หน้าที่ของ CPU

หน้าที่ของหน่วยประมวลผลกลางมีดังนี้

• อ่านและแปรคำสั่งที่ถูกเขียนไว้ในโปรแกรม
• ประมวลผลตามคำสั่งที่เขียนไว้ในโปแกรม
• รับส่งข้อมูลโดยติดต่อกับหน่วยความจำภายในเครื่อง
• ติดต่อรับส่งข้อมูลกับผู้ใช้ โดยผ่านหน่วยรับข้อมูล และหน่วยแสดงผล
• ย้ายข้อมูลและคำสั่งจากหน่วยงานหนึ่งไปยังอีกหน่วยงานหนึ่ง

             

โครงสร้างการทำงานของ CPU

ส่วนประกอบหลัก
มีส่วนประกอบ 3 ส่วนใหญ่ ๆ ซึ่งได้แก่

1. Execution Unit (EU)
2. Arithmetic Logic Unit (ALU)
3. Bus Interface Unit

1. Execution Unit จะเป็นส่วนที่ทำการคำนวณและประมวลผลคำสั่งที่ถูกนำเข้ามาภายในตัวซีพียู เมื่อกระทำคำสั่งในขั้นตอนนี้แล้ว มีการคำนวณทางด้านคณิตศาสตร์เกิดขึ้นแบบง่าย ๆ ก็จะทำการคำนวณให้เสร็จสิ้น แล้วส่งออกสู่การแสดงผล
2. Arithmetic Logic Unit เป็นส่วนที่ทำหน้าที่คำนวณและเปรียบเทียบข้อมูล หรือตรวจสอบเงื่อนไขต่าง ๆ โดยไม่จำเป็นต้องไปส่งให้ส่วนการประมวลผลแบบตัวเลขทศนิยม (Math Co Processor) ทำงาน แค่ ALU ก็พอแล้ว
3. Bus Interface Unit จะทำหน้าที่ในการที่ทำให้ซีพียูสามารถติดต่อกับอุปกรณ์ภายนอกได้ โดยผ่านช่องทางของเจ้า Bus Interface Unit ส่วนนี้

ซีพียูทำการประมวลผลอย่างไร ?จากรูปโครงสร้างการทำงานของซีพียูข้างต้น ซีพียูจะทำการอ่านคำสั่งเข้ามาในส่วนของExecution Unit ทีละ 1 คำสั่ง จากนั้นจึงทำการถอดรหัสหรือแปลคำสั่งนั้น พร้อมทั้งตีความตามคำสั่งว่าให้ทำอะไร? อย่างไร? เมื่อกระทำคำสั่งในส่วนนี้เสร็จ หากมีการต้องการเปรียบเทียบ ข้อมูล เช่น จริง,เท็จ หรือมีการคำนวณทางคณิตศาสตร์เกิดขึ้นก็จะส่งไปให้ในส่วนของ Arithmetic Logic Unit (ALU) เมื่อกระทำเสร็จเรียบแล้ว จะถูกส่งออกไปยังส่วนการแสดงผล โดยผ่าน Bus Interface ซึ่งเป็นส่วนในการจัดการให้ อุปกรณ์อื่น ๆ สามารถติดต่อสื่อสารกับซีพียูได้การทำงานของซีพียูจะมีการทำงานกับข้อมูลในหน่วยความจำตลอดเวลา นอกจากนี้ยังอาจจะทำคำสั่งอ่านข้อมูลมูลจากอุปกรณ์รับข้อมูลและเขียนข้อมูลไปที่อุปกรณ์บันทึกหรือแสดงผลอีกด้วย
พัฒนาการของซีพียูการพัฒนาซีพียูเป็นรุ่นต่าง ๆ ดังที่ได้เห็นได้พบกันนั้น จะมีหัวใจหลักในการพัฒนาคือในเรื่องของ ความเร็ว ,ความสามารถในการประมวลผล ,แรงไฟที่จ่ายจะต้องน้อยลงเรื่อย ๆ ทำให้ความร้อนเกิดขึ้นน้อยลง แต่ความสามารถเพิ่มขึ้นในหลาย ๆ ด้านด้วยกัน
ตารางข้างล่างนี้ จะเป็นการแสดงให้เห็นถึงพัฒนาการของซีพียูรุ่นต่าง ๆ พอสังเขป

CPU	Internal Bus	CPU	Internal Bus
Intel 8086	16 Bit	Intel 80386 SX	32 Bit
Intel 8088	16 Bit	Intel 80486 (80486DX)	32 Bit
Intel 80286	16 Bit	Intel 80486SX	32 Bit
Intel 80386 (80386DX)	32 Bit	Intel Pentium	64 Bit

หมายเหตุ..ผู้เขียนได้หยิบยกเฉพาะซีพียูของค่าย Intel เนื่องจากเป็นผู้พัฒนาซีพียูมาก่อนรายอื่นคุณจะได้ทราบอะไรบ้างจากซีพียูความเร็วของCPU (CPU Frequency) ความเร็วหรือความถี่ในการประมวลผลคำสั่งในช่วงเวลา 1 วินาทีนั้น สำหรับPC ยังมีหน่วยเป็น เมกกะเฮิร์ท(MHz) กันอยู่เป็นส่วนใหญ่ ความถี่นี้จะเป็นความสามารถในการประมวลผลคำสั่งต่อ1วินาทีของซีพียูว่ามีความสามารถเร็วแค่ไหน เช่น 600 MHz ก็หมายความว่าซีพียูนี้มีความสามารถในการประมวลผลคำสั่งได้ 600 ล้านคำสั่งต่อ1 วินาที นั่นเอง คุณนึกดูซีครับว่ามันเร็วแค่ไหน และยิ่งในปัจจุบันนี้ซีพียูมีการพัฒนาความถี่ไปถึง 1 GHz (พันล้านคำสั่งใน1วินาที) ความเร็วซีพียูจะได้ได้มาจาก 2 ค่าด้วยกัน กล่าวคือ ความเร็วของบัส กับค่าตัวคูณความเร็วบัส
สืบเนื่องจากซีพียูจะมีการทำงานภายในตัวมันเองที่ความถี่สูงกว่าความถี่ของระบบ บัสภายนอกหรือที่เราเรียกว่า System Bus หรือ Front Side Bus :FSB หากเป็นเช่นนี้ซีพียูเมื่อทำงานเสร็จสิ้นก็จะต้องหยุดรอให้บัสภายนอกทำการขนถ่ายข้อมูลออกไป จึงเกิดสภาวะที่ต้องรอคอย (Wait Status) เพื่อให้บัสภายนอกทำงานให้เสร็จสิ้นก่อน จึงเท่ากับว่าถึงซีพียูจะมีความเร็วความสามารถสูงขนาดไหนก็ยังต้องเสียเวลาให้แก่บัสภายนอกอยู่ดี ดังนั้นเพื่อเป็นการแก้ไขปัญหานี้ ผู้ผลิตจึงได้กำหนดให้ซีพียูใช้ความเร็วของ System Bus ในการทำงาน เช่นเดียวกับอุปกรณ์อื่น ๆ ที่สามารถใช้ความเร็วนี้ได้เช่นกัน ส่วนนอกเหนือจากนี้ซีพียูจะทำการคูณค่าความเร็วของ System Bus ให้ได้เท่าใดก็สุดแล้วแต่จะถูกกำหนดไว้เท่าใดนั่นเอง แต่ปกติจะไม่เกินความสามารถในการทำงานของมัน หากเกินจะถือว่าเป็นการ Over Clock ซึ่งจะทำให้ซีพียูทำงานเกินตัวและอาจเสียหายหรือไม่เสถียร และอายุการใช้งานจะสั้นลงด้วย
ความเร็วซีพียู = ความเร็วระบบ System Bus (FSB) X อัตราตัวคูณ (Frequency Ration)
แรงไฟสำหรับซีพียู (CPU core voltage) จะเป็นส่วนสำคัญที่จะต้องทราบว่าซีพียูแต่ละตัวนั้นใช้แรงไฟเป็นปริมาณมากน้อยเท่าใด ซึ่งหากจ่ายแรงไฟให้แก่ซีพียูมากเกินไปกว่าทีซีพียูจะรับได้ก็จะทำให้ซีพียูเสียหายได้อย่างถาวร ดังนั้นหากคุณไม่ทราบว่าซีพียูนั้นต้องใช้แรงไฟเท่าใด ก็ให้จ่ายให้น้อยที่สุดก่อนเท่าที่ชุดจ่ายไฟจะมีให้เพื่อป้องกันซีพียูเสียหาย
แคช (Cache Memory) เป็นหน่วยความจำชนิดหนึ่งซึ่งเป็นประเภท SRAM (Static RAM) ส่วนที่เราเคยรู้จักกันส่วนใหญ่จะเป็นหน่วยความจำชนิด DRAM (Dynamic RAM) ซึ่งนำมาทำเป็น RAM ที่เป็นแผง ๆ หาซื้อได้ตามศูนย์กลางค้าด้านไอทีทั้งหลายนั่นเองหละครับ SRAM เป็นหน่วยความจำประเภททีมีความสามารถในการรับส่งข้อมูลสูงเท่าซีพียู มีราคาแพงใช้ SRAM ความจุน้อยๆ มาทำเป็นหน่วยความจำในซีพียูก็จะช่วยให้การประมวลผลของซีพียูเร็วขึ้นอย่างเห็น ๆ เลยครับ Cache Memory นี้จะอยู่คั่นตรงกลางระหว่าง ซีพียูกับหน่วยความจำหลัก(RAM )นั่นเอง โดยวงจรที่เป็นตัวควบคุมแคชจะเป็นผู้คอยดูแลการนำเข้าข้อมูลจริง จากหน่วยความจำหลัก เข้ามาใน Cache Memory เมื่อซีพียูต้องการและนำข้อมูลส่วนที่ถูกแก้ไขและไม่ใช้แล้วกลับไปใส่ใน หน่วยความจำหลักคราวนี้ Cache Memory นี้ตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบัน ก็มีให้เห็น ๆ กัน เพียง 2 ชนิด คือ
L-1 Cache (Level-1 Cache หรือเรียก L-1 Cache และ Level -2 Cache หรือเรียก L-2 Cache) และมีแนวโน้มที่จะเสริม L-3 Cache, L-4 Cache ….ไปเรื่อย ๆ )
L-1 Cache จะถูกติดตั้งไว้ในตัวซีพียู ภาษาอังกฤษเรียกว่า Cache-On-die มีความจุเพียงไม่กี่กิโลไบต์ (KB.) แต่สามารถที่จะช่วยในการทำงานของซีพียูได้เป็นอย่างมาก
L-2 Cache นั้น ตั้งแต่อดีตเป็นต้นมามันจะปรากฏอยู่บนเมนบอร์ดเป็นส่วนใหญ่ โดยติดตั้งไว้ในที่แห่งหนึ่งบนเมนบอร์ดนั้น ๆ จะสังเกตได้ง่ายครับ ส่วนใหญ่จะเป็น IC ตัวยาว ๆ มีขาประมาณ ข้างละ 14 ขา 2 ข้าง รวมก็ 28 ขา วางเรียงเป็นแถวตอน 2 แถว ๆ ละ 5 ตัว ,หรือบางรุ่นก็เป็น IC แบบขารอบตัวเป็นร้อยกว่าขาวางใกล้กันประมาณ 2 ตัว และตำแหน่งที่วางก็จะคล้าย ๆ กันคือจะไปวางอยู่ตรงมุมสี่เหลี่ยมด้านติดกับช่องเสียบ RAM นั่นแหละครับ ลองสังเกตดูให้ดี เมนบอร์ดรุ่นเก่า ๆ จะมีให้เห็นกันโดยตลอด หรือหากเครื่องถูกประกอบลงในกล่องแล้วให้ดูที่เมนบอร์ดตรงมุมที่อยู่ใกล้กับอุปกรณ์ประเภทตัวขับ (Drive) ต่าง ๆ นั่นและครับ จะเป็นที่อยู่ของ L-2 Cacheนี้เอง
      ต่อมาได้นำ L-2 Cache ขึ้นไปอยู่บนตัวซีพียู แต่ไม่ได้อยู่ในซีพียู เช่น ซีพียู ของ Intel Pentium MMX จะเห็นว่าบนตัวของซีพียูด้านบนนั้นจะมีอุปกรณ์เล็ก ๆ ประมาณ ข้างละ 4 ตัววางอยู่ นั่นและครับคือ L-2 Cache ,ส่วน Intel Pentium II แบบ Slot จะมี L-2 Cache อยู่ทางด้านข้างบนแผ่นปริ้นเดียวกับซีพียู แต่ก็ยังไม่ได้เข้าไปอยู่ในตัวซีพียูโดยตรงครับ และในปัจจุบันนี้ L-2 Cache ได้เข้าไปอยู่ในตัวซีพียูเหมือน L-1 Cache แล้ว เช่น ซีพียู รุ่น Pentium III ของค่าย Intel , Thunderbird ของค่าย AMD และอีกหลาย ๆ รุ่นที่ไม่ได้กล่าว ณ ตรงนี้
ชนิดของซีพียูหากจะแบ่งกันตามชนิดที่มีอยู่ในท้องตลาดนะวันนี้ เห็นจะแบ่งออกเป็น 2 ชนิดด้วยกันคือ

1. แบบซ็อคเก็ต (Socket)
2. แบบสล็อต (Slot)

แบบที่ 1 ซ็อคเก็ต (Socket)ซีพียูประเภทนี้จะบรรจุอยู่ในรูปแบบที่เป็นสี่เหลี่ยมจัตุรัส ทำด้วยพลาสติกหรือเซรามิก หากมองด้านบนตัวของซีพียูจะพบตัวอักษรที่เป็นรายละเอียดต่าง ๆ ไม่ว่าจะเป็นยี่ห้อ,ความเร็ว,รุ่น,ค่าแรงไฟ,ค่าตัวคูณ และอีกหลาย ๆ อย่าง ซึ่งบางรุ่นก็มีสกรีนอยู่บนตัวซีพียู แต่บางรุ่นก็ไม่แสดงให้เห็นทางด้านบน แต่นำไปแสดงไว้ด้านใต้ของตัวซีพียู เมื่อหงายซีพียูดูก็จะพบกับจำนวนขาจำนวนมากมายเป็นร้อย ๆ ขาเลย(แล้วแต่รุ่นของซีพียู) ซึ่งจะมีไว้เสียบลงไปในส่วนที่เป็นฐานรับสีขาวๆที่มีรูจำนวนเป็นร้อย ๆ รู ไว้รองรับขาของซีพียูนั่นเอง โดยจะมีคันโยกไว้สำหรับปลดล็อก และล็อคซีพียูให้แน่น และยังเป็นที่สำหรับไว้ล็อกแผ่นระบายความร้อนสำหรับซีพียูด้วย
ซีพียูแบบซ็อคเก็ตจะมีการพัฒนาหลาย ๆ แบบ หลาย ๆรุ่นด้วยกันตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบัน มีรายละเอียดดังนี้
ซีพียูของค่ายดังอย่างอินเทล จะมีรุ่นหลัก ๆ ได้แก่ 8086, 8088 ,80286, 80386 ,80486 , Pentium , Pentium MMX, Pentium Pro,Pentium Celeron บางรุ่น Pentium II บางรุ่น ,Pentium III บางรุ่น
ซีพียูของค่าดังรองลงมาอย่างเอเอ็มดี จะมีรุ่นหลัก ๆ ได้แก่ 286,386SXL,386DXL, 486DX, K5, K6,K6-II,K6-III,Duron ,Thunder Bird
ซีพียูของค่าไซริกซ์จะมีรุ่น 486SLC , 486DLC ,5X86,6X86(MI),6X86MX, MIIซีพียูในสถาปัตยกรรมแบบซ็อคเก็ตนี้จะถูกพัฒนาออกมามากที่สุด เนื่องจากเหตุผลทางด้านการค้า เช่นต้นทุนการผลิตต่ำและสามารถร่วมกันกับเมนบอร์ดรุ่นต่าง ๆ ในท้องตลาดได้ หลากหลายยี่ห้อ

แบบที่ 2 สล็อต (SLOT)ซีพียูแบบนี้จะมีสถาปัตยกรรมที่ดูน่าเชื่อถือมาก เป็นการพัฒนาออกมาแบบแหวกแนวจากซีพียูในอดีตโดยสิ้นเชิง มีลักษณะเป็นแผ่นวงจรสี่เหลี่ยมผืนผ้าขนาดใหญ่ มีพลาสติกสีดำหุ้มห่อไว้เป็นตลับ บนแผ่นวงจรจะมีซีพียูวางอยู่ตรงกลาง ส่วนด้านข้างที่เหลือก็จัดวางอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่น่าจะมองดูเหมือนเป็นการกำลังทำการทดสอบอะไรบางอย่างอยู่ คือถ้าดีก็จะได้นำอุปกรณ์เหล่านั้นบรรจุลงไปในซีพียูซะเลย การผลิตซีพียูแบบนี้จะใช้ต้นทุนสูงมาก ดังนั้นจึงทำให้ไม่มีการผลิตออกมาอีก สำหรับซีพียูในรุ่นนี้พอจะมีดังนี้
ซีพียูของค่ายอินเทล ได้แก่ Pentium Celeron บางรุ่น,Pentium II, Pentium III บางรุ่น
ซีพียูของค่ายเอเอ็มดี ได้แก่ Athlon (K7)
ฐานสำหรับเสียบซีพียูเมื่อซีพียูมีการพัฒนาให้มีรูปร่างทั้งแบบซ็อคเก็ตและแบบสล็อตขึ้นมา หากจะนำซีพียูไปในติดตั้งในแผงวงจรหลัก (Main Board) จะต้องติดตั้งลงในส่วนที่เรียกว่าฐานซึ่งมี 2 แบบตามชนิดของซีพียูเช่นกันได้แก่

1. ฐานแบบซ็อคเก็ต (Socket)
2. ฐานแบบสล็อต (Slot)

แบบซ็อคเก็ตจะมีการพัฒนาให้มีหลายแบบด้วยกันตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบัน ซึ่งพอจะมี รายละเอียดดังนี้
ซ็อคเก็ต 3 ใช้กับซีพียู Intel 80486DX2 , 80486DX4
ซ็อคเก็ต 4 ใช้กับซีพียู Intel Pentium รุ่นแรก ๆ ที่ความถี่ 60 – 66 MHz
ซ็อคเก็ต 5 ใช้กับซีพียู Intel Pentium , AMD รุ่น K5 ,K6 ,K6-II ,Cyrix 6X86(MI)
ช็อคเก็ต 7 ใช้กับซีพียู Intel Pentium ,Pentium MMX , AMD K5 ,K6 ,K6-II ,K6-III Cyrix 6X86(MI) , 6X86MX, M II
ซ็อคเก็ต 370 ใช้กับซีพียู Intel Pentium Celeron บางรุ่น และPentium III (Coppermine) บางรุ่น เช่นกัน
ซ็อคเก็ต A ใช้กับซีพียู AMD Duron , Thunder bird โดยเฉพาะ

ฐานแบบสล็อตพอจะมีให้เห็น ๆ กันเพียง 2 รุ่น ก็พอนะครับสำหรับฐานเสียบแบบสล๊อต ได้แก่
สล็อตวัน (Slot 1) ใช้กับซีพียู Intel Celeron บางรุ่น และ Intel Pentium II, III บางรุ่น
สล็อตเอ (Slot A)ใช้กับซีพียู AMD Athlon โดยเฉพาะ
หากว่า ณ วันนี้เพื่อสมาชิกมีความต้องการจะประกอบคอมพิวเตอร์สักชุดหละก้อ ต้องเลือกซีพียูกับเมนบอร์ดให้ถูกต้องด้วยนะครับ ไม่อย่างนั้นก็ไม่สามารถใช้กันได้อย่างแน่นอน สำหรับเนื้อหาในครั้งนี้คงต้องหยุดไว้แค่นี้ก่อน ฉบับหน้าคงได้มีเรื่องต่าง ๆ มีพูดคุยทั้งด้านวิชาการและสาระอื่น ๆ อีกมากมายครับ