บทที่ 1 บทนำ

บทท่ี 1 บทนำ (Overview) สถาปัตยกรรมคอมพวิ เตอร์ (Computer Architecture) เป็นวิชาท่ีกลา่ วถงึ คณุ สมบตั ขิ องระบบท่ีโปรแกรมเมอร์สามารถเหน็ ได้ชดั สว่ นองค์ประกอบของคอมพวิ เตอร์ (Computer Organization) จะกลา่ วถงึ หนว่ ยการทางานและการติดตอ่ ระหวา่ งกนั ของหนว่ ยตา่ งๆ ภายในคอมพิวเตอร์ ซง่ึ ต้องใช้ข้อกาหนดทางสถาปัตยกรรมเหมือนกนั เชน่ ชดุ ของคาสง่ั (Instruction Set) จานวนบิตท่ีใช้แทนข้อมลูกลไกของ I/O เทคนิคการทา addressing ของหน่วยความจา เป็นต้น ในเครื่องไมโครคอมพิวเตอร์ เราจะพบวา่ ความสมั พนั ธ์ระหวา่ งสถาปัตยกรรมและองคป์ ระกอบของคอมพวิ เตอร์จะใกล้เคียงกนั หรือไปด้วยกนั การเปล่ียนแปลงของเทคโนโลยีไมไ่ ด้มีอทิ ธิพลเฉพาะกบัองค์ประกอบของคอมพวิ เตอร์เทา่ นนั้ แตม่ นั ยงั ทาให้สถาปัตยกรรมของมนั (คณุ สมบตั ขิ องระบบ) มีประสิทธิภาพมากขนึ ้ ด้วย หวั ใจหลกั ของการประมวลผลของคอมพิวเตอร์ ก็คือ CPU ซงึ่ ทาหน้าที่ประมวลผลข้อมลู เขงิคณิตศาสตร์และเชิงตรรกะ เริ่มจากปี 1946 คอมพวิ เตอร์ยคุ แรกท่ีมีชื่อว่า ENIVAC ซง่ึ ทางานโดยใช้หลอด ไดโอดซงึ่ สถานะการทางานของหลอดพวกนีม้ ีอยู่ 2 อยา่ งคือ 1 และ 0 โดยจะมีคา่ เป็น 1 เม่ือมีกระแสไหล ผา่ นและเป็น 0 เมื่อไมม่ ีกระแสไกลผา่ น จงึ เป็นเหตผุ ลให้คอมพวิ เตอร์ใช้เลขฐานสองในการคานวณ ตอ่ มา เม่ือวทิ ยาการก้าวหน้าขนึ ้ เรื่อย ๆ มีการพฒั นาจากหลอดไดโอดมาเป็นทรานซิสเตอร์ และเป็นวงจรขนาด เลก็ ท่ีเรียกว่า IC และสดุ ท้ายพฒั นามาเป็น Chip อยา่ งท่ีเรารู้จกั กนั ในปัจจบุ นั สง่ิ ท่ีผ้ผู ลติ CPU พยายามจะเพิม่ ก็คือ ประสทิ ธิภาพในการประมวลผล เน่ืองจากภายในซีพียไู มม่ ีหนว่ ยเก็บข้อมลู สาหรับปริมาณมาก ๆ ดงั นนั้ ปัจจยั ที่มีผลตอ่ ความเร็วของซีพียคู ือ ความเร็วในการประมวลผลและความเร็วในการโอนย้ายข้อมลู เทา่ นนั้ (เน่ืองจากในยคุ ก่อน CPU ไม่มี Cache) ซพึ ียใู นนยคุแรก ๆ ประมวลผลด้วยความเร็ว 4.77 MHz และมี CPU BUS กว้าง 8 บติ หรือท่ีเรียกกนั วา่ ซีพียแู บบ 8 บิต(Intel 8080, 8088) คือ ซีพียเู คลื่อนย้ายข้อมลู ได้ทีละ 1 ไบต์นนั่ เอง และใน CPU ยคุ ตอ่ ๆ มาจงึ เปลี่ยนมาเป็นแบบ 16, 32 และ 64 จนถึง 128 และในการเคล่ือนย้ายข้อมลู นนั้ เกิดจากการควบคมุ ของสญั ญาณนาฬกิ า ซง่ึ นบั เป็น Clock เชน่ ซีพียู 100 MHz หมายถึงเกิดสญั ญาณนาฬกิ า 100 ครัง้ ตอ่ วนิ าที

1.1 Structure and Function Function คอมพิวเตอร์เป็นระบบที่ซบั ซ้อน ประกอบไปด้วยสว่ นประกอบอเิ ลคโทรนิคส์เป็นล้านส่วนซงึ่ เราไม่สามารถที่จะบรรยายได้หมดทกุ ชนิ ้ สว่ น แตเ่ ราสามารถทีจะพดู ถึงหน้าท่ีหลกั ๆ ของคอมพวิ เตอร์ได้ โดยปกติแล้วหน้าท่ีสาคญั ๆ ของคอมพวิ เตอร์จะมีอยู่ 4 ประการ คือ 1. ทาหน้าท่ีในการประมวลผลข้อมลู 2. ทาหน้าที่ในการเก็บข้อมลู 3. ทาหน้าที่ในการเคลื่อนย้ายข้อมลู โดยถ้าเป็นการเคลื่อนย้ายข้อมลู จากอปุ กรณ์ภายใน คอมพวิ เตอร์ไปสอู่ ปุ กรณ์ภายนอก (peripheral) นนั้ เราเรียกกระบวนการนีว้ ่า Input/Output (I/O) และถ้าข้อมลู ถกู เคล่ือนย้ายไประยะทางไกล ๆ (เป็นการรับสง่ กบั remote device) เราจะเรียกวา่ เป็นกระบวนการสื่อสารข้อมลู (DataCommunication) 4. ทาหน้าที่ในการควบคมุ อปุ กรณ์, ควบคมุ ระบบภายในคอมพิวเตอร์ และ จดั สรรทรัพยากร ตา่ งๆ ภายในระบบคอมพวิ เตอร์ Structure ภายในระบบคอมพิวเตอร์จะแบง่ การทางานเป็นดงั รูป ComputerCentral MainProcessing MemoryUnitSystemInterconnectionI/O

CPU ทาหน้าที่ควบคมุ การปฏิบตั งิ านของคอมพวิ เตอร์ และกระทาเกี่ยวกบั การประมวลผลข้อมลูMain Memory ทาหน้าที่เก็บข้อมลู (Store data)I/O ทาหน้าที่เคลื่อนย้ายข้อมลู ระหวา่ งคอมพวิ เตอร์และอปุ กรณ์ภายนอกSystem Interconnection ทาหน้าท่ีติดตอ่ ส่ือสารกนั ระหวา่ ง CPU, Main Memory และ I/O ภายใน CPU จะแบง่ การทางานเป็นดงั รูป Central Processing Unit Control Arithmetic Unit and Logic Unit Internal CPU Interconnection RegisterCU ทาหน้าที่ควบคมุ การปฏิบตั งิ านของ CPUALU ทางานเกี่ยวกบั การประมวลผลข้อมลูRegister จดั เก็บข้อมลู ชวั่ คราวภายใน CPUCPU Interconnection ทาหน้าที่ติดตอ่ สื่อสารกนั ระหวา่ ง CU, ALU และ Registerชนดิ ของคอมพวิ เตอร์ 1. Supercomputer 2. Mainframe 3. Minicomputer 4. Microcomputer ความแตกตา่ งของคอมพิวเตอร์ทงั้ 4 ชนิด จะอย่ทู ี่ขนาดและความสามารถในการทางาน ซงึ่ คอมพวิ เตอร์ชนิดSupercomputer จะเป็นคอมพวิ เตอร์ท่ีมีขนาดใหญ่ท่ีสดุ มีหน่วยความจา และความสามารถในการประมวลผลสงู มีความละเอียดในการคานวณเกี่ยวกบั ตวั เลข หรืองานที่ต้องการความถกู ต้องแมน่ ยาสงู มกั

ใช้ในหนว่ ยงานที่มีความสาคญั และต้องการความถกู ต้องแมน่ ยา สว่ น Microcomputer เป็นคอมพวิ เตอร์ท่ีมีขนาดเล็กที่สดุ แตป่ ัจจบุ นั ประสทิ ธิภาพการทางานของมนั ก็ไมไ่ ด้เล็กเหมือนขนาดของมนั แล้ว แตม่ นัขนึ ้ อยกู่ บั ว่าสถาปัตยกรรมของคอมพิวเตอร์นนั้ มีความซบั ซ้อนและมีการทาอยา่ งไรท่ีจะให้การทางานของคอมพวิ เตอร์เร็วขนึ ้ และไมไ่ ด้ขนึ ้ อย่กู บั ขนาดของเคร่ืองอีกตอ่ ไป เชน่ พฒั นาให้มีหนว่ ยความจา (CacheMemory) เพิม่ ขนึ ้ ในไมโครโปรเซสเซอร์ หรือ Central Processing Unit (CPU) พฒั นาให้ CPU มีการประมวลผลหรือการทางานแบบขนานกนั เป็นต้น