1. ส่วนควบคุม (Control Unit) เป็นศูนย์กลางการควบคุมการทำงานภายในหน่วยประมวลผล
2. ส่วนการคำนวณทางคณิตศาสตร์และตรรกะศาสตร์ (Arithmetic/Logic Unit) เป็นส่วนของการคำนวณต่าง ๆ
3. หน่วยความจำและรีจิสเตอร์ (Primary Memory/Register) ช่วยในการเก็บข้อมูลชั่วคราวเพื่อนำไปประมวลผลหรือจัดเตรียมข้อมูลก่อนและหลังการจัดเก็บข้อมูล
หน่วยควบคุม (Control Unit)
มารู้จักรกับ CPU Intel รุ่นต่างๆ ตั้งแต่ Pentium 4 ขึ้นไป
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
1. ซีพียูตระกูล Pentium 4
670, 661, 660, 651, 650, 641, 640, 631, 630, 551, 541, 531, 521 [มี Hyper-Threading]524, 519K, 516, 511, 506 [ไม่มี Hyper-Threading] CPU Single-core มีความเร็วตั้งแต่ 2.66 - 3.80GHz มี Cache L2 ตั้งแต่ 1 - 2MB มี FSB ตั้งแต่ 533 – 800MHz มีระบบประหยัดพลังงาน Intel SpeedStep (ยกเว้น Pentium 551, 541, 531, 521, 524, 519K, 516, 506) รองรับ EM64T มีเทคโนโลยีป้องกันการโจมตีของไวรัส ใช้การผลิตแบบ 90 และ 65นาโนเมตร บน LGA775
2. ซีพียูตระกูล Pentium D
960, 950, 945, 940, 930, 925, 920, 915, 840, 830, 820, 805 CPU Dual-core มีความเร็วตั้งแต่ 2.8 - 3.60GHz มี Cache L2 ตั้งแต่ 2 - 4MB มี FSB 800MHz ไม่มี Hyper-Threading มีระบบประหยัดพลังงาน Intel SpeedStep (ยกเว้น PentiumD820,805) รองรับ EM64T มีเทคโนโลยีป้องกันการโจมตีของไวรัส ใช้การผลิตแบบ 90 และ 65นาโนเมตร บน LGA775
3. ซีพียูตระกูล Pentium Extreme
965, 955, 840 CPU Dual-core มีความเร็วตั้งแต่ 3.20 - 3.73GHz มี Cache L2 ตั้งแต่ 2 - 4MB มี FSB ตั้งแต่ 800 - 1066MHz มีเทคโนโลยี Hyper-Threading ไม่มีระบบประหยัดพลังงาน รองรับ EM64T มีเทคโนโลยีป้องกันการโจมตีของไวรัส ใช้การผลิตแบบ 90 และ 65นาโนเมตร บน LGA775
4. ซีพียูตระกูล Core 2 Duo
E6700, E6600, E6400, E6300, E7600, E7500, E7400, E7300, E7200, E8600, E8500, E8400 CPU Dual-core มีความเร็วตั้งแต่ 1.86 – 3.33GHz มี Cache L2 ตั้งแต่ 2 - 4MB FSB ตั้งแต่ 1333 - 1066MHz ไม่มี Hyper-Threading มีระบบประหยัดพลังงาน Intel SpeedStep รองรับ EM64T มีเทคโนโลยีป้องกันการโจมตีของไวรัส ใช้การผลิตแบบ 45นาโนเมตร บน LGA775
5. ซีพียูตระกูล Core 2 Quad
โปรเซสเซอร์ Intel® Core™2 Quad ซึ่งมีพื้นฐานจากการปฏิวัติทางนวัตกรรมของ Intel® Core™ microarchitecture มอบ หน่วยประมวลผลสี่แกนหลักในโปรเซสเซอร์ตัวเดียว นำมาซึ่งประสิทธิภาพและการตอบสนองที่รวดเร็วอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อนสำหรับ การใช้งานแบบมัลติเธรดและมัลติทาสกิ้งในสภาพแวดล้อมการทำงานที่บ้านและใน สำนักงานเวอร์ชั่นล่าสุดของโปรเซสเซอร์นี้สร้างขึ้นจากเทคโนโลยีการผลิต 45nm ของ Intel ที่จะนำประโยชน์ที่แตกต่างมากให้กับคุณ เทคโนโลยีนี้ใช้ทรานซิสเตอร์ hafnium-infused Hi-k ซึ่ง ช่วยให้โปรเซสเซอร์มีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้นโดยการเพิ่มความหนาแน่นของ ทรานซิสเตอร์เป็นสองเท่า เป็นการช่วยเพิ่มสมรรถนะและความเร็วเมื่อเทียบกับรุ่นก่อนหน้า และช่วยเพิ่มขนาดแคชเพิ่มขึ้นสูงสุดถึง 50 เปอร์เซ็นต์ เทคโนโลยีการผลิต 45nm ของ Intel ช่วยให้โปรเซสเซอร์ Intel Core 2 Duo มอบประสิทธิภาพที่เหนือกว่าโดยไม่ได้ใช้พลังงานมากขึ้น โปรเซสเซอร์ Intel® quad-core นี้เป็นตัวแทนของความเป็นผู้นำอย่างต่อเนื่องของ Intel และเป็นการช่วยผลักดันการใช้งานหน่วยประมวลผลแบบมัลติคอร์
6. ซีพียูตระกูล Core 2 Extreme
CPU Dual-core ความเร็ว 2.93GHz มี Cache L2 ขนาดใหญ่ถึง 4MB FSB 1066MHz ไม่มี Hyper-Threading มีระบบประหยัดพลังงาน Intel SpeedStep รองรับ EM64T มีเทคโนโลยีป้องกันการโจมตีของไวรัส ใช้การผลิตแบบ 45 นาโนเมตร บน LGA775
7. ซีพียูตระกูล Core i7
Intel Core i7 รุ่นธรรมดา มี 2 รุ่น คือ
1. Intel Core i7 920
= 2.67 GHz ,
= L2 Cache 256x4KB,L3Cache 8MB Share,
= Multiplier 20x
= BusSpeed 133.3 MHz
= QPI 2.4GHz = TDP 130 w
= Socket B LGA 1366
= MMX,SSE,SSE2,SSE3,SSSE3,SSE4.1,SSE4.2,EMT64T
2. Intel Core i7 940
= 2.93 GHz ,
= L2 Cache 256x4KB,L3Cache 8MB Share,
= Multiplier 22x
= BusSpeed 133.3 MHz
= QPI 2.4GHz = TDP 130 w
= Socket B LGA 1366
= MMX,SSE,SSE2,SSE3,SSSE3,SSE4.1,SSE4.2,EMT64T
8. ซีพียูตระกูล Core i7 Extreme
Intel Core i7 Extreme มี 1 รุ่น ดังนี้
Intel Core i7 920
= 3.20 GHz ,
= L2 Cache 256x4KB,L3Cache 8MB Share,
= Multiplier 24x
= BusSpeed 133.3 MHz
= QPI 3.2GHz
= TDP 130 w
= Socket B LGA 1366
= MMX,SSE,SSE2,SSE3,SSSE3,SSE4.1,SSE4.2,EMT64T
- หน่วยความจำหลัก (Main Memory Unit)
- 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)
- อ่านชุดคำสั่ง (fetch)
- ตีความชุดคำสั่ง (decode)
- ประมวลผลชุดคำสั่ง (execute)
- อ่านข้อมูลจากหน่วยความจำ (memory)
- เขียนข้อมูล/ส่งผลการประมวลกลับ (write back)
การทำงานของหน่วยประมวลผลกลาง
การทำงานของหน่วยประมวลผลกลางแบ่งออกตามหน้าที่ได้เป็นห้ากลุ่มใหญ่ๆ ดังนี้ โดยทำงานทีละคำสั่ง จากคำสั่งที่เรียงลำดับกันไว้ตอนที่เขียนโปรแกรม
- Fetch - การอ่านชุดคำสั่งขึ้นมา 1 คำสั่งจากโปรแกรม ในรูปของรหัสเลขฐานสอง (Binary Code from on-off of BIT)
- Decode - การตีความ 1 คำสั่งนั้นด้วยวงจรถอดรหัส (Decoder circuit) ตามจำนวนหลัก (BIT) ว่ารหัสนี้จะให้วงจรอื่นใดทำงานด้วยข้อมูลที่ใด
- Execute - การทำงานตาม 1 คำสั่งนั้น คือ วงจรใดในไมโครโปรเซสเซอร์ทำงาน เช่น วงจรบวก วงจรลบ วงจรเปรียบเทียบ วงจรย้ายข้อมูล ฯลฯ
- Memory - การติดต่อกับหน่วยความจำ การใช้ข้อมูที่อยู่ในหน่วยจำชั่วคราว (RAM, Register) มาใช้ในคำสั่งนั้นโดยอ้างที่อยู่ (Address)
- Write Back - การเขียนข้อมูลกลับ โดยมีหน่วยจำ Register ช่วยเก็บที่อยู่ของคำสั่งต่อไป ภายหลังมีคำสั่งกระโดดบวกลบที่อยู่
วิวัฒนาการของหน่วย
แบ่งตามยุคสมัย ออกเป็น 7 ยุค ดังนี้
ยุคที่ 1 บริษัท IBM ได้ผลิตเครื่องคอมพิวเตอร์ส่วนบุคลขึ้นมา และได้เลือกใช้ซีพียู 8088 และ 8086 ของบริษัท Intel เครื่องคอมพิวเตอร์ของบริษัท IBM เป็นที่แพร่หลายจนมีผู้ผลิตเครื่องเลียนแบบออกมามากมายที่ใช้ซีพียูรุ่นนี้ ซึ่งเป็นของบริษัท Intel
ซีพียูรุ่น 8086
ยุคที่ 2 ยุคของคอมพิวเตอร์ที่ใช้ซีพียูตระกูล 286 ซึ่งยุคนี้ซีพียูจะมีความเร็วสูงสุดเพียง 20 MHz
ซีพียูรุ่น 286
ยุคที่ 3 ยุคของซีพียูตระกูล 386 เริ่มมีการใช้หน่วยความจำแคชทำงานร่วมกับซีพียู เป็นผลให้ซีพียูในตระกูล 386 มีประสิทธิภาพในการทำงานเพิ่มขึ้นกว่าในรุ่น 286
ซีพียูรุ่น 386
ยุคที่ 4 ยุคที่คอมพิวเตอร์เริ่มใช้กันอย่างแพร่หลาย ซีพียูตระกูล 486 จึงเป็นที่นิยมสำหรับผู้ใช้งานในระดับองค์กร และรวมไปถึงเครื่องคอมพิวเตอร์ที่ใช้ภายในบ้าน
ซีพียูรุ่น 486
ยุคที่ 5 เริ่มมีการตั้งซื่อของซีพียู แทนที่จะเรียกชื่อเป็นตัวเลขเช่นเดิม เริ่มจากบริษัทIntel ตั้งชื่อซีพียูว่า “Pentium” ซึ่งมีรากศัพท์มาจากภาษาโรมันซึ่งแปลว่า “ห้า” บริษัท AMDก็ตั้งชื่อของตนว่า “K5”
ซีพียูรุ่น Pentium
ยุคที่ 6 ซีพียูยังคงเป็น Pentium แต่มีความเร็วในการประมวลผลมากขึ้น ใช้ชื่อว่า“Pentium II” ทาง AMD ก็ได้ผลิตซีพียูโดยใช้ชื่อว่า “K6” ออกมา หลังจากนั้นก็มีซีพียูของทั้งสองค่ายผลิตออกมาอีกหลายรุ่นด้วยกันไม่ว่าจะเป็น Celeron , Pentium III Coppermineและ AMD K6-3
ซีพียูรุ่น Pentium II และ K6
ยุคที่ 7 ยุคปัจจุบัน ความเร็วของซีพียูได้เพิ่มขึ้นอย่างมากจนทะลุหลักถึง 1 GHzสาเหตุที่มีความเร็วขึ้นมาก อันเนื่องมาจากเทคโนโลยีการผลิตที่ออกแบบให้ซีพียูมีขนาดเล็กลงนั่นเอง ซีพียูในยุคนี้ได้แก่ Athlon , Duron ที่ ผลิตโดย AMD และ Pentium 4 ที่ผลิตโดยIntel
ซีพียูรุ่น Pentium 4 และ AMD Duron
องค์ประกอบของหน่วยประมวลผล
องค์ประกอบของ CPU
วงจรในหน่วยประมวลผลกลางเรียกว่า “ไมโครโปรเซสเซอร์ (Microprocessor)” ซึ่งเป็นชิปที่ทำจากซิลิกอน ประกอบด้วยส่วนสำคัญ 3 หน่วย ดังนี้
1. หน่วยควบคุม (Control Unit)
หน่วยควบคุม ทำหน้าที่ควบคุมลำดับขั้นตอนการการประมวลผล และการทำงานของอุปกรณ์ต่างๆ ภายในหน่วยประมวลผลกลาง และรวมไปถึงการประสานงานในการทำงานร่วมกันระหว่างหน่วยประมวลผลกลาง กับอุปกรณ์นำเข้าข้อมูล อุปกรณ์แสดงผล และหน่วยความจำสำรองด้วย เมื่อผู้ใช้ต้องการประมวลผล ตามชุดคำสั่งใด ผู้ใช้จะต้องส่งข้อมูลและชุดคำสั่งนั้นๆ เข้าสู่ระบบคอมพิวเตอร์เสียก่อน โดยข้อมูลและชุดคำสั่งดังกล่าว จะถูกนำไปเก็บไว้ในหน่วยความจำหลัก จากนั้นหน่วยควบคุมจะดึงคำสั่งจากชุดคำสั่งที่มีอยู่ในหน่วยความจำหลักออกมาทีละคำสั่งเพื่อทำการแปล ความหมายว่าคำสั่งดังกล่าวสั่งให้ฮาร์ดแวร์ส่วนใด ทำงานอะไรกับข้อมูลตัวใด เมื่อทราบความหมายของคำสั่งนั้นแล้ว หน่วยควบคุมก็จะส่งสัญญาณคำสั่งไปยังฮาร์ดแวร์ ส่วนที่ทำหน้าที่ในการประมวลผลดังกล่าว ให้ทำตามคำสั่งนั้นๆ เช่น ถ้าคำสั่งที่เข้ามานั้นเป็นคำสั่งเกี่ยวกับการคำนวณ หน่วยควบคุมจะส่งสัญญาณ คำสั่งไปยังหน่วยคำนวณและตรรกะ ให้ทำงาน หน่วยคำนวณและตรรกะ ก็จะไปทำการดึงข้อมูลจากหน่วยความจำหลักเข้ามาประมวลผลตามคำสั่ง แล้วนำผลลัพธ์ที่ได้ไปแสดงยังอุปกรณ์แสดงผล หน่วยควบคุมจึงจะส่งสัญญาณคำสั่งไปยัง อุปกรณ์แสดงผลลัพธ์ ที่กำหนดให้ดึงข้อมูลจากหน่วยความจำหลัก ออกไปแสดงให้เห็นผลลัพธ์ดังกล่าว อีกต่อหนึ่ง เปรียบเสมือนสมองที่ควบคุม การทำงานส่วนประกอบต่างๆ ของร่างกายมนุษย์ เช่น แปลคำสั่งที่ป้อน ควบคุมให้หน่วยรับข้อมูลรับข้อมูลเข้ามาเพื่อทำการประมวลผล ตัดสินใจว่าจะให้เก็บข้อมูลไว้ที่ไหน ถูกต้องหรือไม่ ควบคุมให้ ALUทำการคำนวณข้อมูลที่รับเข้ามา ตลอดจนควบคุมการแสดงผลลัพธ์ เป็นต้น โดยพื้นฐานทั่วไป ส่วนควบคุมจะทำงานเป็น 2 จังหวะ คือ
1. รับคำสั่ง ในจังหวะแรกนี้ ชุดคำสั่งจะถูกดึงจากส่วนความจำเข้าสู่ส่วนควบคุมแล้วแยกออกเป็นสองส่วน คือ ส่วนที่เป็นรหัสคำสั่ง จะแยกไปยังส่วนที่มีชื่อเรียกว่า วงจรสร้างสัญญาณ
(decoder) เพื่อเตรียมทำงานในจังหวะที่สอง และส่วนที่เป็นออเพอแรนด์ จะแยกออกไปยังวงจรอีกส่วนหนึ่ง เพื่อปฏิบัติให้เสร็จสิ้นในจังหวะแรก แล้วเตรียมพร้อมที่จะทำงานในจังหวะต่อไปเมื่อได้รับสัญญาณควบคุมส่งมาบังคับ
2. ปฏิบัติ เมื่อจังหวะแรกได้เสร็จสิ้นไปแล้ว วงจรควบคุมจะสร้างสัญญาณขึ้นเพื่อส่งไปควบคุมส่วนต่างๆ ของเครื่องคอมพิวเตอร์ตามรหัสคำสั่งที่ได้รับมา เช่น การบวก ลบ คูณ หาร หรือย้ายข้อมูล เครื่องคอมพิวเตอร์หลายแบบใช้วงจรควบคุม ที่เป็นวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่สร้างเสร็จเรียบร้อยติดไว้ในเครื่อง เครื่องคำนวณจะเก็บสัญญาณควบคุมเหล่านี้ไว้ในส่วนความจำพิเศษที่เรียกว่า “รอม (ROM)”
2. หน่วยคำนวณและตรรกะ (Arithmetic & Logical Unit : ALU)
หน่วยคำนวณตรรกะ ทำหน้าที่เหมือนกับเครื่องคำนวณอยู่ในเครื่องคอมพิวเตอร์โดยทำงานเกี่ยวข้องกับ การคำนวณทางคณิตศาสตร์ (Arithmetic operations) เช่น บวก ลบ คูณ หาร นอกจากนี้หน่วยคำนวณและตรรกะของคอมพิวเตอร์ ยังมีความสามารถอีกอย่างหนึ่งที่เครื่องคำนวณธรรมดาไม่มี คือ ความสามารถในเชิงตรรกะศาสตร์ (Logical operations) หมายถึง ความสามารถในการเปรียบเทียบตามเงื่อนไข และกฎเกณฑ์ทางคณิตศาสตร์ เพื่อให้ได้คำตอบออกมาว่าเงื่อนไขนั้นเป็นจริง หรือ เท็จ เช่น เปรียบเทียบมากว่า น้อยกว่า เท่ากัน ไม่เท่ากัน ของจำนวน 2 จำนวน เป็นต้น ซึ่งการเปรียบเทียบนี้มักจะใช้ในการเลือกทำงานของเครื่องคอมพิวเตอร์จะทำตามคำสั่งใดของโปรแกรมเป็นคำสั่งต่อไป โดยอาศัยตัวปฏิบัติการพื้นฐาน 3 ค่า คือ
· 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) ซึ่งเป็นเงื่อนไขที่มีค่า คือ “ไม่เท่ากับ (not equal to)” นั่นเอง
อีกทั้งยังแบ่งเป็นวงจรได้ 5 ชนิด คือ
1. วงจรตรรกะจัดหมู่ (combination logic) เป็นวงจรที่ให้สัญญาณผลลัพธ์ขึ้นอยู่กับสภาวะของสัญญาณที่ป้อนเข้าเท่านั้น วงจรนี้จึงไม่สามารถเก็บสัญญาณไว้ได้
2. วงจรตรรกะจัดลำดับ (sequential logic) เป็นวงจรที่มีสัญญาณผลลัพธ์ขึ้นอยู่กับสัญญาณป้อนเข้า และขึ้นอยู่กับสภาวะเดิมของสัญญาณผลลัพธ์ วงจรนี้มีคุณสมบัติที่สามารถเก็บสัญญาณ หรือความจำไว้ได้ แต่เมื่อเลิกทำงานไฟฟ้าที่ไปเลี้ยงวงจรเหล่านี้ สัญญาณหรือความจำจะสูญหายไป เช่น วงจรฟลิปฟล็อป (flip-flop) วงจรนับ (counter) วงจรชิฟต์รีจิสเตอร์ (shiftregister)
3. วงจรบวก คือ วงจรที่ทำหน้าที่บวกเลขฐานสอง โดยอาศัยวงงจรตรรกะเข้ามาประกอบเป็นวงจรบวกครึ่ง (half adder ; H.A.) ซึ่งจะให้ผลบวก S และการทดออก Co เมื่อนำเอาวงจรบวกครึ่งสองวงจรกับเกตหนึ่งวงจรมารวมกันเป็นวงจรบวกเต็ม โดยมีการทดเข้า ทดออก และผลบวก
4. วงจรลบ คือ วงจรที่ทำหน้าที่คล้ายวงจรบวก โดยใช้วงจรอินเวอร์เทอร์เข้าเปลี่ยนเลขตัวลบให้เป็นตัวประสม 1 (1's complement) คือเปลี่ยนเลข “0” เป็น “1” หรือ “0” เป็น“0” แล้วนำเข้าบวกกับตัวตั้งจึงจะได้ผลลบตามต้องการ
5. วงจรคูณและหาร การคูณสามารถทำได้ด้วยการบวกซ้ำๆ กัน และการหารสามารถทำได้ด้วยการลบซ้ำๆ กัน ดังนั้น การคูณ คือ การจัดให้วงจรบวกทำการบวกซ้ำๆ กัน ส่วนการหารก็คือ การจัดให้วงจรลบทำการลบซ้ำ นอกจากหลักการดังกล่าวแล้ว อาจจะใช้อีกหลักการหนึ่ง คือ การคูณหารบางประเภทสามารถทำได้โดยการเลื่อนจุดไปทางซ้ายหรือขวา เช่น 256.741 X 100 = 25674.1 หรือ 256.741 / 100 = 2.56741 เป็นต้น ส่วนเลขฐานสองที่คอมพิวเตอร์ใช้ก็ทำได้ในทำนองเดียวกัน
3. หน่วยความจำหลัก (Main Memory)
คอมพิวเตอร์จะสามารถทำงานได้เมื่อมีข้อมูล และชุดคำสั่งที่ใช้ในการประมวลผลอยู่ในหน่วยความจำหลักเรียบร้อยแล้วเท่านั้น และหลังจากทำการประมวลผลข้อมูลตามชุดคำสั่งเรียบร้อยแล้ว ผลลัพธ์ที่ได้จะถูกนำไปเก็บไว้ที่หน่วยความจำหลัก และก่อนจะถูกนำออกไปแสดงที่อุปกรณ์แสดงผล สามารถแบ่งได้เป็น 2 ประเภท คือ
· หน่วยความจำสำหรับเก็บคำสั่ง (Program Memory)
· หน่วยความจำสำหรับเก็บข้อมูลและคำสั่ง (Data & Programming Memory)
การทำงานขององค์ประกอบของ CPU
หน้าที่ของหน่วยประมวลผล
หน่วยประมวลผลกลางมีหน้าที่ประมวลผลข้อมูลต่างๆ ในระบบคอมพิวเตอร์ โดยหน่วยประมวลผลกลางจะทำงานตามโปรแกรมที่ระบุโดยผู้ใช้ ขั้นตอนการทำงานของหน่วยประมวลผลกลางมีลักษณะเป็นวงรอบ โดยขั้นแรกหน่วยประมวลผลกลางจะอ่านคำสั่งจากหน่วยความจำ (fetch) จากนั้นหน่วยประมวลผลกลางจะตีความคำสั่งนั้น (decode) และในขั้นตอนสุดท้ายหน่วยประมวลผลกลางก็จะประมวลผลตามคำสั่งที่อ่านเข้ามา (excute) เมื่อทำงานเสร็จหน่วยประมวลผลก็จะเริ่มอ่านคำสั่งเข้ามาอีกครั้ง
การทำงานของหน่วยประมวลผลกลาง ประกอบด้วยการคำนวณทางคณิตศาสตร์พื้นฐาน เช่น การบวก ลบ คูณ หาร การเปรียบเทียบข้อมูลสองจำนวน การควบคุมการเคลื่อนย้ายข้อมูลในส่วนต่างๆ ของระบบ เช่น เคลื่อนย้ายข้อมูลระหว่างอุปกรณ์รับข้อมูล อุปกรณ์แสดงผลกับหน่วยความจำ เป็นต้น
กระบวนการและกลไกการทำงานของหน่วยประมวลผล
1. กระบวนการทำงานพื้นฐานของหน่วยประมวลผล แบ่งเป็น 5 ขั้นตอน ดังนี้
1. อ่านชุดคำสั่ง (fetch)
· Fetch การอ่านชุดคำสั่งขึ้นมา 1 คำสั่งจากโปรแกรม ในรูปของรหัสเลขฐานสอง (Binary Code from on-off of BIT)
2. ตีความชุดคำสั่ง (decode)
· Decode การตีความ 1 คำสั่งนั้นด้วยวงจรถอดรหัส (Decoder circuit)ตามจำนวนหลัก (BIT) ว่ารหัสนี้จะให้วงจรอื่นใดทำงานด้วยข้อมูลที่ใด
3. ประมวลผลชุดคำสั่ง (execute)
· Execute การทำงานตาม 1 คำสั่งนั้น คือ วงจรใดในไมโครโปรเซสเซอร์ทำงาน เช่น วงจรบวก วงจรลบ วงจรเปรียบเทียบ วงจรย้ายข้อมูล ฯลฯ
4. อ่านข้อมูลจากหน่วยความจำ (memory)
· Memory การติดต่อกับหน่วยความจำ การใช้ข้อมูลที่อยู่ในหน่วยจำชั่วคราว (RAM , Register) มาใช้ในคำสั่งนั้นโดยอ้างที่อยู่ (Address)
5. เขียนข้อมูล/ส่งผลการประมวลกลับ (write back)
· Write Back การเขียนข้อมูลกลับ โดยมีหน่วยจำ Register ช่วยเก็บที่อยู่ของคำสั่งต่อไป ภายหลังมีคำสั่งกระโดดบวกลบที่อยู่
2. กลไกการทำงานของหน่วยประมวลผล
หน่วยประมวลผลกลางจะทำงานตามชุดคำสั่ง (instructions) ที่อ่านขึ้นมาจากหน่วยความจำหลักเท่านั้น จะเรียกสถาปัตยกรรมของระบบคอมพิวเตอร์ที่มีการเก็บโปรแกรม และข้อมูลไว้ในหน่วยความจำหลัก โดยที่หน่วยประมวลผลจะทำงานกับหน่วยความจำเท่านั้น ว่า Stored Program Architecture หรือ คอมพิวเตอร์แบบวอนนอยแมน(von Neumann Computer) โดยตั้งเป็นเกียรติให้กับ “John von Neumann”
ชุดคำสั่งของคอมพิวเตอร์ โดยทั่วไปจะประกอบด้วยส่วนย่อยๆ 2 ส่วน คือ ส่วนOpcode ซึ่งเป็นส่วนที่ระบุประเภทของการประมวลผล และส่วน Operand ซึ่งเป็นส่วนที่ระบุข้อมูลสำหรับการประมวลผลตามที่ระบุใน opcode
โดยปกตินิยมใช้ไมโครโปรเซสเซอร์ ทำหน้าที่เป็นหน่วยประมวลผลกลาง ในระบบคอมพิวเตอร์ ดังนั้น การอ้างถึงไมโครโปรเซสเซอร์จะอ้างถึงในหน้าที่ที่เป็นหน่วยประมวลผลกลาง โดยคำสองคำนี้อาจใช้แทนกันได้ มีกลไกที่สำคัญ ดังนี้
1. การทำงานของคอมพิวเตอร์ ใช้หลักการเก็บคำสั่งไว้ที่หน่วยความจำ ซีพียูอ่านคำสั่งจากหน่วยความจำมาแปลความหมายและกระทำตามเรียงกันไปทีละคำสั่ง หน้าที่หลักของซีพียู คือควบคุมการทำงานของคอมพิวเตอร์ทั้งระบบ ตลอดจนทำการประมวลผล
2. การทำงานของซีพียู มีความสลับซับซ้อน ผู้พัฒนาซีพียูได้สร้างกลไกให้ทำงานได้ดีขึ้น โดยแบ่งการทำงานเป็นส่วนๆ มีการทำงานแบบขนาน และทำงานเหลื่อมกันเพื่อให้ทำงานได้เร็วขึ้น
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น