หน่วยประมวลผลกลาง (Processing Unit)

หน่วยประมวลผลกลาง (Processing Unit)องค์ประกอบสำคัญในการทำงานของระบบคอมพิวเตอร์ ก็คือส่วนที่ทำหน้าที่ในการประมวลผล (Processor)  โดยทำการประมวลผลข้อมูลตามคำสั่งที่รับซึ่งการประมวลในที่นี้จะประกอบด้วยการทำงานของอุปกรณ์ฮาร์ดแวร์ภายในคอมพิวเตอร์หลาย ๆ ตัว โดยจะขอกล่าวถึงอุปกรณ์หลัก ๆ ดังต่อไปนี้

          1) เมนบอร์ด (Mainboard) :  เป็นแผงวงจรหลักของคอมพิวเตอร์ที่ทำหน้าที่เป็นเหมือนศูนย์บัญชาการทำงานของคอมพิวเตอร์ โดยอุปกรณ์ต่าง ๆ จะถูกนำเข้ามาเชื่อมต่อเข้ากับแผงวงจรเมนบอร์ดนี้เพื่อทำงานร่วมกัน

          2) ซีพียู (CPU) : ซีพียู หรือหน่วยประมวลผลกลาง ทำหน้าที่หลักในการประมวลผลข้อมูลและควบคุมการทำงานทั้งหมดของระบบซีพียูจึงเป็นสิ่งที่จำเป็นต้องพิจารณาเป็นลำดับแรก ๆ ในการเลือกซื้อคอมพิวเตอร์

          3) แรม (RAM) :  แรม  หรือหน่วยความจำหลัก  ทำหน้าที่พักข้อมูลระหว่างที่ซีพียูกำลังประมวลผลข้อมูล  การเก็บข้อมูลของแรมจะเป็นการเก็บข้อมูลแบบชั่วคราว คือจะหายไปเมื่อมีการปิดใช้งานเครื่อง

เมนบอร์ด (Mainboard)

นั้นมีชื่อเรียกอยู่หลายชื่อด้วยกัน อาทิ มาเธอร์บอร์ด (motherboard), ซิสเต็มบอร์ด (system board), ลอจิกบอร์ด (logic board) หรือในบางประเทศก็เรียกว่า โมโบ (mobo) ซึ่งเป็นคำย่อจาก motherboard

เมนบอร์ด คือแผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่มีส่วนสำคัญมากของคอมพิวเตอร์ เป็นแผงวงจรหลักที่คอยสั่งการให้อุปกรณ์ต่างๆที่มีการเชื่อมต่อทำงานตามคำสั่ง ซึ่งเมนบอร์ดนั้นจะเป็นแผงวงจรที่รวมเอาอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ไว้ด้วยกัน อาทิ ซ็อกเก็ตสำหรับใส่ ซีพียู (CPU) และหน่วยความจำหลักและหน่วยความจำถาวร มีไบออสเป็นเฟิร์มแวร์ พร้อมช่องให้สามารถเสียบอุปกรณ์ เพื่อเชื่อมต่ออุปกรณ์เสริมอื่นๆ โดยสามารถเชื่อมต่อได้ทั้งอุปกรณ์ภายในและอุปกรณ์เชื่อมต่อภายนอก เมนบอร์ดได้มีการพัฒนาเทคโนโลยีมาอย่างต่อเนื่องซึ่งในปัจจุบันได้มีรูปแบบที่นิยมใช้งานในคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลก็คือ ATX (Advance Technology Extension) โดยเราสามารถแบบช่วงการพัฒนาเมนบอร์ดได้ดังนี้

- PC/XT เป็นรุ่นบุกเบิกสร้างขึ้นโดยบริษัท IBM

- AT (Advance Technology) มีชื่อในยุค 386 แต่ตกรุ่นเมื่อมีรุ่น ATX

- ATX เป็นรุ่นที่เป็นที่นิยมใช้มากที่สุดในปัจจุบัน

- ETX ใช้ใน embedded systems

- LPX ออกแบบโดย Western Digital BTX (Balanced Technology eXtended) เป็นแผงวงจรหลักรุ่นใหม่ที่ถูกนำเสนอโดย Intel Mini-ITX (VIA Epia) ออกแบบโดย VIA

- WTX (Workstaion Technology eXtended) เป็นแผงวงจรหลักสำหรับระบบคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่

ในปัจจุบันมาตรฐานเมนบอร์ดที่ใช้อยู่ก็มีอยู่ 2 แบบคือ ATX และ เมนบอร์ดมาตรฐาน Mini-ITX เป็นเมนบอร์ดขนาดเล็กสำหรับคอมพิวเตอร์ทีมีขนาดเล็กจะสังเกตได้ว่าขนาดเมนบอร์ดจะเล็กกว่าเมนบอร์ดทั่วไป ซึ่งเมนบอร์ดรุ่น Mini – ITX นี้จะใช้เพื่อความบันเทิงเสียเป็นส่วนใหญ่

หน้าที่ของเมนบอร์ด

เมนบอร์ด เป็นแผงวงจรหลักที่มีความสำคัญซึ่งมีหน้าที่คอยควบคุมและจัดการให้กับอุปกรณ์ต่างๆทำงานเชื่อมโยงกัน โดยเมนบอร์ดจะรับส่งข้อมูลต่าง ๆจากตัวอุปกรณ์ต่างๆไปยังซีพียู และรับคำสั่งที่ได้รับการประมวลผลจากซีพียู นำไปส่งให้อุปกรณ์นั้นๆเพื่อให้การทำงานต่างๆไม่ติดขัด

ส่วนประกอบที่สำคัญของเมนบอร์ด

          เมนบอร์ดจะมีลักษณะดังรูป  คือ   มีช่องที่ใช้เสียบอุปกรณ์ต่าง ๆ  ที่รียกกว่า  สล็อต (Slot)  สำหรับการ์ดต่าง  ๆ  และส่วนของการเชื่อมต่อต่าง  ๆ  เรียกว่าConnector หรือพอร์ตเชื่อมต่อ

 

ประโยชน์ของเมนบอร์ด

อย่างที่รู้กันว่าเมนบอร์ด เป็นส่วนประกอบที่สำคัญมาก ซึ่งประโยชน์ของเมนบอร์ดนั้นมีหลายอย่างด้วยกัน เมนบอร์ดเป็นแผงวงจรหลักในการเชื่อมต่อและควบคุมอุปกรณ์ต่างๆในเครื่อง ถ้าเมนบอร์ดไม่มีคุณภาพอาจจะทำให้ข้อมูลและอุปกรณ์ต่าง ๆเสียหายได้ ซึ่งถ้าเมนบอร์ดที่ใช้งานมีเสถียรภาพและคุณภาพที่ดี จะทำให้การทำงานในแต่ละครั้งไหลลื่น อุปกรณ์ทุกอย่างจะทำงานอย่างไม่มีสะดุด เป็นผลให้เพิ่มอายุการใช้งานของอุปกรณ์ที่เชื่อมต่ออยู่ด้วย

การพัฒนารูปแบบและมาตรฐานเมนบอร์ดที่มีมาอย่างต่อเนื่องนั้นก็เพื่อป้องกันจุดด้อยที่ต้องระวังไม่ให้เกิดกับอุปกรณ์ที่ติดตั้งในเมนบอร์ดมากที่สุด จุดที่ต้องระวังมากที่สุดก็คือเรื่องของความร้อน สาเหตุที่ปัจจุบันนิยมใช้มาตรฐาน ATX (Advance Technology Extension) ก็เพราะว่ามีการวางตำแหน่งซีพียูและอุปกรณ์ต่างๆให้สามารถระบายความร้อนได้ดีนั้นเอง 

CPU  (Central Processing Unit)

CPU หรือ Central Processing Unit คือหัวใจหลักในการประมวลผลของคอมพิวเตอร์คอมพิวเตอร์จึงขาดซีพียูไม่ได้ ซีพียู เป็นตัวควบคุมการทำงานของอุปกรณ์ต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นอุปกรณ์ที่อยู่ในคอมพิวเตอร์ หรืออุปกรณ์ต่อพ่วงที่ต่อร่วมกับคอมพิวเตอร์                                                                                                                               

ชนิดของ CPU

ชนิดของ CPU มี 2 ชนิดคือ แบบซ็อเก็ต และ แบบสล็อต

 แบบที่ 1 ช็อคเก็ต ( Socket )

CPU ประเภทนี้จะบรรจุในรูปแบบของสี่เหลี่ยมจัตุรัส ทำด้วยพลานสติกหรือเซรามิก  หากมองจากด้านบน CPU จะพบตัวอักษรที่เป็นรายละเอียดต่างๆไม่ว่าจะเป็น ยี่ห้อ ความเร็ว ค่าแรงไฟ ค่าตัวคูณ และอีกหลายๆอย่าง

แบบที่ 2 แบบสล็อต

CPU มีการพัฒนาออกมาแบบแหวกแนว มีลักษณะเป็นแผ่นวงจรลี่เหลี่ยมผืนผ้าขนาดใหญ่ มีพลาสติกสีดำ ห่อหุ้มไว้เป็นตลับ

ความแตกต่างของ ซ็อคเก็ตและสล็อต

แบบซ็อคเก็ตคือ ซ็อคเก็ตจะอยู่ในตลับและถูกครอบด้วยพัดลมเพื่อระบายความร้อน

แบบสล็อตคือ จะเป็นแผ่นพลาสติกบางๆประกบกันและจะเสียบ CPU ลงไปอีกทีหนึ่ง          

       

ชนิดของซีพียูที่แบ่งตามจำนวนของแกนการประมวลผล

แกนเดี่ยว    ลักษณะเป็นซีพียูที่มีแกนประมวลผลเพียงแกนเดียวอยู่ในชิป

หลายแกน   ลักษณะเปรียบเสมือนมีซีพียู 2 ตัว เพื่อช่วยกันทำงาน

ซีพียูแบบแกนคู่   ลักษณะเป็นซีพียูที่มีแกนประมวลผล 2 แกนอยู่ในชิปตัวเดียวกัน

ซีพียูแบบสามแกน  ลักษณะเป็นซีพียูที่มีแกนประมวลผล 3 แกนอยู่ในชิปอันเดียวกัน

ซีพียูแบบสี่แกน  ลักษณะเป็นซีพียูที่มีแกนประมวลผล 4 แกน โดยแต่ละเเกนจะแยกการทำงานกันอย่างอิสระเพิ่มขี้นถึง 4 เท่า

หลักการทำงานของ CPU

โดยวงรอบของการทำคำสั่งของซีพียูประกอบด้วยขั้นตอนการทำงานพื้นฐาน 4 ขั้นตอนดังนี้

1. ขั้นตอนการรับเข้าข้อมูล  ( fatch ) เริ่มแรกหน่วยควบคุมรับรหัสคำสั่งและข้อมูลที่จะประมวลผลจากหน่วยความจำ

2. ขั้นตอนการถอดรหัส ( decode ) เมื่อรหัสคำสั่งเข้ามาอยู่ในซีพียูแล้ว หน่วยควบคุมจะถอดรหัสคำสั่งแล้วส่งคำสั่งและข้อมูลไปยังหน่วยคำนวณและตรรกะ

 3. ขั้นตอนการทำงาน ( execute ) หน่วยคำนวณและตรรกะทำการคำนวณโดยใช้ข้อมูลที่ได้รับการถอดรหัสคำสั่ง และทราบแล้วว่าต้องการทำอะไร ซีพียูก็จะทำตามคำสั่งนั้น

 4. ขั้นตอนการเก็บ ( store )หลังจากทำคำสั่ง ก็จะเก็บผลลัพธ์ที่ได้ไว้ในหน่วยความจำ

หน่วยความจำหลัก (MAIN MEMORY UNIT)

   RAM    ย่อมาจาก   (Random Access Memory) เป็นหน่วยความจำหลักที่จำเป็น หน่วยความจำ ชนิด นี้จะ สามารถเก็บข้อมูลได้ เฉพาะเวลาที่มีกระแสไฟฟ้าหล่อเลี้ยงเท่านั้นเมื่อใดก็ตามที่ ไม่มีกระแสไฟฟ้า มาเลี้ยง ข้อมูลที่ อยู่ภาย ในหน่วยความจำชนิดจะหายไปทันที หน่วยความจำแรม  ทำหน้าที่เก็บชุดคำสั่งและข้อมูลที่ระบบคอมพิวเตอร์ กำลังทำงาน อยู่ด้วย ไม่ว่าจะเป็นการนำเข้าข้อมูล (Input) หรือ การนำออกข้อมูล (Output)  โดยที่เนื้อที่ของหน่วยความจำหลักแบบแรม นี้ถูกแบ่งออกเป็น 4 ส่วน คือ

       1. Input Storage Area เป็นส่วนที่เก็บข้อมูลนำเข้าที่ได้รับมาจากหน่วยรับข้อมูลเข้าโดย  ข้อมูลนี้จะถูกนำ ไปใช้ใน การประมวลผลต่อไป

       2. Working Storage Area เป็นส่วนที่เก็บข้อมูลที่อยู่ในระหว่างการประมวลผล

       3. Output Storage Area เป็นส่วนที่เก็บผลลัพธ์ที่ได้จากการประมวลผล ตามความต้องการของผู้ใช้ เพื่อรอที่จะถูก ส่งไปแสดงออก ยังหน่วยแสดงผลอื่นที่ผู้ใช้ต้องการ

       4. Program Storage Area  เป็นส่วนที่ใช้เก็บชุดคำสั่ง หรือโปรแกรมที่ผู้ใช้ต้องการ จะส่งเข้ามาเพื่อใช้คอมพิว เตอร์ปฏิบัติตามคำสั่ง ชุดดังกล่าว หน่วยควบคุมจะทำหน้าที่ดึงคำสั่งจากส่วนนี้ไปที่ละคำสั่ง เพื่อทำการแปล   ความหมาย ว่าคำสั่งนั้นสั่งให้ทำอะไร จากนั้นหน่วยควบคุมจะไปควบคุมฮาร์ดแวร์ที่ต้องการทำงานดังกล่าว ให้ทำงาน ตามคำสั่งนั้นๆ

ชนิดของ RAM

Dynamic Random Access Memory (DRAM)

       เป็นหน่วยความจำหลักที่ผลิตขึ้น โดยใช้สถานะ "มีประจุ" และ "ไม่มีประจุ" เป็นหลักในการเก็บข้อมูลซึ่งกิน ไฟน้อย และราคาถูกกว่า  SRAM   จึงนิยมใช้ทำเป็นหน่วยความจำหลักในคอมพิวเตอร์    ซึ่งในการทำงาน ของ DRAM  จะต้อง คอยเติมประจุตามระยะเวลาที่กำหนดไว้ เพื่อไม่ให้ข้อมูลสูญหายไป เรียกว่า "Refresh" สำหรับ DRAM  ที่ใช้กันในคอมพิวเตอร์ทั่วไปในปัจจุบัน มีดังต่อไปนี้

  Extended-Data Output (EDO) DRAM  หรือ  เรียกอีกชื่อหนึ่งก็คือ  Hyper-Page Mode

 

             DRAM ซึ่งพัฒนาขึ้นอีกระดับหนึ่ง โดยการที่มันจะอ้างอิง ตำแหน่งที่อ่านข้อมูล จากครั้งก่อนไว้ด้วย  ปกติแล้ว การดึงข้อมูลจาก RAM ณ ตำแหน่งใด ๆ มักจะดึงข้อมูล ณ ตำแหน่งที่อยู่ใกล้ ๆ จากการดึงก่อนหน้านี้ เพราะฉะนั้น ถ้ามี การอ้างอิง  ณ  ตำแหน่งเก่าไว้ก่อน ก็จะทำให้เสีย เวลาในการเข้าถึงตำแหน่งน้อยลง และอีกทั้งมัน ยัง ลดช่วงเวลาของ CAS latency ลงด้วย และด้วย ความสามารถนี้ ทำให้การเข้าถึงข้อมูลดีขึ้นกว่าเดิมกว่า 40%  เลยทีเดียว และ มีความ สามารถ โดยรวมสูงกว่า FPM กว่า 15% EDO จะทำงานได้ดีที่ 66 MHzด้วย Timming 5-2-2-2  และก็ยังทำงาน ได้ดีเช่นกัน แม้จะใช้งานที่ 83 MHz ด้วย   Timming    นี้และหากว่า chip EDO นี้ มีความเร็วที่สูงมากพอ  มันจะสามารถใช้งานได้ ณ 100 MHz ที่ Timming 6-3-3-3     ได้อย่างสบาย อัตราการส่งถ่ายข้อมูลสูงสุด ของ DRAM ชนิดนี้อยู่ที่ 264 MB ต่อวินาที EDO RAM ในปัจจุบันนี้ ไม่เป็นที่นิยม ใช้แล้ว

Synchronous DRAM (SDRAM) SDRAM

            จะต่างจาก DRAM เดิมตรงที่มันจะทำงานสอดคล้องกับสัญญาณนาฬิกา สำหรับ  DRAM  เดิมจะ ทราบตำแหน่ง ที่อ่าน ก็ต่อเมื่อเกิดทั้ง  RAS และCAS  ขึ้น แล้วจึงทำการไปอ่านข้อมูลโดย มีช่วงเวลาใน การ เข้าถึงข้อมูล ตามที่เรามักจะ ได้เห็นบนตัว  chip ของตัว  RAM เลย เช่น -50, -60, -80 โดย -50 หมายถึงช่วง เวลาเข้าถึง ใช้เวลา 50 นาโนวินาที ป็น ต้น แต่ว่า SDRAM จะใช้สัญญาณนาฬิกา เป็นตัวกำหนดการ ทำงาน โดยจะใช้ความถี่ ของสัญญาณ เป็นตัวระบุSDRAM จะทำงานตามสัญญาณนาฬิกาขาขึ้นเพื่อรอรับ ตำแหน่ง ข้อมูล ที่ต้องการให้มันอ่านแล้ว จากนั้น มันก็จะไปค้นหาให้ และให้ ผลลัพธ์ออกมาหลังจากได้รับ ตำแหน่งแล้ว เท่า กับค่าของ CAS เช่น CAS 2 ก็คือ หลังจาก รับตำแหน่งที่อ่าน แล้วมันจะ ให้ผลลัพธ์ออกมา ภายใน 2 ลูก ของ สัญญาณนาฬิกา SDRAM จะมี Timming  เป็น 5-1-1-1 ซึ่งแน่ มันเร็วพอ ๆ กันกับ BEDO RAM เลยที่ เดียว แต่ว่ามันสามารถทำงานได้ ณ 100 MHz หรือมากว่า     และ มีอัตราการส่งถ่าย ข้อมูลสูงสุดที่ 528 MB ต่อวินาที  

DDR SDRAM (หรือ SDRAM II)

 

              เป็นแรมที่พัฒนาต่อจาก SDRAM เพื่อให้มีความเร็วเพิ่มขึ้นเป็น 2 เท่าโดยให้ทำงานทั้งขอบขาขึ้น   และขอบ ขาลงของสัญญาณนาฬิกาเช่นเดียวกับซีพียูของ AMD DDR SDRAM มีขนาดความจุตั้งแต่ 128 MB ขึ้นไป  มีลักษณะ เป็นแผงใช้สำหรับเสียบลงในสล็อตแบบ DIMM เช่นเดียวกับ SDRAM แต่มีจำนวนขา สัญญาณมากกว่า คือ 184 pin ทำให้สามารถรับส่งข้อมูล โดยมีความ กว้างของช่องทางสื่อสารสูงกว่า SDRAM และใช้แรงดันไฟเพียง 2.5 V. เป็นหน่วยความจำที่กำลังได้รับ

Rambus DRAM (RDRAM)

        ชื่อของ RAMBUS เป็นเครื่องหมายการค้าของบริษัท RAMBUS Inc.  เพราะฉะนั้นชื่อนี้ ก็ไม่ได้เป็น ชื่อที่ ใหม่ อะไรนัก โดยปัจจุบันได้เอาหลักการของ  RAMBUS   มาพัฒนาใหม่ โดยการลด   pin รวม static buffer และ ทำการ ปรับแต่งทาง interface ใหม่ DRAM ชนิดนี้ จะสามารถทำงานได้ทั้งขอบขาขึ้น แล ลง ของสัญญาณนาฬิกา และเพียง ช่องสัญญาณเดียว ของหน่วยความจำ แบบ RAMBUS นี้มี สมรรถนะ (Performance) มากกว่าเป็น 3 เท่า จาก SDRAM 100  MHz แล้ว  และเพียงแค่ ช่องสัญญาณเดียว นี้ก็มี อัตรา การส่งถ่ายข้องมูลสูงถึง 1.6  G ต่อวินาที ถึงแม้ว่า เวลาในการเข้าถึงข้อมูลแบบ สุ่มของ RAM ชนิดนี้ จะช้า แต่การเข้าถึงข้อมูลแบบต่อเนื่องจะเร็วมาก ๆ ซึ่งกว่า RDRAM นี้มีการพัฒนา Interface และมี PCB (Printed Circuit Board) ที่ดี ๆ แล้วละก็รวมถึง Controller ของ Interface  ให้สามารถใช้งานได้ถึง 2 ช่องสัญญาณแล้ว   มันจะมีอัตราการส่งถ่ายข้อมูลเพิ่ม เป็น 3.2   G ต่อวินาที และหากว่าสามารถ ใช้ได้ถึง 4 ช่องสัญญาณก็จะสามารถเพิ่มไปถึง 6.4 G ต่อวินาที

  Static Random Access Memory (SRAM)

         จะต่างจาก DRAM ตรงที่ว่า DRAM ต้องทำการ refresh ข้อมูลอยู่ตลอดเวลา แต่ในขณะที่ SRAM จะเก็บ ข้อมูล นั้น ๆ ไว้ และจำไม่ทำการ refresh โดยอัตโนมัติ ซึ่งมันจะทำการ refresh ก็ต่อเมื่อ สั่งให้มัน refresh เท่านั้น ซึ่งข้อดี ของมันก็คือความเร็ว ซึ่งเร็วกว่า DRAM ปกติมาก แต่ก็ด้วยราคาที่สูงว่ามาก จึงเป็นข้อด้อยของมัน

ROM (Read-only Memory)

ROM ย่อมาจาก Read-only Memory คือหน่วยความจำถาวร ที่เราสามารถเขียนหรือลบโปรแกรมต่างๆได้ แต่ก็มี ROM บางชนิดไม่สามารถที่จะลบข้อมูลในรอมได้เหมือนกัน ซึ่งROM เป็นหน่วยความจำที่ไม่ต้องการไฟเลี้ยง แม้ไม่มีไฟเลี้ยงข้อมูลที่อยู่ในรอมก็จะไม่หายหรือถูกลบออกจากหน่วยความจำถาวร

ROM สามารถที่จะแบ่งออกเป็น 3 ประเภทด้วยกันคือ

1. PROM (Programmable ROM) คือหน่วยความจำที่ไม่สามารถแก้ไขข้อมูลที่บันทึกไว้ได้ โดยส่วนมากแล้วจะเป็นโปรแกรมที่ถูกบันทึกมาจากโรงงานหรือมาจากผู้ผลิตโดยตรงนั่นเอง

2. EPROM (Erasable Programmable ROM) เป็นหน่วยความจำที่สามารถลบข้อมูลหรือโปรแกรมใหม่ได้ หน่วยความจำนี้แบ่งย่อยได้อีก 2ประเภท คือ UV PROM และ EEPROM ซึ่งการลบข้อมูลในโปรแกรมจะใช้วิธีการฉายแสงอุลตราไวโลเล็ต เราจะสังเกตอุปกรณ์ที่เป็น EPROM ได้จากลักษณะของอุปกรณ์ที่มีแผ่นกระจกใสๆอยู่ตรงกลางอุปกรณ์

3. EAROM (Electrically Alterable ROM) เป็นหน่วยความจำอ่านและลบข้อมูลโปรแกรมได้ด้วยการใช้ไฟฟ้าในการลบซึ่งแตกต่างจากแบบ EPROM ที่ต้องใช้การฉายแสงอุลตราไวโลเล็ตในการลบข้อมูล