ซีพียู CPU

 


ซีพียู CPU

      ซีพียู CPU (Central Processing Units) หรือ หน่วยประมวลผลกลาง คือส่วนที่เรียกว่าเป็นหัวใจของเครื่องคอมพิวเตอร์นั่นเอง เพราะการทำงานทั้งหมดไม่ว่าจะเป็นการคำนวณ การย้ายข้อมูล การตัดสินใจ ล้วนเกิดขึ้นที่นี่ทั่งสิ้น เพียงแต่ว่าซีพียูจะต้องมีอุปกรณ์อื่น ๆ ทำงานร่วมด้วย เพื่อให้สามารถติดต่อกับโลกภายนอกได้นั่นก็คือการับข้อมูลและแสดงผลข้อมูล

      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. แอดเดรสคือตัวเลขที่ใช้กำหนดตำแหน่งที่อยู่ของข้อมูลในหน่วยความจำหรือStorageข้อมูลที่ซีพียูประมวลผลจะแสดงด้วยแอดเดรสของข้อมูล ไม่ใช่ค่าจริงๆของข้อมูล

     3. บัส
ชุดของเส้นลวดนำไฟฟ้าที่เป็นทางเดินของข้อมูลจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งบัสในคอมพิวเตอร์คือบัสข้อมูล (Data bus) หรือระบบบัส(systembus)ซึ่งเป็นเส้นทางผ่านของข้อมูลจากอุปกรณ์อินพุต/เอาต์พุตหน่วยความจำหลักและซีพียูภายในซีพียูเองก็มี
บัสภายในที่ใช้ส่งผ่านข้อมูลระหว่าง 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. รีจิสเตอร
เป็นหน่วยความจำไดนามิกขนาดเล็กที่มีบทบาทสำคัญในโครงสร้างของโปรเซสเซอร์ รีจิสเตอร์ใช้เก็บข้อมูลที่ถูกประมวลผลไว้จนกว่าจะ พร้อมที่จะส่งไปคำนวณ หรือส่งไปแสดงผลให้แก่ยูสเซอร์

      7. ทรานซิสเตอร
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)
มีหน้าที่จัดการกับการคำนวณทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนที่เกี่ยวกับเลขทศนิยมหรือตัวเลขที่เป็นเศษส่วนการคำนวณเลขทศนิยม
มักเกิดขึ้นเมื่อพีซีรันโปรแกรมพวกกราฟฟิก 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