การทำงานของคอมพิวเตอร์

คอมพิวเตอร์หรือไมโครคอมพิวเตอร์นั้นมีส่วนประกอบหลักที่คล้าย ๆ กันอยู่ ๕ ส่วน ดังนี้ 

• ส่วนควบคุม (control unit)
• ส่วนคำนวณตรรก (arithmetic - logic unit หรือ ALU )
• ส่วนความจำ (memory unit)
• ส่วนรับข้อมูล (input unit)
• ส่วนแสดงผล (output unit)

ส่วนควบคุม 

      มีหน้าที่ควบคุมและประสานกับส่วนอื่น ๆ ของคอมพิวเตอร์โดยส่วนควบคุมจะทำหน้าที่ควบคุมและปฏิบัติตามคำสั่งจากชุดคำสั่งที่ได้รับ 

ส่วนคำนวณตรรก 

      มีหน้าที่ประมวลผลโดยสามารถทำการคำนวณ เช่น การบวก ลบ คูณ และหาร หรือสามารถประเมินทางตรรก เช่น การเปรียบเทียบข้อมูลสองคำว่า มากกว่า น้อยกว่า หรือเท่ากัน 

ส่วนความจำ 

      มีหน้าที่ในการเก็บชุดคำสั่งเก็บข้อมูลและผลลัพธ์ของการคำนวณ ตัวอย่างของส่วนความจำ คือ หน่วยความจำชั่วคราว - แรม หน่วยความจำถาวร - รอม จานฟล็อปปี (floppy disk) และฮาร์ดดิสก์ (hard disk) 

ส่วนรับข้อมูล 

      เป็นเครื่องมือที่มีหน้าที่ในการรับข้อมูลไปให้ส่วนควบคุม เช่น แป้นพิมพ์ (keyboard) เมาส์ (mouse) ไมโครโฟน (microphone) โมเด็ม (modem) และจอยสติก (joystick) เพื่อส่งต่อไปให้ส่วนความจำในกรณีที่ต้องการบันทึกข้อมูลหรือส่งต่อไปให้ส่วนคำนวณตรรกในกรณีที่ต้องการประมวลผลและวิเคราะห์ข้อมูล 

ส่วนแสดงผล 

      เป็นเครื่องมือที่มีหน้าที่ในการแสดงผลข้อมูล เช่น จอภาพ (display monitor) เครื่องพิมพ์ (printer) และลำโพง (speaker) 

      ในคอมพิวเตอร์ยุคปัจจุบันส่วนควบคุม ส่วนคำนวณตรรก และส่วนความจำเล็ก ๆ จะถูกรวมกันและไปบรรจุในวงจรเบ็ดเสร็จขนาดใหญ่มากที่เรียกว่า ส่วนควบคุมกลางหรือซีพียู (central processing unit หรือ CPU) หรือ ไมโครโปรเซสเซอร์ (microprocessor) ไมโครโปรเซสเซอร์เปรียบเสมือนส่วนสมองของคอมพิวเตอร์ ความรวดเร็วและสมรรถภาพของคอมพิวเตอร์ก็ขึ้นอยู่กับความรวดเร็วของไมโครโปรเซสเซอร์เป็นส่วนใหญ่  ส่วนมากคอมพิวเตอร์มีการทำงานที่ใช้สภาวะทางตรรกก็ คือ "1" หรือ "จริง" และ "0" หรือ "ไม่จริง" ซึ่งบางครั้งเราเรียกการทำงานและการเก็บข้อมูลประเภทนี้ว่า แบบดิจิตอล (digital) ข้อมูลทุกรูปแบบไม่ว่าจะเป็นข้อมูลประเภทตัวอักษร ตัวเลข รูปภาพ เสียง หรือภาพยนต์ ล้วนสามารถเปลี่ยนมาเก็บในรูปแบบ "0" และ "1" ได้ทั้งนั้น ฉะนั้นเมื่อข้อมูลถูกเก็บในรูปแบบ "0" และ "1" การทำงานและประเมินผล เช่น การบวก ลบ คูณ หาร หรือการเปรียบเทียบของคอมพิวเตอร์จึงต้องดำเนินการแบบระบบ "0" และ "1" ไปด้วย ซึ่งทางคณิตศาสตร์เรียกการทำงานแบบนี้ว่าเป็นการทำงานของ ระบบเลขฐานสอง (binary system) ซึ่งแตกต่างจากการที่มนุษย์ใช้เลขฐานสิบในการประมวลข้อมูล เหตุที่มนุษย์ใช้เลขฐานสิบในการประมวลข้อมูลอาจจะเป็นเพราะว่าเราคุ้นเคยกับการใช้สิบนิ้วช่วยในการบวกหรือลบเลขฐานสิบแต่ละหักจะมีค่าอยู่ ๑๐ ค่า คือ "๐" "๑" "๒" "๓" "๔" "๕" "๖" "๗" "๘" และ "๙" ถึงแม้คอมพิวเตอร์จะใช้ระบบเลขฐานสองในการทำงาน แต่เลขฐานสองก็มีประสิทธิภาพและความสามารถเท่าเทียมกับเลขฐานสิบ ๑ หลักของเลขฐานสองหรือเรียกกันอีกอย่างว่า ๑ บิต (bit) สามารถมีได้เพียง ๒ ค่าเท่านั้น แต่เราก็สามารถใช้มากกว่า ๑ บิต ในการเก็บข้อมูลที่มีมากกว่า ๒ ค่า อันที่จริงแล้วเราสามารถสร้างคอมพิวเตอร์ที่จะประมวลผลและทำงานในระบบเลขฐานสิบได้แต่จะสร้างได้ยากกว่าเครื่องที่ทำงานในระบบเลขฐานสองมาก เนื่องจากเครื่องที่ทำงานในระบบเลขฐานสองจะใช้ทรานซิสเตอร์ที่ทำงานแบบ ๒ สภาวะ ซึ่งทำหน้าที่เหมือนสวิตช์ที่เปิดหรือปิดได้โดยเราสามารถแทนค่าการปิดสวิตช์ให้เท่ากับค่า "1" และแทนค่าการเปิดสวิตช์ให้เท่ากับค่า "0" การผิดพลาดของระบบนี้ก็จะมีน้อยเนื่องจากทรานซิสเตอร์มีเพียง ๒ สภาวะเท่านั้น ในขณะที่เครื่องที่ทำงานในระบบเลขฐานสิบจะต้องถูกออกแบบให้ทรานซิสเตอร์ทำงานโดยมี ๑๐ สภาวะ ซึ่งจะต้องออกแบบยากกว่าและจะเกิดการผิดพลาดได้ง่ายกว่าเนื่องจากมีสภาวะมากกว่า  ฉะนั้นการทำงานในระบบเลขฐานสองจึงเหมาะสมที่จะใช้ในเครื่องคอมพิวเตอร์มากกว่าโดยจะมีการผิดพลาดน้อยทั้งในการประมวลผลข้อมูล การเก็บหรืออ่านข้อมูลจากดิสก์ และการส่งข้อมูล ผ่านเครือข่ายคอมพิวเตอร์
      ไมโครโพรเซสเซอร์สามารถจะถูกจัดให้อยู่ได้หลายประเภท เช่น ประเภท ๔ บิต ๘ บิต ๑๖ บิต ๓๒ บิต หรือ ๖๔ บิต การเรียกไมโครโพรเซสเซอร์ว่า เป็นประเภท ๘ บิตนั้น หมายถึง ไมโครโพรเซสเซอร์รุ่นนั้นสามารถประมวลผลข้อมูลที่มีขนาด ๘ บิต ได้ต่อ ๑ ครั้ง ฉะนั้นการที่ไมโครโพรเซสเซอร์ที่มีขนาด ๘ บิต มีความสามารถที่จะประมวลผลข้อมูลที่มีสภาวะแตกต่างได้ถึง ๒๕๖ ค่า แล้วก็ยังสามารถประมวลผลข้อมูลที่มีความยาวมากกว่า ๘ บิตได้ด้วย เช่น ข้อมูลขนาด ๑๖ บิต ๓๒ บิต หรือมากกว่านั้น เพียงแต่ว่าข้อมูลนั้นจะต้องถูกแบ่งออกมาเป็นหลาย ๆ ส่วนโดยแต่ละส่วนจะมีขนาด ๘ บิตเท่านั้น  ไมโครโพรเซสเซอร์จะประมวลผลข้อมูลหลาย ๆ ครั้ง แต่เป็นครั้งละ ๘ บิต เท่านั้น ไมโครโพรเซสเซอร์ที่มีขนาด ๑๖ บิต และ ๓๒ บิต จะมีความสามารถประมวลผลข้อมูลที่มีสภาวะแตกต่างได้ถึง ๖๕,๕๓๖ ค่า และ ๔,๒๐๐,๐๐๐,๐๐๐ ค่า ฉะนั้นบางครั้งเราจึงประเมินว่าไมโครโพรเซสเซอร์ที่มีขนาด ๓๒ บิต มีสมรรถภาพและความเร็วมากกว่าไมโครโพรเซสเซอร์ที่มีขนาด ๑๖ บิต หรือ ๘ บิต เพราะว่าไมโครโพรเซสเซอร์ขนาด ๓๒ บิต สามารถบวกเลขที่มีข้อมูลขนาด ๓๒ บิต ได้สำเร็จภายในครั้งเดียว แต่ไมโครโพรเซสเซอร์ ขนาด ๑๖ บิต และ ๘ บิต จะต้องบวกเลขถึง ๒ ครั้ง และ ๔ ครั้งตามลำดับ
      ความเร็วของคอมพิวเตอร์จะขึ้นอยู่กับความเร็วของไมโครโพรเซสเซอร์ซึ่งก็ขึ้นอยู่กับความเร็วของทรานซิสเตอร์ที่จะสามารถทำการเปิดหรือปิดวงจรได้  ไมโครโพรเซสเซอร์ได้ใช้สัญญาณนาฬิกา (clock signal) ที่ถูกป้อนเข้ามาจากวงจรภายนอกเพื่อควบคุมการเปิดหรือปิดของวงจรทรานซิสเตอร์ภายใน  ฉะนั้นถ้าความถี่ของสัญญาณนาฬิกาเร็วขึ้นการเปิดหรือปิดของวงจรทรานซิสเตอร์ภายในไมโครโพรเซสเซอร์ก็จะเร็วขึ้นด้วยไมโครโพรเซสเซอร์จึงประมวลผลได้เร็วขึ้นด้วย  ไมโครโพรเซสเซอร์แต่ละรุ่นจะมีกำหนดของความถี่สูงสุดของสัญญาณนาฬิกาที่สามารถใช้ได้โดยจะไม่มีผลกระทบต่อความถูกต้องของข้อมูล ดังนั้นไมโครโพรเซสเซอร์รุ่นเดียวกันที่ใช้สัญญาณนาฬิกาที่เร็วกว่าจึงสามารถประมวลผลและคำนวณได้เร็วกว่าเช่นเดียวกัน  ไมโครโพรเซสเซอร์อันแรกที่ผลิตโดยบริษัทอินเทล รุ่น ๔๐๐๔ สามารถใช้ความถี่ของสัญญาณนาฬิกาได้ถึง ๑๐๘,๐๐๐ ครั้งต่อวินาที ซึ่งหมายความว่าทรานซิสเตอร์ภายในไมโครโพรเซสเซอร์รุ่นนี้สามารถทำการเปิดหรือปิดวงจรทรานซิสเตอร์ได้ถึง ๑๐๘,๐๐๐ ครั้งต่อวินาที  ปัจจุบันบริษัทไอบีเอ็มสามารถผลิตไมโครโพรเซสเซอร์ที่ใช้ความถี่สัญญาณนาฬิกาได้เร็วถึง ๑,๐๐๐ ล้านครั้งต่อวินาที (๑ จิกะเฮิรตซ์)