นางสาวหรินทิพย์ สิริสาร 591104258

สถาปัตยกรรมคอมพวิ เตอร์ เป็นทฤษฎีทีอยฉู่ ากหลงั ของการออกแบบคอมพิวเตอร์ โดยทวั ไปหมายถึง การออกแบบ■ โครงสร้างของหน่วยประมวลผลกลาง (ซึงกค็ ือ การออกแบบจาํ นวนเรจิสเตอร์ทีจาํ เป็น และหนา้ ที ทีจาํ เป็นของ หน่วยควบคุมกบั หน่วยประมวลผลตวั เลข)■ ชุดของคาํ สงั เครือง และการอา้ งหน่วยความจาํ■ เทคนิคอืนๆ เช่น การประมวลผลแบบไปป์ ไลน์

ประเภทของสถาปัตยกรรมการประมวลผลแบบขนาน ของโปรเซสเซอร์----------------------------------------------------------------------------------------------

1. SISD (Single Instruction Single Data stream) คือ โปรเซสเซอร์ ทีใชก้ ารประมวลผลดว้ ยชุดขอ้ มูลเพียงชุดเดียวและ ทาํ งานดว้ ยคาํ สงั เดียว ภายใน สญั ญาณนาฬิกา

2. MISD (Multiple Instruction Single Data stream) คือ โปรเซสเซอร์ ทีใชก้ ารประมวลผลดว้ ยชุดขอ้ มูลเพยี งชุดเดียว แต่ทาํ งานดว้ ยไดห้ ลาย คาํ สงั ภายใน สญั ญาณนาฬิกา มกั จะไม่ค่อยมีใครพฒั นาโปรเซสเซอร์แบบนี

3. SIMD (Single Instruction Multiple Data stream) คือ โปรเซสเซอร์ทีใชก้ ารประมวลผลดว้ ยชุดขอ้ มลู หลายชุด แต่ทาํ งานดว้ ยคาํ สงั เดียว ภายใน สญั ญาณนาฬิกา และไดผ้ ลลพั ธ์หลายชุด ใชใ้ นโปรเซสเซอร์แบบ Pentium MMX

4. MIMD (Multiple Instruction Multiple Data stream) คือ โปรเซสเซอร์ทีใชก้ ารประมวลผลดว้ ยชุดขอ้ มลู หลายชุด และทาํ งานดว้ ยไดห้ ลาย คาํ สงั ภายใน สญั ญาณนาฬิกา

การแบ่งกนั ใชง้ านและการติดต่อสือสาร---------------------------------------------------------------------------------------------------

1. Shared-bus topology คือ การต่อโปรเซสเซอร์ หลายตวั ใหใ้ ชง้ าน Frontside บสั เสน้ เดียวร่วมกนั แต่มีขอ้ เสีย คือ จะเกิดคอขวดทีเกิดจากรอคอยการใชบ้ สั ร่วมกนั และทาํ ใหเ้ กิดประจุไฟฟ้ าสะสมบนบสั ซึงจะเกิดการรบกวนสญั ญาณขอ้ มลู ซึงกนั และกนั ทาํ ใหส้ ามารถใชโ้ ปรเซสเซอร์ ไดส้ ูงสุดไม่ เกิน ตวั มีใชใ้ น บสั GTL+ ของ Intel x86 และ บสั MPX ของ SMP G4 (Apple)

2. Point-to-point topology คือการต่อโปรเซสเซอร์ หลายตวั โดยใหโ้ ปรเซสเซอร์ แต่ละตวั มี Frontside บสั ของตวั เองทีต่อตรงไปยงั ชุดชิปหลกั จะแกป้ ัญหาทีเกิดจากการใช้ Shared-bus topology ได้ มีใชใ้ น บสั EV6 ของ Athlon Cache Coherence

การทาํ ใหข้ อ้ มลู ทีมีอยใู่ นแคชของโปรเซสเซอร์ ทุกตวั มีความสอดคลอ้ งกบั โปรเซสเซอร์ตวั อืนๆ--------------------------------------------------------------------------------------------------- 1. Snoop คือการจดั การใหแ้ คชของโปรเซสเซอร์แต่ละตวั คอยฟังวา่ มีการร้องขอขอ้ มูลใน หน่วยความจาํ ทีโปรเซสเซอร์กาํ ลงั ใชง้ านอยขู่ องโปรเซสเซอร์ตวั อืนๆทุกตวั หรือไม่ ซึงจะทาํ ใหเ้ กิดการติดต่อสือสารสถานะของขอ้ มลู เพือประสานงานการใชข้ อ้ มลู ร่วม กนั โดยเกิดขอ้ ขดั แยง้ นอ้ ยทีสุด แต่จะเกิดปัญหาความล่าชา้ บนระบบ Shared-bus เพราะการ snoop จะลด bandwidth ของบสั ทีใชง้ านร่วมกนั แต่ในระบบ point-to-point จะมี snoop bus ต่างหาก ทาํ ใหแ้ คชสามารถทาํ งานโดยไม่ตอ้ งไปรบกวนการทาํ งาน ของส่วนอืนๆ

2. Data Intervention คือเทคนิคทีเพมิ ความเร็วในการประสานการของทาํ งานของแคช โดยการทีแคชของโปรเซสเซอร์ตอ้ งการอา่ นขอ้ มลู เดียวกนั ทีกาํ ลงั ใชง้ าน อยแู่ ละเพงิ จะเริมแกไ้ ข กจ็ ะสง่ สญั ญาณบอกโปรเซสเซอร์อีกตวั ใหร้ อรับขอ้ มูลทีจะสง่ ไปให้ ไมต่ อ้ งไปขอจากหนว่ ยความจาํ หลกั ใหเ้ สียเวลา MPP (Massively Parallel Processing) คือสถาปัตยกรรมของการใชโ้ ปรเซสเซอร์หลายตวั โดยทีโปรเซสเซอร์แตล่ ะตวั จะมีทรัพยากรระบบ (I/O, หนว่ ยความจาํ ) ของตนเองเป็นหนว่ ยๆยอ่ ยมีการควบคมุ ตนเอง การเชือมโยงจะใช้ hardware หรือ software กไ็ ด้ สามารถขยายสเกลไดด้ ีมาก แต่ ตอ้ งเขียนโปรแกรมใหม่ ไมส่ ามารถใชข้ องเดิมได้ CMP (Cellular MultiProcessing) คือสถาปัตยกรรมของการใชโ้ ปรเซสเซอร์หลายตวั ทีผสมผสานขอ้ ดีของ SMP และ Clustering เขา้ ดว้ ยกนั โดยแบง่ โปรเซสเซอร์ออกเป็นหนว่ ยเลก็ ทีเรียกวา่ subpod (ประกอบดว้ ย โปรเซสเซอร์ คทู่ ีแตล่ ะคใู่ ชบ้ สั แยกกนั และ cache แบบ L3 และสามารถ ใชร้ ะบบปฏิบตั ิการของตนเองหรือรวมกนั เป็นหนว่ ยเดียวกไ็ ด)้ ทีใช้ ทรัพยากรของระบบ (หนว่ ยความจาํ , I/O) รว่ มกนั การเชือมโยงใชล้ กั ษณะการ ติดตอ่ แบบ Crossbar (เป็นการเชือมตอ่ แบบจุดตอ่ จุดโดยตรง ทีสามารถกาํ จดั การขดั ขอ้ งทีจุดๆเดียวได)้ สามารถขยายสเกลไดด้ ีมาก และสามารถใช้ โปรแกรมแบบเดิมไดไ้ มต่ อ้ งเขียนขึนใหม่ NUMA (Non-Uniform Memory Access) คือสถาปัตยกรรมของการใชโ้ ปรเซสเซอร์หลายตวั ทีผสมผสานขอ้ ดีของ SMP และ MPP เขา้ ดว้ ย กนั โดยแบง่ เป็นหนว่ ยยอ่ ยของหลายๆ โปรเซสเซอร์ ทีใชท้ รัพยากรของระบบ (หนว่ ยความจาํ , I/O) รว่ มกนั สามารถขยายสเกลไดด้ ีมาก และสามารถ ใชโ้ ปรแกรมแบบเดิมไดไ้ มต่ อ้ งเขียนขึนใหม่ Clustering คือ สถาปัตยกรรมของการเชือมโยงระบบเขา้ ดว้ ยกนั โดยใชท้ รัพยากรรว่ มกนั เพือสร้างระบบทีใหญข่ ึนและลม้ เหลวยาก (ระบบ จะไมห่ ยดุ ทาํ งานง่ายๆ

ผอู้ อกแบบระบบ IBM System/360 “สถาปัตยกรรมคอมพวิ เตอร์ หมายถึงโครงสร้างของคอมพวิ เตอร์ทีโปรแกรมเมอร์ของระบบจะตอ้ งเขา้ ใจในภาษา เครืองเพือเขียนโปรแกรมใหเ้ ครืองทาํ งานไดอ้ ยา่ งถูกตอ้ ง” - Bell และ Newell ใหแ้ นวคิดของสถาปัตยกรรมคอมพวิ เตอร์ในรูปแบบระดบั ชนั ทีเรียกวา่ hierarchical, multilevel descriptionระดบั ทงั ประกอบดว้ ย--------------------------------------------------------------------------------------------------- .ระดบั วงจรอิเลก็ ทรอนิกส์ (Electronics Circuit Level), .ระดบั การออกแบบลิจิก (Logic Design Level), .ระดบั การโปรแกรม (Programming Level) .และระดบั การสวติ ชโ์ ปรเซสเซอร์และหนว่ ยความจาํ (Processor-Memory-Switch Level)

(Pipeline) และซูเปอร์สเกลาร์ (Superscalar)--------------------------------------------------------------------------------------------------- superscalar ซีพียสู ถาปัตยกรรมดาํ เนินรูปแบบของการทาํ งานแบบขนานทีเรียกวา่ ขนานสอนระดบั ภายในหนว่ ยประมวลผลเดียว มนั จึ งชว่ ยใหC้ PU เร็วขึนผา่ นกวา่ อยา่ งอืนจะเป็นไป ไดท้ ีไดร้ ับอตั รานาฬิกา . หนว่ ยประมวลผล superscalar รันมากกวา่ หนึงคาํ สงั ในชว่ งวงจรนาฬิกาโดยพร้อมกนั เยยี งอยา่ งคาํ แนะนาํ หลายหนว่ ยงานทีซา้ ซอ้ นกบั หนว่ ยประมวลผล แตล่ ะหนว่ ยงานไมไ่ ดเ้ ป็นซีพียแู กนแยกกนั แตท่ รัพยากรการดาํ เนินภายในCPU เดียวเชน่ หนว่ ยตรรกะทางคณิตศาสตร์จําแลงบิตหรือตวั คณู . ในอนุกรมวธิ านฟลินนเ์ ป็นโปรเซสเซอร์ superscalar แบบ single-core จัดเป็นSISDประมวลผล (คาํ แนะนาํ เดียวขอ้ มลู เดียว) ในขณะทีแบบ multi-coreประมวลผล superscalar จัด เป็นMIMDประมวลผล (คาํ แนะนาํ หลายขอ้ มลู หลายรายการ) ในขณะทีซีพียู superscalar โดยปกติจะยงั pipelined , pipelining superscalar และสถาปัตยกรรมไดร้ ับการพิจารณาเทคนิคการเพิมประสิทธิภาพการปฏิบตั ิงานทีแตกตา่ งกนั เทคนิค superscalar เป็นประเพณีทีเกยี วขอ้ งกบั ลกั ษณะการระบุหลายคน (ภายในแกนของ CPU ไดร้ ับ): ■ คาํ แนะนาํ จะออกจากกระแสการเรียนการสอนตามลาํ ดบั ■ ฮาร์ดแวร์ CPU แบบไดนามิกตรวจสอบการอา้ งอิงขอ้ มลู ระหวา่ งคาํ แนะนาํ ในเวลาทาํ งาน (เทียบกบั ซอฟแวร์การตรวจสอบทีรวบรวมเวลา) ■ CPU ยอมรับคาํ แนะนาํ หลายตอ่ วงจรนาฬิกา

พนื้ ฐานสถาปตยกรรมคอมพวิ เตอร--------------------------------------------------------------------------------------------------- - โปรเซสเซอร์เป็นสว่ นทาํ งานของระบบ ซงึ จะเอก็ ซคิ ิวตโ์ ปรแกรมโดยการประมวลผลทางคณิตศาสตร์และลอจิกขอ้ มลู ตา่ ง ๆ โปรเซส เซอร์เป็นเพยี งสว่ นเดียวทีสร้างขอ้ มลู ใหมโ่ ดยการรวมหรือแกไ้ ขขอ้ มูล เดิม - หนว่ ยความจําทาํ หนา้ ทีเกบ็ ขอ้ มูลจนกวา่ จะมีการร้องขอจากสว่ นอืน ๆ ของระบบ ในขณะทีทาํ งานปกติ หนว่ ยความจําจะสง่ คาํ สงั และขอ้มลู ใหก้ บั โปรเซสเซอร์ - อุปกรณ์อินพตุ /เอาตพ์ ตุ ทาํ หนา้ ทีถา่ ยโอนขอ้ มลู ระหวา่ งองคป์ ระกอบภายนอกและภายใน - ชอ่ งการสือสารขอ้ มลู ทีเชอื มระบบเขา้ ดว้ ยกนั อาจจะเป็นการเชอื มตอ่ ระหวา่ ง อุปกรณ์ อุปกรณ์ หรือเป็นสวติ ชท์ ีซบั ซอ้ นทีเชอื มตอ่ หลายๆ องคป์ ระกอบเขา้ ดว้ ยกนั - แผนภาพ PMS แทนสว่ นประกอบหลกั ของเครืองคอมพวิ เตอร์สว่ นบุคคลแอปเปิ ลแมคอินทอช (Apple Macintosh) ในตอนตน้ จะใชช้ อ่ งสือสารขอ้ มูลเดียวทีเรียกวา่ “บสั ” (bus) ซงึ จะเชอื มตอ่ สว่ นประกอบหลกั ทงั หมด จนเมือบสั เป็นสวติ ชจ์ ะมีสว่ นประกอบเพียงสองสว่ นทีสามารถติดตอ่ ซงึ กนั และ กนั ในเวลาหนึง ๆ เมือสวติ ชถ์ กู สร้างขึนเพอื การถา่ นโอนขอ้ มลู ของอุปกรณ์อินพตุ /เอาตพ์ ตุ

คอมพิวเตอร--------------------------------------------------------------------------------------- คอมพิวเตอร์ คือ “อุปกรณ์ทีประกอ-บ--ด-ว้--ย-ช-ิน--ส-่-วนทางอิเลก็ ทรอนิกส์ทีสามารถรับขอ้ มูลและชุดคาํ สงั (Program) ในรูปแบบทีเครืองรับได้ แลว้ นาํ มาประมวลผล (Process) ขอ้ มลู ตามชุดคาํ สงัเพือแกป้ ัญหา หรือทาํ การคาํ นวณที สลบั ซบั ซอ้ นจนไดผ้ ลลพั ธ์ตามตอ้ งการ และยงั สามารถบนั ทึกหรือแสดงผลลพั ธ์เหล่านนั ได”้

องคป์ ระกอบระบบคอมพวิ เตอร์---------------------------------------------------------------------------------------------------

ฮาร์ดแวร์ (Hardware) - หนว่ ยรับขอ้ มูลหรืออินพตุ (Input Unit) - หนว่ ยประมวลผลกลางหรือซีพยี ู (CPU : Central Processing Unit) - หนว่ ยเกบ็ ขอ้ มลู (Storage) - หนว่ ยเกบ็ ขอ้ มูลหรือความจาํ หลกั (Primary Storage หรือ Main Memory) - หนว่ ยเกบ็ ขอ้ มลู สาํ รอง (Secondary Storage) - หนว่ ยแสดงขอ้ มูลหรือเอาตพ์ ตุ (Output Unit)

โครงสร้างระบบคอมพิวเตอร์ดา้ นอินพตุ /เอาตพ์ ตุซอฟตแ์ วร์ (Software) - ซอฟตแ์ วร์ระบบ (System Software) - โปรแกรมระบบปฏิบตั ิการ (OS : Operating System) - โปรแกรมแปลภาษาคอมพิวเตอร์ (Translator Program) - ยทู ิลิตีหรือโปรแกรมอรรถประโยชน์ (Utility Program) - ซอฟตแ์ วร์สาํ เร็จรูป (Package) - ซอฟตแ์ วร์ประยกุ ต์ (Application Software)

บุคลากร (Peopleware) - ออกแบบและวเิ คราะห์ระบบ (System Analysis and Design) - โปรแกรมเมอร์ (Programming) - ผบู้ ริหารฐานขอ้ มลู (Database Administrator : DBA) - ผปู้ ฏิบตั ิการ (Operator) - ผใู้ ช้ (User) - ผบู้ ริหาร (Manager)

ขอ้ มูล (Data) ขอ้ มลู เป็นสิงทีตอ้ งบนั ทึกลงไปในคอมพิวเตอร์ พร้อมกบั โปรแกรมทีนกั คอมพิวเตอร์ไดเ้ ขียนไปเพอื ผลิตผลลพั ธ์ทีตอ้ งการออก มา หนว่ ยทีเลก็ ทีสุดของขอ้ มลู ไดแ้ ก่ตวั อกั ขระ (Character) ซึงจะประกอบไปดว้ ยตวั อกั ษร ตวั เลข และสญั ลกั ษณ์ตา่ งๆเมือนาํ ตวั อกั ขระเหลา่ นีมารวมกนั จะทาํ ใหไ้ ดห้ นว่ ยขอ้ มลู ทีใหญข่ ึน คือ ฟิ ลด์ (Field) เมือนาํ ฟิ ลดห์ ลายๆ ฟิ ลดม์ าประกอบกนั จะเป็นเรกคอร์ด (Record) และถา้ นาํ หลายๆ เรกคอร์ดมาประกอบกนั จะเป็นไฟล์ (File) และหากนาํ หลายๆ ไฟลม์ ารวมกนั ในลกั ษณะทีมีความสมั พนั ธ์กนั ในแตล่ ะไฟลด์ ว้ ยจะกลายเป็นฐานขอ้ มูล (Database)

กระบวนการทาํ งาน (Procedure) องคป์ ระกอบดา้ นนีหมายถึงกระบวนการทาํ งานเพือใหไ้ ดผ้ ลลพั ธ์ตามตอ้ งการ ในการทาํ งานกบั คอมพวิ เตอร์ผใู้ ช้ จาํ เป็นตอ้ งทราบขนั ตอนการทาํ งานเพือใหไ้ ด้ งานทีถกู ตอ้ งและมีประสิทธิภาพ ซึงอาจจะมีขนั ตอนสลบั ซบั ซอ้ นหลายขนั ตอน ดงั นนั จึงมีความจาํ เป็นตอ้ งมีคูม่ ือปฏิบตั ิงาน เชน่ คูม่ ือผใู้ ช้ (user manual) หรือคูม่ ือผดู้ ูแลระบบ (operation manual)

ววิ ฒั นาการของคอมพวิ เตอร์--------------------------------------------------------------------------------------------------- - ลกู คิด (Abacus) - John Napier สร้างเครืองคิดเลขทีเรียกวา่ “Napier’s Bones” - Henry Briggs คิดคน้ แบบคาํ นวณตารางลอการิทึม - Edmund Gunter ไดน้ าํ คา่ ลอการิทึมของ Briggs มาแกะลงไมบ้ รรทดั - William Aughtred ไดน้ าํ ความคิดของ Gunter มาสร้าง Slide Rule ซึงถือวา่ เป็นคอมพวิ เตอร์อนาลอก เครืองแรกของโลก - Charles Babbage สร้างเครืองมือทีชอื “อนาไลติคลั เอน็ จิน“ (Analytical engine) - Ada Lovelace โปรแกรมเมอร์คนแรกของโลก => ภาษา Ada

จดั ทาํ โดย--------------------------------------------------------------------------------------- นางสาวหรินทิพย์ สิริสาร 591104258 ITS ปี