1 ca-cpu structure (wichet p.'s conflicted copy 2012-12-17)

สถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์
Computer Architecture

โครงสร้างหน่วยประมวล
ผลกลาง
Central Processing Unit Structure

วิเชษฐ์ พลายมาศ
wichet.p@gmail.com
Facebook: Wichet.RMUTT

Microchip
CPU
Memory Unit
Machine Cycle
Processing Speed
Data Representation
Bites, Bytes, and Word
Binary Coding Scheme
System Unit

AGENDA

วิเชษฐ์ พลายมาศ | สถาปัต ยกรรม
คอมพิว เตอร์ | CPU | 2

ไมโครชิพ (Microchip)

• Transistor
– ทรานซิสเตอร์คือส่วนประกอบสำาคัญของสวิทซ์เล็กๆ
ที่ถูกปฏิบัติการด้วยสัญญาณไฟฟ้าที่สามารถเลือก
ระหว่างสัญญาณเปิดและปิดได้หลายล้านครั้งในหนึ่ง
วินาที
– เป็นส่วนสำาคัญของวงจรรวม (Integrated Circuit:
IC) ซึ่งเป็นวงจรอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมด ประกอบด้วย
สายโลหะขึ้นรูปเข้าด้วยกันบนชิพเดี่ยวๆ ของวัสดุ
พิเศษที่เรียกว่า ซิลิกอน
– เทคนิคการขึ้นรูปวงจรรวมเรียกว่า เทคโนโลยี solid-
state ซึ่งหมายความว่า อิเล็กตรอนจะวิ่งไปมาบนวัสดุ
ของแข็งไม่ใช่เคลื่อนที่ในสุญญากาศอย่างเช่นหลอด
สุญญากาศในวิทยุสมัยก่อน



• Solid-State
– อิเล็กตรอนที่วิ่งไปมาบนวัตถุที่มีความหนาแน่น
• Silicon
– ซิลิกอน เป็นวัตถุธรรมชาติที่พบได้ทั่วไปในดินและ
ทราย
• Semiconductor
– ตัวนำากึ่งยิ่งยวด คือ วัตถุที่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าอยู่
ระหว่างสื่อนำาไฟฟ้าที่ดีกับฉนวนไฟฟ้า


Transistor vs. Vacuum tube
การย่อส่วนประกอบ จากหลอดสุญญากาศขนาดเท่ากับหลอดไฟในปี 1940
ถูกแทนที่ด้วยทรานซิสเตอร์ขนาดที่เล็กลงประมาณหนึ่งพันเท่าในปี 1950
ปัจจุบัน ขนาดของทรานซิสเตอร์ยิ่งเล็กลงๆ กว่าเดิมหลายล้านเท่า


• ไมโครชิพ (microchip or chip) หรือชิพ
– มีหลายประเภท เช่น ไมโครโปรเซสเซอร์, ชิพหน่วย
ตรรกะ, ชิพการสื่อสาร, ชิพกราฟิก, ชิพตัวประมวลผล
ร่วมคณิตศาสตร์ เป็นต้น ชิพเหล่านี้มีหน้าที่แตกต่าง
กัน แต่ชิพที่มีส่วนสำาคัญต่อการปฏิวัติด้าน
คอมพิวเตอร์คือ ไมโครโปรเซสเซอร์ชิพ
• ไมโครโปรเซสเซอร์ (microprocessor)
– มาจากคำาว่า microscopic processor หมายถึง ตัว
ประมวลผลขนาดเล็กมาก หรือบางทีเรียกว่า ตัว
ประมวลผลบนชิพ (processor on a chip)
– คือวงจรที่ถูกย่อส่วนให้มีขนาดเล็กมากของตัว
ประมวลผลคอมพิวเตอร์ เป็นส่วนที่ทำาหน้าที่ประมวล
ผลหรือจัดการเปลี่ยนข้อมูลไปเป็นสารสนเทศ

– กระบวนการย่อส่วนที่มีอยู่ในไมโครแมชิน
(micromachine) ซึ่งเป็นอุปกรณ์ขนาดเล็กมากมี
ขนาดน้อยกว่ามิลลิเมตร ที่ผนวกทั้งส่วนประกอบ
เชิงกลไกและอิเล็กทรอนิกส์เข้าด้วยกัน
– เช่น อุปกรณ์ที่ใช้ในเครื่องมือแพทย์หลายชนิด หรือ
ตัวตรวจจับ (sensor) ในชิพที่ใช้ในถุงลมนิรภัยของ
รถยนต์


การผลิต ชิพ
(บนซ้าย) แผ่นเวเฟอร์ที่ถูกพิมพ์ไว้ด้วยไมโครโปรเซสเซอร์หลายชิ้น (บนขวา) ชิพ
ไมโครโปรเซสเซอร์ที่ถูกขึ้นรูปภายในเฟรมป้องกันด้วยขาที่เสียบไว้สามารถเชือมต่อเข้า
่
กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อย่างเช่นไมโครคอมพิวเตอร์ (ล่างสุด) การเพิ่มขนาดของแผ่น
เวเฟอร์ ซึ่งเป็นวิธีที่จะช่วยลดต้นทุน (ชิพแต่ละชินจะมีขนาด 20x20 มม.)
้


หน่วยประมวลผลกลาง
• CPU (Central Processing Unit)
• เป็นกลุ่มของวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อน ซึ่ง
กระทำาการชุดโปรแกรมคำาสั่ง
• คอมพิวเตอร์ทกขนาดทั้งใหญ่และเล็กจะต้องมี
ุ
ซีพียูอย่างน้อยหนึ่งซีพยู
ี
• ประกอบด้วยส่วนสำาคัญ 2 ส่วน ได้แก่ หน่วย
ควบคุม (control unit-CU) และหน่วย
คำานวณ/ตรรกะ (arithmetic/logic unit-ALU)


• CPU (Central Processing Unit)
– เป็นกลุ่มของวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อน ซึ่งกระทำา
การชุดโปรแกรมคำาสั่ง
– ประกอบด้วยส่วนสำาคัญ 2 ส่วน ได้แก่ หน่วยควบคุม
(control unit-CU) และหน่วยคำานวณ/ตรรกะ
(arithmetic/logic unit-ALU)
• คอมพิวเตอร์ใช้หน่วยเก็บ 2 ชนิด ได้แก่ หน่วย
เก็บหลักและรอง (primary storage and
secondary storage)
– ซีพียูจะปฏิสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับหน่วยเก็บหลักหรือ
หน่วยความจำา (memory) ซึ่งมีการอ้างอิงทั้งในส่วน
ของคำาสั่งและข้อมูล


ซีพ ีย แ ละหน่ว ยความจำา หลัก
ู
หน่วยควบคุมและ ALU, เรจิสเตอร์ และหน่วยความจำาหลัก เชื่อมต่อกันโดย
อาศัยเส้นทางอิเล็กทรอนิกส์ที่เรียกว่าบัส (เรจิสเตอร์เป็นพื้นที่ใช้เก็บข้อมูล
ชั่วคราว)


• Control Unit หน่วยควบคุม
– บรรจุด้วยวงจรอิเล็กทรอนิกส์ทใช้สัญญาณอิเล็กทรอนิกส์
ี่
ทำาหน้าที่คอยประสานงานส่วนต่างของระบบคอมพิวเตอร์ใน
การกระทำาการกับชุดโปรแกรมคำาสั่ง
• ALU: Arithmetic/Logic Unit หน่วยคำานวณ/ตรรกะ
– ทำาหน้าที่ปฏิบัติการด้านคำานวณและตรรกะ และคอยควบคุม
ความเร็วของปฏิบัติการเหล่านั้น
– ปฏิบัติการด้านคำานวณ (arithmetic operations) เป็นการ
ทำางานด้านคำานวณพื้นฐาน ประกอบด้วย การบวก, ลบ, คูณ
และหาร
– ปฏิบัติการด้านตรรกะ (logical operations) เป็นการทำางาน
ด้านการเปรียบเทียบ


• Register เรจิสเตอร์
– เป็นที่พักพิเศษความเร็วสูงที่ใช้เก็บข้อมูลและคำาสั่งไว้
ชั่วคราวในระหว่างการประมวลผล


หน่วยความจำา (Memory unit)
• มักใช้คำาว่าหน่วยความจำาหลัก (main memory)
หรือแรม (RAM)
• คือหน่วยเก็บ ที่ปฏิบัติภารกิจหลัก 3 ประการ
– เก็บข้อมูลที่ใช้สำาหรับการประมวลผล
– เก็บชุดคำาสั่งหรือโปรแกรมสำาหรับประมวลผลข้อมูล
นั้น และ
– เก็บข้อมูลหรือสารสนเทศที่ได้จากการประมวลผล รอ
การเคลือนย้ายไปสู่อุปกรณ์แสดงผลหรือหน่วยเก็บ
่
รอง


หน่วยความจำา (Memory unit)
• มีชื่อเรียกหลายชื่อ ได้แก่
– หน่วยเก็บปฐมภูมิ (primary storage)
– หน่วยความจำาปฐมภูมิ (primary memory)
– หน่วยความจำาภายใน (internal memory)
– หน่วยเก็บหลัก (main storage)
– หน่วยเก็บภายใน (internal storage)
– หน่วยความจำาหลัก (main memory)
• ผู้ผลิตจะใช้คำาว่า แรม (RAM) ซึ่งมาจากคำาว่า
random-access memory เพราะหน่วยความ
จำาถูกบรรจุอยู่บนชิพที่เรียกว่า แรมชิพ (RAM
chip)


รอบเครื่อง (Machine Cycle)
• คือลำาดับของปฏิบัติการในการกระทำาการกับ
หนึ่งโปรแกรมคำาสั่ง
• ประกอบด้วย 2 ส่วน ได้แก่
– รอบคำาสั่งเครื่อง (instruction cycle) เรียกว่า I-cycle
หรือ I-time กระทำาโดยหน่วยควบคุม ประกอบด้วย
• (1) ไปนำามา -fetch, ไปนำาคำาสั่งมาจากหน่วยความจำา
• (2) ถอดรหัส -decode, แปลความหมายตามคำาสั่ง
– รอบการกระทำาการ (execution cycle) เรียกว่า E-
cycle หรือ E-time กระทำาโดยหน่วยคำานวณ/ตรรกะ
ประกอบด้วย
• (3) กระทำาการ –execute, ปฏิบัติการกับข้อมูล
• (4) เก็บ –store, จัดเก็บผลลัพธ์ที่ได้จากการประมวลผล
ลงในหน่วยความจำาหรือเรจิสเตอร์

รอบเครื่อง (Machine Cycle)
• ซีพียูจะมีนาฬิการะบบ (system clock) ภายใน
ที่คอยให้จังหวะด้วยเวลาที่เท่ากันแก่ทุกการ
ปฏิบัติการของคอมพิวเตอร์
• ความเร็วรอบของนาฬิกาจะมีผลโดยตรงต่อ
ความเร็วของคอมพิวเตอร์


ตัวอย่างการทำางานของรอบเครื่อง จาก 4 ขั้นตอนในรอบเครื่อง
(1) Fetch: หน่วยควบคุมจะไปหยิบคำาสั่งมาจากหน่วยความจำา
(2) decode: หน่วยควบคุมจะถอดรหัสโดยแปลความหมายเป็นคำาสั่งเครื่อง โดยพิจารณาว่าการเพิ่มค่า
ตามคำาสั่งนี้ทำาได้โดยการนำาค่าตัวเลขถัดไปคือ 76 ไปใส่ไว้ในเรจิสเตอร์เพื่อการนี้ ในขณะที่ค่าของ 88
ถูกเก็บไว้เรจิสเตอร์อีกตัวหนึ่งเรียบร้อยแล้ว
(3) execute: หน่วยคำานวณและตรรกะจะทำาการบวกค่าของผลรวมด้วย 76 ผลรวมที่ได้คือ 164
(4) store: เก็บค่า 164 ไว้ในเรจิสเตอร์และนำาค่าไปแทนที่ผลรวมเดิม (88) ในหน่วยความจำาหลัก


ความเร็วในการประมวลผล
(Processing Speeds)
• Megahertz (MHz)
– เมกะเฮิรตซ์ เป็นเวลาหนึ่งล้านรอบเครื่องต่อวินาที
• MIPS (Million Instructions Per Second)
– มิปส์ หนึ่งล้านคำาสั่งต่อวินาที
• FLOPS (Floating-Point Operations Per Second)
– ฟล็อปส์ เวลาในการปฏิบัติการจุดลอยตัวเสร็จสิ้นในหนึ่ง
วินาที
• เมกะฟล็อปส์ (megaflops หรือ mflops คือหนึ่งล้าน) คือการ
ปฏิบัตการจุดลอยตัวหนึ่งล้านครั้งต่อวินาที
ิ
• กิกะฟล็อปส์ (gigaflops หรือ gflops คือพันล้าน)
• ทีราฟล็อปส์ (teraflops หรือ tflops คือล้านล้าน)
• พีทาฟล็อปส์ (petaflops หรือ pflops คือ พันล้านล้าน)


ความเร็วในการประมวลผล
(Processing Speeds)
• หน่วยวัดอื่นๆ—เวลาที่รอบเครื่องเสร็จสิ้นในเสี้ยววินาที
• เป็นความเร็วของการเสร็จสิ้นในหนึ่งรอบของเครื่อง
• มีหน่วยวัดความเร็วเป็น
– มิลลิวินาที (millisecond) หนึ่งในพันวินาที เป็นหน่วย
ความเร็วที่ใช้ในคอมพิวเตอร์ยุคแรกๆ
– ไมโครวินาที (microsecond) หนึ่งในล้านวินาที เป็นหน่วย
ความเร็วที่ใช้ในไมโครคอมพิวเตอร์
– นาโนวินาที (nanosecond) หนึ่งในพันล้านวินาที เป็น
หน่วยความเร็วทีใช้ในเมนเฟรม
่
– ไพโควินาที (picosecond) หนึ่งในล้านล้านวินาที เป็น
หน่วยความเร็วทีใช้คอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูง ที่ใช้ใน
่
งานทดลองและวิจย ั


การแทนข้อมูล: เปิด/ปิด
(Data Representation: On/Off)
• ระบบเปิด/ปิดสองสถานะนี้เรียกว่า ระบบฐานสอง
(binary system)
• การใช้สองสถานะแทนสัญญาณไฟฟ้าเปิด/ปิด นี้
สามารถใช้แทนข้อมูลหรือภาษาของมนุษย์ใน
ระบบคอมพิวเตอร์


การแทนข้อ มูล แบบฐานสอง
แสดงตัวอย่างการแทนตัวอักษร H-E-R-O ในรูปแบบของการปิด/เปิด หรือ
0/1 ในรหัสฐานสอง (แอสกี-8)


บิต, ไบต์ และเวิร์ด (Bites, Bytes, and
Word)
• ในระบบฐานสอง 0 หรือ 1 แต่ละจำานวนเรียกว่า
บิต (bit) ซึ่งมาจากคำาว่า binary digit
• บิตเป็นหน่วยพื้นฐานการจัดเก็บข้อมูลในหน่วย
ความจำาคอมพิวเตอร์
• แต่บิตเพียงหนึ่งบิต ย่อมไม่สามารถใช้แทน
ตัวเลข, ตัวอักษร และอักขระพิเศษได้เพียงพอที่
คอมพิวเตอร์จะประมวลผลได้ พบว่าเมื่อรวบรวม
กลุมของบิตขนาดทีเหมาะสมจำานวนหนึ่ง
่ ่
ประมาณ 7-8 บิตเข้าด้วยกัน เรียกว่าไบต์ (byte)


บิต, ไบต์ และเวิร์ด (Bites, Bytes, and
Word)
• เวิร์ด (word) คือกลุ่มของบิตที่ถูกจัดการ หรือจัด
เก็บไว้ได้ ณ เวลาหนึงๆ โดยซีพียู
่
• เวิร์ดเป็นขนาดของเรจิสเตอร์ที่จะใช้อางอิง
้
หน่วยของข้อมูลในระบบคอมพิวเตอร์ ขนาด
ของเวิร์ดจะแปรเปลี่ยนไปตามชนิดของ
คอมพิวเตอร์ เช่น 16 บิต, 32 บิต, 64 บิต
เป็นต้น
• เครื่อง 32 บิต หมายถึงมีการอ้างอิงตำาแหน่ง
(addressing) ครั้งละ 32 บิตในการทำางานครั้ง
หนึ่งๆ


เค้าร่างการเข้ารหัสฐานสอง (Binary
Coding Scheme)
• EBCDIC เอ็บซีดิก
– มาจากคำาว่า Extended Binary Coded Decimal
Interchange Code เป็นเค้าร่างของรหัสที่ใช้ใน
คอมพิวเตอร์เมนเฟรมของไอบีเอ็ม และเครื่องเข้ากันได้กับ
ไอบีเอ็ม
• ASCII แอสกี
– มาจากคำาว่า American Standard Code Information for
Interchange เป็นรหัสฐานสองทีใช้กันแพร่หลายในไมโคร
่
คอมพิวเตอร์ ASCII-7 ใช้แทนข้อมูลได้ 128 รูปแบบ
ASCII-8 ใช้แทนข้อมูลได้ 256 รูปแบบ
• Unicode ยูนิโค้ด
– ใช้สองไบต์ (16 บิต) สำาหรับอักขระแต่ละตัว สามารถแทน
ได้ถึง 65,536 รูปแบบ


เค้าร่างการเข้ารหัสฐานสอง ECDIC และ ASCII-8 มีอักขระอีกหลาย
ตัวทีไม่ถูกแสดงในที่นี้ ทังเครื่องหมายวรรคตอน, อักษรกรีก,
่ ้
สัญลักษณ์ทางคณิตศาสตร์ และสัญลักษณ์ภาษาต่างประเทศ


บิตภาวะคู่หรือคี่ (Parity Bit)
• บิตภาวะคู่หรือคี่ หรือบางทีเรียกว่าบิตตรวจสอบ
(parity bit or check bit) เป็นบิตที่เพิมต่อท้าย
่
ไบต์เพื่อใช้ตรวจสอบความถูกต้องของข้อมูล
แต่ละไบต์
• อาจเป็นภาวะคู่ (even parity) หรือคี่ (odd
parity) ก็ได้
• การตรวจสอบความถูกต้องที่แม่นยำากว่าเรียกว่า
CRC (Cyclic Redundancy Check)


Parity bit ตัวอย่างของการใช้เค้าร่างของพาริตี้แบบภาวะบิตคู่


หน่วยระบบ
(The System Unit)
• หน่วยระบบ หรือตัวเครื่อง
– เป็นกล่องซึ่งบรรจุไว้ด้วยส่วนประกอบทางไฟฟ้าที่
ทำาให้คอมพิวเตอร์สามารถทำางานได้
• ประกอบด้วย
– แหล่งจ่ายไฟฟ้า (power supply)
– แผงหลัก (motherboard)
– ซีพียู (CPU)
– ชิพประมวลผลเฉพาะงาน (specialized processor
chips)
– นาฬิการะบบ (system clock)
– แรมชิพ (RAM chips)
– รอมชิพ (ROM chips)

ภาพจำาลองเมนบอร์ด (mainboard or mother board)


หน่วยระบบ
(The System Unit)
– รูปแบบอื่นของหน่วยความจำา ได้แก่ แคช (cache), วี
แรม (VRAM), แฟลช (flash)
– สล็อตและบอร์ดขยาย (expansion slots and
boards)
– เส้นบัส (bus lines)
– พอร์ต (ports)
– สล็อตและการ์ด PCMCIA (PCMCIA slots and
cards)
• Peripheral Devices อุปกรณ์รอบข้าง
– หมายถึง ฮาร์ดแวร์ที่อยูภายนอกซีพียู
่


หน่วยระบบและแผงหลัก (system unit and motherboard) (บน) หน่วยระบบ
(ล่าง) แผงหลัก

ไมโครคอมพิวเตอร์และไมโครโปรเซสเซอร์ ไมโครคอมพิวเตอร์และชิพทีนิยม
่
ใช้กนแพร่หลาย
ั


แรมชิพ (RAM Chips)
• SIMM-ซิม (single in-line memory module)
– แรมชิพรุ่นก่อนๆ มักผนวกเป็นแถวเดี่ยวๆ บนบนแผง
แล้วเสียบลงในช่องเสียบ (socket) บนเมนบอร์ด ซิม
จะใช้แรมชิพหลายอันผนึกลงบนด้านเดียว
• DIMM-ดิม (dual in-line memory module)
– แรมชิพรุ่นใหม่นิยมใช้ ซึ่งจะผนึกแรมชิพหลายอันลง
บนทั้งสองด้าน
• แรมชิพมีหลายชนิด
– DRAM-ดีแรม(dynamic ram) เป็นชิพที่จำาเป็นต้อง
ถูกรีเฟรช (refresh) เพื่อประจุไฟฟ้าใหม่บ่อยๆ โดย
ซีพียู
– SRAM-เอสแรม (static RAM) เป็นชิพความเร็วสูง
เพราะไม่จำาเป็นต้อง refresh ใช้สำาหรับงานบางอย่าง
ในหน่วยความจำา ด้วยข้อจำาวิเดด้านขนาดและราคา ต ยกรรม
กั ชษฐ์ พลายมาศ | สถาปั

แรมชิพ (RAM Chips)
– EDO RAM-อีดีโอแรม (extended data-out RAM)
เป็นดีแรมชนิดใหม่ ซึ่งมีประสิทธิภาพใกล้เคียงเอ็ส
แรม มีขาจำานวน 72 ขา ความเร็วประมาณ 60 ns
– SDRAM-เอสดีแรม (synchronous DRAM) มีขา
จำานวน 168 ขา ความเร็วประมาณ 6-10 ns สามารถ
เพิ่มอัตราความเร็วของบัสส่วนหน้า (FSB: front side
bus) ได้ถึง 100-133 MHz.
• SDRAM บางชนิดยังมีคุณสมบัติที่เรียกว่า ECC
(Error Checking & Correcting) เป็นแรมชนิด
ที่มีการตรวจและแก้ไขข้อผิดพลาดในหน่วย
ความจำาให้โดยอัตโนมัติ


รอมชิพ (ROM chip)
• รอม-ROM มาจากคำาว่า read-only memory หน่วยความ
จำาที่อ่านได้อย่างเดียว ที่มักรู้จักในชื่อเฟิร์มแวร์
(firmware) ไม่สามารถเขียนหรือลบได้โดยผู้ใช้
• แบ่งออกเป็น
– PROM-พรอม (programmable read-only memory) เป็น
รอมชิพเปล่าๆ ทีสามารถเขียนโปรแกรมลงไปได้โดยอาศัย
่
เครื่องมือพิเศษ และหลังจากเขียนแล้วไม่สามารถลบได้
– EPROM-อีพรอม (erasable PROM) เช่นเดียวกับพรอม
เป็นรอมชิพทีสามารถใช้เครื่องมือพิเศษเขียนโปรแกรมลง
่
ไปและได้ แต่การลบจะอาศัยอุปกรณ์พิเศษทีใช้แสงอัลทรา
่
ไวโอเล็ต
– EEPROM-อีอีพรอม (electrically EPROM)เป็นรอมชิพที่
สามารถเขียนและลบโดยอาศัยกระบวนการทางไฟฟ้า


หน่วยความจำาแคช (cache memory)
• หน่วยความจำาแคช เป็นพื้นที่หน่วยความจำาความเร็วสูง
พิเศษที่ซีพียสามารถเข้าถึงได้อย่างรวดเร็วกว่าแรม มี
ู
ราคาแพงกว่า ขนาดเล็กกว่า
– Primary cache เรียกว่า cache level 1 หรือ L1 เป็นหน่วย
ความจำาแคชทีอยู่ภายในตัวซีพียู (internal cache) อยู่ใน
่
ตำาแหน่งที่ใกล้กับซีพียูมากทีสุด มีความเร็วเท่ากับความเร็ว
่
ของซีพียู
– Secondary cache เรียกว่า cache level 2 หรือ L2 เป็น
หน่วยความจำาแคชทีอยู่ภายนอกตัวซีพยู (external cache)
่ ี
ติดตั้งบนเมนบอร์ด อยู่ในตำาแหน่งถัดจาก cache L1 แต่
ใกล้ซพียูกว่าแรม
ี
– Cache L3 (Level 3) เป็นหน่วยความจำาทีอยู่ภายนอกซีพียู
่
บนเมนบอร์ดแต่อยู่ใกล้กับซีพียูมาก มีความเร็วมากกว่าแรม
แต่ช้ากว่า cache L1 และ L2 แต่ขนาดใหญ่กว่า


แสดงการทำางานอย่างง่ายของแคชประเภทต่างๆ


เส้นบัส (Bus Lines)
• เรียกสั้นๆ ว่า บัส
• คือเส้นทางผ่านของไฟฟ้าที่จัดเตรียมไว้สำาหรับ
การส่งผ่านบิตภายในซีพียู และระหว่างซีพียูกับ
อุปกรณ์อื่นๆ ในหน่วยระบบ
• ในระบบคอมพิวเตอร์มีบัสหลายชนิด เช่น
– บัสแอดเดรส (address bus)
– บัสควบคุม (control bus),
– บัสข้อมูล (data bus)
• ในไมโครคอมพิวเตอร์ บัสที่สำาคัญเรียกว่า บัส
ขยาย (expansion bus) ที่ใช้ขนถ่ายข้อมูล
ระหว่างแรมกับสล็อตขยาย

บัส เส้นทางผ่านไฟฟ้าทีส่งผ่านบิตภายในซีพียและระหว่างซีพียูกับอุปกรณ์
่ ู
รอบข้าง บัสขยายใช้เชื่อมต่อแรมกับสล็อตขยาย โลคัลบัสใช้เชื่อมต่อสล็อต
ขยายไปยังซีพียูโดยตรง


บัส (bus)
• แอดเดรสบัส (Address Bus)
– ใช้สงข้อมูลประเภทที่อยูของอุปกรณ์ตนทางและอุปกรณ์ปลายทาง
่ ่ ้
เพือเป็นแหล่งอ้างอิงก่อนทีจะทำาการส่งข้อมูลบนบัสข้อมูล
่ ่

• บัสข้อมูล (Data Bus)
– คือเส้นทางที่เชือมระหว่างโพรเซสเซอร์กับหน่วยความจำา
่
หรือหน่วยความจำากับอุปกรณ์อินพุต/เอาต์พุต
• คอนโทรลบัส (Control Bus)
– คือทางเดินสำาหรับสัญญาณควบคุมการทำางานของส่วนต่างๆ


บัสแอดแดรส (address bus) บัสข้อมูล (data bus) และบัสควบคุม (control
bus) ใช้เชื่อมต่อระหว่างโพรเซสเซอร์ (ALU + Control unit) กับหน่วย
ความจำาหลัก และใช้เชื่อมต่อกับ I/O ผ่านขยายหรือ I/O bus


พอร์ต (Ports) (1)
• คือซ็อกเก็ตทีอยู่ด้านนอกของตัวเครื่องที่ถูก
่
เชื่อมต่อไปยังส่วนบอร์ดขยายด้านในของตัว
เครื่อง
• พอร์ตมีหลายชนิด ได้แก่
– Parallel Port พอร์ตขนาน หรือ LPT: port
• เป็นสายเชื่อมต่อทีอนุญาตให้มีการส่งผ่านข้อมูลทีละ 8
่
บิตอย่างต่อเนื่อง จึงส่งได้เร็วกว่าพอร์ตอนุกรม ระยะ
ทางไม่เกิน 15 ฟุต ดังนั้น จึงมักนิยมใช้เป็นสายเชื่อมต่อ
กับเครื่องพิมพ์
• มีรู 25 รู (พอร์ตนี้จะเป็นตัวเมีย หมายถึงมีรูทตัวพอร์ต)
ี่
• พอร์ตนี้จะต่อกับอุปกรณ์ต่าง ๆ เช่น เครื่องพิมพ์ เทป
ไดร์ฟ สแกนเนอร์ เป็นต้น สามารถต่อความยาวไม่มาก
นัก มีราคาแพงกว่าสายของพอร์ตอนุกรมด้วย


พอร์ต (Ports) (2)
– Serial Port พอร์ตอนุกรม หรือ COM port หรือพอร์ต
RS-232
• เป็นสายเชื่อมต่อทีส่งบิตทีละ 1 บิตบนสายเพียงเส้น
่
เดียว
• พอร์ตอนุกรมจะมีหวเข็ม 9 เข็ม หรือ 25 เข็ม (พอร์ตนี้
ั
จะเป็นตัวผู้ เพราะมีเข็มยื่นออกมา)
• ใช้เชื่อมต่อกับอุปกรณ์ต่าง ๆ เช่น เม้าส์ โมเด็ม สแกน
เนอร์ เป็นต้น
• สามารถต่อความยาวได้ถง 6 เมตร และราคาสายก็ไม่
ึ
แพงนัก


พอร์ต
• Video Adapter Port
– ใช้เชื่อมต่อระหว่างจอภาพซึ่งอยู่ภายนอกเข้ากับการ์ด
แสดงผลที่อยู่ภายในตัวเครื่อง
• SCSI สกัซซี่
– มาจากคำาว่า Small Computer System Interface
พอร์ตแบบสกัซซี่สามารถเชื่อมต่อเพื่อรับส่งแบบความเร็ว
สูงเข้ากับอุปกรณ์แบบสกัซซี่อนๆ ได้ 7-15 ตัว
ื่
• Infrared Port พอร์ตอินฟราเรด
– จะอนุญาตให้คอมพิวเตอร์สามารถเชื่อมต่อกับอุปกรณ์
อืนๆ โดยปราศจากสายได้
่
• USB Port ยูเอสบี
– พอร์ตที่อนุญาตให้อปกรณ์จำานวนถึง 127 อุปกรณ์
ุ
สามารถเชื่อมต่อผ่านพอร์ตทั่วไปเพียงหนึ่งพอร์ต
• PCMCIA หรือพีซีการ์ด
• มาจากคำาว่า Personal Computer Card Memory International
Association


พอร์ต
• พอร์ต USB (Universal Serial Bus Port)
• พอร์ตชนิดใหม่รับส่งความเร็วได้สูงกว่าพอร์ต
ทั่วไป
• สามารถเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่อเนื่องได้ 127 ตัว
• เป็นมาตรฐานใหม่ที่มีมากับเครื่องคอมพิวเตอร์
• การติดตั้ง เพียงต่ออุปกรณ์เข้ากับ USB port ก็
สามารถใช้งานอุปกรณ์นั้นๆ ได้ โดยไม่จำาเป็น
ต้อง boot เครื่องใหม่
• นอกจากพอร์ตอนุกรมและขนานแล้ว ยังมีพอร์ต
อืน ๆ อีกได้แก่ พอร์ตคีย์บอร์ด, พอร์ตเกมส์,
่
พอร์ตจอ เป็นต้น


พอร์ตด้านหลังของพีซและแมคอินทอช (ล่าง)
ี
สายโซ่ 2 แบบ อุปกรณ์แบบสกัซซีสามารถต่อ
เข้ากับด้านในหรือด้านของคอมพิวเตอร์กได้
็


สายโซ่ 2 แบบ อุปกรณ์แบบสกัซซีสามารถต่อเข้ากับด้านในหรือด้านของ
คอมพิวเตอร์ก็ได้

พีซการ์ด มีขนาดพอๆ กับบัตรเครดิต ส่วนใหญ่
ี
ใช้เสียบลงในสล็อตของโน้ตบุ้คเพื่อแรมหรือเป็น
แฟ็กซ์/โมเด็ม


สล็อต (slot)
• ISA Slots ( Industrial • AGP Slots (Accelerated
Standard Architecture) Graphics Port)
– เป็น Slots ที่มีการเชื่อมต่อแบบ – เป็น Slots ทีมีการเชื่อมต่อแบบ
่
16 บิต เป็นมาตราฐานแบบเก่า ที่ 32 บิต สำาหรับอุปกรณ์ตอพ่วงที่
่
ต่อเชื่อมกับอุปกรณ์ที่มการรับส่ง
ี ใช้ความเร็วสูงขึ้น เช่น การ์ด
ไม่มาก เช่น โมเด็ม การ์ดจอ เสียง การ์ดจอ ให้มประสิทธิภาพ
ี
• PCI Slots (Peripheral ในระดับ Graphics ทั้ง 2 และ 3
มิติ ในระดับ 64 บิต
Connection Interface)
– เป็น Slots ที่มีการเชื่อมต่อแบบ • IDE Connector
32 บิต สำาหรับอุปกรณ์ตอพ่วงที่
่ – เป็น Connector ที่ใช้ตอกับ
่
ใช้ความเร็วสูงขึ้น เช่น การ์ด Hard Disk และ CD-Rom
เสียง การ์ดจอ ให้มีประสิทธิภาพ • Battery Backup
ในระดับ Graphics
– ใช้สำาหรับรักษา เวลาและข้อมูล
• Communication Port (Com ของอุปกรณ์ตางๆ ทีจำาเป็นใน
่ ่
port) เวลาที่ปิดเครือง
่
– เป็น Port ที่ใช้ตอกับอุปกรณ์
่
ภายนอก ทั้ง Serial Port (ได้แก่
เม้าส์ โมเด็ม) และ Parallel Port
(ได้แก่ เครืองพิมพ์)
่


USB
• Universal Serial Bus (USB - ยูเอสบี) เป็นข้อกำาหนดมาตรฐาน
ของบัสการสื่อสารแบบอนุกรม เพื่อใช้ในการเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ ซึ่ง
โดยทั่วไปจะใช้กับคอมพิวเตอร์ แต่สามารถใช้ได้กับอุปกรณ์อื่น เช่น
เซตทอปบอกซ์ (set-top boxes), เครื่องเล่นเกม (game consoles)
และพีดีเอ (PDAs).
• ยูเอสบีได้กลายเป็นรูปแบบการเชื่อมต่อมาตรฐานสำาหรับอุปกรณ์
มัลติมีเดีย เช่น สแกนเนอร์ หรือกล้องถ่ายรูปดิจิตอล
• นิยมนำาไปทดแทนการเชือมต่อแบบเดิม เช่น การเชื่อมต่อแบบ
่
ขนาน (parallel) สำาหรับเครื่องพิมพ์ การเชื่อมต่อแบบ
อนุกรม(serial) สำาหรับโมเด็ม
• เนื่องจากยูเอสบีช่วยลดข้อจำากัดหลาย ๆ ด้านของการเชื่อมต่อแบบ
เดิม เช่น การเชื่อมต่อเครื่องพิมพ์หลาย ๆ เครื่องเข้ากับคอมพิวเตอร์
เครื่องเดียว
• มีเพียงอุปกรณ์ที่ต้องการความสามารถในการส่งผ่านข้อมูลมาก ๆ
เท่านั้นที่ไม่สามารถใช้ยูเอสบี เช่น จอภาพแสดงผล หรือ
มอนิเตอร์ และอุปกรณ์ดิจิตอลวีดีโอคุณภาพสูง เป็นต้น


(A) (B) คอนเนคเตอร์ USB แบบ A (C) USB hub

อัต ราความเร็ว
USB 1.0 200 Mbps
USB 2.0 480 Mbps
USB 3.0 5,000 Mbps


FireWire (1)
• ไฟร์ไ วร์ (FireWire) อาจรู้จักในชื่อ i.Link และ IEEE 1394
เป็นข้อกำาหนดมาตรฐานการเชือมต่อบัสการสื่อสารแบบอนุกรมของ
่
คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล
• อุปกรณ์ที่นิยมใช้ FireWire มากที่สุดคือ กล้องวิดีโอดิจิทัล ซึ่งมีช่อง
เสียบ FireWire มาตั้งแต่ ค.ศ. 1995 เครื่องคอมพิวเตอร์บางยี่ห้อ
เช่น แอปเปิล คอมพิวเตอร์ หรือ โซนี่ ได้รวม FireWire เป็นอุปกรณ์
มาตรฐานเช่นกัน
• FireWire รุ่นแรกเรียกว่า FireWire 400 สามารถส่งข้อมูลได้
100, 200, 400 Mbps (ในความเป็นจริงจะส่งได้ 98.304,
196.608, 393.216 Mbit/s ตามลำาดับ) สามารถต่อพ่วงอุปกรณ์ได้
สูงสุด 63 ชิ้น (โดยใช้ฮับเข้าช่วย) สามารถเชือมต่อแบบ peer-to-
่
peer เช่น เชื่อมระหว่างเครื่องพิมพ์และสแกนเนอร์ โดยไม่ต้องผ่าน
คอมพิวเตอร์ FireWire ยังสามารถจ่ายพลังงานได้ 45 วัตต์ต่อพอร์
ทอีกด้วย
• FireWire 800 เป็นมาตรฐานที่แอปเปิลพัฒนาเพิ่มเติมจาก
IEEE1394b ในปี ค.ศ. 2003 โดยพัฒนาให้มีความเร็วเพิ่มขึ้นเป็น
786.432 Mbit/s โดยที่ยังเข้ากันได้กับ FireWire 400 รุ่นเก่า


FireWire (2)
• ด้วยการพัฒนาตามหลักการของการส่งข้อมูล
แบบใหม่โดยการส่งแบบคู่ขนาน 9 พิน จะช่วย
ในการส่งผ่านข้อมูลได้อย่างรวดเร็ว
โดยFirewire 2008 ความเร็ว 3.2Gbit/s ได้รบ ั
การรับรองแล้ว จากสมาพันธ์ IEEE โดยได้
ทำาการรับรองมาตราฐาน IEEE 1394 แล้ว
หรือทีรู้จักกันในนาม Firewire โดยมาตราฐาน
่
นี้ได้ถูกเรียกว่า IEEE 1394-2008
• จะมีสเปคความเร็วอยู่ที่ 1.6 Gbit/s และ 3.2
Gbit/s โดย Firewire ใหม่นี้จะใช้เคเบิลแบบ 9
ตัวอย่างหัวเสียบ FireWire แบบ 6 พิน pin เหมือนกับ Firewire 800 แต่กลับเป็นที่
นิยมมากกว่า หากดูในกลุมกล้องถ่ายวีดีโอ
่
อัต ราความเร็ว FireWire ประเภท DV แต่สำาหรับ Firewire 800 นั้นกลุ่ม
FireWire 1.0 400 Mbps ผู้ใช้มีอยูจำากัดมากIEEE กล่าวว่ามาตรฐาน
่
FireWire 2.0 800 Mbps
ใหม่นี้นำาออกมาใช้ตั้งแต่ตุลาคมปี 2551


ชิปเซ็ต (chipset)
• ชิพเซ็ตเป็นเสมือนหัวใจของเมนบอร์ด มีหน้าที่หลักเป็น
เหมือนทั้ง อุปกรณ์ แปลภาษา ให้อุปกรณ์ต่างๆ ที่อยู่บน
เมนบอร์ดสามารถทำางานร่วมกันได้ และทำาหน้าที่ควบคุม
อุปกรณ์ต่างๆ ให้ทำางานได้ตามต้องการ
• ชิปเซ็ตประกอบด้วย
– System Controller (Intel เรียกว่า North Bridge นอร์ธบริดจ์)
หรือ Memory Controller Hub (MCH) ทำาหน้าที่ควบคุมการ
สื่อสารระหว่างหน่วยความจำาของระบบ, โปรเซสเซอร์, AGP
– PCI to ISA Bridge (หรือ Intel เรียกว่า South Bridge เซาธ์
บริดจ์) หรือ I/O Controller Hub (ICH) ทำาหน้าที่ในการ
ควบคุมการสื่อสารระหว่างอุปกรณ์ PCI, ระบบควบคุมบัส,
อุปกรณ์ ATA, AC'97, USB, IEEE1397 (firewire) และ LPC
controller [อุปกรณ์คอนโทรลเลอร์เหล่านี้ถูกบัดกรีติดอยู่บนมา
เธอร์บอร์ดและไม่สามารถเปลี่ยนหรือทำาการอัพเกรดได้]หรือ
อุปกรณ์ที่มีความเร็วตำ่ากว่า เช่น ระบบบัสแบบ ISA ระบบบัส
อนุกรมแบบ USB ชิพคอนโทรลเลอร์ IDE ชิพหน่วยความจำา
รอมไออส ฟล็อบปี้ดิกส์ คีย์บอร์ด พอร์ตอนุกรม และพอร์ตขนาน


Front Side Bus (FSB) บัสส่วนหน้า
• FSB เป็นอินเตอร์เฟซระหว่างโปรเซสเซอร์กับ
ชิปเซ็ต North Bridge ของเมนบอร์ด นาฬิกา
ของบัสยิ่งเร็วก็ยิ่งมีแบนด์วธมากขึ้น
ิ
• FSB คือความเร็วบัสซึ่งใช้ในการเชื่อมต่อ
โปรเซสเซอร์เข้ากันหน่วยความจำาหลัก (RAM)
เนื่องจากโปรเซสเซอร์มีความเร็วสูงขึ้นเรื่อยๆ
ความเร็วบัสของระบบจึงกลายเป็นปัญหาคอขวด
สำาหรับพีซียุคใหม่ โดยทั่วไปแล้วความเร็วบัส
ของระบบคือ 400 MHz, 533 MHz, 667 MHz,
และ 800 MHz


FSB = คือ Front Side
Bus หมายถึง การส่งข้อมูล
ระหว่าง CPU และ ชิพเซ็ต
NorthBridge


1 ca-cpu structure (wichet p.'s conflicted copy 2012-12-17)

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (16)

Viewers also liked

Viewers also liked (12)

Similar to 1 ca-cpu structure (wichet p.'s conflicted copy 2012-12-17)

Similar to 1 ca-cpu structure (wichet p.'s conflicted copy 2012-12-17) (20)

1 ca-cpu structure (wichet p.'s conflicted copy 2012-12-17)