Maxbook Os X Lion (New): อุปกรณ์ประมวลผล

อุปกรณ์ประมวลผล

อุปกรณ์ประมวลผล ทำหน้าที่ในการควบคุมการทำงานของระบบคอมพิวเตอร์ ซึ่งอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องกับการประมวลผล จะประกอบด้วย

- ซีพียู ( CPU - Central Processing Unit) เป็นอุปกรณ์หลักในการประมวลผลภายในคอมพิวเตอร์ มีหน้าที่ควบคุมและประมวล ผลจากอุปกรณ์นำ ข้อมูลเข้า ( Input Device) แล้วส่งผลลัพธ์ออกไปยังอุปกรณ์แสดงผล ( Output Device)

ซีพียู (CPU)

ซีพียู คืออะไร ?

ซีพียู (CPU) คือ อุปกรณ์ตัวหนึ่งที่มีความสำคัญและจำเป็นในการทำงานของคอมพิวเตอร์ซึ่งอาจจะเรียกว่าเป็นหัวใจของคอมพิวเตอร์เลยก็ได้ ซีพียู เป็นตัวควบคุมการทำงานของอุปกรณ์ต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นอุปกรณ์ที่อยู่ในคอมพิวเตอร์ หรืออุปกรณ์ต่อพ่วงที่ต่อร่วมกับคอมพิวเตอร์ โดย จะเป็นตัวกำหนดความสำคัญของอุปกรณ์ว่าตัวใดมีความสำคัญมากกว่าซึ่งหากติดตั้งอุปกรณ์ 2 ตัวที่อินเทอรัพ, การแจ้งกับซีพียูว่าจะขอเฉพาะอุปกรณ์ที่มีความสำคัญมากกว่าเท่านั้น ส่วนตัวที่สำคัญน้อยกว่าจะไม่สามารถใช้งานได้ เช่น ถ้าเราต่อการ์ดจอภาพกับการ์ดเสียงที่อินเทอรัพเดียวกัน ซีพียู จะเลือกให้ใช้ได้เฉพาะการ์ดจอภาพเท่านั้น

CPU ทำหน้าที่อะไร

CPU หรือ Central Processing Unit เป็นหัวใจหลักในการประมวลของคอมพิวเตอร์ โดยพื้นฐานแล้วซีพียูทำหน้าที่ประมวลผลข้อมูลเชิงคณิตศาสตร์และข้อมูลเชิงตรรกะเท่านั้น แต่ทำไมการคำนวณขนาดนี้ ต้องมีการพัฒนาซีพียูกันไม่หยุดหย่อน ย้อนกลับไปปี 1946 คอมพิวเตอร์ยุคแรกที่มีชื่อที่พอจะจำได้ก็คือ ENIVAC นั้นทำงานโดยใช้หลอดไดโอด ซึ่งสถานะการทำงานของหลอดพวกนี้ มีสองอย่าง คือ 1 กับ 0 จะมีค่าเป็น 1 เมื่อมีกระแสไหลผ่านและเป็น 0 เมื่อไม่มีกระแสไหลผ่าน นั่นจึงเป็นเหตุผลให้คอมพิวเตอร์ใช้เลขฐาน 2 ในการคำนวณ ครั้นต่อมาวิทยาการก้าวหน้าขึ้นเรื่อยๆ จากหลอดไดโอดก็พัฒนาเป็นทรานซิสเตอร์ และจากทรานซิสเตอร์ก็พัฒนาเป็นวงจรขนาดเล็ก ซึ่งรู้จักกันในชื่อของ IC และในที่สุดก็พัฒนาเป็น Chip อย่างที่เรารู้จักกันมาจนปัจจุบันนี้ สิ่งที่ผู้ผลิตซีพียูพยายามเพิ่มก็คือ ประสิทธิภาพในการประมวลผลของซีพียู เมื่อกล่าวถึงซีพียูและการประมวลผล สิ่งหนึ่งที่เราต้องเข้าใจคือภายในซีพียูไม่มีหน่วยเก็บข้อมูลสำหรับเก็บข้อมูลปริมาณมากๆ และซีพียูในยุคแรกๆ ก็ไม่มี Cache ด้วยซ้ำไป ปัจจัยที่มีผลต่อความเร็วของซีพียูก็คือ ความเร็วในการประมวลผลและความเร็วในการโอนย้ายข้อมูล ซีพียูในยุคแรกๆ นั้นประมวลผลด้วยความเร็ว 4.77 MHz และมีบัสซีพียู (CPU BUS) ความกว้าง 8 บิต เรียกกันว่าซีพียู 8 บิต (Intel 8080 8088) นั้นก็คือซีพียูเคลื่อนย้ายข้อมูลครั้งละ 1 ไบต์ ยุคต่อมาเป็นซีพียู 16 บิต 32 บิต และ 64 บิต ปัจจุบันโดยเฉพาะซีพียูรุ่นใหม่ๆ เคลื่อนย้ายข้อมูลครั้งละ 128 บิต ในการเคลื่อนย้ายข้อมูลนั้น เกิดขึ้นจากการควบคุมสัญญาณนาฬิกา ซึ่งนับสัญญาณเป็น Clock 1 เช่น ซีพียู 100 MHz หมายความว่าเกิดสัญญาณนาฬิกา 100 ครั้งต่อวินาที

กลไกการทำงานของซีพียู

การทำงานของคอมพิวเตอร์ ใช้หลักการเก็บคำสั่งไว้ที่หน่วยความจำ ซีพียูอ่านคำสั่งจากหน่วยความจำมาแปลความหมายและกระทำตามเรียงกันไปทีละคำสั่ง หน้าที่หลักของซีพียู คือควบคุมการทำงานของคอมพิวเตอร์ทั้งระบบ ตลอดจนทำการประมวลผล

กลไกการทำงานของซีพียู มีความสลับซับซ้อน ผู้พัฒนาซีพียูได้สร้างกลไกให้ทำงานได้ดีขึ้น โดยแบ่งการทำงานเป็นส่วน ๆ มีการทำงานแบบขนาน และทำงานเหลื่อมกันเพื่อให้ทำงานได้เร็วขึ้น

ปัจจัยที่มีผลต่อความเร็วของซีพียู

ความสามารถในการประมวลผล (Processing Power) คือประสิทธิภาพและความเร็วในการทำงานของซีพียู ซึ่งขึ้นอยู่กับชนิดหรือรุ่นของซีพียู เครื่องคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล (Personal Computer) โดยทั่วไปจะใช้ซีพียูในตระกูลของอินเทล เช่น Pentium I, Pentium II, Pentium III ส่วนเครื่องคอมพิวเตอร์อื่นจะใช้ซีพียูที่ต่างกันออกไป

คอมพิวเตอร์ทำงานด้วยความเร็วที่แตกต่างกันซึ่งขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ ดังนี้

• รีจิสเตอร์

• หน่วยความจำภายนอก

• สัญญาณนาฬิกา เป็นจังหวะ สัญญาณ (Pulse) ในหนึ่งรอบสัญญาณ (Clock Cycle) คอมพิวเตอร์จะคำนวณหนึ่งครั้ง ส่วนความเร็วของรอบสัญญาณ คือจำนวนรอบของสัญญาณต่อวินาที ซึ่งมีความเร็วมากกว่า 100 ล้านรอบต่อวินาที (100 Megahertz) (แอนนา 2540: 9)

• บัส

• หน่วยความจำแคช

• Passing Math Operation

ในที่นี้จะยกตัวอย่างไมโครโปรเซสเซอร์ (CPU) ของ Intel ซึ่งมีวิวัฒนาการมาตามลำดับดังนี้
4004: เป็นไมโครโปรเซสเซอร์รุ่นแรกของ Intel มีหน่วยความจำขนาด 4 บิต อ้างอิงหน่วยความจำได้ 640 byte ผลิตด้วยเทคโนโลยีของ P-Channel MOSFET สามารถประมวลผลคำสั่งได้ 50 KIPs(Kilo Instruction per second)
8008: เป็นไมโครโปรเซสเซอร์ขนาด 8 bit มีหน่วยความจำ 16 Kbyte
8080: เป็นไมโครโปรเซสเซอร์รุ่นแรกที่การนำมาใช้งานในแบบ Personal Computer มีหน่วยความจำ 64 Kbyte

8086-8088: เป็นไมโครโปรเซสเซอร์ขนาด 16 bit อ้างอิงหน่วยความจำได้ 1 Mbyte โดยมีการเพิ่มชุดคำสั่งในการคูณและหาร มีการใช้สถาปัตยกรรมแบบ CISC (Complex Instruction Set Computer)
80286: เป็นไมโครโปรเซสเซอร์ขนาด 16 bit รุ่นที่เริ่มมีการใช้งานคอมพิวเตอร์กันอย่างแพร่หลาย สามารใช้หน่วยความจำได้ถึง 16 Mbyte ที่สัญญาณนาฬิกา 8 MHz
80386: เป็นยุคเริ่มต้นของการพัฒนาไมโครโปรเซสเซอร์ขนาด 32 bit มีการทำงานแบบ Multitasking และพัฒนาให้สามารถใช้งานหน่วยความจำได้ถึง 4 Gbyte
80486: เพิ่มการติดตั้ง Math-coprocessor เข้าไปใน CPU เพื่อให้สามารถทำการคำนวณเลขทศนิยมได้มากขึ้น
80586 หรือ Pentium: ได้มีการพัฒนาคำสั่งที่ใช้งานกับ multimedia (Multimedia Extension หรือที่เราเรียกว่า MMX นั่นเอง)สามารถประมวลผลคำสั่งได้ครั้งละ 2 คำสั่งแยกกัน ซึ่งเรียกเทคโนโลยีนี้ว่า Superscalar
Pentium Pro: เิพิ่มความสามารถในการประมวลผลจากรุ่น Pentium คือสามารถประมวลผลเลขจำนวนเต็มจากเดิม 2 ชุด มาเป็นการประมวลผลเลขจำนวนเต็ม 3 ชุด พัฒนาให้สามารถใช้งานหน่วยความจำได้ถึง 64 Gbyte และพัฒนาการนำระบบ cache มาใช้เพื่อลดเวลาในการรอคอยของ CPU
Pentium II: พัฒนาระบบ cache โดยนำ cache level 2 มารวมอยู่บนตัว CPU
Celeron: เป็นไมโครโปรเซสเซอร์สำหรับตลาดระดับล่างของ Intel โดยลดความสามารถของ CPU ลง และมี cache ที่มีขนาดเล็ก
Pentium III: มีการเพิ่มชุดคำสั่งที่ช่วยประมวลผลในด้านต่างๆลงไป ในเทคโลยี MMX ปรับปรุงประสิทธิภาพของ cache ให้มีอัตราการรับส่งข้อมูลที่เร็วขึ้น
Pentium 4: มีการพัฒนาเทคโนโลยี Hyperthreated ทำให้สามารถทำงานพร้อมๆกันทีละหลายๆโปรแกรมได้ดีขึ้น
Pentium M: เป็นการพัฒนาเทคโนโลยีของ Pentium 4 ให้ใช้กำลังไฟน้อยลง เพื่อนำมาใช้ใน notebook ให้ประหยัดพลังงานมากขึ้น
Pentium D: เริ่มใช้สถาปัตยกรรมแบบ Multicore โดยมี 2 core แยกออกมา
Intel Core 2 Duo: พัฒนาจาก Pentium D โดยใช้การแชร์ 2 core ด้วยกัน หรือที่เราเรียกว่า dual core นั่นเอง

เพื่อให้เห็นวิวัฒนาการในด้านต่างๆของ CPU ได้อย่างชัดเจน จึงใช้ตารางนำเสนอลักษณะของ CPU ใน 5 ด้าน ดังนี้
1. ความเร็วในการทำงาน (Clock frequency)
2. จำนวนคำสั่งที่สามารถทำงานได้ต่อวินาที (Millions of Instruction per second: MIPS)
3. จำนวนของทรานซิสเตอร์ที่อยู่ภายใน
4. ขนาดของ CPU (Pixel size)
5. ขนาดของข้อมูลที่สามารถประมวลผลได้ (Address bus bits)Microprocessor hall of fame (Intel Single core)