หน่วยประมวลผลกลาง

หน่วยประมวลผลกลาง 

   หน่วยประมวลผลกลาง หรือไมโครโพรเซสเซอร์ของไมโครคอมพิวเตอร์ มีหน้าที่นำคำสั่งและข้อมูลที่เก็บไว้ในหน่วยความจำมาแปลความหมายและกระทำตาม คำสั่งพื้นฐานของไมโครโพรเซสเซอร์ซึ่งแทนได้ด้วยรหัสเลขฐานสอง

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

   หน่วยประมวลผลกลางเป็นวงจรไฟฟ้าหน่วยสำคัญที่ทำหน้าที่แตกต่างกัน 2 หน่วย ได้แก่

1.หน่วยควบคุม (Control Unit : CU)

2.หน่วยคำนวณและตรรกะหรือเอแอลยู (Arithmetic and Logic Unit : ALU)

      1.หน่วยควบคุมเป็นหน่วยที่ทำหน้าที่ประสานงาน และควบคุมการทำงานของระบบคอมพิวเตอร์ หน่วยนี้ทำงานคล้ายกับสมองคนซึ่งควบคุมให้ระบบอวัยวะต่างๆ ของร่างกายทำงานประสานกัน นอกจากนี้ยังทำหน้าที่ควบคุมให้อุปกรณ์รับข้อมูล ส่งข้อมูลไปที่หน่วยความจำ ติดต่อกับอุปกรณ์แสดงผลเพื่อสั่งให้นำข้อมูลจากหน่วยความจำไปยังอุปกรณ์แสดงผล โดยหน่วยควบคุมของคอมพิวเตอร์จะแปลความหมายของคำสั่งในโปรแกรมของผู้ใช้ และควบคุมให้อุปกรณ์ต่างๆ ทำงานตามคำสั่งนั้นๆ 

      2.หน่วยคำนวณและตรรกะเป็นหน่วยที่ทำหน้าที่คำนวณทางเลขคณิต ได้แก่ การบวก ลบ คูณ หารและเปรียบเทียบทางตรรกะเพื่อทำการตัดสินใจ การทำงานของเอแอลยูคือ รับข้อมูลจากหน่วยความจำมาไว้ในที่เก็บชั่วคราวของเอแอลยูซึ่งเรียกว่า เรจิสเตอร์ (register) เพื่อทำการคำนวณแล้วส่งผลลัพธ์กลับไปยังหน่วยความจำ ทั้งนี้ในการส่งข้อมูลระหว่างอุปกรณ์ต่างๆ ข้อมูลและคำสั่งจะอยู่ในรูปของสัญญาณไฟฟ้าแล้วส่งไปยังอุปกรณ์ต่างๆ ผ่านระบบส่งถ่ายข้อมูลผ่านในที่เรียกว่าบัส (bus)

  กลไกการทำงานของหน่วยประมวลผลกลาง มีความสลับซับซ้อน ผู้พัฒนาซีพียูได้สร้างกลไกให้ทำงานได้ดีขึ้น โดยแบ่งการทำงานเป็นส่วนๆ มีการทำงานแบบขนาน และทำงานเหลื่อมกันเพื่อให้ทำงานได้เร็วขึ้น   

วิวัฒนาการของหน่วยประมวลผลกลาง

     เทคโนโลยีไมโครโพเซสเซอร์ได้พัฒนาอย่างรวดเร็ว โดยเริ่มจากปี พ.ศ. 2518 บริษัทอินเทลได้พัฒนาไมโครโพรเซสเซอร์ที่เป็นที่รู้จักกันดีคือ ไมโครโพรเซสเซอร์เบอร์ 8080 ซึ่งเป็นซีพียูขนาด 8 บิต ซีพียูรุ่นนี้จะรับข้อมูลเข้ามาประมวลผลด้วยตัวเลขฐานสองครั้งละ 8 บิต และทำงานภายใต้ระบบปฏิบัติการซีพีเอ็ม (CP/M) ต่อมาบริษัทแอปเปิ้ลก็เลือกซีพียู 6502 ของบริษัทมอสเทคมาผลิตเป็นเครื่องแอปเปิ้ลทู ได้รับความนิยมเป็นอย่างมากในยุคนั้น

  เครื่องไมโครคอมพิวเตอร์ในประเทศไทยส่วนมากเป็นคอมพิวเตอร์ที่ใช้ซีพียูของตระกูล 80XXX ที่พัฒนามาจาก 8088 8086 80286 80386 80486 และเพนเตียม ตามลำดับ

การพัฒนาซีพียูตระกูลนี้เริ่มจาก ซีพียูเบอร์ 8088 ต่อมาประมาณปี พ.ศ. 2524 มีการพัฒนาเป็นซีพียูแบบ 16 บิต ที่มีการรับข้อมูลจากภายนอกทีละ 8 บิต แต่การประมวลผลบวก ลบ คูณ หารภายในจะกระทำทีละ 16 บิต บริษัทไอบีเอ็มเลือกซีพียูตัวนี้เพราะอุปกรณ์ประกอบอื่น ๆ ในสมัยนั้นยังเป็นระบบ 8 บิต คอมพิวเตอร์รุ่นซีพียู 8088 แบบ 16 บิตนี้เรียกว่า พีซี และเป็นพีซีรุ่นแรก

  ไมโครคอมพิวเตอร์รุ่นพีซีได้รับการพัฒนาเพิ่มเติมฮาร์ดดิสก์ลงไปและปรับปรุงซอฟต์แวร์ระบบ และเรียกชื่อรุ่นว่า พีซีเอ็กซ์ที (PC-XT)

ซีพียู 80386SX ใช้กับโครงสร้างเครื่องพีซีเอทีเดิมได้พอดีโดยแทบไม่ต้องดัดแปลงอะไร เพราะโครงสร้างภายในซีพียเป็นแบบ 80386 แต่โครงสร้างการติดต่อกับอุปกรณ์ภายนอกใช้เส้นทางเพียงแค่ 16 บิต ไมโครคอมพิวเตอร์ 80386SX จึงเป็นที่นิยมเพราะมีราคาถูกและสามารถทดแทนเครื่องคอมพิวเตอร์รุ่นพีซีเอทีได้

  ซีพียู 80486 เป็นพัฒนาการของอินเทลใน พ.ศ. 2532 และเริ่มใช้กับเครื่อง ไมโครคอมพิวเตอร์ในปีต่อมา

  พ.ศ. 2529 บริษัทอินเทลประกาศตัวซีพียูรุ่นใหม่ คือ 80386 หลายบริษัทรวมทั้งบริษัทไอบีเอ็มเร่งพัฒนาโดยนำเอาซีพียู 80386 มาเป็นซีพียูหลักของระบบ ซีพียู 80386 เพิ่มเติมขีดความสามารถอีกมาก

  พ.ศ. 2530 บริษัทไอบีเอ็มเริ่มประกาศขายไมโครคอมพิวเตอร์รุ่นใหม่ชื่อว่า พีเอสทู (PS/2) โดยมีโครงสร้างทางฮาร์ดแวร์ของระบบแตกต่างออกไปโดยเฉพาะระบบบัส

  ผลปรากฏว่า เครื่องคอมพิวเตอร์รุ่น 80386 ไม่เป็นที่นิยมเพราะยุคเริ่มต้นของเครื่องคอมพิวเตอร์รุ่น 80386 มีราคาแพงมาก ดังนั้นใน พ.ศ. 2531 อินเทลต้องเอาใจลูกค้าในกลุ่มเอทีเดิม คือ ลดขีดความสามารถของ 80386 ลงให้เหลือเพียง 80386SX

จากรูป แสดงพัฒนาการด้านความเร็วของซีพียูตั้งแต่รุ่น 8086 จนถึงรุ่นที่มีใช้อยู่ในปัจจุบัน และความคาดหวังต่อไปในอนาคตที่ไมโครโพรเซสเซอร์จะมีความเร็วถึงระดับ 100,000 ล้านคำสั่งต่อวินาที จากรูปแกน X แทนปีคริศตศักราชที่มีการพัฒนาไมโครโพรเซสเซอร์ และแกน Y แทนความเร็วในการทำงานของไมโครโพรเซสเซอร์มีหน่วยเป็นล้านคำสั่งต่อวินาที (MIPS)