เรื่อง หน่วยประมวลผลกลาง
หน่วยประมวลผลกลาง เรียกอีกอย่างหนึ่งว่า ซีพียู (Central Processing Unit : CPU) หน่วยประมวลผลกลางเป็นส่วนที่สำคัญของคอมพิวเตอร์ ปัจจุบันเทคโนโลยีทางด้านการผลิตวงจรอิเล็กทรอนิกส์ได้ก้าวหน้ามากจนถึงขั้นสามารถผลิตวงจรหน่วยประมวลผลกลางทั้งวงจรไว้ในชิพเพียงตัวเดียวได้ ชิพหน่วยประมวลผลกลางนี้มีชื่อเรียกว่าไมโครโพรเซสเซอร์
ไมโครโพรเซสเซอร์
หน่วยประมวลผลกลางแบ่งออกเป็น 2 หน่วย คือ หน่วยควบคุม (control unit) และหน่วยคำนวณและตรรกะ(Arithmetic Logic Unit : ALU)
ท หน่วยควบคุม ทำหน้าที่ในการควบคุมลำดับการทำงานภายในหน่วยประมวลผล กลางระหว่างประมวลผล
ท หน่วยคำนวณและตรรกะ ทำหน้าที่นำข้อมูลซึ่งเป็นสัญญาณไฟฟ้าแบบตัวเลขฐานสองมาประมวลผลทางคณิตศาสตร์ และตรรกศาสตร์
การทำงานนี้จะเป็นไปตามคำสั่งในโปรแกรม เริ่มด้วยหน่วยประมวลผลจะอ่านคำสั่งและข้อมูลต่างๆ จากหน่วยรับเข้าเก็บไว้ที่หน่วยความจำหลัก หลังจากนั้นหน่วยประมวลผลกลางจะอ่านคำสั่งจากหน่วยความจำทีละคำสั่งมาตีความหมายและกระทำตาม การกระทำดังกล่าวจะกระทำอย่างรวดเร็วมาก หน่วยประมวลผลกลางสามารถอ่านคำสั่งมาตีความหมายและกระทำตามได้หลายล้านคำสั่งต่อวินาที ด้วยประสิทธิภาพการทำงานที่รวดเร็วนี้เอง ทำให้หน่วยประมวลผล กลางสามารถทำการประมวลผลได้มากและรวดเร็ว
พัฒนาการของหน่วยประมวลผลกลางได้เริ่มจากการให้หน่วยประมวลผลกลางอ่าน ข้อมูลจากหน่วยความจำหลักด้วยรหัสเลขฐานสอง ครั้งละ 8 บิต เรียกซีพียูแบบนี้ว่าซีพียูขนาด 8 บิต ต่อมาเมื่อสร้างหน่วยประมวลผลกลางได้ดีขึ้นทำให้อ่านคำสั่งหรือข้อมูลเข้ามาได้ครั้งละ 16 บิต การประมวลผลก็กระทำครั้งละ 16 บิตด้วย เรียกซีพียูแบบนี้ว่าซีพียูขนาด 16 บิต ปัจจุบันซีพียูที่ใช้งานสามารถอ่านคำสั่ง หรือข้อมูลได้ถึงครั้งละ 128 บิต ทำให้ทำงานได้มากและรวดเร็วขึ้น
กลไกการทำงานของซีพียูมีจังหวะการทำงานที่แน่นอนเช่น อ่านข้อมูลจากอุปกรณ์รับเข้าเก็บไว้ที่หน่วยความจำหลัก อ่านข้อมูลจากหน่วยความจำหลักแล้วนำมาตีความหมายคำสั่งในซีพียู ดำเนินการตามที่คำสั่งนั้นบอกให้กระทำ การกระทำเหล่านี้เป็นจังหวะที่แน่นอน การกำหนดความเร็วของจังหวะจะใช้สัญญาณนาฬิกาที่มีความเร็วสูงมาก ซีพียูรุ่นใหม่ๆ สามารถใช้สัญญาณนาฬิกาที่มีความเร็วได้สูงกว่า 2 กิกะเฮิรตซ์
วิวัฒนาการของไมโครโพรเซสเซอร์
1.ไมโครโพรเซสเซอร์ 8086 เริ่มพัฒนาและนำออกมาใช้งานตั้งแต่ปี พ.ศ. 2523 เป็นซีพียูขนาด 16 บิต อย่างไรก็ดีบริษัทผู้ผลิตได้ผลิตซีพียูรุ่น 8088 ในเวลาต่อมา และกลายเป็นซีพียูของไมโครคอมพิวเตอร์ ซีพียูรุ่นนี้มีโครงสร้างการทำงานที่ต่อเชื่อมกับหน่วยความจำหลักโดยตรงได้มากถึง 1 เมกะไบต์ หน่วยของหน่วยความจำ เป็นดังนี้
1 ไบต์ (byte)
1 กิโลไบต์ (kilobyte) 1 เมกะไบต์ (megabyte) 1 กิกะไบต์ (gigabyte) |
เท่ากับ
เท่ากับ เท่ากับ เท่ากับ |
8 บิต
1024 ไบต์ 1024 กิโลไบต์ 1024 เมกะไบต์ |
2.ไมโครโพรเซสเซอร์ 80286 เป็นพัฒนาการรุ่นต่อมาของ 8086 นำออกจำหน่ายในปี พ.ศ. 2526 ต่อมากลายเป็นซีพียูของเครื่องไมโครคอมพิวเตอร์ รุ่นเอที ขีดความสามารถของ 80286 ยังคงเป็นไมโครโพรเซสเซอร์ขนาด 16 บิต แต่สามารถเชื่อมต่อกับหน่วยความจำหลักได้โดยตรงถึง 16 เมกะไบต์
3.ไมโครโพรเซสเซอร์ 80386 เป็นซีพียูรุ่นที่สามที่ใช้ในไมโครคอมพิวเตอร์ นำออกจำหน่ายในปี พ.ศ. 2529 ซีพียูรุ่นนี้เป็นซีพียูขนาด 32 บิต มีประสิทธิภาพการทำงานได้ดีกว่า 80286 มาก โดยเฉพาะโครงสร้างการเชื่อมต่อกับหน่วยความจำสามารถต่อได้ถึง 4 กิกะไบต์
4.ไมโครโพรเซสเซอร์ 80486 พัฒนาต่อเนื่องมาจาก 80386 เริ่มผลิตออกจำหน่ายในปี พ.ศ. 2533 ซีพียูตัวนี้ยังคงเป็นซีพียูแบบ 80386 แต่เพิ่มขีดความสามารถในการคำนวณจำนวนจริง ไมโครโพรเซสเซอร์นี้มีสถาปัตยกรรมที่ซับซ้อนขึ้น มีจำนวนทรานซิสเตอร์กว่าหนึ่งล้านตัวในชิพเดียวกัน
5.ไมโครโพรเซสเซอร์ที่สูงกว่าไมโครโพรเซสเซอร์ 80486 บริษัทผู้ผลิตได้เปลี่ยนชื่อรุ่นซีพียูจากการใช้หมายเลขมาเป็นชื่อทางการค้า เช่น เพนเทียม (pentium) เอทรอน(athlon) ซึ่งซีพียูนี้มีจำนวนทรานซิสเตอร์มากกว่าสามล้านตัวเป็นซีพียูขนาด 64 บิต และทำงานได้เร็วกว่าไมโครโพรเซสเซอร์ 80486 โดยเฉพาะมีการทำงานภายในด้วยกระบวนการทำงานแบบขนานเพื่อให้ทำงานได้เร็วขึ้น
