หน่วยประมวลผลกลาง

หน่วยประมวลผลกลาง

หน่วยประมวลผลกลาง (อังกฤษ: central processing unit) หรือย่อว่า ซีพียู (CPU) เป็นวงจรอิเลคทรอนิกส์ที่ทำงาน หรือประมวลผล ตามชุดของคำสั่งเครื่องจากซอฟต์แวร์ คำนี้เริ่มใช้ในอุตสาหกรรมคอมพิวเตอร์ตั้งแต่ต้นศตวรรษ 1960s

หน่วยประมวลผลเปรียบเสมือนเป็นสมองของคอมพิวเตอร์ ในการทำหน้าที่ตัดสินใจหรือคำนวณ จากคำสั่งที่ได้รับมา เช่น การเปรียบเทียบ การกระทำการทางคณิตศาสตร์ ฯลฯ

โดยมีกระบวนการพื้นฐานคือ

  • อ่านชุดคำสั่ง (fetch)
  • ตีความชุดคำสั่ง (decode)
  • ประมวลผลชุดคำสั่ง (execute)
  • อ่านข้อมูลจากหน่วยความจำ (memory)
  • เขียนข้อมูล/ส่งผลการประมวลกลับ (write back)

สถาปัตยกรรมของหน่วยประมวลผลกลาง ประกอบไปด้วย ส่วนควบคุมการประมวลผล (control unit) และ ส่วนประมวลผล (execution unit) และจะเก็บข้อมูลระหว่างการคำนวณ ไว้ในระบบเรจิสเตอร์

การทำงานของหน่วยประมวลผลกลาง

การทำงานของหน่วยประมวลผลกลางแบ่งออกตามหน้าที่ได้เป็นห้ากลุ่มใหญ่ๆ ดังนี้ โดยทำงานทีละคำสั่ง จากคำสั่งที่เรียงลำดับกันไว้ตอนที่เขียนโปรแกรม

  • Fetch - การอ่านชุดคำสั่งขึ้นมา 1 คำสั่งจากโปรแกรม ในรูปของระหัสเลขฐานสอง (Binary Code from on-off of BIT)
  • Decode - การตีความ 1 คำสั่งนั้นด้วยวงจรถอดรหัส (Decoder circuit) ตามจำนวนหลัก (BIT) ว่ารหัสนี้จะให้วงจรอื่นใดทำงานด้วยข้อมูลที่ใด
  • Execute - การทำงานตาม 1 คำสั่งนั้น คือ วงจรใดในไมโครโปรเซสเซอร์ทำงาน เช่น วงจรบวก วงจรลบ วงจรเปรียบเทียบ วงจรย้ายข้อมูล ฯลฯ
  • Memory - การติดต่อกับหน่วยความจำ การใช้ข้อมูที่อยู่ในหน่วยจำชั่วคราว (RAM, Register) มาใช้ในคำสั่งนั้นโดยอ้างที่อยู่ (Address)
  • Write Back - การเขียนข้อมูลกลับ โดยมีหน่วยจำ Register ช่วยเก็บที่อยู่ของคำสั่งต่อไป ภายหลังมีคำสั่งกระโดดบวกลบที่อยู่

 

 

การทำงานแบบขนานในระดับคำสั่ง (ILP)

โดยการทำงานเหล่านี้ถ้าเป็นแบบพื้นฐานก็จะทำงานกันเป็นขั้นตอนเรียงตัวไปเรื่อยๆ แต่ในหลักความเป็นไปได้คือการทำงานในแต่ละส่วนนั้นค่อนข้างจะเป็นอิสระออกจากกัน จึงได้มีการจับแยกกันให้ทำงานขนานกันของแต่ละส่วนไปได้ หลักการนี้เรียกว่า pipeline เป็นการทำการประมวลผลแบบขนานในระดับการไหลของแต่ละคำสั่ง (ILP: Instruction Level Parallelism) โดยข้อมูลที่เป็นผลจากการคำนวณของชุดก่อนหน้าจะถูกส่งกลับไปให้ชุดคำสั่งที่ตามมาในช่องทางพิเศษภายในหน่วยประมวลผลเอง

การทำงานของหน่วยประมวลผลกลางแบบมี pipeline และเป็น superscalar

การทำงานแบบขนานนี้สามารถทำให้มีความสามารถเพิ่มขึ้นได้อีกคือเพิ่มการทำงานแต่ละส่วนออกเป็นส่วนที่เหมือนกันในทุกกลุ่มแต่ให้ทำงานคนละสายชุดคำสั่งกัน วิธีการนี้เรียกว่าการทำหน่วยประมวลผลให้เป็น superscalar วิธีการนี้ทำให้มีหลายๆ ชุดคำสั่งทำงานได้ในขณะเดียวกัน โดยงานหนักของ superscalar อยู่ที่ส่วนดึงชุดคำสั่งออกมา (Dispatcher) เพราะส่วนนี้ต้องตัดสินใจได้ว่าชุดคำสั่งอันไหนสามารถทำการประมวลผลแบบขนานได้ หลักการนี้ก็เป็นการทำการประมวลผลแบบขนานในระดับการไหลของแต่ละคำสั่ง (ILP: Instruction Level Parallelism) เช่นกัน

การทำงานแบบขนานในระดับกลุ่มชุดคำสั่ง (TLP)

การทำงานของโปรแกรมคอมพิวเตอร์แต่ละโปรแกรมสามารถแบ่งตัวออกได้เป็นระดับกลุ่มชุดคำสั่ง (Thread) โดยในแต่ละกลุ่มสามารถทำงานขนานกันได้ (TLP: Thread Level Parallelism) ในระดับ2

สถาปัตยกรรมของหน่วยประมวลผลกลางที่เป็นที่รู้จัก

คอมพิวเตอร์แบบฝังตัว

  • สถาปัตยกรรม PowerPC 440 ของไอบีเอ็ม
  • สถาปัตยกรรม 8051 ของอินเทล
  • สถาปัตยกรรม 6800 ของโมโตโรลา
    • ใช้ในหน่วยควบคุม 68HC11 ซึ่งเป็นที่แพร่หลายอย่างมาก
  • สถาปัตยกรรม ARM ของ ARM (เคยเป็นส่วนหนึ่งของบริษัท Acorn Computers)
    • ใช้ใน เครื่องเล่นเพลง ไอพ็อด, เครื่องเล่นเกม เกมบอยแอดวานซ์, และ พีดีเอ จำนวนมาก 0
    • หน่วยประมวลผล XScale และ StrongARM ของอินเทลนั้น ใช้สถาปัตยกรรม ARM

เครื่องคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล

  • สถาปัตยกรรม x86 ของอินเทล
  • สถาปัตยกรรม 6800, 6809, และ 68000 ของโมโตโรลา
  • สถาปัตยกรรม 6502 ของ MOS Technology
  • สถาปัตยกรรม Z80 ของ Zilog
  • สถาปัตยกรรม PowerPC ของไอบีเอ็ม (ในภายหลังคือพันธมิตร AIM alliance)
  • สถาปัตยกรรม AMD64 (หรือ x86-64) ของเอเอ็มดี
    • เข้ากันได้กับสถาปัตยกรรมแบบ x86 ของอินเทล

คอมพิวเตอร์เซิร์ฟเวอร์ และเวิร์คสเตชัน

มินิคอมพิวเตอร์จนถึงเมนเฟรม

  • สถาปัตยกรรม System/360 ของไอบีเอ็ม
  • สถาปัตยกรรม PDP-11 ของ DEC, และสถาปัตยกรรม VAX ที่ถูกพัฒนาต่อมา
  • สถาปัตยกรรม SuperH ของฮิตาชิ
  • สถาปัตยกรรมของคอมพิวเตอร์รุ่น UNIVAC 1100/2200 (ปัจจุบันสนับสนุนโดย Unisys ClearPath IX computers)
  • 1750A - คอมพิวเตอร์มาตรฐานของกองทัพสหรัฐ
  • AP-101 - คอมพิวเตอร์ของกระสวยอวกาศ
 

ส่วนประกอบภายในและการทำงาน

1. หน่วยประมวลผลกลาง (Central Processing Unit ; CPU)

             หน่วยประมวลผลกลาง เปรียบได้กับสมองของคอมพิวเตอร์ เป็นส่วนที่สำคัญที่สุด ทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางการประมวลผลและควบคุมระบบต่างๆ ของคอมพิวเตอร์     ให้ทุกหน่วยทำงานสอดคล้องสัมพันธ์กัน

 

หลายท่านคงสงสัยว่า ไมโครโพรเซสเซอร์ (Microprocessor), ชิป (Chip), โพรเซสเซอร์ (Processor) เหมือนหรือต่างจาก CPU หรือไม่ อย่างไร?  คำตอบก็คือเหมือนกัน จะเรียกชื่ออะไรก็ได้   เนื่องจากส่วนประกอบภายในเป็นวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อนจำนวนมาก มีทรานซิสเตอร์ประกอบกันเป็นวงจรหลายล้านตัว แต่ละชิ้นมีความกว้าง 0.35 ไมครอน (ขณะที่เส้นผมคนเรามีเส้นผ่าศูนย์กลาง 100 ไมครอน ผ่านกรรมวิธีการผลิตที่สะอาดยิ่งกว่าความสะอาดในโรงพยาบาลเสียอีก สำหรับยี่ห้อหรือแบรนด์ ของซีพียูที่ใช้ในปัจจุบัน  คือ  Intel, AMD และ Cyrix

  หน่วยประมวลผลกลาง ประกอบด้วยหน่วยย่อย ดังนี้

    • หน่วยควบคม (Control Unit)
    • หน่วยคำนวณและตรรกะ (Arithmetic and Logic Unit ; ALU)
    • หน่วยความจำหลัก (Main Memory Unit)
แผนภาพแสดง ส่วนประกอบของหน่วยประมวลผลกลาง (CPU)
 

การสื่อสารระหว่างหน่วยต่างๆ ใน CPU จะใช้สายสัญญาณที่เรียกว่า Bus Line หรือ Data Bus

หน่วยควบคุม (Control Unit)

              หน่วยควบคุมทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของหน่วยทุกๆ หน่วย ใน CPU และอุปกรณ์อื่นที่ต่อพ่วง เปรียบเสมือนสมองที่ควบคุมการทำงานส่วนประกอบต่าง ๆ ของร่างกายมนุษย์ เช่น แปลคำสั่งที่ป้อน ควบคุมให้หน่วยรับข้อมูลรับข้อมูลเข้ามาเพื่อทำการประมวลผล ตัดสินใจว่าจะให้เก็บข้อมูลไว้ที่ไหน ถูกต้องหรือไม่ ควบคุมให้ ALU ทำการคำนวณข้อมูลที่รับเข้ามา ตลอดจนควบคุมการแสดงผลลัพธ์ เป็นต้น

หน่วยคำนวณและตรรกะ (ALU; Arithmetic and Logic Unit)

              หน่วยคำนวณและตรรกะ ทำหน้าที่คำนวณทางคณิตศาสตร์ (Arithmetic operations) และการคำนวณทางตรรกศาสตร์ (Logical operations) โดยปฏิบัติการเกี่ยวกับการคำนวณได้แก่ การบวก (Addition) ลบ (Subtraction) คูณ (Multiplication) หาร (Division) สำหรับการคำนวณทางตรรกศาสตร์ ประกอบด้วย การเปรียบเทียบค่าจริง หรือเท็จ โดยอาศัยตัวปฏิบัติการพื้นฐาน 3 ค่าคือ

    • เงื่อนไขเท่ากับ (=, Equal to condition)  
    • เงื่อนไขน้อยกว่า (<, Less than condition)  
    • เงื่อนไขมากกว่า (>, Greater than condition)

สำหรับตัวปฏิบัติการทางตรรกะ สามารถนำมาผสมกันได้ทั้งหมด 6 รูปแบบ คือ

    • เงื่อนไขเท่ากับ (=, Equal to condition)
    • เงื่อนไขน้อยกว่า (<, Less than condition)
    • เงื่อนไขมากกว่า (>, Greater than condition)
    • เงื่อนไขน้อยกว่าหรือเท่ากับ (<=, Less than or equal condition)
    • เงื่อนไขมากกว่าหรือเท่ากับ (>=, Greater than or equal condition)
    • เงื่อนไขน้อยกว่าหรือมากกว่า (< >, Less than or greater than condition) ซึ่งเป็นเงื่อนไขที่มีค่าคือ "ไม่เท่ากับ (not equal to)" นั่นเอง

หน่วยความจำหลัก (Main Memory Unit)

              หน่วยความจำหลัก ซึ่งมีชื่อเรียกหลายชื่อ ได้แก่ Main Memory Unit, Primary Storage Unit, Internal Storage Unit เป็นหน่วยที่ใช้เก็บข้อมูล และคำสั่งเพื่อใช้ในการประมวลผล และเก็บข้อมูลตลอดจนคำสั่ง       ชั่วคราวเท่านั้น ข้อมูลและคำสั่งจะถูกส่งมาจากหน่วยควบคุม สามารถแบ่งได้เป็น 2 ประเภท คือ

    • หน่วยความจำสำหรับเก็บคำสั่ง (Program Memory)
    • หน่วยความจำสำหรับเก็บข้อมูลและคำสั่ง (Data & Programming Memory

              หน่วยความจำสำหรับเก็บข้อมูลและคำสั่ง (Data & Programming Memory) หรือที่เรียกว่า แรม (RAM; Random Access Memory) เป็นหน่วยความจำที่สามารถเก็บข้อมูล และคำสั่งจากหน่วยรับข้อมูล แต่ข้อมูลและคำสั่งเหล่านั้นสามารถหายไปได้ เมื่อมีการรับข้อมูลหรือคำสั่งใหม่ หรือปิดเครื่อง หรือกระแสไฟฟ้าขัดข้อง หน่วยความจำแรม เป็นหน่วยความจำที่สำคัญที่สุดของคอมพิวเตอร์  จำเป็นจะต้องเลือกซื้อให้มีขนาดใหญ่พอสมควร  มิเช่นนั้นจะทำงานไม่สะดวก   แรมในปัจจุบันแบ่งได้เป็น

              1. SRAM (Static RAM) ทำงานได้โดยไม่ต้องอาศัยสัญญาณนาฬิกา  เป็นหน่วยความจำที่สามารถอ่านและเขียนข้อมูลได้เร็วกว่า DRAM เนื่องจากไม่ต้องมีการรีเฟรชอยู่ตลอดเวลา  แต่หน่วยความจำชนิดนี้มีราคาแพงและจุข้อมูลได้ไม่มาก  จึงนิยมใช้เป็นหน่วยความจำแคลชซึ่งเป็นอุปกรณ์ช่วยเพิ่มความเร็วในการทำงานของ DRAM    
              2. DRAM (Dynamic RAM) ทำงานโดยอาศัยสัญญาณนาฬิกามากระตุ้น แต่ก็มีจุดเด่นคือ มีขนาดเล็กกว่า SRAM และสิ้นเปลืองพลังงานน้อยกว่า ยังแบ่งย่อยได้เป็น
                  -  FPM DRAM  (Fast Page Mode Dynamic RAM)
                  -  EDO RAM (Extended-Data-Out  RAM)
                  -  SDRAM (Synchronous Dynamic RAM)
                  -  DDR SDRAM (Double Data  Rate Synchronous Dynamic RAM)
                  -  RDRAM (Rambus Dynamic RAM)

 

            
                             SDRAM                                                                                               Mainboard
 
 
 
 
 

2. เมนบอร์ด (Mainboard)

                เมนบอร์ดเป็นอุปกรณ์ที่สำคัญรองมาจากซีพียู เมนบอร์ดทำหน้าที่ควบคุม ดูแลและจัดการๆ ทำงานของ อุปกรณ์ชนิดต่างๆ แทบทั้งหมดในเครื่องคอมพิวเตอร์ ตั้งแต่ซีพียู ไปจนถึงหน่วยความจำแคช หน่วยความจำหลัก ฮาร์ดดิกส์ ระบบบัส บนเมนบอร์ดประกอบด้วยชิ้นส่วนต่างๆ มากมายแต่ส่วนสำคัญๆ ประกอบด้วย

2.1 ชุดชิพเซ็ต

              ชุดชิพเซ็ตเป็นเสมือนหัวใจของเมนบอร์ดอีกที่หนึ่ง เนื่องจากอุปกรณ์ตัวนี้จะมีหน้าที่หลักเป็นเหมือนทั้ง อุปกรณ์ แปลภาษา ให้อุปกรณ์ต่างๆ ที่อยู่บนเมนบอร์ดสามารถทำงานร่วมกันได้ และทำหน้าที่ควบคุม อุปกรณ์ต่างๆ ให้ทำงานได้ตามต้องการ โดยชิพเซ็ตนั้นจะประกอบด้วยชิพเซ็ตนั้นจะประกอบไปด้วยชิพ 2 ตัว คือชิพ System Controller และชิพ PCI to ISA Bridge  

              ชิพ System Controller หรือ AGPSET หรือ North Bridge เป็นชิพที่ทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของ อุปกรณ์หลักๆ ความเร็วสูงชนิดต่างๆ บนเมนบอร์ดที่ประกอบด้วยซีพียู หน่วยความจำแคชระดับสอง (SRAM) หน่วยความจำหลัก (DRAM) ระบบกราฟิกบัสแบบ AGP และระบบบัสแบบ PCI

               ชิพ PCI to ISA Bridge หรือ South Bridge จะทำหน้าที่เป็นอุปกรณ์ที่ใช้เชื่อมต่อกันระหว่างระบบบัสแบบ PCI กับอุปกรณ์อื่นๆ ที่มีความเร็วในการทำงานต่ำกว่าเช่นระบบบัสแบบ ISA ระบบบัสอนุกรมแบบ USB ชิพคอนโทรลเลอร์ IDE ชิพหน่วยความจำรอมไออส ฟล็อบปี้ดิกส์ คีย์บอร์ด พอร์ตอนุกรม  และพอร์ตขนาน

               ชุดชิพเซ็ตจะมีอยู่ด้วยกันหลายรุ่นหลายยี่ห้อโดยลักษณะการใช้งานจะขึ้นอยู่กับซีพียูที่ใชเป็นหลัก เช่นชุด ชิพเซ็ตตระกูล 430 ของอินเทลเช่นชิพเซ็ต 430FX, 430HX 430VX และ 430TX จะใช้งานร่วมกับซีพียู ตระกูลเพนเทียม เพนเที่ยม MMX, K5, K6, 6x86L, 6x86MX (M II) และ IDT Winchip C6 ชุดชิพเซ็ต ตระกูล 440 ของอิเทลเช่นชิพเซ็ต 440FX, 440LX, 440EX และชิพเซ็ต 440BX จะใช้งานร่วมกับ ซีพียูตระกูลเพนเที่ยมโปร เพนเที่ยมทู และเซลเลอรอน และชุดชิพเซ็ตตระกูล 450 ของอินเทลเช่นชุดชิพเซ็ต 450GX และ 450NX ก็จะใช้งานร่วมกับซีพียูตระกูลเพนเที่ยมทูซีนอนสำหรับเครื่องคอมพิวเตอร์ระดับ Server หรือ Workstation นอกจากนี้ยังมีชิพเซ็ตจากบริษัทอื่นๆ อีกหลายรุ่นหลายยี่ห้อที่ถูกผลิตออกมา แข่งกับอินเทลเช่นชุดชิพเซ็ต Apollo VP2, Apollo VP3 และ Apollo mVp3 ของ VIA, ชุดชิพเซ็ต Aladin IV+ และ Aladin V ของ ALi และชุดชิพเซ็ต 5597/98, 5581/82 และ 5591/92 ของ SiS สำหรับซีพียูตระกูลเพนเที่ยม เพนเที่ยม MMX, K5, K6, 6x86L, 6x86MX (M II) และ IDT Winchip C6 ชุดชิพเซ็ต Apollo BX และ Apollo Pro ของ VIA, ชุดชิพเซ็ต Aladin Pro II M1621/M1543C ของ ALi และชุดชิพเซ้ต 5601 ของ Sis สำหรับซีพียูตระกูลเพนเที่ยมทู และเซลเลอรอน ซึ่งชิพเซ้ตแต่ละรุ่น แต่ละยี้ห้อนั้นจะมีจุดดีจุดด้อยแตกต่างกันไป

2.2 หน่วยความจำรอมไบออส และแบตเตอรรี่แบ็คอัพ

              ไบออส BIOS (Basic Input Output System) หรืออาจเรียกว่าซีมอส (CMOS) เป็นชิพหน่วยความจำชนิด หนึ่งที่ใช้สำหรับเก็บข้อมูล และโปรแกรมขนาดเล็กที่จำเป็นต่อการบูตของระบบคอมพิวเตอร์ โดยในอดีต ส่วนของชิพรอมไบออสจะประกอบด้วย 2 ส่วนคือ ชิพไบออส และชิพซีมอส ซึ่งชิพซีไปออสจะทำหน้าที่ เก็บข้อมูลพื้นฐานที่จำเป็นต่อการบูตของระบบคอมพิวเตอร์ ส่วนชิพซีมอสจะทำหน้าที่ เก็บโปรแกรมขนาดเล็ก ที่ใช้ในการบูตระบบ และสามารถเปลี่ยนข้อมูลบางส่วนภายในชิพได้ ชิพไบออสใช้พื้นฐานเทคโนโลยีของรอม ส่วนชิพซีมอสจะใช้เทคโนโลยีของแรม ดังนั้นชิพไบออสจึงไม่จำเป็นต้องใช้พลังงานไฟฟ้า ในการเก็บรักษาข้อมูล แต่ชิพซีมอส จะต้องการพลังงานไฟฟ้าในการเก็บรักษาข้อมูลอยตลอดเวลาซึ่งพลังงานไฟฟ้า ก็จะมาจากแบตเตอรี่แบ็คอัพที่อยู่บนเมนบอร์ด (แบตเตอรี่แบ็คอัพจะมีลักษณะเป็นกระป๋องสีฟ้า หรือเป็นลักษณะกลมแบนสีเงิน ซึ่งภายในจะบรรจุแบตเตอรรี่แบบลิเธี่ยมขนาด 3 โวลต์ไว้) แต่ตอ่มาในสมัย ซีพียูตระกูล 80386 จึงได้มีการรวมชิพทั้งสองเข้าด้วยกัน และเรียกชื่อว่าชิพรอมไบออสเพียงอย่างเดียว และการที่ชิพรอมไบออสเป็นการรวมกันของชิพไบออส และชิพซีมอสจึงทำให้ข้อมูลบางส่วนที่อยู่ภายใน ชิพรอมไบออส ต้องการพลังงานไฟฟ้าเพื่อรักษาข้อมูลไว้ แบตเตอรี่แบ็คอัพ จึงยังคงเป็นสิ่งจำเป็นอยู่จนถึง ปัจจุบัน จึงเห็นได้ว่าเมื่อแบตเตอรี่แบ็คอัพเสื่อม หรือหมดอายุแล้วจะทำให้ข้อมูลที่คุณเซ็ตไว้ เช่น วันที่ จะหายไปกลายเป็นค่าพื้นฐานจากโรงงาน และก็ต้องทำการเซ็ตใหม่ทุกครั้งที่เปิดเครื่อง เทคโนโลยีรอมไบออส ในอดีต หน่วยความจำรอมชนิดนี้จะเป็นแบบ EPROM (Electrical Programmable Read Only Memory) ซึ่งเป็นชิพหน่วยความจำรอม ที่สามารถบันทึกได้ โดยใช้แรงดันกระแสไฟฟ้าระดับพิเศษ ด้วยอุปกรณ์ ที่เรียกว่า Burst Rom และสามาถลบข้อมูลได้ด้วยแสงอุตราไวโอเล็ต ซึ่งคุณไม่สามารถอัพเกรดข้อมูลลงในไบออสได้ ด้วยตัวเองจึงไม่ค่อยสะดวกต่อการแก้ไขหรืออัพเกรดข้อมูลที่อยู่ในชิพรอมไบออส แต่ต่อมาได้มีการพัฒนา เทคโนโลยีชิพรอมขึ้นมาใหม่ ให้เป็นแบบ EEPROM หรือ E2PROM โดยคุณจะสามารถทั้งเขียน และลบข้อมูล ได้ด้วยกระแสไฟฟ้าโดยใช้ซอฟต์แวร์พิเศษ ได้ด้วยตัวเองอย่างง่ายดายดังเช่นที่เราเห็นกันอยู่ในปัจจุบัน

 2.3 หน่วยความจำแคชระดับสอง

               หน่วยความจำแคชระดับสองนั้นเป็นอุปกรณ์ ตัวหนึ่งที่ทำหน้าเป็นเสมือนหน่วยความจำ บัฟเฟอร์ให้กับซีพียู โดยใช้หลักการที่ว่า การทำงานร่วมกับอุปกร์ที่ความเร็วสูงกว่า จะทำให้เสียเวลาไปกับการรอคอยให้อุปกรณ์ ที่มีความเร็วต่ำ ทำงานจนเสร็จสิ้นลง เพราะซีพียูมีความเร็วในการทำงานสูงมาก การที่ซีพียูต้องการข้อมูล ซักชุดหนึ่งเพื่อนำไปประมวลผลถ้าไม่มีหน่วยความจำแคช

3. ฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟ (Hard Disk )

               เป็นที่สำหรับเก็บข้อมูลขนาดใหญ่ มีความจุสูงถึงหน่วยเมกะไบต์ จนถึง   กิกะไบต์ และมีความเร็วสูงในการทำงาน และ การส่งผ่านข้อมูลมากกว่า Secondary Storage ทั่วไป ซึ่ง Harddisk จะประกอบไปด้วยจาน Disk หรือที่เรียกว่า Platters หลายๆ แผ่นมารวมกัน ซึ่งแต่ละด้านของ Plalter จะถูกปกคลุมไปด้วยสารประกอบ Oxide เพื่อให้สามารถบันทึกข้อมูลได้ Hard Disk ส่วนมากจะอยู่ภายในเครื่องคอมพิวเตอร์ ซึ่งไม่สะดวกในการเคลื่อนย้าย บางทีถูกเรียกว่า Fixed Disk

               การทำงานของ Hard Disk ก็จะมีลักษณะคล้ายๆกับแผ่นดิสก์ โดยก่อนที่จะทำการบันทึกข้อมูล จำเป็นจะต้อง Format เพื่อให้มีการกำหนด Track, Cylinder, ต่างๆ ขึ้นมาก่อนเพื่อใช้ในการอ้างอิงตำแหน่ง

 

 

        
 
 นอกจากนี้แล้วมันยังสามารถจัดแบ่ง Partitions กล่าวคือ Hard Disk ตัวหนึ่งสามารถแบ่งได้หลาย Patition ขึ้นอยู่กับการแบ่ง Partition ก่อนการ Format (การกำหนด Partition สามารถทำได้โดยใช้คำสั่ง FDISK) นอกจากนี้ยังขึ้นกับเครื่องคอมพิวเตอร์ว่าใช้ระบบ PCI หรือไม่ ถ้าไม่ใช้ระบบ PCI ในเครื่องจะมองเห็นฮาร์ดดิสก์ขนาดสูงสุดเพียง 540 MB แต่ถ้าเป็น PCI จะต้องมาตรวจสอบ OS(Operation System) ดูอีกทีว่าใช้อะไร เช่น ถ้าเป็น Windows 95 จะสามารถมองเห็น Hard Disk สูงสุดได้ที่ 1.27 GB ต่อ 1 Partition ซึ่งถ้าเรามี Hard Disk 1 ตัว แต่เป็น 2 GB ก็ต้องจัดแบ่งมันเป็น 2 Partition ถ้าเป็นระบบ Windows 95OSR2 จะสามารถมองเห็นได้เกิน 2 GB เป็นต้น
               ระบบควบคุมการทำงานของ Hard Disk ที่มีใช้งานอยู่ในระบบคอมพิวเตอร์  สามารถจำแนกตามต่อต่อประสาน (interface) ได้เป็น 4 ระบบ คือ ระบบ ST-506/412 ระบบ ESDI ระบบ SCSI และระบบ IDE ซึ่งในปัจจุบัน 2 ชนิดแรกไม่มีใช้แล้ว จึงขอกล่าวถึงสองชนิดหลัง ดังนี้
    • SCSI (Small Computer System Interface) เป็นระบบที่นิยมใช้กันมากในขณะนี้  เพราะนอกสามารกสามารถควบคุมฮาร์ดดิสก์แล้ว  ยังสามารถควบคุมเส้นทางการส่งถ่ายข้อมูลกับอุปกรณ์อื่นๆ ที่มีโพรเซสเซอร์อยู่ในตัวเอง ทำให้เป็นส่วนเพิ่มขยายสำหรับแผงวงจรใหม่ และสามารถใช้ควบคุมอุปกรณ์เสริมอื่นๆ ได้ด้วย เช่น โมเด็ม ซีดีรอม เป็นต้น
    • IDE (Integrated Drive Electronics) เป็นระบบใหม่ที่มีความจุใกล้เคียงกับ SCSI แต่มีราคาต่ำกว่า ปัจจุบันนิยมบรรจุ IDE รวมอยู่ในแผงวงจรของซีพียู  ทำให้มีช่องว่างให้ใช้งานอื่นๆ เพิ่มขึ้น
4. ซีดีรอมไดร์ฟ (CD-ROM Drive)
             CD-ROM เป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่อ่าน ข้อมูล จากแผ่นซีดีรอม และทำการแปลงสัญญาณข้อมูล แล้วส่งไปยังหน่วยประมวลผลของคอมพิวเตอร์
              การทำงานของ CD-ROM ภายในซีดีรอมจะแบ่งเป็นแทร็กและเซ็กเตอร์เหมือนกับแผ่นดิสก์ แต่เซ็กเตอร์ในซีดีรอมจะมีขนาดเท่ากัน ทุกเซ็กเตอร์ ทำให้สามารถเก็บข้อมูลได้มากขึ้น เมื่อไดรฟ์ซีดีรอมเริ่มทำงานมอเตอร์จะเริ่มหมุนด้วยความเร็ว หลายค่า ทั้งนี้เพื่อให้อัตราเร็วในการอ่านข้อมูลจากซีดีรอมคงที่สม่ำเสมอทุกเซ็กเตอร์ ไม่ว่าจะเป็นเซ็กเตอร์ ที่อยู่รอบนอกหรือวงในก็ตาม จากนั้นแสงเลเซอร์จะฉายลงซีดีรอม โดยลำแสงจะถูกโฟกัสด้วยเลนส์ที่เคลื่อนตำแหน่งได้ โดยการทำงานของขดลวด ลำแสงเลเซอร์จะทะลุผ่านไปที่ซีดีรอมแล้วถูกสะท้อนกลับ ที่ผิวหน้าของซีดีรอมจะเป็น หลุมเป็นบ่อ ส่วนที่เป็นหลุม ลงไปเรียก "แลนด์" สำหรับบริเวณที่ไม่มีการเจาะลึกลงไปเรียก "พิต" ผิวสองรูปแบบนี้เราใช้แทนการเก็บข้อมูลในรูปแบบของ 1 และ 0 แสงเมื่อถูกพิตจะกระจายไปไม่สะท้อนกลับ แต่เมื่อแสงถูกเลนส์จะสะท้อนกลับผ่านแท่งปริซึม จากนั้นหักเหผ่านแท่งปริซึมไปยังตัวตรวจจับแสงอีกที ทุกๆช่วงของลำแสงที่กระทบตัวตรวจจับแสงจะกำเนิดแรงดันไฟฟ้า หรือเกิด 1 และ 0 ที่ทำให้คอมพิวเตอร์สามารถเข้าใจได้ ส่วนการบันทึกข้อมูลลงแผ่นซีดีรอมนั้นต้องใช้แสงเลเซอร์เช่นกัน โดยมีลำแสงเลเซอร์จากหัวบันทึกของเครื่อง บันทึกข้อมูลส่องไปกระทบพื้นผิวหน้าของแผ่น ถ้าส่องไปกระทบบริเวณใดจะทำให้บริเวณนั้นเป็นหลุมขนาดเล็ก บริเวณทีไม่ถูกบันทึกจะมีลักษณะเป็นพื้นเรียบสลับกันไปเรื่อยๆตลอดทั้งแผ่น
              แผ่นซีดีรอมเป็นสื่อในการเก็บข้อมูลแบบออปติคอล (Optical Storage) ใช้ลำแสงเลเซอร์ในการอ่านข้อมูล แผ่นซีดีรอม ทำมาจากแผ่นพลาสติกเคลือบด้วยอลูมิเนียม เพื่อสะท้อนแสงเลเซอร์ที่ยิงมา เมื่อแสงเลเซอร์ที่ยิงมาสะท้อนกลับไป ที่ตัวอ่านข้อมูลที่เรียกว่า Photo Detector ก็อ่านข้อมูลที่ได้รับกลับมาว่าเป็นอะไรและส่งค่า  0  และ  1 ไปให้กลับซีพียูเพื่อนำไปประมวลผลต่อไป

CD-ROM Drive
Floppy Disk Drive

 
 

5. ฟล๊อปปี้ดิสก์ไดร์ฟ (Floppy Disk Drive )

              ในการเลือกใช้แผ่นดิสก์แต่ละชนิดนั้น จะต้องมีตัวขับดิสก์ (Floppy Disk Drive: FDD) ที่สนับสนุนการทำงานเหล่านี้ด้วย โดยดิสก์ไดร์ฟตัวแรก พัฒนาโดย Alan Shugart บริษัทไอบีเอ็มในปี  ค.ศ.1967 เป็นดิสก์ไดร์ฟสำหรับแผ่นบันทึกข้อมูลขนาด 8 นิ้ว (แผ่นดิสก์ - Diskette 8") จากนั้นมีการพัฒนาขนาดขนาดลงมา เพื่อสนับสนุนดิสก์ขนาด 5 1/4 นิ้ว และ 3 1/2 นิ้วในปัจจุบัน

              ดังนั้น  ดิสก์ไดร์ฟ จึงมี 2 ขนาดตามแผ่นดิสก์ที่ใช้ในปัจจุบัน คือ ดิสก์ไดร์ฟ ขนาด 3.5 นิ้ว และ 5.25 นิ้ว (ปัจจุบันพบ 5.25 นิ้วได้น้อยมาก) และแต่ละประเภท ยังแบ่งตามประเภทความจุของแผ่นดิสก์ ได้อีก เป็น

    • ดิสก์ไดร์ฟ สำหรับแผ่นดิสก์ 3.5 นิ้ว ความจุ 740 KB  
    • ดิสก์ไดร์ฟ สำหรับแผ่นดิสก์ 3.5 นิ้ว ความจุ 1.44 MB - HD: high density  
    • ดิสก์ไดร์ฟ 5.25 นิ้ว สำหรับแผ่นดิสก์ 5.25 นิ้ว ความจุ 640 KB
    • ดิสก์ไดร์ฟ 5.25 นิ้ว สำหรับแผ่นดิสก์ 5.25 นิ้ว ความจุ 1.2 MB - HD: high density

6. ช่องขยาย (Slot)

             การมีช่องเพิ่มขยาย หรือเรียกอีกอย่างว่าระบบบัสเพิ่มขยายนั้น จะช่วยให้เราสามารถปรับแต่ง หรือ เพิ่มขยาย ความสามารถของระบบ โดยผ่านทาง Plug-in Board หรือ เรียกว่าเป็น Card เพิ่มขยาย Expansion Card เช่นเมื่อต้องการให้ Computer มีเสียง อยากให้ Computer เล่นเพลงได้ ก็ต้องหาซื้อ Soundcard และ ลำโพงมาต่อเพิ่ม โดยแค่นำมา Plug ลงใน Expansion Slot บน Mainboard และ ทำการ Config ก็จะสามารถใช้งานได้ โดยไม่จำเป็นต้องมาเดินสายไฟ รื้อ Mainboard ใหม่ให้ยุ่งยาก ประเภทของ ช่องเพิ่มขยายจะมีดังนี้

    • แบบ PCI  เป็นช่องเสียบอุปกรณ์เพิ่มเติมส่วนใหญ่จะเป็นสีขาวเรียงต่อกัน 2-5 ช่อง ใช้เสียบอุปกรณ์เพิ่มเติม  เช่น การ์ดเสียง การ์ดแสดงผล โมเด็มแบบติดตั้งภายในและการ์ดแลน เป็นต้น
    • แบบ ISA  เป็นช่องเสียบอุปกรณ์เพิ่มเติมเช่นเดียวกับแบบ PCI แต่เป็นรุ่นที่เก่ากว่า มีสีดำขนาดยาวกว่าแบบ PCI  เมนบอร์ดในปัจจุบันส่วนใหญ่ไม่มีช่องเสียบแบบนี้แล้ว
    • แบบ AGP  เป็นช่องเสียบอุปกรณ์แสดงผลความเร็วสูง
    • แบบ EISA  
    • แบบ MCA

7. แหล่งจ่ายไฟ (Power Supply)

               แหล่งจ่ายไฟ (Power Supply) เป็นส่วนสำคัญเช่นกัน เพราะถ้าไม่มี แหล่งจ่ายไฟ (Power Supply) แล้วนั้น คอมพิวเตอร์จะทำงานได้อย่างไร   แหล่งจ่ายไฟจะมีรูปทรงและการทำงานที่เป็นไปตามระบบปฏิบัติการของ mainboard เช่นกัน

แหล่งจ่ายไฟ (Power Supply) แบบ ATX นั้นมีการทำงานที่ดีกว่าและเหนือ กว่าการทำงานด้วยแหล่งจ่ายไฟ (Power Supply) แบบ AT เพราะการปิดเปิดเครื่อง ด้วยระบบ ATX นั้นจะมีการทำงานด้วย Software เป็นตัวกำหนดการทำงานสำหรับการ ปิดเปิดเครื่อง และเคส ATX นั้นจะมีการให้แหล่งจ่ายไฟ (Power Supply) มาให้ที่มาก กว่าแหล่งจ่ายไฟ (Power Supply) แบบ AT ส่วนมากที่เคสแบบ ATX ให้มานั้นมักจะ อยู่ที่ 250 Watt ถึง 400 Watt ซึ่งเป็นพลังงานที่มากกว่าระบบ AT ทำให้มีความเสถียรภาพมากขึ้นนั่นเอง

 

Comments