หน่วยประมวลผลกลาง

cpu

โครงสร้างพื้นฐานของ ซีพียู ประกอบด้วย

1. CU (Control Unit)

2. ALU (Arithmetic and Logic Unit)

3. Register

4. Cache

CPU_Struc

CPU_Stru2

หน่วยประมวลผลกลาง (CPU : Central Processing Unit)  ถือเป็นอุปกรณ์ที่มีความสำคัญที่สุดในคอมพิวเตอร์ ทำหน้าที่ในการคำนวณ ประมวลผลตามความต้อการของผู้ใช้ โดยผ่านการสั่งงานจากผู้ใช้ จะถูกส่งต่อไปยัง ระบบปฏิบัติการ จะถูกสั่งงานส่งกลับไปมากันระหว่าง ซอฟต์แวร์ประยุกต์ที่ผู้ใช้เลือก

The information technology sector was a signif...

The information technology sector was a significant factor in the Irish economic boom (Photo credit: Wikipedia)

ขั้นตอนการทำงานของซีพียูที่จะขออธิบายให้ท่านได้เข้าใจง่าย ๆ มีดังนี้
1. การนำคำสั่งหรือข้อมูลเข้ามาภายในตัวซีพียู
ภายในตัวซีพียูจะมีหน่วยการทำงานที่ทำหน้าที่นำคำสั่งหรือข้อมูลเข้าเรียกว่า pre – fetch unit เมื่อหน่วยงานนี้ได้รับคำสั่งจากซีพียูให้นำคำสั่งหรือข้อมูลเข้ามามันจะเข้าไปค้นหาในหน่วยความจำแคชระดับที่สองก่อน หากเจอก็สามารถนำเข้ามาใช้ได้ทันที แต่หากไม่เจอก็จะต้องร้องขอให้หน่วยการทำงานอีกส่วนหนึ่งที่เรียกว่า หน่วยติดต่อบัสระบบหรือ bus interface unit ช่วยทำการติดต่อร้องขอไปยังหน่วยความจำหลักหรือแรมต่อไป โดยหน่วยติดต่อบัสระบบนี้จะนำคำสั่งหรือข้อมูลนั้น ๆ รวมทั้งคำสั่งหรือข้อมูลอื่น ๆ ที่คาดว่าจะถูกใช้ในลำดับต่อไปเข้ามาพักไว้ที่หน่วยความจำแคชระดับที่สองก่อน
2. การจัดเรียงคำสั่งหรือข้อมูลที่นำเข้า
หน่วย pre – fetch จะนำคำสั่งหรือข้อมูลนั้นมาเรียงไว้ในส่วนเรียงลำดับที่เรียกว่า คิว (queue) ก็เหมือนหลักการเก็บสต็อคสินค้าใน โกดัง โดยจะเรียงเก็บไว้จนกว่าจะเต็มคิวเพื่อให้ส่วนคิดคำนวณต่าง ๆ ได้ทำงานอย่างต่อเนื่องตลอดเวลาไม่ต้องเกิดสภาวะการรอคอยทำให้การทำงานโดยรวมช้าตามไปด้วย เมื่อคิวเต็มแล้วก็จำเป็นที่หน่วย pre – fetch จะต้องทำงานได้รวดเร็วที่สุดเพื่อให้หน่วย pre – fetchสามารถนำข้อมูลเข้ามาได้อย่างต่อเนื่อง

3. การถอดรหัสข้อมูลหน่วยการทำงานอีกหน่วยหนึ่ง

หน่วยถอดรหัสหรือ decoding unit จะทำหน้าที่แปลคำสั่งหรือข้อมูลซึ่งแต่เดิมจะเป็นภาษาคอมพิวเตอร์ให้เป็นสัญญาณไฟฟ้าที่หน่วยทำงานอื่น ๆ ภายในซีพียูสามารถรับรู้และเข้าใจได้ จากนั้นจึงส่งคำสั่งหรือข้อมูลที่ถูกถอดรหัสนี้ไปยังหน่วยควบคุมและตรวจสอบการทำงานของซีพียูต่อไป

4. การควบคุมและการตรวจสอบการทำงาน

จะมีหน่วยควบคุมและตรวจสอบการทำงาน (control and protection test unit) ตรวจสอบคำสั่งที่ถูกถอดรหัสเรียบร้อยแล้วว่ามีความถูกต้องหรือไม่ มีการอ้างอิงการใช้หน่วยความจำประเภทใดภายนอกตัวชิปซีพียูหรือไม่ และการอ้างอิงนั้นมีความขัดแย้งกันเองหรือขัดแย้งกับอุปกรณ์อื่นใดหรือไม่ หากทุกอย่าถูกต้องเรียบร้อยก็จะส่งไปยังหน่วยประมวลผลต่าง ๆ ต่อไป

5. การประมวลผลเลขทศนิยม
ส่วนนี้เป็นส่วนสำคัญอย่างยิ่งโดยเฉพาะโปรแกรมประยุกต์และเกมสามมิติใหม่ ๆ ที่มีการคิดคำนวณซับซ้อนจะต้องอาศัยความสามารถในส่วนนี้อย่างมาก โดยหน่วยประมวลผลเลขทศนิยมหรือ floating point unit จะทำหน้าที่ประมวลผลข้อมูลหรือคำสั่งที่เกี่ยวข้อง ซึ่งในชิปซีพียูรุ่นเก่าจะแยกหน่วยประมวลผลตัวนี้ออกมาเป็นชิปไอซีต่างหากอีกตัวหนึ่งในชื่อว่า math – co processor นั่นเอง
6. การประมวลผลทางด้านคณิตศาสตร์และตรรกะ
หากคำสั่งหรือข้อมูลใดเป็นการคิดคำนวณทางคณิตศาสตร์ธรรมดาหรือเป็นคำสั่งประเภทถูกผิดหรือเงื่อนไขต่าง ๆ ก็จะถูกส่งมาที่หน่วยประมวลผลทางคณิตศาสตร์และตรรกะ (arithmetic / logic unit หรือ ALU) แทน เข้าทำนองที่ว่า ถ้าเรื่องง่าย ๆ ก็ไม่ต้องรบกวนหน่วยประมวลผลเลขทศนิยมให้วุ่นวาย เพียงแต่หน่วย ALU นี้ก็รับมือได้สบายมาก
7. การนำผลลัพธ์ที่คำนวณได้ไปเก็บไว้ที่ Register
Register นอกจากจะเป็นส่วนที่ถูกใช้เป็นที่เก็บผลลัพธ์ที่ได้จากการประมวลผลจากหน่วยคำนวณต่าง ๆ แล้ว ยังทำหน้าที่เป็นเหมือนกระดาษทดในการคิดคำนวณและเก็บข้อมูลและคำสั่งบางส่วนที่สำคัญและจำเป็นในการใช้งานอีกด้วย
8. การอ่านค่าผลลัพธ์นั้นไปเก็บไว้ยังหน่วยความจำหลักหรือแรมเพื่อรอการแสดงผล
หน่วยติดต่อระบบบัสหรือ Bus Interface Unit จะทำหน้าที่ขนย้ายผลลัพธ์ใน Register ออกไปเก็บไว้ในหน่วยความจำหลักหรือแรมเพื่อรอให้หน่วยควบคุมการแสดงผลบนการ์ดแสดงผล (display adapter) เรียกใช้ผลลัพธ์นั้นในการประมวลผลเพื่อให้เกิดการแสดงผลบนหน้าจอภาพต่อไป

ดูเพิ่มเติมได้ที่   http://courses.cs.vt.edu/csonline/MachineArchitecture/Lessons/CPU/Lesson.html

This picture contains a diagram of different t...

This picture contains a diagram of different types of computer storage, divided according to their distance from the central processing unit of a computer. The descriptive texts are in English. Additionally, common technology and capacity found in home computers of 2005 is indicated next to some items. (Photo credit: Wikipedia)

ใส่ความเห็น

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Connecting to %s

%d bloggers like this: