให้ความร้อนโดยตรง โดยการใช้ไส้หลอดเป็นทังสเตน แทนไส้ความร้อนกับขั้วแคโทด) ความร้อนอันเกิดมาจากการส่งผ่านความร้อนของอิเล็กตรอนไปสู่สุญญากาศ ขั้นต่อไปคือขั้วบวกหรือขั้วแอโนดที่ล้อมรอบไส้ความร้อนอยู่จะทำหน้าที่เป็นประจุบวก นั่นจะเกิดการส่งผ่านอิเล็กตรอนด้วยไฟฟ้าสถิตย์ อย่างไรก็ตามอิเล็กจะไม่ถูกปล่อยไปโดยง่ายจากขั้วแอโนดเมื่อเราต่อกลับขั้ว เพราะขั้วแอโนดไม่มีความร้อน ดังนั้นไดโอดแบบใช้ความร้อนจะทำให้อิเล็กตรอนไหลทิศทางเดียว

สำหรับคริสต์ศตวรรษที่ 20 ไดโอดแบบใช้ความร้อนถูกใช้ในสัญญาณอนาล็อก และใช้เรียงกระแสในแหล่งจ่ายกำลังมากมาย ทุกวันนี้ไดโอดที่เป็นหลอดสุญญากาศในกีตาร์ไฟฟ้าและเครื่องขยายเสียงแบบไฮ-เอน รวมทั้งอุปกรณ์ที่ใช้แรงดันสูง ๆ

[แก้]ไดโอดแบบสารกึ่งตัวนำ

ไดโอดเทียบกับสัญลักษณ์ของไดโอดแบบสารกึ่งตัวนำ (บนสุด) โดยแคบสีดำแสดงฝั่งที่เป็นขั้วแคโทด

ไดโอดชนิดสารกึ่งตัวนำแบบใหม่ ๆ มักจะใช้ผลึกสารกึ่งตัวนำจำพวกซิลิกอนที่ไม่บริสุทธิ์โดยทำการเจือสารให้เกิดฝั่งลบและฝั่งบวก โดยฝั่งลบจะมีประจุลบคืออิเล็กตรอนมากกว่าเรียกว่า "สารกึ่งตัวนำชนิด n (n-type semiconductor) " ส่วนฝั่งบวกจะมีประจุบวกหรือโฮลเรียกว่า "สารกึ่งตัวนำชนิด p (p-type semiconductor) " โดยไดโอดแบบสารกึ่งตัวนำเกิดมาจากการนำสารกึ่งตัวนำทั้งสองชนิดนี้มาติดด้วยวิธีการพิเศษ โดยส่วนที่สารกึ่งตัวนำทั้งสองชนิดอยู่ติดกันนั้นเรียกว่า "รอยต่อ p-n (p-n junction) " ไดโอดชนิดนี้จะยอมให้อิเล็กตรอนไหลผ่านจากสารกึ่งตัวนำชนิด n ไปยังสารกึ่งตัวนำชนิด p เท่านั้น จึงเรียกฝั่งที่มีสารกึ่งตัวนำชนิด n ว่าแคโทด และฝั่งที่มีสารกึ่งตัวนำชนิด p ว่าแอโนด แต่ถ้าพูดถึงทิศทางของกระแสสมมติที่ไหลสวนทางกับกระแสอิเล็กตรอนนั้น จะเห็นว่ากระแสสมติจะไหลจากขั้วแอโนดหรือสารกึ่งตัวนำชนิด p ไปยังขั้วแคโทดหรือสารกึ่งตัวนำชนิด n เพียงทิศทางเดียวเท่านั้น

ไดโอดแบบสารกึ่งตัวนำอีกรูปแบบหนึ่งที่สำคัญก็คือ ไดโอดชอทท์กี้ (Schottky diode) ซึ่งมีหน้าสัมผัสระหว่างโลหะกับสารกึ่งตัวนำมากกว่ารอยต่อ p-n

[แก้]คุณลักษณะเฉพาะของกระแสและแรงดัน

พฤติกรรมของไดโอดแบบสารกึ่งตัวนำในวงจรจะก่อให้เกิดคุณลักษณะเฉพาะของกระแสและแรงดัน (current-voltage characteristic) หรือเรียกว่ากราฟ I-V (กราฟด้านล่าง) รูปร่างของเส้นโค้งถูกกำหนดจากส่งผ่านประจุผ่านเขตปลอดพาหะ (depletion region หรือ depletion layer) ซึ่งอยู่ใยรอยต่อ p-n

กราฟคุณสมบัติเฉพาะของกระแสและแรงดันของรอยต่อ p-n ของไดโอด

[แก้]สมการของไดโอดชอทท์กี้

สมการของไดโอดชอทท์กี้ในอุดมคติหรือกฎของไดโอด (ชื่อชอทท์กี้ได้มาจากวิลเลียม เบรดฟอร์ด ชอทท์กี้ ผู้ร่วมประดิษฐ์ทรานซิสเตอร์ "ไม่ใช่"วัลเตอร์ เฮอร์มานน์ ชอทท์กี้ ผู้ประดิษฐ์เทโทรด) ได้ให้สมการที่แสดงถึงกราฟคุณลักษณะเฉพาะของกระแสและแรงดันเอาไว้ว่า

$I=I_\mathrm{S} \left (e^{V_\mathrm{D}/ (n V_\mathrm{T})}-1 \right), \,$

เมื่อ

I คือกระแสที่ไหลผ่านไดโอด

I_S คือกระแสอิ่มตัวเมื่อทำการไบอัสกลับ

V_D คือแรงดันที่ตกคร่อมไดโอด

V_T คือค่าความต่างศักย์อันเนื่องมาจากความร้อน

n คือค่าตัวประกอบอุดมคติ (ideaity factor) หรือค่าตัวประกอบคุณภาพ (quality factor) หรือสัมประสิทธิ์การส่งผ่าน (emission coefficient) ทั้งนี้ค่าตัวประกอบอุดมคติมีค่าอยู่ที่ 1 ถึง 2 ขึ้นอยู่กับกระบวนการผลิตและวัสดุที่นำมาใช้เป็นสารกึ่งตัวนำ ในหลายกรณีสามารถประมาณค่าเท่ากับ 1 ได้ (ดังนั้นค่า n จึงอาจถูกละไว้)

ค่าความต่างศักย์อันเนื่องมาจากความร้อน (thermal voltage) V_T มีค่าประมาณ 25.85 mV ที่อุณหภูมิ 300 K ซึ่งเป็นอุณหภูมิห้องปฏบัติการณ์ แต่เราก็สามารถหาค่าดังกล่าวเมื่ออุณหภูมิอื่น ๆ ได้ จากสูตร:

$V_\mathrm{T} = \frac{k T}{q} \, ,$

เมื่อ

k คือค่าคงที่ของโบลต์ซมานน์ มีค่าเท่ากับ 1.3806503×10⁻²³ J K⁻¹

T คืออุณหภูมิสัมบูรณ์ที่รอบต่อ p-n

q คือประจุของอิเล็กตรอน มีค่าเท่ากับ 1.602176487×10⁻¹⁹ C

สมการของไดโอดชอทท์กี้ในอุดมคติหรือกฎของไดโอดนั้นเกิดมาจากการอ้างสมมติฐานของกระบวนการเกิดการกระแสไฟฟ้าในไดโอดว่า (เนื่องจากสนามไฟฟ้า) เป็นการลอยผ่าน, การแพร่, และการรวมความร้อนอีกครั้ง (thermal recombination-generation) นอกจากนี้ยังสันนิษฐานว่ากระแสจากการรวมตัวอีกครั้ง (recombination-generation: R-G) .นเขตปลอดพาหะไม่มีนัยสำคัญใด ๆ นั่นหมายความว่าสมการของไดโอดชอทท์กี้ไม่ต้องคำนวณผลของกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการพังทลายเมื่อกระแสย้อนกลับและโฟตอนที่ช่วยให้เกิด R-G

[แก้]พฤติกรรมของสัญญาณขนาดเล็ก

ในการออกแบบวงจร แบบจำลองของสัญญาณขนาดเล็กจากพฤติกรรมของไดโอดถูกนำมาใช้งานอยู่บ่อยครั้ง

แบบจำลองสัญญาณขนาดเล็ก (Small-signal model) เป็นเทคนิคการวิเคราะห์ทางวิศวกรรมไฟฟ้า ที่อาศัยการประมาณพฤติกรรมของอุปกรณ์ทางไฟฟ้าที่ไม่มีความเป็นเชิงเส้น ด้วยสมการเชิงเส้น ความเป็นเชิงเส้นนี้ขึ้นอยู่กับจุดไบอัสกระแสตรง (DC bias point) ของอุปกรณ์ (นั่นก็คือระดับของ แรงดัน/กระแส ที่แสดงออกเมื่อไม่มีสัญญาณที่ถูกนำมาใช้) และสามารถทำให้ถูกต้องได้ด้วยการมองที่จุดนี้อีกด้วย

[แก้]ความต้านทาน

เมื่อใช้สมการชอทท์กี้ไดโอด ค่าความต้านสัญญาณขนาดเล็ก ( $r_D$ ) ของไดโอดสามารถเข้ามาเกี่ยวกับจุดปฏบัติการณ์ (Q-point) ที่กระแสไบอัสกระแสตรง ( $I_Q$ ) และแรงดันใช้งานที่จุดปฏิบัติการณ์ ( $V_Q$ ) ^[9] แรกเริ่มเดิมทีค่าความนำสัญญาณขนาดเล็ก ( $g_D$ ) ถูกตั้งขึ้น นั่นคือประจุไฟฟ้าในกระแสไฟฟ้าที่ไหลในไดโอดที่เกิดมาจากการเปลี่ยนแปลงเล็ก ๆ ของแรงดันที่ตกคร่อมไดโอดหารด้วยแรงดันตกคร่อมไดโอดนั้น ดังสมการ

$g_D=\frac{dI}{dV}\Big|_Q = \frac{I_0}{V_T} e^{V_Q/V_T} \approx \frac{I_Q}{V_T}$

การประมาณค่าเกิดมาจากการอนุมานว่ากระแสไบอัส $I_Q$ นั้นมากพอที่จะทำให้ค่าตัวประกอบ (factor) ของส่วนที่ละเลยได้จากสมการชอทท์กี้มีค่าเท่า 1 โดยการประมาณนี้มีความถูกต้องแม้แรงดันจะมีค่าต่ำ เพราะแรงดันอันเนื่องมาจากความร้อน (thermal voltage) $V_T \approx 26\, \mathrm{mV}$ ที่อุณหภูมิ 300 เคลวิน (27 องศาเซลเซียส) ดังนั้น $V_Q/V_T$ มีแนวโน้มมากขึ้น หมายความว่าตัวชี้กำลังมีค่าสูงมาก

แต่ไม่ใช่กับค่าความต้านทานสัญญาณขนาดเล็ก $r_D$ ซึ่งเป็นส่วนกลับของค่าความนำสัญญาณขนาดเล็ก ค่าความต้านทานสัญญาณขนาดเล็กไม่ขึ้นอยู่กับไฟฟ้ากระแสสลับ แต่จะขึ้นอยู่กับไฟฟ้ากระแสตรงเท่านั้น ดังสมการ

$r_D=\frac {V_T}{I_Q}$

[แก้]ความเก็บประจุ

ประจุไฟฟ้าจะนำพากระแสไฟฟ้า $I_Q$ ตามสูตร

$Q=I_Q\tau_F +Q_J$

เมื่อ $\tau_F$ คือเวลาที่ประจุเคลื่อนที่ไป:^[9] ส่วนแรกตือประจุที่เคลื่อนที่ผ่านไดโอดแล้วเกิดกระแส $I_Q$ ไหลผ่านไดโอด ที่ ส่วนที่สองคือประจุที่เก็บสะสมอยู่ที่รอยต่อ p-n จึงมีคุณลักษณะคล้ายกับตัวต้านทานง่าย ๆ มีคู่ขั้วทางไฟฟ้าที่มีประจุตรงข้ามกัน ประจุนั้นถูกกักเก็บที่ไดโอดอาศัยแค่แรงดันที่ตกคร่อมตัวมันเพียงแค่นั้น โดยไม่คำนึงถึงกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน

การหาค่าความเก็บประจุของไดโอด $C_D$ หาได้จากสมการ

$C_D = \frac{dQ}{dV_Q} =\frac{dI_Q}{dV_Q} \tau_F + \frac {dQ_J}{dV_Q} \approx \frac {I_Q}{V_T} \tau_F+ C_J$

เมื่อ $C_J = \begin{matrix}\frac {dQ_J}{dV_Q}\end{matrix}$ คือค่าความเก็บประจุที่รอยต่อ p-n โดยประจุในส่วนแรกเรียกว่า ค่าความเก็บประจุแพร่ (diffision capacitance) เพราะเกี่ยวข้องกับกระแสที่แพร่ตรงรอยต่อของไดโอด

[แก้]การฟื้นตัวกลับ

ช่วงท้ายของการไบอัสตรงของไดโอดแบบสารกึ่งตัวนำ จะเกิดกระไหลไฟฟ้าที่ไหลย้อนกลับในช่วงระยะเวลาสั้น ๆ ตัวอุปกรณ์จะยังไม่สามารถป้องกันกระแสไหลย้อนกลับได้เต็มที่จนกระทั่งกระแสที่เกิดไหลย้อนกลับนั้นได้สิ้นสุดลง^[10]

ผลกระทบที่เกิดขึ้นนั้นมีความสลักสำคัญเมื่อมีการสวิตชิ่ง (switching) ของกระแสที่สูงและรวดเร็วมาก (di/dt มีค่า 100 A/µs หรือมากกว่านั้น) ^[11] ค่าที่แน่นอนของ "เวลาฟื้นตัวกลับ (reverse recovery time) " $t_r$ (อยู่ในช่วงเวลาเป็นนาโนวินาที) อาจจะเคลื่อนย้าย "ประจุฟื้นตัวกลับ (reverse recovery charge) " $Q_r$ (อยู่ในช่วงนาโนคูลอมป์) ออกจากไดโอด ในระยะเวลาระหว่างฟื้นตัวนี้ไดโอดจะสามารถทำงานในทิศทางตรงข้ามได้ แน่นอนว่าในความเป็นจริงผลกระทบนี้มีความสำคัญในการพิจารณาความสูญเสียที่เกิดขึ้นอันเนื่องมาจากไดโอดไม่เป็นอุดมคติ^[12] อย่างไรก็ตามอัตราการแกว่ง (slew rate) ของกระแสไฟฟ้านั้นรุนแรงมาก (di/dt มีค่า 10 A/µs หรือนอ้ยกว่านั้น) ผลกระทบนี้ยังอยู่ในเกณฑ์ที่ปลอดภัยจึงละเลยไว้ได้^[13] ในการใช้งานไดโอดส่วนใหญ่จึงไม่มีผลกระทบที่สำคัญมากนัก

กรณีที่กระแสไหลย้อนกลับอย่างฉับพลันเมื่อประจุไฟฟ้าที่ถูกเก็บสะสมปลอดพาหะแล้วจะนำไปใช้ประโยชน์ในขั้นตอนการฟื้นตัวของไดโอดสำหรับกำเนิดสัญญาณพัลส์สั้นโดยเฉพาะ

[แก้]ประเภทของไดโอดแบบสารกึ่งตัวนำ

[แก้]ไดโอดเปล่งแสงหรือแอลอีดี (Light Emitting Diode ; LED)

LED เป็นไดโอดที่ใช้สารประเภทแกลเลี่ยมอาร์เซ็นไนต์ฟอสไฟต์ (Gallium Arsenide Phosphide ; GaAsP) หรือสารแกลเลี่ยมฟอสไฟต์ (Gallium Phosphide ; GaP) มาทำเป็นสารกึ่งตัวนำชนิด p และ n แทนสาร Si และ Ge สารเหล่านี้มีคุณลักษณะพิเศษ คือ สามารถเรืองแสงได้เมื่อได้รับไบอัสตรง การเกิดแสงที่ตัว LED นี้เราเรียกว่า อิเล็กโทรลูมินิเซนต์ (Electroluminescence) ปัจจุบันนิยมใช้ LED แสดงผลในเครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์ เช่น เครื่องคิดเลข, นาฬิกา เป็นต้น

[แก้]โฟโตไดโอด (Photo Diode)

โฟโตไดโอด เป็นไดโอดที่อาศัยแสงจากภายนอกผ่านเลนซ์ ซึ่งฝังตัวอยู่ระหว่างรอยต่อ p-n เพื่อกระตุ้นให้ไดโอดทำงาน การต่อโฟโตไดโอดเพื่อใช้งานจะเป็นแบบไบอัสกลับ ทั้งนี้เพราะไม่ต้องการให้โฟโตไดโอดทำงานในทันทีทันใด แต่ต้องการให้ไดโอดทำงานเฉพาะเมื่อมีปริมาณแสงสว่างมากพอตามที่กำหนดเสียก่อน กล่าวคือ เมื่อเลนซ์ของโฟโตไดโอดได้รับแสงสว่างจะเกิดกระแสรั่วไหล ปริมาณกระแสรั่วไหลนี้เพิ่มขึ้นตามความเข้มของแสง

[แก้]ไดโอดกำลัง (Power Diode)

ไดโอดกำลัง เป็นไดโอดที่ออกแบบให้บริเวณรอยต่อมีช่วงกว้างมากกว่าไดโอดทั่วไป เพื่อนำไปใช้กับงานที่มีกำลังไฟฟ้าสูง กระแสสูงและทนต่ออุณหภูมิสุงได้ เช่น ประกอบเป็นวงจรเรียงกระแส ในอิเล็กทรอนิกส์กำลัง เป็นต้น จะเห็นได้ว่าเมื่อพิกัดกระแสไฟฟ้ามีค่าหลายร้อยแอมป์ ทำให้ไดโอดมีอุณหภูมิขณะทำงานสูง โดยทั่วไปจึงนิยมใช้ร่วมกับตัวระบายความรัอน (Heat Sinks) เพื่อเพิ่มพื้นที่ระบายความรัอนภายในตัวไดโอดกำลัง

[แก้]ไดโอดวาแรกเตอร์หรือวาริแคป (Varactor or Varicap Diode)

ไดโอดวาแรกเตอร์หรือวาริแคปเป็นไดโอดที่มีลักษณะพิเศษ คือ สามารถปรับค่าคาปาซิแตนซ์เชื่อมต่อ (Ct) ได้โดยการปรับค่าแรงดันไบอัสกลับ ไดโอดประเภทนี้มีโครงสร้างเหมือนกับไดโอดทั่วไป ขณะแรงดันไบอัสกลับ (Reverse Bias Voltage ; Vr) มีค่าต่ำ Depletion Region จะแคบลงทำให้ Ct ครงรอบต่อมีค่าสูง แต่ในทางตรงข้ามถ้าเราปรับ Vr ให้สูงขึ้น Depletion Region จะขยายกว้างขึ้น ทำให้ Ct มีค่าต่ำ จากลักษณะดังกล่าว เราจึงนำวาริแคปไปใช้ในวงจรปรับความถี่ เช่น วงจรจูนความถี่อัตโนมัติ (Automatic Fine Tunning ; AFC) และวงจรกรองความถี่ซึ่งปรับช่วงความถี่ได้ตามต้องการ (Variable Bandpass Filter) เป็นต้น

[แก้]ซีเนอร์ไดโอด (Zener Diode)

ซีเนอร์ไดโอดเป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำที่นำกระแสได้เมื่อได้รับไบอัสกลับ และระดับแรงดันไบอัสกลับที่นำซีเนอร์ไดโอดไปใช้งานได้เรียกว่า ระดับแรงดันพังทลายซีเนอร์ (Zener Breakdown Voltage ; Vz) ซีเนอร์ไดโอดจะมีแรงดันไบอัสกลับ (Vr) น้อยกว่า Vz เล็กน้อย ไดโอดประเภทนี้เหมาะที่จะนำไปใช้ควบคุมแรงดันที่โหลดหรือวงจรที่ต้องการแรงดันคงที่ เช่น ประกอบอยู่ในแหล่งจ่ายไฟเลี้ยง หรือโวลเทจเรกูเลเตอร์

[แก้]ไดโอดในทางอุดมคติ

ไดโอดในอุดมคติ (Ideal Diode) มีลักษณะเหมือนสวิตช์ที่สามารถนำกระแสไหลผ่านได้ในทิศทางเดียว ถ้าต่อขั้วแบตเตอรี่ให้เป็นแบบไบอัสตรงไดโอดจะเปรียบเป็นเสมือนกับสวิตช์ที่ปิด (Close Switch) หรือไดโอดลัดวงจร (Short Circuit) Id ไหลผ่านไดโอดได้ แต่ถ้าต่อขั้วแบตเตอรีแบบไบอัสกลับ ไดโอดจะเปรียบเป็นเสมือนสวิตช์เปิด (Open Switch) หรือเปิดวงจร (Open Circuit) ทำให้ Id เท่ากับศูนย์

[แก้]ไดโอดในทางปฏิบัติ

ไดโอดในทางปฏิบัติ (Practical Diode) มีการแพร่กระจายของพาหะส่วนน้อยที่บริเวณรอยต่ออยู่จำนวนหนึ่ง ดังนั้น ถ้าต่อไบอัสตรงให้กับไดโอดในทางปฏิบัติก็จะเกิด แรงดันเสมือน (Ge >= 0.3V ; Si >= 0.7V) ซึ่งต้านแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายเพื่อการไบอัสตรง ขนาดของแรงดันเสมือนจึงเป็นตัวบอกจุดทำงาน ดังนั้น จึงเรียก "แรงดันเสมือน" อีกอย่างหนึ่งว่า "แรงดันในการเปิด" (Turn-on Voltage ; Vt)

กรณีไบอัสกลับ เราทราบว่า Depletion Region จะขยายกว้างขึ้น แต่ก็ยังมีพาหะข้างน้อยแพร่กระจายที่รอยต่ออยู่จำนวนหนึ่ง แต่ก็ยังมีกระแสรั่วไหลอยู่จำนวนหนึ่ง เรียกว่า กระแสรั่วไหล (Leakage Current) เมื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้าขึ้นเรื่อย ๆ กระแสรั่วไหลจะเพิ่มขึ้นจนถึงจุดทีไดโอดนำกระแสเพิ่มขึ้นมาก ระดับกระแสที่จุดนี้ เรียกว่า "กระแสอิ่มตัวย้อนกลับ" (Reverse Saturation Current ; Is) แรงดันไฟฟ้าที่จุดนี้ เรียกว่า แรงดันพังทลาย (Breakdown Voltage) และถ้าแรงดันไบอัสสูงขึ้นจนถึงจุดสูงสุดที่ไดโอดทนได้ เราเรียกว่า "แรงดันพังทลายซีเนอร์" (Zener Breakdown Voltage ; Vz) ถ้าแรงดันไบอัสกลับสูงกว่า Vz จะเกิดความร้อนอย่างมากที่รอยต่อของไดโอด ส่งผลให้ไดโอดเสียหายหรือพังได้ แรงดันไฟฟ้าที่จุดนี้เราเรียกว่า แรงดันพังทลายอวาแลนซ์ (Avalance Breakdown Voltage) ดังนั้น การนำไดโอดไปใช้งานจึงใช้กับการไบอัสตรงเท่านั้น

[แก้]ผลกระทบของอุณหภูมิ (Temperature Effects)

จากการทดลองพบว่า Is ของ Si จะมีค่าเพิ่มขึ้นเกือบ 2 เท่า ทุก ๆ ครั้งที่อุณหภูมิเพิ่มขึ้น 10 องศาเซลเซียส ขณะที่ Ge มีค่า Is เป็น 1 หรือ 2 ไมโครแอมป์ ที่ 25 องศาเซลเซียส แต่ที่ 100 องศาเซลเซียสจะมีค่า Is เพิ่มขึ้นเป็น 100 micro-amp ระดับกระแสไฟฟ้าขนาดนี้จะเป็นปัญหาต่อการเปิดวงจรเรื่องจากได้รับการไบอัสกลับ เพราะแทนที่ Id จะมีค่าใกล้เคียงศูนย์ แต่กลับนำกระแสได้จำนวนหนึ่งตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น

อภิสิทธิ์ อุ่เรือน

เกี่ยวกับฉัน

จำนวนการดูหน้าเว็บรวม