ผู้จัดทำ

1. ผู้จัดทำ นางสาวรัมภ์รดา สุขนิกร เลขที่ 25 ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4/2 โรงเรียนเฉลิมพระเกียรติสมเด็จพระศรีนครินทร์ ระยอง เทคโนโลยีและสารสนเทศ ง.31101

2. เรื่อง 4.5 ซีพียู (CPU)และการประมวลผลข้อมูล

3. ซีพียู (CPU) คือ อุปกรณ์ตัวหนึ่งที่มีความสำคัญและจำเป็นในการทำงานของคอมพิวเตอร์ซึ่งอาจจะเรียกว่าเป็นหัวใจของคอมพิวเตอร์เลยก็ได้ ซีพียู เป็นตัวควบคุมการทำงานของอุปกรณ์ต่างๆ ซีพียูเป็นชิปสารกึ่งตัวนำตัวหนึ่งที่เป็นหัวใจการทำงานของคอมพิวเตอร์ โดยชิปตัวนี้ประกอบอยู่ในเมนบอร์ด ที่บางครั้งเรียกกันว่า system board คำว่า ชิป(chip) เป็นสารกึ่งตัวนำขนาดเล็ก ซึ่งภายในบรรจุวงจรอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆไว้มากมาย โดยภายในประกอบด้วยทรานซีสเตอร์จำนวนมาก จึงเรียกชิปต่างๆว่า ไอซี(IC) หมายถึงวงจรรวม (integrated circuit) สำหรับหน่วยประมวลผลกลาง หรือ CPU (มาจากคำว่า central processing unit)ในอดีตหน่วยประมวลผลกลางจะมีขนาดใหญ่ แต่ในปัจจุบันเมื่อนำสารกึ่งตัวกลางตัวนำมาใช้ก็ทำให้หน่วยประมวลผลกลางถูกพัฒนาให้เล็กลง โดยรวมวงจรต่างๆ ไว้ในชิปเดียว ชิปตัวนี้ถูกเรียกว่า ไมโครโปรเซสเซอร์ (microprocessor) ภายในไมโครโปรเซสเซอร์ประกอบด้วยส่วนประกอบที่สำคัญใหญ่ๆ สามส่วนคือ หน่วยควบคุม (control unit) หน่วยการกระทำกางคณิตศาสตร์และลอจิก (arithmetic logic unit) เรียกสั้นๆว่า ALU และหน่วยเก็บข้อมูลชั่วคราวภายในซีพียูที่มีชื่อว่า รีจีสเตอร์ (register)

4. หน่วยประมวลผลทางคณิตศาสตร์และลอจิก (ALU)จะทำหน้าที่ในการคำนวณต่างๆ ทางคณิตศาสตร์และทางลอจิก ซึ่งกล่าวได้ว่าหากข้อมูลคอมพิวเตอร์มีการเปลี่ยนแปลงจะต้องเกิดจากวงจรส่วนนี้ทั้งสิ้น การประมวลผลทางคณิตศาสตร์ได้แก่การบวก การลบ การคูณ การหาร นอกจากนี้ยังรวมถึงการเปรียบเทียบข้อมูลต่างๆอีกด้วย • หน่วยควบคุม (Control Unit) • เป็นตัวควบคุมอุปกรณ์ทั้งหมดภายในคอมพิวเตอร์ • ควบคุมทิศทางการรับส่งข้อมูลต่างๆให้ทำงานได้ถูกต้อง • ควบคุมขั้นตอนการทำคำสั่งของคอมพิวเตอร์ • ควบคุมการประมวลผล • การใช้บัสต่างๆในการรับส่งข้อมูล

5. ไซเคิลคำสั่ง (Machine Cycle) จากที่กล่าวไว้แล้วว่าโปรแกรมเกิดจากการนำคำสั่งมาเรียงต่อกัน เมื่อคอมพิวเตอร์ทำงาน หน่วยควบคุมจะทำการอ่านคำสั่งต่างๆ เข้ามาประมวลผลในซีพียู โดยขั้นตอนการทำคำสั่งของซีพียูประกอบด้วยขั้นตอนการทำงานพื้นฐาน 4ขั้นตอน เรียกว่าไซเคิลคำสั่ง (Machine Cucle) ประกอบด้วย • ขั้นตอนที่ 1 fetching เริ่มแรกหน่วยควบคุมของซีพียูจะอ่านรหัสคำสั่งและ ข้อมูลที่จะประมวลผลจากหน่วยความจำ RAM มาเก็บ ในซีพียู • ขั้นตอนที่ 2 decoding เมื่อรหัสคำสั่งเข้ามาอยู่ในซีพียูแล้ว หน่วยควบคุมจะ ถอด รหัสคำสั่งว่ารหัสนี้ต้องการให้ซีพียูทำอะไร เพื่อ ให้ซีพียูประมวล ผลต่อไปได้ • ขั้นตอนที่ 3 executing เมื่อถอดรหัสคำสั่งและทราบแล้วว่าต้องการทำอะไร ซีพียูก็จะทำตามคำสั่งนั้น • ขั้นตอนที่ 4 storing หลังจากทำคำสั่งก็จะเก็บผลลัพธ์ที่ได้ไว้ในหน่วยความ จำหลักของเครื่องคอมพิวเตอร์

6. รีจีสเตอร์ (Register) หน่วยเก็บข้อมูลขนาดเล็กที่อยู่ภายในซีพียู มีความเร็วในการอ่านเขียนข้อมูลสูงเรียกว่า รีจีสเตอร์ ภายในซีพียูจะใช้รีจีสเตอร์ในการเก็บข้อมูลและคำสั่งชั่วคราวเพื่อรอการประมวลผลต่อไป ตัวอย่างเช่น ถ้าหากต้องการให้ซีพียูบวกเลข เมื่อซีพียูรับข้อมูลตัวเลขเข้ามา ก็จะนำตัวเลขนั้นเก็บในรีจีสเตอร์ก่อน และจึงส่งให้ ALU บวกเลข และเมื่อALU บวกเลขเสร็จแล้วก็จะนำผลลัพธ์ที่ได้มาพักไว้ในรีจีสเตอร์ก่อนเช่นกัน ก่อนที่จะส่งออกไปเก็บในหน่วยความจำหลัก

7. สัญญาณนาฬิกาของระบบ (System Clock) ระบบคอมพิวเตอร์จะใช้ crystal ขนาดเล็กเป็นตัวควบคุมสัญญาณนาฬิกาของระบบ โดยมีการออกแบบไว้ว่าขั้นตอนการทำงานหนึ่งๆ จะใช้สัญญาณนาฬิกากี่ลูก ถ้าหากสัญญาณนาฬิกาที่ป้อนเข้ามามีความถี่สูง ก็จะทำให้การทำงานนั้นๆ เร็วขึ้นด้วย เนื่องจากค่าความถี่ที่สูงทำให้สัญญาณนาฬิกาหนึ่งลูกใช้เวลาน้อยลง ในปัจจุบันความถี่ของสัญญาณนาฬิกาก็สามารถใช้เป็นตัวบอกความเร็วการทำงานของซีพียูได้ หน่วยวัดสัญญาณนาฬิกาจะใช้หน่วย Hertz หมายถึงสัญญาณนาฬิกาหนึ่งลูกต่อวินาที สำหรับหนึ่งกิกะเฮิร์ด(GHz) หมายถึงสัญญาณนาฬิกาหนึ่งพันหลายลูกต่อวินาที ถ้าหากคอมพิวเตอร์ทำงานที่สัญญาณนาฬิกา 2.6GHz หมายความว่าซีพียูของคอมพิวเตอร์ตัวนั้นถูกกระตุ้นด้วยสัญญาณนาฬิกา 2.6 พันล้านลูกต่อวินาที ในปัจจุบันเทคโนโลยีการผลิตซีพียูได้พัฒนาไปมาก ในปี 1970 มีทรานซีสเตอร์บรรจุอยู่ไม่ถึงหนึ่งหมื่นตัว แต่ปัจจุบันได้มีการพัฒนามากขึ้นจนซีพียูในปัจจุบันวงจรภายในมีทรานซีสเตอร์บรรจุอยู่หลายล้านตัว ทำให้มีประสิทธิภาพการทำงานสูงขึ้นมาก นอกจากนี้ยังพัฒนาให้ซีพียูทำงานที่ความถี่สัญญาณนาฬิกาสูงขึ้นอีกด้วย ซึ่งทำให้ซีพียูทำงานได้เร็วขึ้น ปัจจุบันทำงานที่ความถี่สัญญาณนาฬิการะดับกิกะเฮิร์ต

8. การพัฒนาให้ซีพียูทำงานที่ความถี่สัญญาณนาฬิกาสูงกว่านี้จะทำได้ยาก เนื่องจากคุณสมบัติทางไฟฟ้าของสารกึ่งตัวนำเอง ดังนั้นการพัฒนาซีพียูในยุคใหม่ๆ จึงมีการปรับปรุงวิธีการประมวลผลภายในซีพียูแทนการปรับสัญญาณนาฬิกาให้เร็วขึ้น ซึ่งจะพบได้ในปัจจุบันที่มีซีพียูแบบ dual-core และแบบ multi-core ออกมา ซึ่งทำให้ซีพียูทำงานได้เร็วขึ้นแม้ว่าความถี่ของสัญญาณนาฬิกาจะลดลง การพูดถึงความเร็วของซีพียูนั้นถ้าหากโครงสร้างต่างกันจะม่สามารถนำความถี่สัญญาณนาฬิกามาเปรียบเทียบกันได้ การวัดความเร็วของโปรเซสเวอร์จะวัดเป็นจำนวนล้านคำสั่งต่อวินาที โดยมีหน่วยเป็น MIPS (Millions of instructions per second) ในปัจจุบันได้มีการผลิตไมโครเซสเซอร์ออกมาหลายรุ่น โดยอินเทล(Intel) นอกจากนี้ยังมีไมโครเซสเซอร์ของบริษัทอื่นๆ อีกที่ผลิตซีพียูให้เข้ากันได้กับซีพียูของอินเทล ที่เรียกว่า Intel-Compatible Processor โดยสามารถใช้ชุดคำสั่งและโปรแกรมเหมือนกับของอินเทลได้

9. คำถามเกี่ยวกับซีพียู (CPU) และการประมวลผลข้อมูล 1. CPU ย่อมาจากคำว่า ? ตอบ มาจากคำว่า Central Processing Unit 2. หน่วยเก็บข้อมูลชั่วคราวภายในซีพียู มีชื่อว่า ? ตอบ รีจีสเตอร์ (Register) 3. ถ้าหากต้องการให้ซีพียูบวกเลข เมื่อซีพียูรับข้อมูลตัวเลขเข้ามา ก็จะนำตัวเลขนั้นเก็บในรีจีสเตอร์ก่อน และจึงส่งให้ ALU บวกเลข และเมื่อALU บวกเลขเสร็จแล้วก็จะนำผลลัพธ์ที่ได้มาพักไว้ในที่ใดเพื่อเก็บข้อมูลชั่วคราวในซีพียู ก่อนที่จะส่งออกไปเก็บในหน่วยความจำหลัก ตอบ รีจีสเตอร์ (Register)