ซีพียู (CPU)
ซีพียู (CPU)
เขียนโดย เด็กดอย
ซีพียู (CPU)
ซีพียู (CPU : Central Processing Unit) เปรียบเสมือนสมองของเครื่องคอมพิวเตอร์การทำงานของเครื่องคอมพิวเตอร์จะถูกควบคุมด้วยซีพียู ภายในซีพียูจะประกอบไปด้วยสารกึ่งตัวนำทางอิเล็กทรอนิกส์ที่เรียกว่า "ซิลิกอน (Silicon)" เราจะนำซิลิกอนมาเจือกับวัสดุบางชนิดเพื่อให้เกิดสภาวะของการนำไฟฟ้าได้ ซิลิกอนที่ผ่านการเจือเหล่านี้จะถูกนำมาเรียงประกอบกันเป็นทรานซิสเตอร์ ซึ่งซีพียูตัวหนึ่งจะมีจำนวนหลายสิบล้านตัว
ส่วนประกอบของซีพียู
1. แพ็คเกจซีพียู เป็นรูปแบบของตัวซีพียูซึ่งส่วนมามีลักษณะคล้ายสี่เหลี่ยมจัตุรัส รูปแบบแพ็คเกจซีพียูเดิมนิยมใช้เป็นเซรามิก (Ceramic) สังเกตได้จากซีพียูรุ่นเก่าๆ อย่าง 486 หรือ Pentium เวลาเคาะจะเป็นเสียงโลหะ ปัจจุบันนิยมใช้แบบพลาสติกเนื่องจากระบายความร้อนได้ดีกว่า (โลหะเก็บกักความร้อน)2. ตัวแกนของซีพียู คือ ไส้ในของซีพียูที่ประกอบไปด้วยซิลิกอนและสารกึ่งตัวนำ หรือกล่าวได้ว่าส่วนนี้แหละที่เป็นตัวซีพียูจริงๆ3. ขาซีพียู เป็นหน้าสัมผัสที่จะเชื่อมต่อกับซ็อกเก็ตของซีพียู ขาของซีพียูนิยมทำเป็นขาเข็มเสียบลงบนซ็อกเก็ต โดยมี Pentium 4 รุ่นใหม่ที่เริ่มเปลี่ยนแปลงไปใช้แบบหน้าสัมผัสแทนขาเข็ม 4. ร่องบากซีพียู ใช้เป็นตำแหน่งหลักเพื่อช่วยติดตั้งซีพียูลงซ็อกเก็ตให้ถูกตำแหน่งของขาที่ 1 หากไม่มีร่องบากนี้เราจะไม่ทราบได้เลยว่าขาไหนของซีพียูควรติดตั้งด้านใดบนซ็อกเก็ตตัวซีพียูจะประกอบไปด้วยขาจำนวนมากสำหรับเสียบลงซ็อกเก็ตบนเมนบอร์ด จำนวนขาของซีพียูแต่ละรุ่นจะแตกต่างกันไปตามลักษณะการออกแบบของผู้ผลิตซีพียู ล่าสุดอินเทลได้เปลี่ยนโฉมขาซีพียูใหม่ให้มีลักษณะเป็นหน้าสัมผัสทองแดง แทนที่จะเป็นขาเข็มเหมือนซีพียูทั่วไป โดยหน้าสัมผัสทองแดงนี้จะไปแตะกับขาเข็มบนซ็อกเก็ตแทน
ซีพียู Intel Pentium III แบบ Slot 1
ซีพียู AMD Athlon
หน้าที่ของ CPU (Central Processing Units) คือปฏิบัติตามชุดคำสั่งและควบคุมการโอนย้ายและประมวลผลข้อมูลทั้งหมด ส่วนต่างๆของซีพียูแยกเป็น ส่วนได้ดังนี้
1. ระบบเลขฐานสอง หรือ ไบนารี (Binary) ประกอบด้วยตัวเลข 2 ตัวคือ 0 กับ 1 มีความหมายว่า ใช่ หรือ ไม่ใช่ หรือ ถูก ผิด คำสั่งทุกคำสั่งที่ ไมโครโพรเซสเซอร์รับมาประกอบจากคำสั่งหลายๆคำสั่งที่โปรแกรมเมอร์คอมไพล์มาจากภาษาใดภาษาหนึ่ง เช่น (BASIC, COBAL, C) เป็นต้น ก่อนที่คอมพิวเตอร์จะเข้าใจคำสั่งเหล่านี้ จะต้องแปลงให้เป็นไบนารีก่อน ซึ่งเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นใน decode unit ของไมโครโพรเซสเซอร์
2. แอดเดรส คือตัวเลขที่ใช้กำหนดตำแหน่งที่อยู่ของข้อมูลในหน่วยความจำ หรือ Storage ข้อมูลที่ซีพียูประมวลผลจะแสดงด้วยแอดเดรสของข้อมูล ไม่ใช่ค่าจริงๆของข้อมูล
3. บัส ชุดของเส้นลวดนำไฟฟ้าที่เป็นทางเดินของข้อมูลจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งบัสในคอมพิวเตอร์คือบัสข้อมูล (Data bus) หรือระบบบัส (system bus) ซึ่งเป็นเส้นทางผ่านของข้อมูลจากอุปกรณ์อินพุต/เอาต์พุต หน่วยความจำหลักและซีพียู ภายในซีพียูเองก็มีบัสภายในที่ใช้ส่งผ่านข้อมูลระหว่าง หน่วยต่างๆ ที่อยู่ภายในที่ใช้ส่งผ่านข้อมูลระหว่างหน่วยต่างๆ ที่อยู่ภายในโครงสร้างย่อยในชิป
4. หน่วยความจำแคช แคชมีความสำคัญมากต่อซีพียู เพราะหากไม่มีหน่วยความจำที่เรียกว่าแคชแล้ว โปรเซสเซอร์ก็จะเสียเวลาส่วนใหญ่สำหรับการ หยุดรอข้อมูลจากแรมซึ่งทำงานช้ากว่าแคชมาก โปรเซสเซอร์จะมีแคช 2 แบบคือ แคชระดับหนึ่ง (Primary cache หรือ L1) และแคชระดับสอง (secondary cache หรือ L2) ต่างกันตรงตำแหน่ง โดย L1 cache อยู่บนซีพียู เรียกว่า on-die cache ส่วน L2 cache อยู่บนเมนบอร์ด เรียกว่า off-die แต่ในปัจจุบัน L2 cache เป็น on-die กันแล้ว หน่วยความจำแคชเป็นที่เก็บคำสั่งและข้อมูลก่อนที่จะส่งให้ซีพียู
5. ความเร็วสัญญาณนาฬิกา หมายถึงจำนวนรอบที่ซีพียูทำงานเมื่อสัญญาณนาฬิกาในเครื่องผ่านไปหนึ่งช่วงสัญญาณนาฬิกาแสดงด้วยหน่วย เมกะเฮิรตซ์ (MHz) หรือเท่ากับ 1 ล้านรอบต่อวินาที (โปรเซสเซอร์คนละชนิดหรือคนละรุ่นถึงแม้จะมีสัญญาณนาฬิกาเท่ากัน แต่อาจเร็วไม่เท่ากันก็ได้ เพราะมีโครงสร้างภายในและชุดคำสั่งที่แตกต่างกัน)
6. รีจิสเตอร์ เป็นหน่วยความจำไดนามิกขนาดเล็กที่มีบทบาทสำคัญในโครงสร้างของโปรเซสเซอร์ รีจิสเตอร์ใช้เก็บข้อมูลที่ถูกประมวลผลไว้จนกว่าจะ พร้อมที่จะส่งไปคำนวณ หรือส่งไปแสดงผลให้แก่ยูสเซอร์
7. ทรานซิสเตอร์ เป็นจุดเชื่อมต่อแบบ 3ทางอยู่ภายในวงจรของโปรเซสเซอร์ ประกอบด้วยชั้นของวัสดุที่เป็นขั้วบวก และขั้วลบ ซึ่งสามารถขยายกระ แสไฟฟ้าให้เพิ่มขึ้น หรือขัดขวางไม่ให้กระแสไฟฟ้าเคลื่อนที่ต่อ
8. Arithmetic logic unit (ALU) เป็นส่วนหนึ่งของซีพียู ใช้ในการคำนวณผลทางคณิตศาสตร์และการเปรียบเทียบเชิงตรรกะ การเปรียบเทียบ เชิงตรรกะเป็นการเปรียบเทียบค่าไบนารีเพื่อหาว่า ควรจะส่งสัญญาณไฟฟ้าผ่านเกตบางตัวในวงจรของโปรเซสเซอร์หรือไม่ การทำงานอยู่ในรูปแบบของ
"ถ้า x เป็นจริง และ y เป็นเท็จ แสดงว่า z เป็นจริง"
9. Floating - Point Unit (FPU) มีหน้าที่จัดการกับการคำนวณทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนที่เกี่ยวกับเลขทศนิยม หรือตัวเลขที่เป็นเศษส่วน การคำนวณเลขทศนิยมมักเกิดขึ้นเมื่อพีซีรันโปรแกรมพวกกราฟฟิก เช่นโปรแกรม CAD หรือเกมส์ 3 มิติ
10. Control Unit หลังจากที่ซีพียูรับชุดคำสั่งหรือข้อมูลที่ผู้ใช้ป้อนเข้ามาแล้ว หน่วยควบคุมนี้จะรับหน้าที่พื้นฐาน 4 อย่างด้วยกันคือ fetch โดยการส่งแอดเดรสของคำสั่งถัดไป ไปยังแอดเดรสบัส แล้วนำค่าที่ได้ไปเก็บไว้ในแคชคำสั่งภายในซีพียู decode โดยส่งคำสั่งปัจจุบันจากแคชคำสั่งไปยัง decode unit execute เริ่มกระบวนการคำนวณทางคณิตศาสตร์และตรรกะภายใน ALU และควบคุมการไหลของข้อมูลไปยังจุดหมายปลายทางที่เหมาะสม store บันทึกผลลัพธ์จากคำสั่งไว้ในรีจิสเตอร์หรือหน่วยความจำที่เหมาะสม
11. Decode unit รับหน้าที่ดึงคำสั่งภาษาเครื่องจากแคชคำสั่ง และเปลี่ยนให้อยู่ในรูปไบนารีโค้ด เพื่อให้ ALU สามารถนำไปใช้ประมวลผล
ซีพียูในเครื่องพีซีทั่วไปจะเป็นชิปไอซี (IC-Integrated Circuit) ตัวเล็กขนาดวางบนฝ่ามือได้ซึ่งเรียกว่าไมโครโพรเซสเซอร์ ในตระกูลที่เริ่มต้นพัฒนาโดยบริษัท อินเทล ที่เรียกกันว่าตระกูล 80x86 (x หมายถึงตัวเลขใด ๆ) เริ่มต้นตั้งแต่ 8086,80286,80386,80486 จนถึงรุ่นใหม่ที่ตอนพัฒนาใช้ชื่อรหัสว่า P5 แต่พอวางตลาดจริงก็เปลี่ยนชื่อจากเดิมที่จะเป็น80586 หรือ 586 ไปเป็น"เพนเทียม" (Pentium) ด้วยเหตุผลทางการค้าทีว่าชื่อ 586 เป็นเพียงตัวเลข 3 ตัว ไม่สามารถสงวนสิทธิ์การใช้งานและห้ามการลิกเลียนแบบในฐานะเครื่องหมายการค้าได้ รวมถึงรุ่นล่าสุดที่พุฒนาต่อจาก Pentium หรือ P6 คือ ตระกูล ซึ่งประกอบด้วย Pentium Pro และ Pentium II Pentium III, Pentium 4 processor และ ในขณะเดียวกันก็เริ่มมีซีพียูจกบริษัทคู่แข่งอกจำหน่าย นั่นคือ Advance Micro Device หรือ AMD และยังรวมถึงรายย่อยอีก 2 ราย คือ Cyrix และ IDT ซึ่งทั้งสองรายนี้ปัจจุบันขายกิจการให้ VIA ซึ่งเป็นผู้ผลิตชิปเซ็ตรายใหญ่ของไต้หวันไปแล้ว
อ้างอิง
