การแก้ไขปัญหาในการทำงานของระบบคอมพิวเตอร์ จำเป็นที่เราต้องศึกษาการทำงานของระบบคอมพิวเตอร์แต่ละส่วนไป ทั้งทางด้านฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ โดยทำการศึกษาถึงการทำงานของส่วนประกอบแต่ละส่วนว่ามีการทำงานเป็นอย่างไร เพื่อที่จะเป็นส่วนที่ใช้สำหรับการวิเคราะห์ปัญหาได้อีกทาง
เมนบอร์ด : MAIN BOARD
เมนบอร์ด เป็นส่วนประกอบที่มีขนาดใหญ่ที่สุดในเครื่องคอมพิวเตอร์ ลักษณะภายนอกจะเหมือนกับวงแผงวงจรไฟฟ้าทั่วไป โดยมีชิพไอซีและขั้วต่อต่างๆมากมายอยู่บนตัวมันเพื่อใช้ในการควบคุมของอุปกรณ์ต่อพ่วง ไม่ว่าจะเป็น ซีพียู, หน่วยความจำ, การ์ดขยายต่างๆ, ฮาร์ดดิสก์, ฟลอปปี้ดิสก์, ซีดีรอมไดรว์ ฯลฯ อุปกรณ์เหล่านี้แม้จะมีความสำคัญเพียงใด ก็ไม่สามารถทำงานได้ถ้าไม่ติดตั้งลงบนเมนบอร์ด
ส่วนประกอบที่สำคัญบนเมนบอร์ด
1.
ชุดชิพเซ็ต
ชิพเซ็ตเป็นหัวใจของเครื่องคอมพิวเตอร์ การทำงานของชิพเซ็ตนั้นเปรียบ
เสมือนล่ามแปรภาษาต่างๆ ให้อุปกรณ์แต่ละชิ้นที่อยู่บนเมนบอร์ดเข้าใจและทำงานร่วมกันได้อย่างราบรื่น และมีประสิทธิภาพสูงสุด โดยชุดชิพเซ็ตนี้จะประกอบด้วยไอซีสองตัว(หรือมากกว่าในชิพเซ็ตรุ่นใหม่ๆ) นั่นคือชิพเซ็ตที่เรียกกันง่ายๆ ว่า North Bridge หรือที่เรียกอย่างเป็นทางการว่า System Controller หรือ AGP Set และตัวที่สองคือ South Bridge เรียกเป็นทางการว่า PCI to ISA Bridge
System Controller หรือ North Bridge
ชิพเซ็ตตัวนี้จะมีหน้าที่ควบคุมการทำงานของอุปกรณ์ที่ทำงานด้วยความเร็วสูงกว่าอุปกรณ์อื่นๆ บนเมนบอร์ด อุปกรณ์เหล่านี้ได้แก่ซีพียู, หน่วยความจำแคชระดับสอง หรือ L2 cache หน่วยความจำหลักหรือ RAM, ระบบกราฟิกบัสแบบ AGP(Accelerated Graphic Port) ระบบบัส PCI
PCI to ISA Bridge หรือ South Bridge
ชิพเซ็ตตัวนี้จะรับภาระที่เบากว่าตัวแรก คือเป็นอุปกรณ์ที่ใช้เชื่อมต่อระหว่างระบบบัสแบบ PCI กับอุปกรณ์อื่นๆ ที่มีความเร็วต่ำกว่าตัวมัน เช่นระบบบัสแบบ ISA, ระบบบัสอนุกรมแบบ USB, ชิพคอนโทรลเลอร์ IDE, ชิพหน่วยความจำรอมไบออส,ฟลอปปี้ดิสก์, คีย์บอร์ด, PS/2 เมาส์, พอร์ทอนุกรมและพอร์ทขนาน
ชุดชิพเซ็ตนี้จะมีอยู่ด้วยกันหลายบริษัทเช่นเดียวกับซีพียู ทำให้เกิดการสับสนในการเลือกใช้งาน โดยการพิจารณาว่าจะใช้ชิพเซ็ตรุ่นใด ยี่ห้อใดต้องพิจารณาจากซีพียูที่เราเลือกใช้เพื่อเป็นหลักในการเลือกชิพเซ็ตนั้นๆ ซึ่งจะกล่าวถึงรายละเอียดอีกครั้ง
2.
ROM BIOS& Battery Backup
ROM BIOS : Basic Input Output System หรือบางครั้งอาจเรียกว่า CMOS เป็นชิพหน่วยความจำที่ใช้เก็บข้อมูล และโปรแกรมขนาดเล็ก ที่จำเป็นต่อการบู้ตระบบของเครื่องคอมพิวเตอร์ ซึ่งในอดีตส่วนของ ROM BIOS จะแยกเป็นสองส่วนคือ ไบออสและซีมอส หน้าที่ของไบออสคือ เก็บข้อมูลพื้นฐานที่จำเป็นต่อการบู้ตระบบของเครื่องคอมพิวเตอร์ ส่วนซีมอสทำหน้าที่เก็บโปรแกรมขนาดเล็กที่จะใช้ในการบู้ตระบบซึ่งผู้ใช้สาสมารถที่จะเปลี่ยนแปลงข้อมูลภายในซีมอสนี้ได้
ในปัจจุบันมีการนำเอาทั้งสองส่วนมารวมไว้ด้วยกัน และเรียกชื่อใหม่ว่า ROM BIOS ดังนั้นบนเมนบอร์ดรุ่นใหม่ๆ จะไม่มีซีมอสอยู่ เมื่อมีการรวมกันผลคือมีข้อมูลบางส่วนที่อยู่ภายในชิพรอมไบออสนั้นต้องการพลังงานไฟฟ้ามาหล่อเลี้ยงเพื่อรักษาข้อมูลไว้ ทำให้จำเป็นต้องมีแบตเตอรี่แบคอัพบนเมนบอร์ด ซึ่งแบตเตอรี่แบคอัพนี้ย่อมมีวันที่จะหมดอายุเช่นกัน
ยี่ห้อของรอมไบออสที่นิยมใช้ในปัจจุบันมีอยู่สามยี่ห้อด้วยกันนั่นคือ Award, AMI, Phoenix ซึ่งไบออสของ Award จะได้รับความนิยมมากที่สุดในเครื่องประเภทขายปลีก(Retail คือตลาดของผู้ใช้ทั่วไป) ส่วน AMI จะรองลงมา ในส่วนของ Phoenix นั้นมักจะใช้ในเครื่องแบรนด์เนมเป็นส่วนใหญ่ ประสิทธิภาพของไบออสนั้นจะใกล้เคียงกัน ต่างกันเฉพาะรายละเอียดในการปรับแต่งเท่านั้น
3.
หน่วยความจำแคช ระดับสอง : Level 2 Cache
L2 cache ทำหน้าที่เป็นหน่วยความจำสำรองหรือ บัฟเฟอร์ ให้กับซีพียู โดยพื้นฐานความคิดมาจากปัญหาอุปกรณ์ที่ทำงานด้วยความเร็วสูงในคอมพิวเตอร์มักเสีย้วลาส่วนหนึ่งไปกับการรออุปกรณ์ที่ทำงานช้ากว่าทำงานให้เสร็จสิ้นเสียก่อน อุปกรณ์ที่ทำงานด้วยความเร็วสูงนั้นจึงจะสามารถทำงานได้ต่อไป
จากอดีต เมื่อซีพียูต้องการข้อมูลสักชุดต้องไปค้นหาและเรียกข้อมูลจากฮาร์ดดิสก์ซึ่งทำงานช้ากว่าซีพียูอยู่มาก หรือถ้าต้องการคำสั่งที่จะนำไปประมวลผล ซีพียูก็ต้องเข้าไปเรียกหาจาก RAM ซึ่งมีความเร็วต่ำกว่าซีพียูอยู่ดี
ความมุ่งหมายในการนำหน่วยความจำแคชระดับสองมาใช้ในช่วงก่อนก็เพื่อลดช่องว่างระหว่างความเร็วของซีพียู และหน่วยความจำหลัก RAM นั่นเอง โดยหน่วยความจำแคชระดับสองบนเมนบอร์ดจะทำหน้าที่ดึงชุดข้อมูลในลำดับถัดไปหรือชุดคำสั่งในลำดับต่อๆ ไปหลายๆ ชุดจากฮาร์ดดิสก์หรือหน่วยความจำหลักที่ทำงานช้ากว่ามาเก็บไว้ที่ตัวเองในระหว่างที่ซีพียูกำลังทำการประมวลผลอยู่ เมื่อซีพพียูต้องการข้อมูลหรือชุดคำสั่งชุดต่อไปก็จะทำการเรียกใช้จากแคชระดับสองซึ่งทำงานเร็วกว่า RAM หรือฮาร์ดดิสก์ ที่ทำงานช้ากว่า
ตามหลักการแล้ว ขนาดของแคชระดับสอง ถ้ามีมากยิ่งจะทำให้ซีพียูทำงานเร็วขึ้น แต่เนื่องจากหน่วยความจำแคชระดับสองซึ่งเป็น SRAM : Static RAM มีราคาแพง และโอกาสที่ซีพียูจะเรียกชุดคำสั่งในตำแหน่งเดิม หรือตำแหน่งที่อยู่ติดกันนั้นไม่ได้มีอยู่ตลอดเวลา ทำให้แคชระดับสองมีขนาดไม่ใหญ่นัก โดยมาตรฐานจะอยู่ที่ 512 KB และอยู่บนเมนบอร์ด(ปัจจุบันย้ายไปอยู่ในตัวซีพียู ในขนาดเท่าๆ เดิม แต่มีความเร็วที่มากกว่าคือความเร็วเท่ากับซีพียู)
4.
ซ็อคเก็ต หรือสล็อตสำหรับติดตั้งซีพียู
ซ็อกเก็ต หรือสล็อต ที่อยู่บนเมนบอร์ดนั้น เป็นอุปกร์ที่ช่วยให้การติดตั้งซีพียูลงบน
เมนบอร์ด ซึ่งเริ่มใช้ในซีพียูรุ่น 80386 ซึ่งตอนนั้นยังไม่มีคานช่วยสำหรับการถอดประกอบ โดยเริ่มมีคานช่วยในการถอดประกอบในซ็อกเก็ตแบบ Socket 3 ใช้กับซีพียู 80486 โดยซ็อกเก็ตแต่ละตัวจะใช้กับซีพียูในแต่ละรุ่นไป ดังนี้(จะกล่าวเฉพาะที่มีใช้โดยทั่วไปในปัจจุบันที่มีอยู่เท่านั้น)
• Socket 3 ใช้กับซีพียู ที่มีจำนวนขา 237 ขา 80486 SX, 80486DX2, 80486DX4
• Socket 5 ใช้กับซีพียู ที่มีจำนวนขา 320 ขา Pentium 75-133, K5, Cyrix6x86MI
• Socket 7 ใช้กับซีพียู ที่มีจำนวนขา 321 ขา Pentium MMX,K6-2, K6-3, Cyrix MII
• Socket 370 ใช้กับซีพียู ที่มีจำนวนขา 370 ขา Celeron, Celeron II, Pentium III Cumine
• Socket 423 ใช้กับซีพียู Pentium 4
• Socket A ใช้กับซีพียู 462 ขา Duron, Atlon Thunder Bird บางรุ่น
• Slot I ใช้กับซีพียู 242 ขา Pentium II, Pentium III, Celeron บางรุ่น
• Slot A ใช้กับซีพียู 242 ขา Athlon, Athlon ThunderBird
5.
ซ็อกเก็ตสำหรับ หน่วยความจำหลัก RAM
ในช่วงแรกๆ นั้น ซ็อกเก็ตที่ใช้สำหรับการติดตั้ง RAM จะเป็นแบบ SIMM : Single Inline
Memory Module ที่รองรับ RAM ที่มีขาสัญญาณ 30 ขา สามารถเพิ่มหน่วยความจำได้สูงสุดไม่เกิน 2 Bank หรือ 8 สล็อต (เป็นหน่วยความจำแบบ 8 บิต) มีความจุแผงละ 1 – 4 MB เท่านั้น
ถัดมามีการพัฒนาเป็นแบบซ็อกเก็ตติดตั้ง RAM แบบ SIMM 72 ขา เป็น RAM แบบ 32 บิต มีขนาดความจุตั้งแต่ 4 – 32 MB ซึ่งเมื่อนำไปใช้กับซีพียูที่เป็นแบบ 64 บิต เช่น Pentuim จึงต้องใช้สองแผงจึงจะรองรับการทำงานร่วมกับซีพียูได้ดี
ต่อมาในชิพเซ็ตรุ่น 430 VX ซึ่งสามารถรองรับหน่วยความจำรุ่นใหม่คือแบบ DIMM : Dual Inline Memory Module 168 ขา 64 บิต ซึ่งมีทั้ง EDO RAM และ SDRAM ซึ่งมีความเร็วสูงกว่า SIMM RAM มาก และเป็น RAM มาตรฐานสำหรับคอมพิวเตอร์จนถึงปัจจุบัน (ขณะนี้ RAM ที่ออกมาใช้กับเครื่องคอมพิวเตอร์จะมีที่มาแรงคือ DDR SDRAM ใช้งานกับซีพียู Pentuim 4, Duron, Athlon ThunderBird)
6.
สล็อตสำหรับเสียบการ์ดเพิ่มขยายต่างๆ
จากยุคเริ่มแรกที่เป็นสล็อตแบบ ISA ซึ่งเป็นแบบ 8 บิต ทำงานที่ความเร็ว 8 MHz ต่อมา
พัฒนาขึ้นเป็นแบบ 16 บิต เพื่อเพิ่มความเร็วให้สามารถรองรับอุปกรณ์ใหม่ๆ ที่มีความเร็วในการทำงานสูงได้ ต่อมาได้พัฒนาระบบบัสแบบ Vesa ISA 32 บิต ความเร็ว 33 MHz ขึ้นมาแต่ยังคงความยาวเอาไว้เพื่อใช้กับการ์ด ISA แบบเดิม ซึ่งเป็นข้อจำกัดของบัสแบบ Vesa ISA ต่อมาทาง Intel ได้ทำการออกแบบสล็อตแบบใหม่ที่เรียกว่า PCI เข้ามาแทนที่สล็อตแบบ Vesa ISA ด้วยคุณสมบัติที่เท่ากัน แต่ข้อได้เปรียบคือมีขนาดที่สั้นกว่า และยังสะดวกในการติดตั้งและอัพเกรดในตอนหลังอีกด้วย แต่ความเร็วของ PCI ยังไม่เพียงพอต่อการใช้งานร่วมกับการ์ดแสดงผลรุ่นใหม่ที่เป็นแบบสามมิติ และมีชิพเร่งความเร็วสามมิติอยู่ในตัวได้ จึงต้องมีการพัฒนาระบบบัสขึ้นมาสเพื่อใช้งานร่วมกับการ์ดแสดงผลแบบใหม่นี้ซึ่งเรียกว่า AGP : Accerelated Graphic Port แบบ 32 บิต ความเร็วสูงถึง 100 MHz (AGP Port จะมีเพียง 1 Slot เท่านั้นบนเมนบอร์ด)
7.
วงจรควบคุมการจ่ายไฟให้กับซีพียู หรือ Voltage Regulator
บนเมนบอร์ดจะมีวงจรจ่ายไฟให้กับซีพียูอยู่อีชุดหนึ่ง โดยแยกจาก Power Supply ในเมนบอร์ดรุ่นเก่าจะเป็นแบบ Linear ซึ่งมีข้อด้อยคือไม่สามารถรองรับกับซีพียูที่มีความเร็วสูงได้
จึงได้เปลี่ยนมาเป็นแบบ Switching แทนเพื่อให้กระแสไฟฟ้าที่จ่ายออกมามีความบริสุทธิ์พอ การสังเกตว่าบนเมนบอร์ดนั้นมีวงจรจ่ายไฟให้กับซีพียูเป็นแบบใด ถ้าเป็นแบบ Switching ใกล้ๆ
ซ้อกเก็ต หรือสล็อตที่ใช้ติดตั้งซีพียูนั้นจะมีขดลวดทองแดงที่พันอยู่บนแกนทรงวงแหวนอย่างน้อย
สองวง แต่ถ้าวงจรควบคุมการจ่ายไฟเป็นแบบ Linear จะไม่มีวงแหวนนี้ แต่จะเป็น IC Regulator แบบ 3 ขาแทน
8.
วงจรกำเนิดสัญญาณนาฬิกา
วงจรสัญญาณนาฬิกาสร้างจากวงจรที่เรียกว่า Oscillator หรือวงจรกำเนิดความถี่สัญญาณนาฬิกา ซึ่งการตั้งค่าความเร็วของสัญญาณนาฬิกาของระบบบัสที่ใช้กับซีพียูแต่ละรุ่นนั้น คือการแจ้งหรือกำหนดให้วงจรกำเนิดความถี่สัญญาณนาฬิกกานี้ผลิตความถี่ที่ซีพียูแต่ละรุ่นต้องการนั่นเอง ซึ่งเมื่อได้รับความถี่ที่ต้องการแล้ว ภายในตัวซีพียูเองจะมีส่วนที่เรียกว่าวงจรอัตราการคูณสัญญาณนาฬิกาภายในทำหน้าที่เพิ่มความถี่ของสัญญาณนาฬิการะบบที่ได้รับมาอีกครั้งหนึ่ง เช่นซีพียู Pentuim II 450 MHz ระบบบัสเท่ากับ 100 MHz ตัวคูณที่ใช้จะเป็น 4.5(100X4.5=450)
9.
ชิพควบคุมพอร์ตชนิดต่างๆ หรือ Multi I/O (Multi Input Output)
เป็นชิพที่ควบคุมการทำงานของอุปกรณ์ความเร็วต่ำเช่น พอร์ตอนุกรม(Serial),พอร์ตขนาน(parallel),พอร์ต PS/2 ของคีย์บอร์ดและเมาส์,พอร์ตอินฟราเรดและฟลอปปี้ดิสก์คอนโทรลเลอร์ เทคโนโลยีในส่วนนี้แทบไม่มีการเปลี่ยนแปลงมานานแล้ว เนื่องจากอุปกรณ์ต่างๆ ที่ชิพตัวนี้ควบคุมอยู่มีการทำงานที่ความเร็วต่ำพอที่ชิพในปัจจุบันสามารถที่จะควบคุมได้โดยไม่ต้องมีการพัฒนา
การเปลี่ยนแปลงในส่วนนี้อาจมีบ้างในส่วนของพอร์ตอนุกรม ซึ่งในยุคแรกจะใช้ชิพ UART 8255 หรือ 16540 ที่รองรับความเร็วในการรับส่งข้อมูลที่ความเร็ว 14.4 kbps เท่านั้นซึ่งไม่เพียงพอ ถ้าหากมีการใช้อุปกรณ์เช่นโมเด็มที่ใช้การเชื่อมต่อผ่านพอร์ตอนุกรมนี้และทำงานด้วยความเร็วสูงกว่า 14.4 kbps ทำให้มีการพัฒนาชิพตัวนี้ไปเป็นรุ่น16550 เพื่อให้สามารถรองรับความเร็วในการรับส่งข้อมูลผ่านพอร์ตอนุกรมได้เกินกว่า 14.4 kbps
10.
จัมเปอร์และดิพสวิทช์
ใช้สำหรับการตั้งค่าต่างๆ บนเมนบอร์ดโดยมีรูปร่างลักษณะต่างกัน แต่ถูกนำมาใช้งานในจุดประสงค์เดียวกัน คือใช้สำหรับการตั้งค่าให้กับอุปกรณ์ที่ติดตั้งบนเมนบอร์ดให้ทำงานตามที่เราต้องการ เช่น
• ใช้ตั้งค่าอัตราตัวคูณให้กับซีพียู
• ใช้ตั้งค่าแรงดันไฟเลี้ยงที่จะป้อนให้กับซีพียู
• ใช้ตั้งค่าสัญญาณนาฬิกาของระบบ
• ใช้สำหรับการลบค่าที่บันทึกไว้ใน CMOS
แต่เดิมนั้นจะมีเฉพาะจัมเปอร์ซึ่งมีลักษณะเป็นหลักต่อที่เวลาจะเลือกใช้จะต้องมีแคพเป็นตัว
เชื่อมต่อ ซึ่งการเสียแคพเข้ากับจัมเปอร์ต้องให้ตรงกับหลักนั้นทำได้ยากพอสมควรเนื่องจากจัมเปอร์มีขนาดเล็กมาก ต่อมาจึงมีการนำเอาดิพสวิทช์มาใช้แทนซึ่งสามารถใช้งานได้ง่ายกว่า และมีสีสันที่สังเกตได้ง่ายกว่าด้วย
11.
คอนเน็คเตอร์และพอร์ตชนิดต่างๆ
คอนเน็คเตอร์และพอร์ตที่อยู่บนเมนบอร์ดนั้นจะมีอยู่หลายชนิด เช่น
• Primary IDE Connector เป็นคอนเน็คเตอร์ขนาด 40 ขา ใช้เชื่อมต่อกับอุปกรณ์ที่ใช้มาตร-
ฐานการเชื่อมต่อแบบ EIDE สามารถใช้งานพร้อมกันได้ 2 ตัว
• Secondary IDE Connector เป็นคอนเน็คเตอร์ขนาด 40 ขา ใช้เชื่อมต่อกับอุปกรณ์ที่ใช้มาตร-
ฐานการเชื่อมต่อแบบ EIDE สามารถใช้งานพร้อมกันได้ 2 ตัว
• Floppy Disk Connector คอนเน็คเตอร์ขนาด 34 ขา ใช้ต่อกับฟลอปปี้ดิสก์ไดรว์
• AT/ATX Power Connector ขั้วสำหรับรองรับขั้วต่อสายไฟจากเพาเวอร์ซัพพลาย แบบ AT
จะเป็นแบบ12 ขั้วเรียงกัน พบในเมนบอร์ดรุ่นเก่า ส่วนแบบ
ATX จะมี 20 ขา (เป็นแบบสองแถวคู่)
• Serial Port Connector มีรูปทรงคล้ายกับตัว D ในภาษาอังกฤษ บางครั้งเรียกว่า DB-9
มี 9 ขา อยู่ภายนอกเครื่อง มีสองพอร์ทใช้เชื่อมต่อกับอุปกรณ์
ภายนอก เช่น เมาส์ หรือโมเด็ม
• Parallel Port Connector มีรูทรงเหมือนกับ Serial Port แต่มี 25 ขา เรียกว่า DB-25 ใช้
สำหรับการเชื่อมต่อเข้ากับ Printer (หรือเรียกโดยทั่วไปว่า พอร์ท
พรินเตอร์)
• PS/2 Port เป็นพอร์ทมาตรฐาน DIN 6 ขนาดใหญ่มี 5 ขาสัญญาณใช้กับ AT
Style เชื่อมต่อกับคีย์บอร์ดเท่านั้น อีกตัวหนึ่งเป็น DIN 6 เล็ก ใช้
กับคีย์บอร์ดและเมาส์แบบ PS/2 หัวต่อเล็ก
• USB Connector มีลักษณะเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าแบนๆ มีสองพอร์ท ใช้สำหรับ
การเชื่อมต่อกับอุปกรณ์รุ่นใหม่ๆที่ใช้งานผ่านทางพอร์ทนี้ ส่วนใหญ่ในบอร์ดแบบ ATX จะติดตั้งบนเมนบอร์ดเลย แต่ถ้าเป็นแบบ AT จะมีเฉพาะขั้วต่อบนบอร์ดต้องหาการ์ด USB(Universal Serial BUS) มาต่อเพิ่มเอง
พอร์ทอื่นๆ บนเมนบอร์ด
• IrDA Infrare Module Connector เป็นหลักต่อแบบ 5 Pin บนบอร์ด ใช้สำหรับเชื่อมต่อกับ
อุปกรณ์ที่ควบคุมด้วยลำแสงอินฟราเรด ส่วนใหญ่เป็นอุปกรณ์
ประเภทไร้สาย เช่น เมาส์ กล้องดิจิตอล เป็นต้น
• Wake-Up on LAN Connector ใช้คู่กับการ์ด LAN ที่สนับสนุนคุณสมบัตินี้ และต้องเปิดใช้คุณ
สมบัติในไบออสในหัวข้อ Wake-Up on LAN ด้วย ใช้สำหรับ
การควบคุมปิด-เปิดเครื่องผ่านระบบ LAN
• Modem Wake UP Connector ใช้ร่วมกับการ์ดโมเด็มแบบติดตั้งภายใน จุดประสงค์เพื่อเปิด
เครื่องผ่านโมเด็ม ต้องมีการตั้งค่าในไบออสหัวข้อ Resume by
Ring ให้เป็น Enable
