Photos 3

myid@myhost.com

4.3 หน่วยประมวลผลกลาง

หน่วยประมวลผลกลาง หรือไมโครโพรเซสเซอร์ของไมโครคอมพิวเตอร์ มีหน้าที่นำคำสั่งและข้อมูลที่เก็บไว้ในหน่วยความจำมาแปลความหมายและกระทำตาม คำสั่งพื้นฐานของไมโครโพรเซสเซอร์ซึ่งแทนได้ด้วยรหัสเลขฐานสอง
การทำงานของหน่วยประมวลผลกลาง ประกอบด้วยการคำนวณทางคณิตศาสตร์พื้นฐาน เช่น การบวก ลบ คูณ หาร การเปรียบเทียบข้อมูลสองจำนวน การควบคุมการเคลื่อนย้ายข้อมูลในส่วนต่างๆ ของระบบ เช่น เคลื่อนย้ายข้อมูลระหว่างอุปกรณ์รับข้อมูล อุปกรณ์แสดงผลกับหน่วยความจำ เป็นต้น


ไมโครโพรเซสเซอร์เพนเทียมรุ่นแรกๆ	ไมโครโพรเซสเซอร์เพนเทียมโฟร์

ไมโครโพรเซสเซอร์เอเอ็มดีรุ่นต่างๆ	ไมโครโพรเซสเซอร์เอเอ็มดี

ภาพด้านหลังของไมโครโพรเซสเซอร์เพนเทียม มีขาที่สามารถเสียบบนช่องสล็อต (slot) และตรงกลางเป็นวงจรอิเล็กทรอนิกส์กว้าง 24 มิลลิเมตร	ภาพขยายวงจรอิเล็กทรอนิกส์ ภายในไมโครโพรเซสเซอร์

หน่วยประมวลผลกลางเป็นวงจรไฟฟ้าหน่วยสำคัญที่ทำหน้าที่แตกต่างกัน 2 หน่วย ได้แก่ หน่วยควบคุม (Control Unit : CU) และหน่วยคำนวณและตรรกะหรือเอแอลยู (Arithmetic and Logic Unit : ALU)

4.3.1 หน่วยควบคุม

หน่วยควบคุมเป็นหน่วยที่ทำหน้าที่ประสานงาน และควบคุมการทำงานของระบบคอมพิวเตอร์ หน่วยนี้ทำงานคล้ายกับสมองคนซึ่งควบคุมให้ระบบอวัยวะต่างๆ ของร่างกายทำงานประสานกัน นอกจากนี้ยังทำหน้าที่ควบคุมให้อุปกรณ์รับข้อมูล ส่งข้อมูลไปที่หน่วยความจำ ติดต่อกับอุปกรณ์แสดงผลเพื่อสั่งให้นำข้อมูลจากหน่วยความจำไปยังอุปกรณ์แสดงผล โดยหน่วยควบคุมของคอมพิวเตอร์จะแปลความหมายของคำสั่งในโปรแกรมของผู้ใช้ และควบคุมให้อุปกรณ์ต่างๆ ทำงานตามคำสั่งนั้นๆ จากที่กล่าวมาสามารถเปรียบเทียบการทำงานของหน่วยควบคุมกับการทำงานของสมองได้ดังนี้

4.3.2 หน่วยคำนวณและตรรกะ

         หน่วยคำนวณและตรรกะเป็นหน่วยที่ทำหน้าที่คำนวณทางเลขคณิต ได้แก่ การบวก ลบ คูณ หารและเปรียบเทียบทางตรรกะเพื่อทำการตัดสินใจ เช่น ทำการเปรียบเทียบข้อมูล เพื่อตรวจสอบว่าปริมาณหนึ่ง น้อยกว่า เท่ากับ หรือมากกว่า อีกปริมาณหนึ่ง แล้วส่งผลการเปรียบเทียบว่าจริงหรือเท็จไปยังหน่วยความจำเพื่อทำงานต่อไป ตามขั้นตอนที่กำหนดไว้ในเงื่อนไข การทำงานของเอแอลยูคือ รับข้อมูลจากหน่วยความจำมาไว้ในที่เก็บชั่วคราวของเอแอลยูซึ่งเรียกว่า เรจิสเตอร์ (register) เพื่อทำการคำนวณแล้วส่งผลลัพธ์กลับไปยังหน่วยความจำ ทั้งนี้ในการส่งข้อมูลระหว่างอุปกรณ์ต่างๆ ข้อมูลและคำสั่งจะอยู่ในรูปของสัญญาณไฟฟ้าแล้วส่งไปยังอุปกรณ์ต่างๆ ผ่านระบบส่งถ่ายข้อมูลผ่านในที่เรียกว่าบัส (bus)
        กลไกการทำงานของหน่วยประมวลผลกลาง มีความสลับซับซ้อน ผู้พัฒนาซีพียูได้สร้างกลไกให้ทำงานได้ดีขึ้น โดยแบ่งการทำงานเป็นส่วนๆ มีการทำงานแบบขนาน และทำงานเหลื่อมกันเพื่อให้ทำงานได้เร็วขึ้น
        ในด้านความเร็วของซีพียูถูกกำหนดโดยปัจจัย 2 อย่าง ปัจจัยแรกคือ สถาปัตยกรรมภายในของซีพียูแต่ละรุ่น ซีพียูที่ได้รับการออกแบบภายในที่ดีกว่าก็มีประสิทธิภายในการประมวลผลที่ดีกว่า การพัฒนาทางด้านสถาปัตยกรรมก็มีส่วนทำให้ลักษณะของซีพีแตกต่างกันไป
        นอกจากนี้ อีกปัจจัยหนึ่งที่เป็นตัวกำหนดความเร็วของซีพียู คือ ความถี่ของสัญญาณนาฬิกา (clock) ซึ่งเป็นสัญญาณไฟฟ้าที่คอยกำหนดจังหวะการทำงานประสานของวงจรภายในให้สอดคล้องกัน ในอดีตสัญญาณดังกล่าวจะมีความถี่ในหน่วยเป็นเมกะเฮิรตซ์ (megahertz) หรือล้านครั้งต่อวินาที ดังนั้น สำหรับซีพียูที่มีสถาปัตยกรรมภายในเหมือนกันทุกประการ แต่ความถี่สัญญาณนาฬิกาต่างกัน ซีพียูตัวที่มีความถี่สัญญาณนาฬิกาสูงกว่าจะทำงานได้เร็วกว่า และซีพียูที่มีอยู่ในปัจจุบันมีความถี่ในระดับจิกะเฮิรตซ์

4.3.3 วิวัฒนาการของหน่วยประมวลผลกลาง

ซีพียู 80386SX ใช้กับโครงสร้างเครื่องพีซีเอทีเดิมได้พอดีโดยแทบไม่ต้องดัดแปลงอะไร ทั้งนี้เพราะโครงสร้างภายในซีพียเป็นูแบบ 80386 แต่โครงสร้างการติดต่อกับอุปกรณ์ภายนอกใช้เส้นทางเพียงแค่ 16 บิต ไมโครคอมพิวเตอร์ 80386SX จึงเป็นที่นิยมเพราะมีราคาถูกและสามารถทดแทนเครื่องคอมพิวเตอร์รุ่นพีซีเอทีได้

ซีพียู 80486 เป็นพัฒนาการของอินเทลใน พ.ศ. 2532 และเริ่มใช้กับเครื่อง ไมโครคอมพิวเตอร์ในปีต่อมา ความจริงแล้วซีพียู 80486 ไม่มีข้อเด่นอะไรมากนัก เพียงแต่ใช้เทคโนโลยีการรวมชิป 80387 เข้ากับซีพียู 80386 ซึ่งชิป 80387 เป็นหน่วยคำนวณทางคณิตศาสตร์ และรวมเอาส่วนจัดการหน่วยความจำเข้าไว้ในชิป ทำให้การทำงานโดยรวมรวดเร็วขึ้นอีก

ใน พ.ศ. 2535 อินเทลได้ผลิตซีพียูตัวใหม่ที่มีขีดความสามารถสูงขึ้น ชื่อว่า เพนเทียม การผลิตไมโครคอมพิวเตอร์จึงได้เปลี่ยนมาใช้ซีพียูเพนเทียม ซึ่งเป็นซีพียูที่มีขีดความสามารถเชิงคำนวณสูงกว่าซีพียู 80486 มีความซับซ้อนมากว่าเดิม และใช้ระบบการส่งถ่ายข้อมูลได้ถึง 64 บิต
การพัฒนาทางด้านซีพียูเป็นไปอย่างต่อเนื่อง ไมโครโพรเซสเซอร์รุ่นใหม่จะมีโครงสร้างที่ซับซ้อนยิ่งขึ้น ใช้งานได้มากขึ้น และจะเป็นซีพียูในรุ่นที่ 8 ของบริษัทอินเทล โดยมีชื่อว่า เพนเทียมโฟร์ (Pentium IV)

ใน พ.ศ. 2529 บริษัทอินเทลประกาศตัวซีพียูรุ่นใหม่ คือ 80386 หลายบริษัทรวมทั้งบริษัทไอบีเอ็มเร่งพัฒนาโดยนำเอาซีพียู 80386 มาเป็นซีพียูหลักของระบบ ซีพียู 80386 เพิ่มเติมขีดความสามารถอีกมาก เช่น รับส่งข้อมูลครั้งละ 32 บิต ประมวลผลครั้งละ 32 บิต ติดต่อกับหน่วยความจำได้มากถึง 4 จิกะไบต์ (1 จิกะไบต์ เท่ากับ 1024 ล้านไบต์) จังหวะสัญญาณนาฬิกาเพิ่มได้สูงถึง 33 เมกะเฮิร์ต ขีดความสามารถสูงกว่าพีซีรุ่นเดิมมาก และใน พ.ศ. 2530 บริษัทไอบีเอ็มเริ่มประกาศขายไมโครคอมพิวเตอร์รุ่นใหม่ชื่อว่า พีเอสทู (PS/2) โดยมีโครงสร้างทางฮาร์ดแวร์ของระบบแตกต่างออกไปโดยเฉพาะระบบบัส
ผลปรากฏว่า เครื่องคอมพิวเตอร์รุ่น 80386 ไม่เป็นที่นิยมมากนัก ทั้งนี้เพราะยุคเริ่มต้นของเครื่องคอมพิวเตอร์รุ่น 80386 มีราคาแพงมาก ดังนั้นใน พ.ศ. 2531 อินเทลต้องเอาใจลูกค้าในกลุ่มเอทีเดิม คือ ลดขีดความสามารถของ 80386 ลงให้เหลือเพียง 80386SX

[1][2][3][4][5]

[Home][คำอธิบายรายวิชา][โครงสร้าง][เกณฑ์ให้คะแนน][ทดสอบก่อนเรียน][หน่วยการเรียนรู้][ใบงาน][ทดสอบหลังเรียน]