เครื่องคอมพิวเตอร์ประกอบด้วยองค์ประกอบต่างๆ ซึงสามารถจำแหนกได้ 4 ประเภท ดังนี้

• ตัวประมวลผล (Processor)
• หน่วยความจำ (Memory)
• อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล (Storage devices)
• อุปกรณ์นำข้อมูลเข้า/ออก (Input and Output device)

โดย หน่วยประมวลผลจะติดต่อรับส่งข้อมูลกับอุปกรณ์อื่นผ่านทางบัส (bus) สำหรับอุปกรณ์นำข้อมูลเข้า/ออกจะติดต่อกับเครื่องคอมพิวเตอร์ผ่าน Port ซึ่งเชื่อมต่อกับระบบบัสอีกทีหนึ่ง

องค์ประกอบ 2 อย่างที่เป็นตัวทำให้เครื่องคอมพิวเตอร์ประมวลผลได้ คือ หน่วยประมวลผลกลาง (Central Processing Unit, CPU) และ หน่วยความจำ (Memory) ซึ่งทั้งสององค์ประกอบนี้เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ติดตั้งอยู่บนแผงวงจรไฟฟ้า ที่เรียกว่า System board หรือ mother board

CPU มีหน้าที่ประมวลผลข้อมูล โดยประกอบด้วยองค์ประกอบพื้นฐาน 2 ส่วน คือ หน่วยควบคุม (Control Unit) และหน่วยคำนวณคณิตศาสตร์และตรรก (Arithmetic Logic Unit)

- หน่วยควบคุม (Control Unit) จะควบคุมการทำงานของ CPU โดยอาศัยชุดคําสั่ง (Instruction set) ที่ได้ออกแบบไว้ล่วงหน้าในแต่ละระบบ ซึ่ง CPU แต่ละตระกูลจะมีชุดคําสั่งที่แตกต่างกันออกไป เมื่อ CPU อ่านคําสั่งเข้ามาจากหน่วยความจำ หน่วยควบคุมจะแปลคําสั่งแล้วดำเนินการตามผลคำสั่งที่แปลได้ โดยที่ในบางคำสั่งอาจถูกแปลให้เป็นคําสั่งที่ย่อยลงไปอีก เรียกว่า microcode ซึ่งเป็นคำสั่งพื้นฐานในการควบคุมส่วนต่างๆ ภายใน CPU คําสั่งเหล่านี้จะจัดการกับการเคลื่อนไหลของข้อมูล รวมถึง การทํางานของส่วนต่างๆ ภายในตัว CPU ชุดคำสั่งเหล่านี้เป็นสัญญาณทางไฟฟ้าในรูปของรหัสเลขฐาน 2 เรียกว่า รหัสคำสั่งภาษาเครื่อง (machine code)

- หน่วยคำนวณคณิตศาสตร์และตรรก (The Arithmetic Logic Unit, ALU) เป็นส่วนที่ทำหน้าที่คำนวณ โดยอาศัยการทำงานของวงจรทางไฟฟ้าที่ทำการบวก ลบ คูณ หาร เลขฐาน 2 (บางระบบที่ไม่มีวงจรการลบ อาจใช้วงจรการบวกกับค่า Complement ของตัวถูกดำเนินการแทน) วงจรไฟฟ้าที่ทำงานเปรียบเทียบเลขจำนวนเชิงตรรกะ เช่น วงจร AND วงจร OR และวงจร NOT

CPU ประกอบด้วยกลุ่มของรีจิสเตอร์ (register) ที่เป็นหน่วยความจำความเร็วสูงที่ถูกสร้างและเก็บอยู่ภายใน CPU มีหน้าที่สำหรับพักหรือเก็บข้อมูลของคำสั่งที่กำลังประมวลผล เช่น ใช้ในการเก็บข้อมูลเลขจำนวน 2 ตัวที่อ่านมาจากหน่วยความจำ เพื่อให้ ALU ทำการบวกเลขจำนวนทั้งสองเข้าด้วยกันแล้วเก็บผลลัพธ์ไว้ในเรจิสเตอร์อีกตัว โดยการทำงานอยู่ภายใต้การควบคุมของหน่วยควบคุม

พื้นฐานของ CPU เป็นวงจรตรรกะที่สร้างจาก รีเลย์ หลอดสุญญากาศ และทรานซิสเตอร์ โดยประกอบกันเป็นวงจร logic gate จาก logic gate พื้นฐาน AND, OR, NOT (รูปที่ 6) ประกอบกันเป็น วงจรที่ซับซ้อนขึ้น เช่น วงจรบวกเลขฐาน 2 (รูปที่ 7) วงจร flip flop วงจร decoder วงจร encoder ในปัจจุบัน วงจรทั้งหมดสามารถบรรจุอยู่ในวงจรรวม (Integrated Circuit, IC) หนึ่งตัว ซึ่งภายในประกอบด้วยทรานซิสเตอร์จำนวนมาก เรียกว่า ไมโครโปรเซสเซอร์ (Microprocessor)

เครื่องคอมพิวเตอร์จะมีสัญญาณนาฬิกาอยู่ภายใน เพื่อใช้ควบคุมจังหวะการทำงานของส่วนต่างๆ ภายในเครื่องคอมพิวเตอร์ให้ทำงานสอดคล้องกัน โดยความเร็วของการประมวลผลจะขึ้นอยู่กับ ความถี่ของสัญญาณนาฬิกา ซึ่ง CPU แต่ละรุ่นจะมีความเร็วของสัญญาณนาฬิกากำหนดไว้ เช่น Pentium 4 2.8 GHz ตัวอย่างของ CPU ที่ใช้ในเครื่องไมโครคอมพิวเตอร์ เช่น บริษัท Intel ผลิต Intel Pentium 4, Intel Celeron, Intel Itanium, Intel Xeon บริษัท AMD ผลิต AMD Athlon XP, AMD Athon 64, AMD Opteron เป็นต้น

เครื่องคอมพิวเตอร์ อาจจะประกอบด้วย CPU มากกว่า 1 ตัวขึ้นไปอยู่ภายในเครื่องเดียวกัน และใช้ระบบปฏิบัติการ (Operating System, OS) พิเศษ ที่สามารถจัดสรรงานให้ CPU แต่ละตัวแบ่งงานกันทำได้อย่างสอดคล้องกัน เรียกการทำงานแบบนี้ว่า Parallel Processing เช่น เครื่อง IBM 3090 มีโพรเซสเซอร์ 2 ถึง 4 ตัว คอมพิวเตอร์บางตัวมีโปรเซสเซอร์จำนวนหลายร้อยตัวหรืออาจเป็นพันตัวเรียกว่า massive parallel processors (MPP) เช่น เครื่อง Blue Horizon ของ National Partnership for Advanced Computational Infrastructure ที่สหรัฐอเมริกา ประกอบด้วยโปรเซสเซอร์ 1,152 ตัว

How Microchips are made

Why making chips is so hard

The Evolution Of CPU Processing Power Part 1: The Mechanics Of A CPU

The Evolution Of CPU Processing Power Part 2: Rise Of The x86

ถึงแม้ภายใน CPU จะมีหน่วยความจำที่เรียกว่าเรจิสเตอร์ แต่ก็เป็นเพียงหน่วยความจำขนาดเล็ก ไม่สามารถเก็บข้อมูลที่เป็นโปรแกรมหรือคำสั่งจำนวนมากๆ ได้ CPU อาจต้องใช้เนื้อที่หลายล้านไบต์ของหน่วยความจำเพื่อจัดเก็บคำสั่งโปรแกรมและข้อมูลที่จะต้องใช้ในการประมวลผล ระบบคอมพิวเตอร์ จึงต้องมีการต่อหน่วยความจำที่เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ หรือ ชิป (chip) โดยติดตั้งอยู่บนแผงวงจร mother board หรืออาจจะอยู่บนแผงวงจรเล็กๆ ติดตั้งบนช่องเสียบของ mother board อีกครั้ง (รูปที่ 9)

หน่วยความจำแบบ nonvolatile เป็นหน่วยความจำอิเล็กทรอนิกส์ ที่สามารถเก็บข้อมูลที่ถูกบรรจุลงใน chip ได้ถึงแม้ว่าจะตัดไฟเลี้ยงออก (ปิดเครื่องคอมพิวเตอร์) ส่วนหน่วยความจำแบบ volatile เป็นหน่วยความจำอิเล็กทรอนิกส์ที่ไม่สามารถเก็บข้อมูลเมื่อไม่มีไฟเลี้ยงวงจร

ปกติแล้วคอมพิวเตอร์ที่มีจำนวนหรือขนาดของ RAM มากกว่าก็จะมีขีดความสามารถและความเร็วมากกว่า ปกติหน่วยวัดขนาดของหน่วยความจำของคอมพิวเตอร์คือ ไบต์ (byte) โดยทั่วไป 1 ไบต์เป็นขนาดของหน่วยความจำที่ใช้จัดเก็บตัวอักอักขระหนึ่งตัว Kilobyte (KB) - 1024 ไบต์ (หรือประมาณ 103 ไบต์) Megabyte (MB) - 1024 x 1024 ไบต์ เท่ากับ 1,048,576 ไบต์ (หรือ 106 ไบต์ ) Gigabyte (GB) - 1,073,741,824 ไบต์ ( หรือ 109 ไบต์ )

ROM หรือ Read-Only Memory เป็นหน่วยความจําที่อ่านข้อมูลออกมาเพื่อใช้งานได้อย่างเดียว โดยทั่วไป การบรรจุข้อมูลลงใน ROM (เรียกว่า burning in the data) ต้องทําจากโรงงานที่ผลิต ROM หรือต้องใช้เครื่องมือพิเศษ (chip programmer) จึงจะสามารถเขียนข้อมูลลงใน ROM chip ได้ ข้อมูลที่เก็บไว้ใน ROM จะคงอยู่แม้ไม่มีไฟเลี้ยงวงจร ดังนั้น ROM จึงถูกจัดเป็นหน่วยความจำประเภท nonvolatile

ROM มีหลายประเภท บางชนิดถูกออกแบบให้เขียนข้อมูลได้ครั้งเดียว บางชนิดสามารถเขียนและลบข้อมูลได้หลายครั้ง การลบข้อมูลใน ROM นั้นมีทั้งการใช้แสงอัลตร้าไวโอเล็ต (ROM ชนิด Erasable-Programmable ROM หรือ EPROM) และการใช้ไฟฟ้า (ROM ชนิด Electrically Erasable-Programmable ROM หรือ EEPROM) คอมพิวเตอร์ในปัจจุบันจะมีการใช้ ROM ชนิด flash memory ทําให้สามารถลบและเขียนข้อมูลโดยใช้ไฟฟ้าได้หลายครั้ง ROM ในคอมพิวเตอร์จะเก็บโปรแกรมที่คอมพิวเตอร์จะต้องทําในขณะเริ่มต้นทํางาน และโปรแกรมที่ใช้ติดต่อกับฮาร์ดแวร์ที่อยู่บน mainboard

หน่วยความจำที่เราสามารถเปลี่ยนแปลงข้อมูลภายในของมันได้ในขณะที่เราใช้งานเครื่องคอมพิวเตอร์นั้น เรียกว่า Random-Access Memory (RAM) เราใช้หน่วยความจำแบบนี้ในการเก็บข้อมูลและโปรแกรมในระหว่างการประมวลผล เมื่อปิดเครื่องคอมพิวเตอร์ ข้อมูลที่อยู่ใน RAM จะหายไป ดังนั้น RAM จึงเป็นหน่วยความจําประเภท volatile RAM มักจะถูกผลิตโดยติดตั้งบนแผงวงจรไฟฟ้าที่เรียกว่า DIMM หรือ ในรูปแบบที่เรียกว่า SIMM เพื่อใช้เสียบลงในแผง mother board ของเครื่องคอมพิวเตอร์ ในปัจจุบัน RAM มีให้เลือกหลายประเภท ซึ่งขึ้นอยู่กับ main board ว่ารองรับ RAM แบบใดได้บ้าง ตัวอย่างของ RAM ที่พบเห็นคือ - Fast Page Mode (FPM) RAM ใช้ใน PC รุ่นเก่า สามารถส่งข้อมูลเป็นชุด (page)โดยระบุเลขที่อยู่ (Address) เพียงครั้งเดียว - Extended Data Output (EDO) RAM ใช้วิธีเดียวกันกับ FPM ปรับปรุงให้อ่านค่าตัวถัดไปให้เร็วขึ้นด้วยเทคนิค pipelining ที่มีความเร็วมากกว่า RAM แบบ FPM ประมาณ 5% - Synchronous Dynamic RAM (SDRAM) มีการทำงานแบบสอดคล้องกับสัญญาณนาฬิกา ช่วยให้สามารถทำ pipelining ได้มากขึ้น ทำให้อ่านเขียนข้อมูลได้เร็วกว่า EDO - Double Data-Rate Synchronous DRAM (DDR SDRAM or DDR) เป็น SDRAM ที่ได้รับการปรับปรุงให้มีการส่งข้อมูลเพิ่มเป็น 2 เท่า โดยทำงานที่สัญญาณนาฬิกาทั้งด้านขึ้นและด้านลง ในขณะที่ SDRAM ทำงานกับสัญญาณนาฬิกาเพียงด้านเดียวเท่านั้น

CPU จะ อ่านหรือเขียนข้อมูลในหน่วยความจำ โดยการระบุเลขที่อยู่ของข้อมูลในหน่วยความจำ (memory address) และคำสั่งที่ต้องการอ่านเขียน ในกรณีการอ่านข้อมูล หน่วยความจำจะส่ง ข้อมูลที่เก็บไว้ให้ CPU และ ในกรณีของการเขียนข้อมูล หน่วยความจำจะรับข้อมูลมาบันทึกไว้ตามตำแหน่งที่กำหนด

เลขที่อยู่ของหน่วยความจำเริ่มจากตำแหน่งหมายเลขศูนย์ (0) และเพิ่มขึ้นไปเรื่อยๆ ที่เราเรียกหน่วยความจำแบบนี้ว่า random-access memory ก็เพราะว่าเราสามารถเข้าถึงตำแหน่งของหน่วยความจำในตำแหน่งใดๆ ได้โดยตรง โดยไม่ต้องไล่เรียงจากตำแหน่งแรกขึ้นไป การเคลื่อนย้ายข้อมูลระหว่าง RAM และ เรจิสเตอร์ใน CPU จัดว่าเป็นการทำงานที่ต้องใช้เวลามากที่สุดในการดำเนินการของ CPU ทั้งนี้เนื่องจากว่าโดยปกติ RAM มีความเร็วในการทำงานช้ากว่า CPU มาก เพื่อแก้ไขปัญหาข้างบนนี้ (ได้บางส่วน) จึงได้มีการสร้าง CPU ที่มีหน่วยความจำแบบแคช (Cache) ภายในตัว CPU หรือ สร้างวงจรหน่วยความจำแคชระหว่างหน่วยความจำหลักกับ CPU หน่วยความจำแคชเป็นหน่วยความจำที่คล้ายกับ RAM แต่มีความเร็วสูงกว่ามาก โดยในขณะทำงาน ถ้า CPU ต้องการอ่านคำสั่งหรือข้อมูลใน RAM ตัว CPU จะทำการตรวจดูสิ่งที่ต้องการจากภายในหน่วยความจำแคชก่อน ถ้าไม่พบ มันจึงจะไปอ่านข้อมูลจาก RAM เข้ามาบรรจุไว้ในเรจิสเตอร์ของมัน ในขณะเดียวกัน ก็จะนำไปเก็บไว้ในหน่วยความจำแคชด้วย เพื่อที่ว่าในคราวต่อไปถ้า CPU ต้องการชุดคำสั่งหรือข้อมูลชุดเดิม ก็จะสามารถอ่านได้จากหน่วยความจำแคช

2.1.3 บัส (Bus) บัสในคอมพิวเตอร์ หมายถึง เส้นทางระหว่างอุปกรณ์ต่างๆ ภายในเครื่องคอมพิวเตอร์ตัวประมวลผล โดยเป็นกลุ่มของเส้นทางนำไฟฟ้าที่ขนานกันอยู่หลายๆ เส้น บัสมีอยู่ 2 ประเภทใหญ่ๆ คือ บัสข้อมูล (data bus) และ บัสเลขที่อยู่ (address bus) ดังรูปที่ 13 บัสข้อมูลเป็นเส้นทางที่ใช้ส่งข้อมูล บัสเลขที่อยู่เป็นเส้นทางที่ใช้เป็นสัญญาณระบุตำแหน่งของหน่วยความจำที่ต้องการเข้าถึง(อ่านหรือเขียน) ในการต่อ Mainboard กับอุปกรณ์ร่วมในเครื่องคอมพิวเตอร์ มีการกำหนดมาตรฐานของระบบบัสไว้ใช้หลายรูปแบบ เช่น - Industry Standard Architecture (ISA) bus เป็นระบบบัสแบบ 16 บิต - Extended Industry Standard Architecture (EISA) bus เป็นระบบบัสแบบ 32 บิต - Peripheral Component Interconnect (PCI) bus เป็นบัสที่ใช้ในเครื่องคอมพิวเตอร์ในปัจจุบัน เป็นระบบบัสแบบ 32 และ 64 บิต และมีการทำงานแบบ Plug and play กล่าวคือ มีส่วนในการระบุประเภทและรุ่นของอุปกรณ์ที่ติดต่อ

เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการเก็บข้อมูลและปรแกรมเพื่อให้ข้อมูลยังคงอยู่หลังจากปิดเครื่องแล้ว อุปกรณ์จัดเก็บที่เป็นที่นิยม ได้แก่ Floppy Disk, Hard Disk และ Compact Disk (CD) อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลแตกต่างจากหน่วยความจำ คือ อุปกรณ์จัดเก็บมีขนาดพื้นที่มากกว่าหน่วยความจำมาก สิ่งที่จัดเก็บในอุปกรณ์จัดเก็บจะยังคงอยู่ถึงแม้ว่าเราจะปิดเครื่องคอมพิวเตอร์ (เมื่อเปรียบเทียบกับข้อมูลที่จัดเก็บใน RAM ซึ่งจะหายไปหมดเมื่อเราปิดเครื่องคอมพิวเตอร์) และ อุปกรณ์จัดเก็บมีราคาถูกกว่าหน่วยความจำมากเมื่อเทียบจากขนาดที่สามารถเก็บข้อมูลได้ Floppy Disk และ Hard Disk เขียนข้อมูลโดย ใช้หลักการเปลี่ยนสัญญาณทางไฟฟ้าให้เป็นสนามแม่เหล็ก เพื่อเหนี่ยวนำสารแม่เหล็กที่ฉาบอยู่บนแผ่นรองให้เกิดขั้วแม่เหล็ก และ อ่านข้อมูลโดยแปลงสถาพขั้วแม่เหล็กที่บันทึกอยู่ให้เป็นสัญญาณทางไฟฟ้า แผ่นรองของ Floppy Disk ทำจากพลาสติก อ่อน อยู่ในซอง ซึ่งถอดเข้า-ออกจากเครื่องอ่านเขียนได้ ในขณะที่แผ่นรองของ Hard Disk จะทำจากโลหะแข็ง มีทั้งชนิดที่ประกอบกับเครื่องอ่านเขียน และชนิดที่ถอดจากเครื่องอ่านเขียนได้ (Removable Hard Disk) เครื่องอ่านเขียนจะประกอบด้วยมอเตอร์ที่ใช้ในการหมุนแผ่นรองนี้ โดยมีหัวอ่านซึ่งเลื่อนได้ในแนวรัศมีของแผ่น (รูปที่ 14) ทำให้สามารถอ่านเขียนข้อมูลในตำแหน่งใดๆ บนแผ่นได้ เครื่องอ่าน Hard Disk แบบปกติจะมีความจุสูงกว่า removable Hard Disk และ Floppy Disk เนื่องจาก เครื่องอ่านแผ่น Disk อยู่ภายในเครื่องอ่านเขียน ทำให้การหมุนและการเลื่อนหัวอ่านมีความละเอียดสูงกว่า ปัจจุบัน ความจุของ Hard Disk สูงขึ้น (รูปที่ 15) และมีรูปแบบใหม่ๆ ออกมา เช่น Micro drive มีขนาด 40 x 30 x 5 mm

Flash Memory เป็นหน่วยความจำที่สามารถยังคงเก็บข้อมูลที่เราเขียนเอาไว้ได้อยู่ถึงแม้ว่าจะตัดไฟเลี้ยงออกแล้วก็ตาม โดย Flash memory สามารถเขียนและลบข้อมูลได้โดยใช้กระแสไฟฟ้า Flash memory นอกจากจะถูกใช้กับเครื่องคอมพิวเตอร์แล้ว ยังมีการนำมาใช้เป็นอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลในรูปของอุปกรณ์ต่างๆ โดยใช้วงจรติดต่อกับคอมพิวเตอร์ผ่าน USB เช่น keydrives, pen drives, thumb drives, flash drives, USB keys, USB memory keys, USB sticks, jump drives นอกจากนี้ Flash memory ยังถูกออกแบบให้แตกต่างออกไป โดยต้องมีอุปกรณ์ต่อโดยเฉพาะ เช่น Memory Stick, Smart Media Card, Multimedia Card ซึ่งมักใช้ร่วมกับ อุปกรณ์เครื่องใช้อิเล็กทรอนิกส์แบบอื่นๆ เช่น กล้องถ่ายรูปดิจิตอล

อุปกรณ์เชื่อมต่อต่างๆ ที่นำมาต่อพ่วงเข้ากับเครื่องคอมพิวเตอร์ จะรับส่งข้อมูลผ่านทางบัส โดยอุปกรณ์จะถูกต่อเข้ากับช่องเชื่อมต่อที่อยู่ด้านหลังเครื่องคอมพิวเตอร์ โดยผู้ผลิตคอมพิวเตอร์และผู้ผลิตอุปกรณ์ทำการกำหนดมาตรฐานของช่องเชื่อมต่อร่วมกัน ปกติเครื่องคอมพิวเตอร์เครื่องหนึ่งประกอบด้วยช่องเชื่อมต่อในแบบต่างๆ เพื่อเพิ่มขีดสามารถในการเชื่อมต่อและการใช้งานที่หลากหลาย ช่องเชื่อมต่อแบ่งได้เป็น 2 ประเภท คือ ช่องเชื่อมต่อแบบอนุกรม (Serial port) และ ช่องเชื่อมต่อแบบขนาน (Parallel port) ช่องเชื่อมต่อแบบอนุกรม (Serial port) เป็นช่องทางติดต่อสื่อสารที่สามารถส่งผ่านสัญญาณข้อมูลได้ครั้งละหนึ่งบิต ปกติจะใช้สายนำสัญญาณเพียงสองเส้น อย่างไรก็ตามสายตัวนำที่ใช้เชื่อมต่อแบบอนุกรมนี้จะประกอบด้วยตัวนำสัญญาณอื่นๆ เช่น สัญญาณควบคุมภายในเครื่องคอมพิวเตอร์จะมีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เรียกว่า universal asynchronous receiver transmitter (UART) เป็นตัวแปลงสัญญาณแบบขนานของบัสข้อมูลให้เป็นแบบอนุกรมเพื่อส่งต่อไปยังสายนำสัญญาณแบบอนุกรม รูปที่ 20 แสดงการส่งผ่านข้อมูลแบบอนุกรมจากคอมพิวเตอร์ไปยังอุปกรณ์ ช่องเชื่อมต่อแบบอนุกรมที่ใช้กันในคอมพิวเตอร์ได้แก่ Keyboard port, mouse port และ ช่องเชื่อมต่อแบบอนุกรมตามมาตรฐาน RS-252C Universal Serial Bus (USB) เป็นการเชื่อมต่อแบบอนุกรมแบบหนึ่งที่มีความเร็วสูงถึง 12 Mbps และยังสามารถต่อเชื่อมอุปกรณ์ได้ถึง 127 ชิ้นโดยใช้ช่องต่อเพียงช่องเดียว (ต่อกับอุปกรณ์เรียก USB Hub เพื่อเพิ่มจำนวนช่อง) เครื่องไมโครคอมพิวเตอร์ในปัจจุบันจะมีช่อง USB 2 ช่องต่อ

ช่องเชื่อมต่อแบบขนาน (parallel port) มีลักษณะการส่งผ่านข้อมูลได้หลายๆ บิต ณ เวลาหนึ่งๆ โดยอาศัยสายส่งข้อมูลหลายเส้น เช่นเดียวกับการส่งผ่านข้อมูลภายในเครื่องคอมพิวเตอร์ผ่านทางระบบบัสข้อมูล มาตรฐานการเชื่อมต่อแบบขนานที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน กำหนดให้มีขนาด 8 บิตโดยนิยมใช้ต่อกับเครื่องพิมพ์ (รูปที่ 21) ช่องเชื่อมต่อแบบขนานตามมาตรฐานจะใช้แบบ SCSI (Small Computer System Interface) ซึ่งจะต้องอาศัยแผงวงจรที่เรียกว่า SCSI Adapter ใส่ลงใน slot ของเครื่องคอมพิวเตอร์ และใช้สายเคเบิลต่อออกจาก SCSI adapter เข้าไปยังอุปกรณ์ภายนอกอีกทอดหนึ่ง ระบบ SCSI สามารถใช้เชื่อมต่ออุปกรณ์ภายนอกเป็นแบบลูกโซ่ได้ ดังรูปที่ 22 มาตรฐานใหม่ของ SCSI คือ SCSI-3 สามารถต่อเชื่อมอุปกรณ์ภายนอกเป็นลูกโซ่ได้ถึง 127 ชิ้น และสามารถส่งผ่านสัญญาณได้ด้วยความเร็ว 160 Mbps

HDMI, DisplayPort, DVI, VGA, Thunderbolt - Video Port Comparison

Why Does USB Keep Changing?

หลักการทำงานของอุปกรณ์นำข้อมูลเข้าส่วนใหญ่ อาศัยการเปลี่ยนการกระทำเชิงกลเป็นสัญญาณทางไฟฟ้า เช่น การกดแป้นกด การเลื่อน ผลกระทำเชิงกลจะถูกบันทึกแล้วเปลี่ยนแปลงเป็นค่าสัญญาณไฟฟ้า โดยจะเข้ารหัส เป็นสัญญาณดิจิทัล ที่สามารถใช้ในการประมวลผลต่อไปได้ อุปกรณ์นำข้อมูลออก สามารถแสดงผลได้ในรูปของ ภาพ แสง สี เสียง หรือภาพบนกระดาษ โดยข้อมูลจากคอมพิวเตอร์จะถูกส่งออกผ่านทางช่องเชื่อมต่อมาตรฐานไปอุปกรณ์นำข้อมูลออก เพื่อแสดงผลข้อมูลนั้นๆ สู่ผู้ใช้ อุปกรณ์นำข้อมูลเข้า-ออก มีหลายชนิด เช่น แป้นพิมพ์ เมาส์ จอภาพ เครื่องพิมพ์ เป็นต้น

เป็นอุปกรณ์รับข้อมูล โดยเปลี่ยนสัญญาณที่ได้จากการกดแป้นให้เป็น รหัสส่งเข้าสู่เครื่องคอมพิวเตอร์ โดยในแป้นพิมพ์จะมี microcontroller ควบคุมการทำงาน แป้นพิมพ์มีจำนวนสวิตช์ค่อนข้างมาก (80 ตัวในรุ่นเก่า 101 ตัวตามมาตราฐาน IBM PC) เพื่อให้สามารถครอบคลุมทุกตัวอักขระ ดังนั้น แทนที่สวิตช์จะต่อตรงเข้ากับ microcontroller การออกแบบวงจรส่วนใหญ่จะใช้วิธีต่อเป็นลักษณะตาราง โดย microcontroller จะตรวจหาว่า แถวใด สดมภ์ใด ถูกกด และ ถูกกดพร้อมกับคีย์พิเศษหรือไม่ แล้วทำการแปลงเป็นรหัส ส่งค่าแบบอนุกรมให้กับเครื่องคอมพิวเตอร์ การจัดวางตัวหนังสือของแป้นพิมพ์ ได้เลียนแบบเครื่องพิมพ์ดีด แป้นพิมพ์ตามมาตรฐาน IBM มี 101 คีย์ โดยได้เพิ่มส่วนของการพิมพ์ตัวเลข และส่วนของการเลื่อนลูกศร (cursor)

เป็นอุปกรณ์รับข้อมูล ที่ใช้ระบุตำแหน่งบนจอภาพ มีด้วยกันหลายประเภท เช่น เมาส์, Track ball, Touch pad และ Point stick เป็นต้น

เมาส์ เป็นอุปกรณ์ที่เมื่อเลื่อนแล้วสามารถให้ค่า ทิศทาง และความเร็วในการเลื่อนกับเครื่องคอมพิวเตอร์ เมาส์ตัวแรกที่ใช้กับคอมพิวเตอร์ถูกจดลิขสิทธ์ในปี 1970 โดย Englebart ในงานวิจัยที่ Xerox PARC

การทำงานของเมาส์ที่ใช้ลูกบอลแบบสองแกนทำได้โดย เมื่อเลื่อน mouse ลูกบอลจะหมุนพร้อมกับหมุนแกนที่ต่อกับวงล้อที่มีลักษณะเป็นซี่ โดยมีวงจรส่องแสง (LED) และรับแสง (Photo diode) ทำการส่องแสง วงล้อซี่จะบังแสงและยอมให้แสงผ่านสลับกันไป โดยจะมีตัวรับแสง 2 ตัวอยู่ชิดกัน จะเกิด ลำดับของ การบังแสง/มีแสง, 0/1, ของตัวที่ 1,2 ตามลำดับดังนี้ (0,0), (0,1),(1,1),(1,0) และจะเกิดลำดับกลับกัน ถ้ามีการหมุนในทิศทางตรงข้าม ทั้งนี้ แกนต่อวงล้อซี่สองตัวตั้งจะฉากกัน ทำให้เกิดสัญญาณสี่ลำดับ ซึ่งจะทำให้ทราบถึงทิศทางและความเร็ว (สัญญาณถี่มีความเร็วสูง) (รูปที่ 27) ของการเลื่อน mouse ซึ่งคอมพิวเตอร์จะรับสัญญาณดังกล่าวแล้วแสดงผลในรูปใดรูปหนึ่ง เช่น จะเปลี่ยนตำแหน่งของ Cursor ที่ปรากฏบนหน้าจอ เป็นต้น

เมาส์ที่ใช้แสงมีอยู่ 2 แบบ คือ เมาส์ที่ต้องใช้ที่รองแบบพิเศษ กับ เมาส์ที่ใช้การจับภาพ สำหรับเมาส์ที่ใช้แสงแบบที่ใช้ที่รองพิเศษ ภายในเมาส์จะมีอุปกรณ์ตรวจจับแสงสะท้อนที่ส่งออกจากตัวเมาส์ไปยังที่รอง แล้วสะท้อนกลับมาที่ตัวเมาส์ ที่รองถูกออกแบบเป็นเส้นตารางสีเข้มบนพื้นสะท้อนแสง เมื่อผู้ใช้เลื่อนเมาส์ จะก่อให้เกิดแสงสะท้อนที่มีความเข้มแตกต่างกัน ปัจจุบัน เมาส์แบบนี้ไม่เป็นที่นิยม เพราะถ้ามีรอยขูดขีดเกิดขึ้นบนที่รอง จะทำให้การทำงานของเมาส์ผิดพลาด เมาส์ใช้แสงแบบจับภาพพัฒนาโดย Agilent Technologies และออกขายสู่ท้องตลาดในปี 1999 โดยใช้การจับภาพกว่า 1,500 รูปต่อวินาที จากนั้นจะวิเคราะห์รูปโดยอาศัยวงจร Digital Signal Processing (DSP) เปรียบเทียบรูปภาพเดิมที่มีกับรูปภาพใหม่ที่ได้ แล้วหาความแตกต่างเพื่อใช้คำนวณหาทิศทางและระยะการเคลื่อนที่ทางการเคลื่อนที่ของตัวเมาส์

Trackball เป็นเมาส์ที่ใช้ลูกบอลแบบหนึ่ง ที่มีมีการจัดวางให้ลูกบอลหงายขึ้น ผู้ใช้จะอาศัยนิ้วทำการหมุนลูกบอลแทนการเลื่อนตัวเมาส์ให้ลูกบอลหมุน (รูปที่ 28)

Touchpad เป็นอุปกรณ์ที่ใช้มากกับเครื่องคอมพิวเตอร์แบบ laptop โดยเป็นแผ่นที่จับค่า capacitance ระหว่างแผ่นกับนิ้ว หรือ ระหว่างตัวแผ่นของ touchpad เอง เมื่อผู้ใช้กดนิ้วลงบน touchpad จะทำให้ค่า capacitance เปลี่ยนไป โดยตัวจับค่า capacitance จะอยู่ในรูปตารางสองมิติทั้งแนวตั้งและแนวนอน อุปกรณ์ควบคุมจะสแกนหาตำแหน่งที่มีค่า capacitance เปลี่ยนไป แล้วได้ตำแหน่งที่กดเพื่อเป็นข้อมูลเข้าสู่เครื่องคอมพิวเตอร์ (รูปที่ 28)

Pointing stick หรือที่จดทะเบียนการค้าของ IBM เรียก TrackPoint ประดิษฐ์ขึ้นโดย Ted Selker โดยเริ่มใช้ใน เครื่อง laptop ThinkPad โดย pointing stick จะตรวจจับแรงที่กระทำกับตัวมัน โดยการวัดความต้านทานที่เปลี่ยนไปของวัสดุเมื่อมีแรงดันกระทำกับอุปกรณ์ จากนั้นจึงเปลี่ยนค่าความต้านทานเป็นสัญญาณไฟฟ้า (รูปที่ 28)

ดิจิไทเซอร์ (digitizer tablet หรือ graphic tablet) เป็นอุปกรณ์ที่ให้ค่า X-Y ของตำแหน่งตัวชี้เข้าสู่เครื่องคอมพิวเตอร์ โดยแผ่นรองจะเป็นตารางของตัวนำที่อาศัยการกด หรือสัญญาณจากตัวปากกา ส่วนใหญ่จะใช้กับการคัดลอกแบบและวาดรูปในงานทางสถาปัตยกรรมและวิศวกรรม

จอยสติก (Joystick) การทำงานของ จะใช้ตัวต้านทานปรับค่าได้ 2 ตัว ซึ่งค่าความต่างศักดิ์ของตัวต้านทานจะเปลี่ยนค่าไปตามตำแหน่งที่โยกคันโยกในแนว X และ Y ส่วนมากจะใช้เป็นอุกรณ์หนึ่งในการเล่นเกมส์

จอภาพ LCD แบ่งเป็นสองชนิดคือ passive matrix และ active matrix โดยจอ LCD จะเป็นแผ่นแก้วสองแผ่น ที่มีผลึกของเหลวอยู่ระหว่างกลาง และเมื่อมีความต่างศักดิ์ไฟฟ้าที่ต่างกัน ผลึกเหลวจะเกิดการหักเห polarize ของแสงต่างกัน ควบคุมความต่างศักดิ์ของแต่ละตำแหน่งบนแผ่นแก้วควบคุมโดยตัวนำที่ถูกจัดวางในรูปของตาราง ทำให้สามารถแสดงภาพออกมาได้ จอภาพ LCD แบบ active matrix แต่ละจุดจะมีทรานซิสเตอร์ขนาดเล็ก โดยใช้เทคโนโลยี Thin-film Transistor เพื่อเก็บประจุในการควบคุมความต่างศักดิ์ให้สามารถคงค่าไว้ได้ในระยะเวลาที่ยาวนานกว่า ทั้งนี้จอ LCD จะมีแหล่งกำเนิดแสงอยู่ด้านหลัง และมี polarize film อยู่ด้านหน้า ข้อเสีย คือ ผลของ polarize film ทำให้มุมมองของจอ LCD ค่อนข้างจำกัด

ในยุคเริ่มแรกของคอมพิวเตอร์ การนำผลลัพธ์พิมพ์ลงบนกระดาษจะใช้เครื่องพิมพ์ดีดไฟฟ้าที่ดัดแปลงให้รับข้อมูลได้ โดยภายในเครื่องพิมพ์ จะมีวงจรควบคุมซึ่งเลือกตัวอักษรตามรหัสที่ส่งมาแล้วทำการพิมพ์ โดยมีหัวโซลินอ กดให้ก้านตัวอักษรกระทบกับผ้าหมึกเพื่อให้หมึกติดกับกระดาษ ซึ่งเครื่องพิมพ์ในลักษณะนี้จะสามารถพิมพ์ได้เฉพาะตัวอักษรเท่านั้น

เครื่องพิมพ์แบบ Dot matrix ใช้การยิงหัวเข็ม (เป็นลวดแข็งต่อกับโซลินอย) ลงบนผ้าหมึก เพื่อให้เกิดจุดบนกระดาษ โดยหัวพิมพ์จะมีหลายเข็มเรียงกันในแนวตั้ง ซึ่งจะถูกเลื่อนไปตามแนวนอน เพื่อพิมพ์ ตัวอักษรหรือรูปภาพในจุดต่อไป การพิมพ์บรรทัดต่อไปอาศัยการเคลื่อนของที่เลื่อนกระดาษ เครื่องพิมพ์แบบ Thermal ใช้หลักการเดียวกันแต่ใช้ความร้อนแทนหัวเข็ม ผ้าพิมพ์หรือกระดาษพิเศษจะถูกออกแบบให้สามารถใช้กับความร้อนได้ โดยใช้สารเคลือบที่จะเกิดสีขึ้นเมื่อโดนความร้อน เครื่องพิมพ์แบบ Ink Jet ใช้วิธีการพิมพ์ข้อมูลทีละจุด โดยใช้อุปกรณ์ให้ความร้อนทำให้หมึกเป็นฟอง (bubble ทำให้เรียกว่า bubble jet ในบางรุ่น) แล้วยิงหมึกลงบนกระดาษโดยตรง หมึกจะหยดติดบนกระดาษ ในบางรุ่นใช้ piezo ที่ติดหัวพิมพ์ ซึ่งเมื่อมีสัญญาณจะทำให้เกิดการสั่นอย่างรวดเร็ว โดยหมึกจะถูกยิงลงบนกระดาษ (รูปที่ 31)

เครื่องพิมพ์แบบ Laser ใช้หลักการเดียวกันกับเครื่องถ่ายเอกสาร โดยจะมีหัว Laser ยิงแสงทีละจุดข้อมูล และทีละเส้นโดยการกวาดในแนวนอนลงบนผิวของ drum ทรงกระบอกที่เคลือบสารพิเศษ ลวดที่ต่อกับไฟแรงสูงจะเป็นตัวส่งประจุให้กับ drum ส่วนที่โดนแสง laser จะไม่มีประจุ เพราะแสง laser จะทำให้ประจุคลายออกจากผิว ทรงกระบอก (ที่หมุนอย่างต่อเนื่อง) จะดูดผงหมึกในตำแหน่งที่มีประจุแล้วทาบลงบนกระดาษ กระดาษที่ติดผงหมึกจะถูกรีดด้วยความร้อน หมึกจะติดกับกระดาษเป็นรูปภาพตามต้องการ (รูปที่ 32)

เครื่อง Plotter เป็นอุปกรณ์วาดรูปลายเส้น โดยมีหัวปากกา ที่ควบคุมการยกขึ้นลง และอุปกรณ์การเลื่อนหัวปากกาในแนว X-Y หรือ เลื่อนกระดาษในแนว X และเลื่อนปากกาในแนว Y

ในการสร้างเสียง คอมพิวเตอร์จะใช้วงจรสร้างเสียงที่ถูกออกแบบในรูปแบบ Sound card ต่ออยู่กับบัส หรือสร้างไว้ใน main board เลย วงจรสร้างเสียงอย่างง่ายจะเป็นการเปลี่ยนข้อมูลในรูปดิจิทัลให้เป็นแอนาลอกโดยใช้วงจร Digital to Analog converter ในวงจรสร้างเสียงบางรุ่นจะมีวงจรสังเคราะห์เสียงในตัวเพื่อลดการทำงานของ CPU