อุปกรณ์พื้นฐานของคอมพิวเตอร์

RAM (แรม) ย่อมาจาก Random Access Memory

RAM คือหน่วยความจำหลักของคอมพิวเตอร์ มีความสำคัญมากต่อประสิทธิภาพการทำงานและความเร็วในการทำงานโดยรวมของคอมพิวเตอร์ มีหน้าที่รับข้อมูลและชุดคำสั่งของโปรแกรมต่างๆ เพื่อส่งไปให้ CPU (Central Processing Unit) ซึ่งเปรียบเสมือนสมองของคอมพิวเตอร์ให้ประมวลผลข้อมูลตามต้องการ ก่อนจะแสดงผลการประมวลที่ได้ออกมาทางหน้าจอแสดงผล (Monitor) นั่นเอง

RAM จะทำหน้าที่เก็บชุดคำสั่งและข้อมูลที่ระบบคอมพิวเตอร์กำลังทำงานอยู่ ทั้งในแบบของ Input และ Output โดยการเข้าถึงข้อมูลของ RAM นั้น จะเป็นการเข้าถึงแบบสุ่ม หรือ Random Access ซึ่งหมายถึงโปรเซสเซอร์สามารถเข้าถึงทุกๆส่วนของหน่วยความจำหรือพื้นที่เก็บข้อมูลได้โดยตรง เพื่อเพิ่มความเร็วในการทำงานและการรับ-ส่งข้อมูล

เนื้อที่ของ RAM ได้ถูกแบ่งออกเป็น 4 ส่วนหลักดังนี้

1. Input Storage Area
ส่วนนี้เป็นส่วนที่เก็บข้อมูลนำเข้าที่ได้รับมาจากหน่วยรับข้อมูลเข้า (Input Device) เช่น ข้อมูลที่ได้มาจากคีย์บอร์ด โดยข้อมูลนี้จะถูกนำไปใช้ในการประมวลผลต่อไป

2. Working Storage Area 
ส่วนนี้เป็นส่วนที่เก็บข้อมูลที่อยู่ในระหว่างการประมวลผล

3. Output Storage Area
ส่วนนี้เป็นส่วนที่เก็บผลลัพธ์ที่ได้จากการประมวลผล ตามความต้องการของผู้ใช้ เพื่อรอที่จะถูกส่งไปแสดงออกยังหน่วยแสดงผลอื่นที่ผู้ใช้ต้องการ เช่นหน้าจอแสดงผล เป็นต้น

4. Program Storage Area
เป็นส่วนที่ใช้เก็บชุดคำสั่ง หรือโปรแกรมที่ผู้ใช้ต้องการจะส่งเข้ามา เพื่อใช้คอมพิวเตอร์ปฏิบัติตามคำสั่งชุดดังกล่าว หน่วยควบคุมจะทำหน้าที่ดึงคำสั่งจากส่วนนี้ทีละคำสั่งเพื่อทำการแปลความหมาย ว่าคำสั่งนั้นสั่งให้ทำอะไร จากนั้นหน่วยควบคุมจะไปควบคุมฮาร์ดแวร์ที่ต้องการทำงานดังกล่าวให้ทำงานตามคำสั่งนั้นๆ หน่วยความจำจะจัดอยู่ในลักษณะแถวแนวตั้ง (CAS:Column Address Strobe) และแถวแนวนอน (RAS:Row Address Strobe) เป็นโครงสร้างแบบเมทริกซ์ (Matrix) โดยจะมีวงจรควบคุมซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของวงจรในชิปเซต (Chipset) ควบคุมอยู่ โดยวงจรเหล่านี้จะส่งสัญญาณกำหนดแถวแนวตั้ง และสัญญาณแถวแนวนอนไปยังหน่วยความจำเพื่อกำหนดตำแหน่งของข้อมูลในหน่วยความจำที่จะใช้งาน

จากหน้าที่และประโยชน์ของ RAM ข้างต้น ยิ่งเราติดตั้ง RAM เข้าไปในระบบคอมพิวเตอร์มาก ประสิทธิภาพและความเร็วในการรับ-ส่งข้อมูลก้จะดีขึ้นและเร็วขึ้นด้วย แต่ทั้งนี้การเลือก RAM ต้องคำนึงถึงความเร็วการรับ-ส่งข้อมูล (BUS) ระบบปฏิบัติการ และความจุของ Slot สำหรับเสียบ RAM ประกอบด้วย

เพิ่มคำอธิบายภาพ

1  ที่มา  www.vcharkarn.com/vblog/41021/1

ROM (Read-OnlyMemory)

คือหน่วยความจำชนิดหนึ่ง ที่มีโปรแกรม หรือข้อมูลอยู่แล้ว และพร้อมที่จะนำมาต่อกับ ไมโครโปรเซสเซอร์ได้โดยตรง ซึ่งโปรแกรม หรือข้อมูลนั้นจะไม่สูญหายไป 
          แม้ว่าจะไม่มีการจ่ายไฟเลี้ยงให้แก่ระบบ ข้อมูลที่เก็บอยู่ใน ROM จะสามารถอ่านออกมาได้ แต่ไม่สามารถเขียนข้อมูลเข้าไปได้ เว้นแต่จะใช้วิธีการพิเศษซึ่งขึ้นกับชนิดของ ROM

ชนิดของROM

• Manual ROM

ROM (READ-ONLY MEMORY)
          ข้อมูลทั้งหมดที่อยู่ใน ROM จะถูกโปรแกรม โดยผู้ผลิต (โปรแกรม มาจากโรงงาน) เราจะใช้ ROM ชนิดนี้ เมื่อข้อมูลนั้น ไม่มีการเปลี่ยนแปลง และมีความต้องการใช้งาน เป็นจำนวนมาก ผู้ใช้ไม่สามารถ เปลี่ยนแปลงข้อมูลภายใน ROM ได้
         โดย ROM จะมีการใช้ technology ที่แตกต่างกันตัวอย่างเช่น BIPOLAR, CMOS, NMOS, PMOS
 
• PROM (Programmable ROM)

PROM (PROGRAMMABLE READ-ONLY MEMORY)
        ข้อมูลที่ต้องการโปรแกรมจะถูกโปรแกรมโดยผู้ใช้เอง โดยป้อนพัลส์แรงดันสูง (HIGH VOLTAGE PULSED) ทำให้ METAL STRIPS หรือ POLYCRYSTALINE SILICON ที่อยู่ในตัว IC ขาดออกจากกัน ทำให้เกิดเป็นลอจิก “1” หรือ “0” ตามตำแหน่ง ที่กำหนดในหน่วยความจำนั้นๆ เมื่อ PROM ถูกโปรแกรมแล้ว ข้อมูลภายใน จะไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้อีก หน่วยความจำชนิดนี้ จะใช้ในงานที่ใช้ความเร็วสูง ซึ่งความเร็วสูงกว่า หน่วยความจำ ที่โปรแกรมได้ชนิดอื่นๆ

• EPROM (Erasable Programmable ROM)

EPROM (ERASABLE PROGRAMMABLE READ-ONLY MEMORY)
        ข้อมูลจะถูกโปรแกรม โดยผู้ใช้โดยการให้สัญญาณ ที่มีแรงดันสูง (HIGH VOLTAGE SIGNAL) ผ่านเข้าไปในตัว EPROM ซึ่งเป็นวิธีเดียวกับที่ใช้ใน PROM แต่ข้อมูลที่อยู่ใน EPROM เปลี่ยนแปลงได้ โดยการลบข้อมูลเดิมที่อยู่ใน EPROM ออกก่อน แล้วค่อยโปรแกรมเข้าไปใหม่ การลบข้อมูลนี้ทำได้ด้วย การฉายแสง อุลตร้าไวโอเลตเข้าไปในตัว IC โดยผ่าน ทางกระจกใส ที่อยู่บนตัว IC เมื่อฉายแสง ครู่หนึ่ง (ประมาณ 5-10 นาที) ข้อมูลที่อยู่ภายใน ก็จะถูกลบทิ้ง ซึ่งช่วงเวลา ที่ฉายแสงนี้ สามารถดูได้จากข้อมูล ที่กำหนด (DATA SHEET) มากับตัว EPROM และ มีความเหมาะสม ที่จะใช้ เมื่องานของระบบ มีโอกาส ที่จะปรับปรุงแก้ไขข้อมูลใหม่

• EAROM (Electrically Alterable ROM)

EAROM (ELECTRICALLY ALTERABLE READ-ONLY MEMORY)
          EAROM หรืออีกชื่อหนึ่งว่า EEPROM (ELECTRICAL ERASABLE EPROM) เนื่องจากมีการใช้ไฟฟ้าในการลบข้อมูลใน ROM เพื่อเขียนใหม่ ซึ่งใช้เวลาสั้นกว่าของ EPROM
         การลบขึ้นอยู่กับพื้นฐานการใช้เทคโนโลยีที่แตกต่างกัน ดังนั้น EAROM (ELECTRICAL ALTERABLE ROM) จะอยู่บนพื้นฐานของเทคโนโลยีแบบ NMOS ข้อมูลจะถูกโปรแกรมโดยผู้ใช้เหมือนใน EPROM แต่สิ่งที่แตกต่างก็คือ ข้อมูลของ EAROM สามารถลบได้โดยทางไฟฟ้าไม่ใช่โดยการฉายแสงแบบ EPROM

          โดยทั่วไปจะใช้ EPROM เพราะเราสามารถหามาใช้ และทดลองได้ง่าย มีราคาถูก วงจรต่อง่าย ไม่ยุ่งยาก และสามารถเปลี่ยนแปลงโปรแกรมได้ นอกจากระบบ ที่ทำเป็นการค้าจำนวนมาก จึงจะใช้ ROM ประเภทโปรแกรมสำเร็จ

รูปแสดงให้เห็นส่วนประกอบพื้นฐานของ ROM ซึ่งจะมีสัญญาณต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับ ROM และทุกชิปที่อยู่ใน ROM มักมีการจัดแบ่งแยกหน้าที่เสมอ เช่น ขาแอดเดรสของ ROM เป็นอินพุต ส่วนขาข้อมูลจะเป็นเอาต์พุต โดยหลักการแล้ว ขาข้อมูลจะต่อเข้ากับบัสข้อมูลซึ่งเป็นบัส 2 ทาง ดังนั้นเอาต์พุตของ ROM ในส่วนขาข้อมูลนี้มักจะเป็นลอจิก 3 สถานะ ซึ่งถ้าไม่ใช้ก็จะอยู่ในสถานะ ที่มีอิมพีแดนซ์สูง (High Impedence)
          ลักษณะโครงสร้างภายในของข้อมูลในหน่วยความจำ สามารถดูได้จาก Data Sheet ของ ROM นั้นๆ เช่น ROM ที่ระบุเป็น 1024 8 ,2048 8 หรือ 4096 8 ตัวเลขชุดแรก (1024 ,2048 หรือ 4096) จะบอกจำนวนตำแหน่ง ที่ใช้เก็บข้อมูลภายใน ส่วนตัวเลขชุดที่สอง (8) เป็นตัวบอกจำนวนบิตของข้อมูลแบบขนาน ที่อ่านจาก ROM
          ในการกำหนดจำนวนเส้นของบัสแอดเดรสที่ใช้กับ ROM เราสามารถรู้ได้ด้วยสูตร
 

2x = จำนวนแอดเดรสที่อ้างถึง

                             เช่น 2^x = 4096 จะได้ x = 12 ซึ่งก็คือ จำนวนเส้นบัสแอดเดรสนั่นเอง

ขั้นตอนการอ่านข้อมูลจาก ROM
        1. CPU จะส่งแอดเดรสไปให้ ROM แอดเดรสดังกล่าวจะปรากฏ เป็นแอดเดรสที่ต้องการอ่าน ใน ROM โดยข้อมูลจะถูกอ่านออกมาเพียงครั้งละ 1 ไบต์เท่านั้น
        2. CPU จะต้องให้ช่วงเวลาของการส่งแอดเดรสยาวนานพอประมาณ (Wait State) เรียกว่า Access Time โดยปกติต้องประมาณ 100-300 นาโนวินาที ขึ้นกับชนิดของ ROM ซึ่ง ROM จะใช้เวลานั้นในการถอดรหัสแอดเดรส ของข้อมูลที่ต้องการจะอ่านออกมาที่เอาท์พุทของ ROM ซึ่งถ้าใช้เวลาเร็วกว่านั้น ROM จะตอบสนองไม่ทัน
        3. CPU จะส่งสัญญาณไปทำการเลือก ROM เรียกว่า สัญญาณ /CS (Chip Select) เพื่อบอกว่าต้องการเลือก ROM ซึ่งเป็นการส่งสัญญาณเพื่อยืนยันการเลือกชิปนั่นเอง
        4. ข้อมูลจะผ่านออกทางขาข้อมูลชั่วขณะจังหวะการเลือกชิป และเมื่อขาการเลือกชิปไม่แอคตีฟ ข้อมูลก็จะเข้าสู่ภาวะที่มีอิมพีแดนซ์สูง
        ลักษณะดังกล่าว สามารถเขียนเป็นแผนผังเวลาออกมาได้ ดังแสดงในรูป

การต่อกับบัสของ Z-80 
          ในการต่อกับบัสของ Z-80 นั้น สามารถเชื่อมโยงกันโดยตรงได้ เพราะ Z-80 แยกบัสข้อมูล และบัสแอดเดรสออกจากกัน ดังแสดงในรูป