ซีพียู

 หน่วยประมวลผลกลาง

 วิดีโอให้ความรู้หน่วยประมวลผลกลาง

ซีพียู (CPU-Central Processing Unit)

          ซีพียู หรือ ชิปประมวลผล คืออุปกรณ์ที่มีความสำคัญมากอีกชิ้นหนึ่ง เปรียบเสมือนสมองหน่วยประมวลผล เป็นเสมือนสมองของเครื่องคอมพิวเตอร์ ในการทำหน้าที่ตัดสินใจหรือคำนวณ จากคำสั่งที่ได้รับมา เช่น การเปรียบเทียบ การกระทำการทางคณิตศาสตร์ ฯลฯ โดยมีกระบวนการพื้นฐานคือ อ่านชุดคำสั่ง ตีความชุดคำสั่งจากการป้อนคำสั่งจากอุปกรณ์รับข้อมูล ประมวลผลชุดคำสั่ง อ่านข้อมูลจากหน่วยความจำ (memory) และเขียนข้อมูล ส่งผลการประมวลกลับประกอบด้วยหน่วยย่อย ดังนี้
       1. หน่วยควบคุม
       2. หน่วยคำนวณและตรรกะ
       3. หน่วยความจำหลัก

ลักษณะของซีพียู

          ลักษณะเป็นสี่เหลี่ยมแบนๆ มีจำนวนขาเล็กๆ ที่เป็นโลหะไว้สำหรับเชื่อมต่อกับสัญญาณภายในตัวซีพียูกับอุปกรณ์ภายนอกซึ่งจำนวน ขาจะแตกต่างกันตามยี่ห้อและรุ่นของซีพียูซีพียูจะมีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลาตามการพัฒนาของเทคโนโลยีซึ่งไปอย่างรวดเร็วผู้อ่านต้องศึกษาเพิ่มเติม ตามวันเวลาในปัจจุบัน แต่ก็ขอนำมาประกอบให้ดูเป็นแนวทางในการศึกษา

หน่วยความจำแคช (Cache memory)

          หน่วยความจำความเร็วสูงที่เรียกว่า “แคช เมโมรี” (cache memory) มีบทบาทสำคัญมากในการทำงานของซีพียู เพราะยิ่งซีพียูเร็วขึ้น ก็จะทิ้งห่างหน่วยความจำหลักของคอมพิวเตอร์ที่เรียกว่า แรม (RAM) หรือ หน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่ม (random access memory) เป็นหน่วยความจำหลัก ที่ใช้ในระบบคอมพิวเตอร์ยุคปัจจุบัน

          แคช เมโมรีมีบทบาทสำคัญมากในการทำงานของซีพียู เพราะซีพียูเร็วขึ้นมากขึ้นในปัจจุบัน หากไม่มีกลไกคอยช่วยในการพักข้อมูลและส่งต่อให้ซีพียูด้วยความเร็วสูงแล้วก็จะทำให้ซีพียูไม่มีข้อมูลหรือโปรแกรมที่จะทำงานต่อได้ทัน ทำให้เกิดการชะงักและความเร็วโดยรวมตกต่ำลงได้ แคชเมโมรีจึงเข้ามาแก้ปัญหาตรงนี้ โดยซีพียูจะอ่านและเขียนข้อมูลโดยตรงกับแคชเป็นหลัก

          ถึงแม้แคชจะมีความเร็วสูงแต่ก็มีขนาดเล็กกว่า RAM  (เพราะทำด้วยวงจรความเร็วสูงซึ่งมีราคาแพงกว่า RAM ธรรมดามาก) ดังนั้นจึงต้องมีการเอาข้อมูลที่พักอยู่ในแคชนี้ออกเมื่อไม่ใช้แล้ว โดยจะทยอยส่งกลับมาที่ RAM เพื่อเปิดให้มีว่างสำหรับสลับเอาข้อมูลส่วนอื่นๆ ที่ซีพียูต้องการจะใช้ เข้าไปแทนที่

          หน่วยความจำ “แคช” นี้โดยมากจะมี 2  ระดับคือ แคชระดับ 1 หรือ Level 1 (L1 Cache) จะอยู่ภายในซีพียูและขนาดไม่ใหญ่ และแคชระดับ 2 หรือ Level 2 (L2 Cache) ซึ่งเมื่อก่อนจะทำด้วย Static RAM (S RAM) และอยู่บนเมนบอร์ด โดยมีขนาดใหญ่เช่น 256 หรือ 512 KB แต่ในซีพียูรุ่นใหม่ๆ ทั้งหมดได้ยุบ L2 Cache นี้กลับเข้าไปอยู่ภายในซีพียูหมดแล้ว โดยมีขนาดตั้งแต่ 128 KB ไปถึงหลาย MB นอกจากนี้บางซีพียูชนิด ยังสามารถมีแคชบนเมนบอร์ดเป็นแคชระดับ 3 (L3 Cache) ได้อีกด้วย

ชิปเซต (Chipset)

          Chipset หากแปลตามความหมายย่อมหมายถึง กลุ่มของชิป ที่ทำงานร่วมกัน ซึ่งมีความหลากหลายมาก เช่น การทำงานของโทรศัพท์เคลื่อนที่ ต่างก็เกิดจากการทำงานร่วมกันของกลุ่มชิป เพื่อทำการรับส่งสัญญาณแบบไร้สาย ทั้งนี้ทั้งนั้น Chipset มักจะหมายถึง Chipset ในเครื่อง PC ซึ่งจะหมายถึง ชิพตัวกลางที่จะทำหน้าที่ในการติดต่อประสานงาน และควบคุมการทำงานต่างๆ ของเมนบอร์ด ซึ่งเปรียบเสมือนเป็นผู้จัดการของCPUและเป็นหัวใจของเมนบอร์ด กล่าวคือ chipset จะทำหน้าที่ทั้งควบคุมการทำงาน กลวิธีในการเชื่อมต่อ การรับส่งข้อมูลระหว่างหน่วยความจำหลัก หรือ อุปกรณ์รับเข้า-ส่งออก (input/output device) หรือ อุปกรณ์ต่อพ่วงต่าง ๆ นอกจากนี้ งานทุกอย่างที่ CPUไม่ได้ทำ ชิปเซ็ตจะเป็นผู้ทำ เช่น การควบคุมและเป็นทางผ่านของข้อมูลจากอุปกรณ์ต่าง ๆ เช่น การส่งข้อมูลจากหน่วยความจำหลักไปยังCPU การส่งผ่านข้อมูลจากฮาร์ดดิสก์ จากไดรฟ์ซีดีรอม รวมถึงการส่งข้อมูลของแผงวงจร (Card) ต่าง ๆ เช่น VGA Card, AGP Card, Sound Card ฯลฯ

ความเป็นมาและการทำงานของ Chipset 

            แต่เดิมนั้น Chipset ใน Computer มีการพัฒนาขึ้นเป็นลำดับตามการพัฒนาของความสามารถของ Computer เพื่อรองรับการเป็นตัวกลางเพื่อควบคุมการทำงานของ Computer ผ่านทาง Interface ต่างๆ ในยุคเริ่มแรกนั้น Chipset จะเป็นชิพตัวกลางเพียงชิพเดียว ไม่มีการแบ่งแยกเป็น Northbridge และ Southbridge เหมือนในปัจจุบัน เนื่องจากความเร็ว Clock ของ หน่วยประมวลผลกลางยังมีความเร็วที่ค่อนข้างต่ำอยู่ และความเร็วโดยรวมของ Interface อื่นๆยังอยู่ในระดับที่สามารถจัดการได้ภายในชิพตัวเดียว แต่เมื่อวันเวลาผ่านไป ความเร็วของอุปกรณ์ได้รับการพัฒนาเพิ่มขึ้น ตามกฏของมัวร์ (Moore's Law) ที่ว่าความเร็วของ CPU จะเพิ่มขึ้นเป็น 2 เท่า ทุกๆ 18 เดือน จึงทำให้การรับส่งข้อมูลระหว่าง Interface ภายในคอมพิวเตอร์มีความเร็วที่เริ่มแตกต่างอย่างเห็นได้ชัด และได้เริ่มมีการแยกการทำงานของ Interface ต่างๆโดยแบ่งแยกที่ความเร็วของ Interface โดยให้ Interface ที่มีความเร็วสูงทำงานร่วมกันผ่าน Chipset ชื่อ Northbridge และ Interface อื่นๆจะทำงานร่วมกันผ่าน Chipset ที่ชื่อ Southbridge นั่นเองในปัจจุบัน การทำงานของ Chipset ได้ถูกแบ่งออกมาเป็น 2 ส่วนหลักดังนี้
          1. Northbridge คือชิพที่ทำหน้าที่ควบคุมการติดต่อระหว่าง CPU, RAM, AGP หรือ PCI Express และ Southbridge ยกเว้น CPU รุ่นใหม่ ๆ บางตัวที่รวมการทำงานบางส่วนเข้าไปใน CPU แล้ว โดย Northbridges บางตัวก็ฝัง Video controllers เข้าไปด้วยเลยซึ่งคือ "การ์ดจอออนบอร์ด" (VGA on board) ที่มักจะเรียกกันบ่อยๆ
          2. Southbridge คือชิพที่จัดการเกี่ยวกับการรับ-ส่งข้อมูลภายนอก (input/output I/O) เช่น USB, serial , IDE, ISA โดย Southbridge จะส่งข้อมูลบน Internal Bus ของ Northbridge อีกต่อหนึ่ง