หน่วยที่ 3
ซีพียู
แนวคิด
ซีพียูเป็นหน่วยประมวลผลกลางถือว่าเป็นหัวใจสำคัญของเครื่องคอมพิวเตอร์ประกอบด้วยการทำงานได้แก่ การควบคุมการทำงานของเครื่องคอมพิวเตอร์และประมวลผลต่างๆ ซีพียูเปรียบเสมือนหัวใจสำคัญของเครื่องคอมพิวเตอร์
สาระการเรียนรู้
1.
บทนำ
2.
ลักษณะของซีพียู
3.
ซีพียูที่นิยมใช้ในปัจจุบัน
4.
หน่วยความจำแคช
5.
ความเร็วของซีพียู
ผลการเรียนรู้ที่คาดหวัง
1.
บอกลักษณะของซีพียูได้
2.
บอกซีพียูที่นิยมใช้ในปัจจุบันได้
3.
อธิบายหน้าที่ของหน่วยความจำแคชได้
4.
อธิบายความเร็วของซีพียูได้
บทนำ
ซีพียู(CPU) ย่อมาจาก Central Processing Unit หรือหน่วยประมวลกลางของเครื่องคอมพิวเตอร์ ในปัจจุบันมีให้เลือกใช้ด้วยการหลายยี่ห้อและหลายรุ่นทั้งนี้ผู้เลือกซื้อสามารถเลือกซื้อเพื่อใช้งานได้ตามความต้องการของการใช้งาน ด้วยการตรวจสอบคุณสมบัติของซีพียูที่ต้องการทั้งนี้ตรวจสอบได้จากความเร็วที่ต้องการ และความเหมาะสมของราคา
< ลักษณะของซีพียู <
ลักษณะของซีพียูที่มีใช้ในปัจจุบันมีของแต่ละบริษัทมีลักษณะรูปร่างและโครงสร้างที่แตกต่างกัน ตลอดจนมีจำนวนขาของซีพียูไม่เท่ากัน จากลักษณะที่แตกต่างของซีพียูทำให้ซีพียูแต่ละรุ่นจึงใช้กับเมนบอร์ดที่แตกต่างกันไป โดยทั่วไปซีพียูที่เป็นเครื่องคอมพิวเตอร์โดยทั่วไปมีด้วยกัน 2 แบบได้แก่
1.
ซีพียูแบบ Cartridge
ซีพียูแบบ cartridge นี้มีรูปร่างเป็นตลับแบน ห่อหุ้มด้วยกล่องพลาสติก
สี่เหลี่ยมด้านล่างจะประกอบด้วยขาสัญญาณของซีพียูสำหรับเสียบใส่สล๊อต(Slot) ซึ่งแบ่งออกเป็น 3 แบบได้แก่
-
Slot 1 ได้ถูกพัฒนาโดยบริษัท Intel ใช้ได้กับซีพียูรุ่น Pentium II,
Pentium
III และ Celeron มีจำนวนขาสัญญาณ 242 ขา
-
Slot 2 เป็นของบริษัท Intel ใช้ได้กับซีพียู Pentium II Xeon
และ Pentium III Xeon มีขาสัญญาณจำนวน 330 ขา
-
Slot A พัฒนาโดยบริษัท AMD สำหรับใช้กับซีพียู Athlon มี
ขาสัญญาณจำนวน 242 ขาเหมือนกับซีพียูแบบ Slot 1 ของอินเทล
รูปที่ 3.1 รูปซีพียูแบบ Cartridge
2.
ซีพียูแบบ PGA
ซีพียู PGA ย่อมาจาก Pin Grid Array มีลักษณะเป็นชิปแบนๆ มีขา
จำนวนมากอยู่ใต้ซีพียูสำหรับเสียบลงในซ็อคเก็ต สามารถแบ่งออกเป็นแบบย่อยได้อีก 3 แบบซึ่งใช้เสียบแทนกันได้ดังนี้
-
Socket 7 สำหรับใช้กับซีพียูรุ่นเก่าได้แก่ Pentium MMX,
AMD, K5,
K6, K6-1, K6-III , Cyrix 6x86, MII มีจำนวนขาสัญญาณ 321 ขา
-
Socket
370 สำหรับใช้กับซีพียูรุ่น Pentium III, Celeron
และ Cyrix II มีขาสัญญาณจำนวน 370 ขา
-
Socket A ถูกพัฒนาโดยบริษัท AMD เพื่อใช้สำหรับซีพียูรุ่น
Athlon รุ่นใหม่และ Duron มีขาสัญญาณจำนวน 462 ขา
-
Socket
423,478 ถูกพัฒนาโดยบริษัท Intel เพื่อใช้สำหรับซีพียู
รุ่น Pentium 4 รุ่น 1.3 ขึ้นไปมีขาสัญญาณ 423 และ 478 ขาตามลำดับ
รูปที่ 3.2 รูปซีพียูแบบ PGA
< ซีพียูที่นิยมใช้ในปัจจุบัน <
รูปที่ 3.3 รูปซีพียูแบบต่างๆ
ในปัจจุบันซีพียูที่เป็นที่นิยมเป็นของบริษัท Intel และ AMD ดังรายละเอียดของซีพียู
ดังต่อไปนี้
1.
Celeron เป็นซีพียูที่ได้พัฒนามาจาก Pentium II รุ่น Deschutes แต่ได้ลดคุณสมบัติของหน่วยความจำแคชลงจากระดับ 2 เป็นการจัดการข้อมูลอย่างละ 32 KB ลดลงมาเป็นระดับ 1 เท่ากับ 16 KB
จากนั้นได้พัฒนารุ่น 300A ใส่แคชระดับ 2 จำนวน 128 KB ทำให้มีประสิทธิภาพโดยรวมเพิ่มขึ้น และได้พัฒนารุ่น Pentium III Tualatin เรียกว่า Celeron II
รูปที่ 3.4
รูป CPU
CELERON
2. Pentium III
เป็นซีพียูที่ได้พัฒนามาจาก Pentium II โดยเพิ่มชุดคำสั่ง
SSE(Sreaming
SIMD Extention) เรียกว่า Katmai มีความเร็ว 450 ถึง 600 MHz ปัจจุบันได้พัฒนาเป็นรุ่น Pentium III ขบวนการผลิตขนาด 0.13 ไมครอนเรียกว่ารุ่น Tualatin ซึ่งมีความเร็วล่าสุดที่ 1.33 GHz
รูปที่ 3.5
รูปซีพียู Pentium III
3.
Pentium 4 เป็นซีพียูรุ่นล่าสุดที่ใช้รหัสในการพัฒนาว่า Willamette ต่อมาเรียกว่า Intel Pentium 4 Processor ได้ผลิตด้วยความเร็วเริ่มต้นที่ 1.4 GHz และ 1.5 GHz ปัจจุบันได้พัฒนาเพิ่มขึ้นต่อไปอย่างไม่หยุดยั้งเพื่อได้เครื่องที่มีประสิทธิภาพสูงสุดรองรับเทคโนโลยีใน
สมัยใหม่ได้เป็นอย่างดี ซ็อกเก็ตที่ใช้สำหรับติดตั้งซีพียู Pentium 4 เรียกว่า Socket 423
รูปที่ 3.6 รูปซีพียู Pentium
4
4.
AMD Athlon เป็นซีพียูรุ่นแรกในตระกูล K7 ของ AMD ที่เหนือกว่า Intel ทั้งในด้านความเร็วและประสิทธิภาพ โดยใช้ระบบบัสแบบ EV6
เริ่มต้นความเร็วที่ 700 MHz จนถึง 1.333 GHz มีทั้งแบบ Slot A และ Socket A มีแคชระดับ 1 128 KB และแคชระดับ 2 ขนาด 512 มีรุ่น ThunderBird มีแคชระดับ 2 ขนาด 256 KB
รูปที่ 3.7 รูปซีพียู AMD
Athlon
5.
AMD Duron เป็นซีพียูรุ่นใหม่ที่พัฒนามาจากตระกูล K7 ของ AMD ที่พัฒนาต่อจาก Athlon ใช้ระบบบัส 200 MHz มีประสิทธิภาพการประมวลผลด้าน 3 มิติใช้เทคโนโลยีการผลิตขนาด 0.18 ไมครอน ความเร็วที่ 700 MHz จนถึง 1.2 GHz มีทั้งแบบ Slot A และ Socket A มีแคชระดับ 1 ขนาด128 KB แคชระดับ 2 ขนาด 64 KB
รูปที่ 3.8 รูปซีพียู AMD Duron
6.
VIA C3 เป็นซีพียูรุ่นล่าสุดของ VIA ที่พัฒนาต่อจาก Cyrix III ใช้เทคโนโลยี การผลิตขนาด 0.15 ไมครอน ความเร็วที่ 700 MHz จนถึง 1.2 GHz ใช้เสียบซ๊อคเก็ต Socket 370 มีหน่วยความแคชระดับ 1 ขนาด128 KB แคชระดับ 2 ขนาด 64 KB มีประสิทธิภาพการประมวลผลด้าน 3 มิติ รุ่นที่ผลิตได้แก่ 733, 750, 800 และ 850 MHz
รูปที่ 3.9
รูปซีพียู VIA C3
หน่วยความจำแคช(cache memory)
หน่วยความจำแคชเป็นหน่วยความจำแบบ Static RAM(SRAM)เป็นหน่วยความจำของเครื่องที่มีความเร็วสูงซึ่งมีราคาสูงกว่าหน่วยความจำแบบ Dynamic RAM(DRAM) ทำหน้าที่เป็นหน่วยความจำสำรองหรือ Buffer ให้ซีพียู ในการทำงานของซีพียูจะมีความเร็วสูงหากแต่อุปกรณ์ในเครื่องต่างๆ เช่น ฮาร์ดดิสก์ แรม มีความเร็วต่ำไม่สามารถส่งข้อมูลได้เร็วเท่ากับซีพียูจึงทำให้เกิดสภาวะที่เรียกว่า wait state ด้วยเหตุนี้จึงมีหน่วยความจำแคชเพื่อช่วยแก้ปัญหาสภาวะดังกล่าว หน่วยความแคชมีหน้าที่นำคำสั่งลำดับถัดไปจากฮาร์ดดิสก์หรือแรมมาเก็บไว้ ซีพียูจะทำงานในลำดับต่อไปจะมาเอาคำสั่งที่หน่วยความจำแคชนี้ หน่วยความจำแคชมี 3 ระดับดังนี้
-
หน่วยความจำแคชระดับ 1 (Cache level: L1) เป็นแคชที่อยู่ภายในซีพียูซึ่งมีขนาด 16 KB หรือ 32 KB
- หน่วยความจำแคชระดับ 2 (Cache level: L2) เป็นแคชที่มีอยู่ภายในซีพียูหรือยู่ภายนอกซีพียูก็ได้ มีขนาด 256 KB หรือ 512 KB
- หน่วยความจำแคชระดับ3 (Cache level: L3) เป็นแคชที่อยู่บนเมนบอร์ด
มีขนาด 512 ถึง 2 MB
รูปที่ 3.10 แสดงโครงสร้างการทำงานของหน่วยความจำแคช
ความเร็วของซีพียู
ความเร็วของซีพียูเป็นความเร็วของสัญญาณนาฬิกา(clock) ที่เป็นตัวกำหนดจังหวะให้กับอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ มีหน่วยที่เรียกว่าเมกะเฮิรตซ์(MHz) ซึ่ง MHz เท่ากับล้านรอบต่อวินาที
1
MHz(Mega Hearz) = 1,000,000 Hz หรือ
1 ล้านเฮิรตซ์
1
GHz(Giga Hearz) =
1,000,000,000 Hz หรือ 1 พันล้านเฮิรตซ์
ความเร็วของซีพียูยิ่งมากการทำงานของซีพียูยิ่งเร็วตามจำนวนรอบของนาฬิกา
ทั้งนี้นอกจากความเร็วของซีพียูแล้วยังขึ้นอยู่กับความเร็วของอุปกรณ์อื่นๆ ในเครื่องอีกด้วยเช่นฮาร์ดดิสก์ การ์ดแสดงผล และขนาดของหน่วยความจำอื่นๆ อีกด้วย
แบบทดสอบ
จงเลือกข้อที่ถูกที่สุดเพียงข้อเดียว
1.
ข้อใดไม่ใช่ซ็อกเก็ตสำหรับซีพียูแบบ Cartridge
ก. Slot 2 ข. Slot 1
ค. Slot A ง. Socket 478.
2.
ข้อใดไม่ใช่ซ็อกเก็ตสำหรับซีพียูแบบ PGA
ก. Slot 2 ข. Slot 7.
ค. Slot A ง. Socket1
3.
Socket
423 ผลิตสำหรับซีพียูรุ่นใดต่อไปนี้
ก. AMD Thunderbird ข. Pentium 4(Northwood)
ค. Pentium 4. ง. Pentium III(coppermine)
4.
Celeron เป็นซีพียูที่ได้พัฒนามาจากซีพียูรุ่นใด
ก. Pentium Mx ข. Pentium II.
ค. Pentium III ง. Pentium 4
5.
Pentium
4 เป็นซีพียูรุ่นล่าสุดที่ใช้รหัสในการพัฒนาว่าว่าอย่างไร
ก. Thunderbird ข. Northwood
ค. Willamette. ง. coppermine
6.
AMD
Athlon เป็นซีพียูรุ่นแรกในตระกูลใด
ก. K7. ข. K6
ค. K5 ง. K4
7.
VIA
C3 เป็นซีพียูรุ่นล่าสุดของ VIA ที่พัฒนาต่อจากซีพียูรุ่นใด
ก. Thunderbird ข. Cyrix III.
ค. Willamette ง. coppermine
8.
ข้อใดเป็นคุณสมบัติของหน่วยความจำแคช
ก.
หน่วยความจำของเครื่องที่มีความเร็วสูง.
ข. หน่วยความจำของเครื่องที่มีความเร็วต่ำ
ค.
หน่วยความจำที่อยู่บนแรม
ง. หน่วยความจำที่ช่วยในประมวลผล
9.
หน่วยความจำแคชระดับใดที่ทำงานอยู่บนเมนบอร์ด
ก.
1 ข.
2
ค.. 3.
ง. 4
10.
ความเร็วของซีพียูวัดจากสิ่งใดต่อไปนี้
ก.
ความเร็วของสัญญาณนาฬิกา
ข.
ความเร็วของเมนบอร์ด
ค.
ความเร็วของแรม
ง.
ความเร็วของสัญญาณนาฬิกา.
จงตอบคำถามในข้อต่อไปนี้
1.
จงอธิบายลักษณะของซีพียูมาพอสังเขป
2.
ให้บอกซีพียูที่นิยมใช้ในปัจจุบันมาจำนวน 3 รุ่น
3.
จงอธิบายหน้าที่ของหน่วยความจำแคช
4. จงอธิบายถึงความเร็วของซีพียู
ใบงานที่ 1
เรื่อง ซีพียู
วัตถุประสงค์ เพื่อบอกซีพียูที่นิยมใช้ในปัจจุบันได้
คำชี้แจง ครูให้นักศึกษาแบ่งกลุ่มเพื่อศึกษาคุณสมบัติของซีพียูพร้อมหน่วยความจำแคช
ในห้องปฏิบัติการคอมพิวเตอร์
1.
เรื่อง
2.
ขั้นตอนการทำ
ชื่อนักศึกษา
..เลขที่
..
