หน่วยประมวลผลกลาง

หน่วยประมวลผลกลาง

     ซีพียู (CPU) หรือ Central Processing Unit หมายถึง “หน่วยประมวลผลกลาง” หรือเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า “ไมโครโพรเซสเซอร์ (Microprocessor)” เป็นอุปกรณ์อิเล็คทรอนิคส์ที่ใช้ในการประมวลผลข้อมูล ตามชุดคำสั่งที่มาจากซอฟต์แวร์ ตัวของซีพียูนั้น มีลักษณะเป็นชิป (Chip) ตัว เล็กๆ ซึ่งภายในบรรจุทรานซิสเตอร์จำนวนหลายล้านตัว ต่อเข้าเป็นวงจรอิเล็คทรอนิคส์จำนวนมหาศาล มีหน้าที่คำนวณตัวเลขจากชุดคำสั่งที่ผู้ใช้ป้อนโปรแกรมเข้าไป โดยซีพียูจะทำการอ่านชุดคำสั่งมาแปลความหมาย และทำการคำนวณ เมื่อได้ผลลัพธ์ก็จะส่งผลลัพธ์ออกไปแสดงผลทางหน้าจอ ซีพียู จึงเปรียบได้กับ “สมอง” ของ คอมพิวเตอร์ ทำหน้าที่ควบคุมการปฏิบัติงานหลักของเครื่อง ทำหน้าที่ในการคำนวณ ประมวลผล และควบคุมอุปกรณ์อื่นๆ ในระบบ ประกอบด้วยหน่วยย่อย 3 หน่วย คือ หน่วยความจำหลัก หน่วยคณิตศาสตร์และตรรกะหรือหน่วยคำนวณ และหน่วยควบคุม อีกทั้งยังควบคุมการทำงานของอุปกรณ์อื่นๆ ในระบบอีกด้วย

ชิป (Chip)

องค์ประกอบของ CPU

     วงจรในหน่วยประมวลผลกลางเรียกว่า “ไมโครโปรเซสเซอร์ (Microprocessor)” ซึ่งเป็นชิปที่ทำจากซิลิกอน ประกอบด้วยส่วนสำคัญ 3 หน่วย ดังนี้


1. หน่วยควบคุม (Control Unit)


     หน่วย ควบคุม ทำหน้าที่ควบคุมลำดับขั้นตอนการการประมวลผล และการทำงานของอุปกรณ์ต่างๆ ภายในหน่วยประมวลผลกลาง และรวมไปถึงการประสานงานในการทำงานร่วมกันระหว่างหน่วยประมวลผลกลาง กับอุปกรณ์นำเข้าข้อมูล อุปกรณ์แสดงผล และหน่วยความจำสำรองด้วย เมื่อผู้ใช้ต้องการประมวลผล ตามชุดคำสั่งใด ผู้ใช้จะต้องส่งข้อมูลและชุดคำสั่งนั้นๆ เข้าสู่ระบบคอมพิวเตอร์เสียก่อน โดยข้อมูลและชุดคำสั่งดังกล่าว จะถูกนำไปเก็บไว้ในหน่วยความจำหลัก จากนั้นหน่วยควบคุมจะดึงคำสั่งจากชุดคำสั่งที่มีอยู่ในหน่วยความจำหลักออกมา ทีละคำสั่งเพื่อทำการแปล ความหมายว่าคำสั่งดังกล่าวสั่งให้ฮาร์ดแวร์ส่วนใด ทำงานอะไรกับข้อมูลตัวใด เมื่อทราบความหมายของคำสั่งนั้นแล้ว หน่วยควบคุมก็จะส่งสัญญาณคำสั่งไปยังฮาร์ดแวร์ ส่วนที่ทำหน้าที่ในการประมวลผลดังกล่าว ให้ทำตามคำสั่งนั้นๆ เช่น 

     ถ้าคำสั่งที่เข้ามานั้นเป็นคำสั่งเกี่ยวกับการคำนวณ หน่วยควบคุมจะส่งสัญญาณ คำสั่งไปยังหน่วยคำนวณและตรรกะ ให้ทำงาน หน่วยคำนวณและตรรกะ ก็จะไปทำการดึงข้อมูลจากหน่วยความจำหลักเข้ามาประมวลผลตามคำสั่ง แล้วนำผลลัพธ์ที่ได้ไปแสดงยังอุปกรณ์แสดงผล หน่วยควบคุมจึงจะส่งสัญญาณคำสั่งไปยัง อุปกรณ์แสดงผลลัพธ์ ที่กำหนดให้ดึงข้อมูลจากหน่วยความจำหลัก ออกไปแสดงให้เห็นผลลัพธ์ดังกล่าว อีกต่อหนึ่ง เปรียบเสมือนสมองที่ควบคุม การทำงานส่วนประกอบต่างๆ ของร่างกายมนุษย์ เช่น แปลคำสั่งที่ป้อน ควบคุมให้หน่วยรับข้อมูลรับข้อมูลเข้ามาเพื่อทำการประมวลผล ตัดสินใจว่าจะให้เก็บข้อมูลไว้ที่ไหน ถูกต้องหรือไม่ ควบคุมให้ ALU ทำการคำนวณข้อมูลที่รับเข้ามา ตลอดจนควบคุมการแสดงผลลัพธ์ เป็นต้น 

โดยพื้นฐานทั่วไปส่วนควบคุมจะทำงานเป็น 2 จังหวะ คือ

     1. รับคำสั่ง ในจังหวะแรกนี้ ชุดคำสั่งจะถูกดึงจากส่วนความจำเข้าสู่ส่วนควบคุมแล้วแยกออกเป็นสองส่วน คือ ส่วนที่เป็นรหัสคำสั่ง จะแยกไปยังส่วนที่มีชื่อเรียกว่า วงจรสร้างสัญญาณ (decoder) เพื่อ เตรียมทำงานในจังหวะที่สอง และส่วนที่เป็นออเพอแรนด์ จะแยกออกไปยังวงจรอีกส่วนหนึ่ง เพื่อปฏิบัติให้เสร็จสิ้นในจังหวะแรก แล้วเตรียมพร้อมที่จะทำงานในจังหวะต่อไปเมื่อได้รับสัญญาณควบคุมส่งมาบังคับ


     2. ปฏิบัติ เมื่อจังหวะแรกได้เสร็จสิ้นไปแล้ว วงจรควบคุมจะสร้างสัญญาณขึ้นเพื่อส่งไปควบคุมส่วนต่างๆ ของเครื่องคอมพิวเตอร์ตามรหัสคำสั่งที่ได้รับมา เช่น การบวก ลบ คูณ หาร หรือย้ายข้อมูล เครื่องคอมพิวเตอร์หลายแบบใช้วงจรควบคุม ที่เป็นวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่สร้างเสร็จเรียบร้อยติดไว้ในเครื่อง เครื่องคำนวณจะเก็บสัญญาณควบคุมเหล่านี้ไว้ในส่วนความจำพิเศษที่เรียกว่า “รอม (ROM)”


2. หน่วยคำนวณและตรรกะ (Arithmetic Logical Unit : ALU)


     หน่วยคำนวณตรรกะ ทำหน้าที่เหมือนกับเครื่องคำนวณอยู่ในเครื่องคอมพิวเตอร์โดยทำงานเกี่ยวข้องกับ การคำนวณทางคณิตศาสตร์ (Arithmetic operations) เช่น บวก ลบ คูณ หาร นอกจากนี้หน่วยคำนวณและตรรกะของคอมพิวเตอร์ ยังมีความสามารถอีกอย่างหนึ่งที่เครื่องคำนวณธรรมดาไม่มี คือ ความสามารถในเชิงตรรกะศาสตร์ (Logical operations) หมายถึง ความสามารถในการเปรียบเทียบตามเงื่อนไข และกฎเกณฑ์ทางคณิตศาสตร์ เพื่อให้ได้คำตอบออกมาว่าเงื่อนไขนั้นเป็นจริง หรือ เท็จ เช่น เปรียบเทียบมากว่า น้อยกว่า เท่ากัน ไม่เท่ากัน ของจำนวน 2 จำนวน เป็นต้น ซึ่งการเปรียบเทียบนี้มักจะใช้ในการเลือกทำงานของเครื่องคอมพิวเตอร์จะทำตาม คำสั่งใดของโปรแกรมเป็นคำสั่งต่อไป โดยอาศัยตัวปฏิบัติการพื้นฐาน 3 ค่า คือ

· เงื่อนไขเท่ากับ (= , Equal to condition)

· เงื่อนไขน้อยกว่า (< , Less than condition)

· เงื่อนไขมากกว่า (> , Greater than condition)


3. หน่วยความจำหลัก (Main Memory)


     คอมพิวเตอร์ จะสามารถทำงานได้เมื่อมีข้อมูล และชุดคำสั่งที่ใช้ในการประมวลผลอยู่ในหน่วยความจำหลักเรียบร้อยแล้วเท่า นั้น และหลังจากทำการประมวลผลข้อมูลตามชุดคำสั่งเรียบร้อยแล้ว ผลลัพธ์ที่ได้จะถูกนำไปเก็บไว้ที่หน่วยความจำหลัก และก่อนจะถูกนำออกไปแสดงที่อุปกรณ์แสดงผล สามารถแบ่งได้เป็น 2 ประเภท คือ 

· หน่วยความจำสำหรับเก็บคำสั่ง (Program Memory) 

· หน่วยความจำสำหรับเก็บข้อมูลและคำสั่ง (Data Programming Memory)

หน้าที่ของหน่วยประมวลผล

      หน่วยประมวลผลกลางมีหน้าที่ประมวลผลข้อมูลต่างๆ ในระบบคอมพิวเตอร์ โดยหน่วยประมวลผลกลางจะทำงานตามโปรแกรมที่ระบุโดยผู้ใช้ ขั้นตอนการทำงานของหน่วยประมวลผลกลางมีลักษณะเป็นวงรอบ โดยขั้นแรกหน่วยประมวลผลกลางจะอ่านคำสั่งจากหน่วยความจำ (fetch) จากนั้นหน่วยประมวลผลกลางจะตีความคำสั่งนั้น (decode) และในขั้นตอนสุดท้ายหน่วยประมวลผลกลางก็จะประมวลผลตามคำสั่งที่อ่านเข้ามา (excute) เมื่อทำงานเสร็จหน่วยประมวลผลก็จะเริ่มอ่านคำสั่งเข้ามาอีกครั้ง

      การทำงานของหน่วยประมวลผลกลาง ประกอบด้วยการคำนวณทางคณิตศาสตร์พื้นฐาน เช่น การบวก ลบ คูณ หาร การเปรียบเทียบข้อมูลสองจำนวน การควบคุมการเคลื่อนย้ายข้อมูลในส่วนต่างๆ ของระบบ เช่น เคลื่อนย้ายข้อมูลระหว่างอุปกรณ์รับข้อมูล อุปกรณ์แสดงผลกับหน่วยความจำ เป็นต้น









จัดทำโดย

1. นาย วศิน จำปา เลขที่ 4 ม.5/10

2. นาย ณัฐนนท์ บุศน้ำเพ็ชร เลขที่ 7 ม.5/10

แหล่งอ้างอิง

http://pattiiz-s.blogspot.com/