บทที่ 3 หน่วยประมวลผลกลางหรือซีพียู (CPU)

หน่วยประมวลผลกลางหรือซีพียู (CPU)

CPU คืออะไร

อุปกรณ์ตัวหนึ่งที่มีความสำคัญและจำเป็นในการทำงานของคอมพิวเตอร์ และใช้ในหน่วยประมวลผลและเป็นตัวควบคุมการทำงานของคอมพิวเตอร์ไม่ว่าจะเป็นอุปกรณ์ที่อยู่ในคอมพิวเตอร์หรืออุปกรณ์ต่อพ่วงที่ต่อร่วมกับคอมพิวเตอร์

พัฒนาการของซีพียู

    บริษัท Intel เป็นผู้ผลิตซีพียูสำหรับเครื่องพีซีรายใหญ่ที่สุดของโลก บริษัท Intel ได้ผลิตซีพียู มาตั้งแต่คอมพิวเตอร์รุ่นแรกจนพัฒนาต่อมาเรื่อยๆ จากยุค 386, 486   จนมาใช้ชื่อ Pentium, Pentium Pro, Celeron, Pentium 2, Pentium 3    จากนั้นก็มาถึงยุคของ Pentium 4 แม้ในช่วงที่ AMD เปิดตัว Athlon 64 มาในราคาที่ถูกกว่าและดึงส่วนแบ่งตลาดไปได้มาก แต่ครั้งนี้ Intel  กลับมายึดตลาดซีพียูคืนด้วย Core 2 Duo ซึ่งเป็นซีพียูที่มีประสิทธิภาพสูงแต่ใช้พลังงานน้อย จึงมีความร้อนน้อยกว่า Pentium D เป็นอย่างมาก ซึ่งรายละเอียดตัวอย่าง ซีพียู ของ บริษัท  intel  มีดังนี้                     

                    1. ซีพียูตระกูล Pentium 4                       

                    2. ซีพียูตระกูล Pentium D                       

                    3. ซีพียูตระกูล Pentium Extreme                       

                    4. ซีพียูตระกูล Pentium Dual Core                       

                    5. ซีพียูตระกูล Core 2 Duo                       

                    6. ซีพียูตระกูล Core 2 Extreme Processor                       

                    7. ซีพียูตระกูล Core i7 

                    8. ซีพียูตระกูล  Core i7  Extreme  

ส่วนประกอบของ CPU

ส่วนประกอบภายในของ CPU

1.หน่วยประมวลผลกลาง (CentralProcessingUnit;CPU)

หน่วยประมวลผลกลาง เปรียบได้กับสมองของคอมพิวเตอร์ เป็นส่วนที่สำคัญที่สุด ทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางการประมวลผลและควบคุมระบบต่างๆ ของคอมพิวเตอร์ ให้ทุกหน่วยทำงานสอดคล้องสัมพันธ์กัน 

หน่วยประมวลผลกลาง ประกอบด้วยหน่วยย่อย ดังนี้

·         หน่วยควบคม (Control Unit)

·         หน่วยคำนวณและตรรกะ (Arithmetic and Logic Unit ; ALU)

·         หน่วยความจำหลัก (Main Memory Unit)  

การสื่อสารระหว่างหน่วยต่างๆ ใน CPU จะใช้สายสัญญาณที่เรียกว่า Bus Line หรือ Data Bus

หน่วยควบคุม (Control Unit)

หน่วยควบคุมทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของหน่วยทุกๆ หน่วย ใน CPU และอุปกรณ์อื่นที่ต่อพ่วง เปรียบเสมือนสมองที่ควบคุมการทำงานส่วนประกอบต่าง ๆ ของร่างกายมนุษย์ เช่น แปลคำสั่งที่ป้อน ควบคุมให้หน่วยรับข้อมูลรับข้อมูลเข้ามาเพื่อทำการประมวลผล ตัดสินใจว่าจะให้เก็บข้อมูลไว้ที่ไหน ถูกต้องหรือไม่ ควบคุมให้ ALU ทำการคำนวณข้อมูลที่รับเข้ามา ตลอดจนควบคุมการแสดงผลลัพธ์ เป็นต้น

หน่วยคำนวณและตรรกะ (ALU; Arithmetic and Logic Unit)

หน่วยคำนวณและตรรกะ ทำหน้าที่คำนวณทางคณิตศาสตร์ (Arithmetic operations) และการคำนวณทางตรรกศาสตร์ (Logical operations) โดยปฏิบัติการเกี่ยวกับการคำนวณได้แก่ การบวก (Addition) ลบ (Subtraction) คูณ (Multiplication) หาร (Division) สำหรับการคำนวณทางตรรกศาสตร์ ประกอบด้วย การเปรียบเทียบค่าจริง หรือเท็จ โดยอาศัยตัวปฏิบัติการพื้นฐาน 3 ค่าคือ

·         เงื่อนไขเท่ากับ (=, Equal to condition)

·         เงื่อนไขน้อยกว่า (<, Less than condition)

·         เงื่อนไขมากกว่า (>, Greater than condition)

·         สำหรับตัวปฏิบัติการทางตรรกะ สามารถนำมาผสมกันได้ทั้งหมด 6 รูปแบบ คือ

·         เงื่อนไขเท่ากับ (=, Equal to condition)

·         เงื่อนไขน้อยกว่า (<, Less than condition)

·         เงื่อนไขมากกว่า (>, Greater than condition)

·         เงื่อนไขน้อยกว่าหรือเท่ากับ (<=, Less than or equal condition)

·         เงื่อนไขมากกว่าหรือเท่ากับ (>=, Greater than or equal condition)

·         เงื่อนไขน้อยกว่าหรือมากกว่า (< >, Less than or greater than condition) ซึ่งเป็นเงื่อนไขที่มีค่าคือ "ไม่เท่ากับ (not equal       to)" นั่นเอง

หน่วยความจำหลัก (Main Memory Unit)

หน่วยความจำหลัก ซึ่งมีชื่อเรียกหลายชื่อ ได้แก่ Main Memory Unit, Primary Storage Unit, Internal Storage Unit เป็นหน่วยที่ใช้เก็บข้อมูล และคำสั่งเพื่อใช้ในการประมวลผล และเก็บข้อมูลตลอดจนคำสั่ง ชั่วคราวเท่านั้น ข้อมูลและคำสั่งจะถูกส่งมาจากหน่วยควบคุม สามารถแบ่งได้เป็น 2 ประเภท คือ

·         หน่วยความจำสำหรับเก็บคำสั่ง (Program Memory)

·         หน่วยความจำสำหรับเก็บข้อมูลและคำสั่ง (Data & Programming Memory

หน่วยความจำสำหรับเก็บข้อมูลและคำสั่ง (Data & Programming Memory) หรือที่เรียกว่า แรม (RAM; Random Access Memory) เป็นหน่วยความจำที่สามารถเก็บข้อมูล และคำสั่งจากหน่วยรับข้อมูล แต่ข้อมูลและคำสั่งเหล่านั้นสามารถหายไปได้ เมื่อมีการรับข้อมูลหรือคำสั่งใหม่ หรือปิดเครื่อง หรือกระแสไฟฟ้าขัดข้อง หน่วยความจำแรม เป็นหน่วยความจำที่สำคัญที่สุดของคอมพิวเตอร์ จำเป็นจะต้องเลือกซื้อให้มีขนาดใหญ่พอสมควร มิเช่นนั้นจะทำงานไม่สะดวก แรมในปัจจุบันแบ่งได้เป็น

1. SRAM (Static RAM) ทำงานได้โดยไม่ต้องอาศัยสัญญาณนาฬิกา เป็นหน่วยความจำที่สามารถอ่านและเขียนข้อมูลได้เร็วกว่า DRAM เนื่องจากไม่ต้องมีการรีเฟรชอยู่ตลอดเวลา แต่หน่วยความจำชนิดนี้มีราคาแพงและจุข้อมูลได้ไม่มาก จึงนิยมใช้เป็นหน่วยความจำแคลชซึ่งเป็นอุปกรณ์ช่วยเพิ่มความเร็วในการทำงานของ DRAM

2. DRAM (Dynamic RAM) ทำงานโดยอาศัยสัญญาณนาฬิกามากระตุ้น แต่ก็มีจุดเด่นคือ มีขนาดเล็กกว่า SRAM และสิ้นเปลืองพลังงานน้อยกว่า ยังแบ่งย่อยได้เป็น

- FPM DRAM (Fast Page Mode Dynamic RAM)

- EDO RAM (Extended-Data-Out RAM)

- SDRAM (Synchronous Dynamic RAM)

- DDR SDRAM (Double Data Rate Synchronous Dynamic RAM)

- RDRAM (Rambus Dynamic RAM)