สถาปัตยกรรมของเครื่อง PC แบบ x86

จาก Wiki Opensource

บันทึกนี้ปรับปรุงล่าสุดเมื่อวันที่ 31-12-2554

ดูแลโดย WIPAT


เป้าหมาย

  • ให้รู้จักว่าคอมพิวเตอร์สามารถทำงานได้โดยไม่จำเป็นต้องมี HARD DISK
    คนส่วนใหญ่เข้าใจผิดคิดว่าคอมพิวเตอร์คือ MS WINDOWS และต้องติดตั้งบน HARD DISK เท่านั้น


  1. เครื่องคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลที่ได้รับความนิยมใช้งานแพร่หลายมากเป็นสถาปัตยกรรมสายพันธุ์ IBM-PC
  2. มีหลากหลายรุ่นเช่นแบบตั้งโต๊ะ(desktop)  แบบพกพา(notebook / netbook) หรือเครื่องแม่ข่าย(server)
  3. ต่อไปนี้จะเรียกเครื่องคอมพิวตอร์สายพันธุ์ IBM-PC นี้โดยสั้นๆว่าเครื่อง PC
  4. เครื่อง PC ได้รับการใช้งานแพร่หลายมาก เนื่องจากได้รับการสนับสนุนจากผู้ผลิดเผยแพร่เทคโนโลยีของสถาปัตยกรรมเพื่อให้นำไปพัฒนาต่อได้
  5. เครื่อง PC เริ่มต้นจากการใช้ CPU ตระกูล x86 ของ INTEL และไดัรับการพัฒนาอย่างต่อเนื่องจนมีการใช้ CPU ของหลายผู้ผลิต
  6. คำว่า CPU ในที่นี้หมายถึง หน่วยประมวลผลกลาง ต่างจาก CPU ตามภาษาช่าง ที่หมายถึงตัวถังเครื่อง PC ที่ประกอบด้วย MAINBOARD, RAM, CPU, POWER SUPPLY เป็นต้น
  7. ผลิตภัณฑ์ชิพ CPU ที่ได้รับความนิยมในปัจจุบันคือยี่ห้อ INTEL และยี่ห้อ AMD
  8. สถาปัตยกรรม 32 BIT หมายถึงชิพ CPU ที่ทำงานทีละ 32 BIT ตัวอย่างเช่น PENTIUM 4 ของ INTEL
  9. สถาปัตยกรรม 64 BIT หมายถึงชิพ CPU ที่ทำงานทีละ 64 BIT เช่นตระกูล CORE ต่างๆของ INTEL หรือ AMD ส่วนใหญ่ก็เป็น 64 BIT แทบทั้งนั้น
  10. MAINBOARD ต้องได้รับการออกแบบให้รองรับ CPU สถาปัตยกรรม 32 หรือ 64 BIT ด้วย
  11. สินค้าในตลาดปัจจุบันส่วนใหญ่จะเป็นสถาปัตยกรรม 64 BIT เนื่องจากมีสมรรถนะสูงกว่าสถาปัตยกรรมแบบ 32 BIT
  12. ข้อจำกัดที่เห็นได้ชัดของสถาปัตยกรรมแบบ 32  BIT คือมองเห็นหน่วยความจำได้ไม่เกิน 3.2 GB ยกเว้นมีซอฟต์แวร์พิเศษมาเพิ่มเติม
    ส่วนสถาปัตยกรรมแบบ 64 BIT มองเห็นหน่วยความจำเกิน 3.2  GB ได้โดยตรง
    ในตลาดซอฟต์แวร์จึงมี MS WINDOWS 7 หรือ LINUX ออกมาทั้งรุ่น 32 และ 64 BIT ให้เลือกใช้
    บางคนเคยสงสัยว่าทำไมมี RAM ตั้ง 4 GB แต่ MS WINDOWS เห็นเพียง 3.2 GB ก็เนื่องจากสาเหตุข้อจำกัดสถาปัตยกรรม 32 BIT นี้เอง
  13. อีกข้อจำกัดหนึ่งคือสถาปัตยกรรมแบบ 32 BIT ใช้งาน LAN 1000 Mbps ได้สูงสุดไม่เกิน 300 Mbps ถ้าต้องการเร็วกว่านี้ต้องใช้สถาปัตยกรรมแบบ 64 BIT
    ดังนั้นหลายคนอาจเคยเจอว่าทำไม LAN 1000 Mbps จึงวิ่งได้ไม่เกิน 300 Mbps ก็เพราะว่าเป็นสถาปัตยกรรมแบบ 32 BIT นั่นเอง
  14. คำว่าฮาร์ดแวร์(HARDWARE) ก็หมายถึงอุปกรณ์ต่างๆที่เป็นส่วนประกอบของเครื่องคอมพิวเตอร์ ซึ่งปรกติแล้วมันจะใช้ทำอะไรไม่ได้
    หากต้องการให้มันทำงานได้ ก็ต้องเพิ่มสิ่งที่เรียกว่าซอฟต์แวร์(SOFTWARE)เข้าไป พูดง่ายๆว่าฮาร์ดแวร์ก็คือเศษเหล็ก เสียบไฟแล้วก็ยังใช้งานไม่ได้
  15. เมื่อฮาร์ดแวร์ได้รับการติดตั้งซอฟต์แวร์ที่เหมาะสมก็จะทำงานกลายเป็นเครื่องคอมพิวเตอร์ที่พร้อมใช้งาน
  16. เครื่องคอมพิวเตอร์ที่ใกล้ตัวที่สุดในยุคปัจจุบันก็คือโทรศัพท์มือถือ ซึ่งได้รับการออกแบบให้เหมาะกับการเป็นโทรศัพท์พกพา
    ปัจจุบันก็พัฒนาเป็นโทรศัพท์อัจฉริยะที่นิยมกันตัวอย่างเช่น IPHONE หรือ ANDROID ทั้งหมดนี้ก็คือนำซอฟต์แวร์มาติดตั้งลงบนฮาร์ดแวร์
  17. เครื่องคอมพิวเตอร์ต้องมีซอฟต์แวร์มาติดตั้งก่อนจึงจะใช้งานได้ และซอฟต์แวร์ที่จะให้มันทำงานได้ขั้นต้นคือซอฟต์แวร์ประเภทระบบปฏิบัติการ
  18. ซอฟต์แวร์ระบบปฏิบัติการถือว่าเป็นซอฟต์แวร์พื้นฐานที่ทำให้คอมพิวเตอร์เริ่มมีช่องทางสื่อสารกับมนุษย์หรือคอมพิวเตอร์ด้วยกันได้
  19. เครื่อง PC มีซอฟต์แวร์ระบบปฏิบัติการที่เล็กที่สุดที่สื่อสารกับมนุษย์ได้คือ BIOS
  20. BIOS มีไว้สื่อสารการตั้งค่าอุปกรณ์ฮาร์ดแวร์ต่างๆของเครื่อง PC มันทำได้เพียงแค่นั้น จึงต้องมีซอฟต์แวร์ระบบปฏิบัติการอื่นเพิ่มเติม
  21. ซอฟต์แวร์จำเป็นต้องมีการจัดเก็บไว้ในสื่อที่ให้เครื่อง PC รู้จักสื่อสารได้ ตาม BIOS ของแต่ละรุ่นซึ่งอาจไม่เหมือนกัน
  22. ซอฟต์แวร์ระบบปฏิบัติการ BIOS จะถูกเก็บไว้ในสื่อที่เป็นชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่เรียกว่า CMOS
  23. CMOS บนเครื่อง PC ส่วนใหญ่ต้องใช้ถ่านแบตเตอรี่เลี้ยงไว้ เพื่อให้จำคำสั่งค่าที่ตั้งไว้ ถ่านแบตเตอรี่เลี้ยง CMOS มีอายุการใช้งานนาน ส่วนใหญ่เครื่อง PC พังก่อนถ่านหมด
  24. เมื่อเครื่อง PC บูทก็จะเริ่มต้นที่ BIOS แล้วตรวจสอบดูว่าสามารถติดต่อสื่อสารกับอุปกรณ์ชิ้นใดบ้าง
  25. เครื่อง PC ในปัจจุบันส่วนใหญ่ BIOS สามารถบูทได้จากสื่อที่เป็นแผ่นซีดี, HARD DISK, USB DISK หรือ NETWORK ขึ้นกับความสามารถของ MAINBOARD
  26. BIOS จะเริ่มตรวจดูว่ามีอุปกรณ์อะไรบ้างที่ให้ใช้งานได้ และเริ่มไปติดต่อกับอุปกรณ์ที่ถูกกำหนดให้ติดต่อสื่อสารเป็นลำดับแรก ถ้าไม่เจอก็จะไปติดต่อสื่อสารกับอุปกรณ์ลำดับถัดไป
  27. เมื่อเจออุปกรณ์ที่มีสื่อพร้อมทำงาน การบูทก็จะเริ่มไปอ่านสื่อบนอุปกรณ์นั้นเช่นอ่านแผ่นซีดีจากเครื่องอ่าน ,การอ่านข้อมูลจาก HARD DISK ,การอ่านข้อมูลจาก USB DISK หรือการอ่านจาก NETWORK
  28. เมื่อได้ข้อมูลจากสื่อของอุปกรณ์ได้อย่างถูกต้องแล้ว ระบบก็จะทำงานต่อไปตามคำสั่งของซอฟต์แวร์ระบบปฏิบัติการนั้น
  29. เราต้องเข้าใจเรื่องการบูทนี้ให้ดี เพราะเป็นจุดเริ่มต้นที่สำคัญ จะเห็นได้ว่าระบบคอมพิวเตอร์เริ่มทำงานได้ตามสื่อที่เหมาะสม
  30. ปรกติแล้วคนส่วนใหญ่จะคุ้นเคยกับระบบปฏิบัติการ MS WINDOWS ที่ถูกออกแบบมาให้ต้องติดตั้งซอฟต์แวร์ลงบน HARD DISK ก่อนจึงจะใช้งานได้
  31. แผ่นซีดีหรือดีวีดี SETUP ของ MS WINDOWS มีไว้เพื่อให้เครื่อง PC บูทอ่านชุดคำสั่งติดตั้ง MS WINDOWS ลงใน HARD DISK
    หลังติดตั้งเสร็จแล้วจึงจะใช้ MS WINDOWS ใน HARD DISK ได้
  32. เราไม่สามารถใช้งานระบบปฏิบัติการ MS WINDOWS ได้โดยตรงจากแผ่นซีดีหรือดีวีดี ยกเว้นแผ่นซีดีเถื่อนที่อาจมีขายในท้องตลาดซึ่งได้รับการดัดแปลงมาโดยเฉพาะให้ทำงานบนแผ่นซีดีได้โดยตรง แต่สมรรถนะการทำงานก็เพียงแค่เพื่อใช้งานเฉพาะทางบางอย่างเท่านั้นเช่นเพื่อการกู้ข้อมูลของ HARD DISK เป็นต้น
  33. มีซอฟต์แวร์ระบบปฏิบัติการอีกหลายตัวที่ถูกออกแบบมาให้สามารถใช้งานได้โดยตรงจากแผ่นซีดีหรือดีวีดี เราเรียกแผ่นเหล่านี้ว่า LIVE-CD หรือ LIVE-DVD
  34. ส่วนใหญ่แล้วซอฟต์แวร์ระบบปฏิบัติการที่ทำงานแบบ LIVE-CD/DVD จะเป็นซอฟต์แวร์แบบโอเพนซอร์ส เนื่องจากไม่มีข้อจำกัดเรื่องลิขสิทธ์การใช้งานและการเผยแพร่
  35. ตัวอย่างที่นิยมแพร่หลายในประเทศไทยคือระบบปฏิบัติการลินุกซ์(LINUX)  ยังมีระบบปฏิบัติการอื่นๆอีกเช่น FreeBSD แต่ในประเทศไทยไม่ได้รับความนิยมเท่าลินุกซ์
  36. ถึงตอนนี้เราก็ได้รับความรู้แล้วว่าเครื่อง PC สามารถทำงานได้โดยไม่จำเป็นต้องมี HARD DISK  ระบบคอมพิวเตอร์สามารถทำงานได้ด้วยชุดคำสั่งซอฟต์แวร์ที่เหมาะสม
    การมีสื่ออื่นเช่น HARD DISK ก็เป็นประโยชน์กับความต้องการทำงานอื่นๆที่เหมาะสมเท่านั้น 
  37. ต่อไปเราจะได้เรียนรู้วิธีการใช้เครื่อง PC ทำงานด้วยแผ่นซีดี โดยไม่ต้องมี HARD DISK เลย