เทคโนโลยี CPU วินัย ปุริเกษม นักวิชาการคอมพิวเตอร์ หัวหน้าฝ่ายเทคโนโลยีสารสนเทศ

CPU :Central Processing Unit CPU หรือ โปรเซสเซอร์ (Processor) คือวงจรประมวลผลหลักที่เป็นตัวประมวลผลตามชุดคำสั่ง หรือประมวลผลให้โปรแกรมทำงาน

การทำงานภายใน CPU CPU ประกอบด้วย หน่วยการทำงานหลัก 2 หน่วย คือ หน่วยควบคุม (Control Unit)ทำหน้าที่ดึงคำสั่งจากหน่วยความจำหลัก มาไว้ใน register และทำการแปลงรหัส (Decoding) เรียกว่าจังหวะคำสั่ง (Instructional Cycle) แล้วจึงส่งเข้าสู่จังหวะปฏิบัติการคือ( Execution Cycle) ในหน่วยคำนวณตรรกะ หน่วยตรรกะ (ALU :Arithmetic and Logical Unit) ทำการคำนวณผล หรือเปรียบเทียบ แล้วจึงส่งผลลัพธ์เก็บไว้ใน Register ซึ่งทำหน้าที่เก็บและถ่ายทอดข้อมูลคำสั่งที่ถูกนำมา

CPU Architecture และ Clock กับการทำงาน Architecture ของ CPU ได้แก่โครงสร้างการทำงานภายใน, ระบบบัส, วงจรการทำงานของชุดคำสั่งต่าง ๆ Clock Speed ถ้าเป็น CPU ที่ตัววงจรภายในเหมือนกัน ตัวที่มี Clock Speed สูงกว่า จะทำงานได้เร็วกว่า

การพัฒนา CPU CPU รุ่นใหม่ ๆ มีความเร็วในการทำงานที่สูงขึ้นได้ ต้องมีการพัฒนาปรับปรุงในหลาย ๆ ส่วน ได้แก่ การเพิ่ม Clock Speed ในปัจจุบันไม่น้อยกว่า 3 GHz เพิ่มจำนวนวงจร และลดขนาดของวงจรในการผลิต เช่นจาก 0.32 ไมครอน เหลือ 0.13 ไมครอนในปัจจุบัน ลดแรงดันไฟฟ้า เพื่อให้ความร้อนไม่สูงเกินไปนัก เพิ่ม Cache Memory เพื่อลด Wait State ของ CPU พัฒนา สถาปัตยกรรม และเทคโนโลยีใหม่ ๆ ในตัว CPU

รูปร่างของ CPU CPU แต่ละรุ่นและแต่ละผู้ผลิตจะมีรูปร่างลักษณะและโครงสร้างเช่น ขนาด หรือจำนวนขา ไม่เหมือนกัน ซึ่ง CPU สำหรับ PC ในปัจจุบัน แบ่งได้เป็น 2 รูปแบบใหญ่ ๆ ได้แก่ 1. CPU แบบ Cartridge คา-ทริจ จะมีรูปร่างเป็นตลับแบน ๆ หุ้มด้วย กล่องพลาสติก สำหรับเสียบในช่องเสียบแบบ Slot Slot 1 พัฒนาโดย Intel สำหรับ Pentium III รุ่นเก่า , Pentium II, Celeron รุ่นเก่า มีขาสัญญาณ 242 ขา Slot 2 ของ Intel สำหรับ Pentium II Xeon, Pentium III Xeon ขาสัญญาณ 330 ขา Slot A ใช้กับ CPU AMD Athlon รุ่นเก่า มีขาสัญญาณ 242 ขา

รูปร่างของ CPU (ต่อ) 2. CPU แบบ PGA (Pin Grid Array) จะมีลักษณะเป็นชิฟแบน ๆ มีขา จำนวนมากอยู่ใต้ตัว CPU สำหรับเสียบลงใน Socket สามารถ แบ่งย่อยได้หลายแบบเช่น Socket 7 ใช้กับ Pentium MMX, AMD K5, K6, K6-2, K6-III มี ขาสัญญาณ 321 ขา Socket 370 ใช้กับ Pentium III, Celeron รุ่นใหม่ มีขาสัญญาณ 370 ขา

รูปร่างของ CPU CPU แบบ PGA (Pin Grid Array) ต่อ Socket 423 ใช้สำหรับ Pentium 4 Socket A ใช้กับ AMD Athlon และ Duron มีขาสัญญาณ 462 ขา

CPU ตระกูลต่าง ๆ ของ Intel สมัยก่อนผู้นำตลาด CPU สำหรับไมโครคอมพิวเตอร์ได้แก่ Intel Corp. ซึ่งผลิต CPU ในตระกูล X86 ซึ่งนอกจาก Intel แล้ว ยังมีผู้ผลิตอีกหลายราย ที่ผลิต CPU ที่ Compatible กับ CPU Intel ได้แก่ AMD Advance Micro Device, VIA/Cyrix, IBM, Transmeta CPU ตระกูลต่าง ๆ ของ Intel ตระกูล 80x86 มีพัฒนาการมาตั้งแต่ 8086 – Pentium IV CPU ของ Intel ในระยะแรกจะใช้เลขรหัสแทนรุ่น แต่เนื่องจาก ปัญหาลิขสิทธิ์ จึงเปลี่ยนมาใช้เป็นชื่อแทน ตระกูลที่ใช้ชุดคำสั่ง IA-64 ได้แก่ Itanium และ Itanium-2

ตัวอย่าง ชื่อ CPU ของ Intel รุ่นใหม่ Core 2 Duo (คอร์ทูดูโอ) ชื่อเดิมคือ Conroe (คอนโร) เป็น โปรเซสเซอร์ ตระกูล Pentium4 รุ่นที่มีการปรับเปลี่ยนใหม่ทำให้ชิฟกินไฟ น้อยกว่า และมีประสิทธิภาพในการทำงานสูงกว่า ตระกูลเพนเทียมที่ผ่านๆ มาโดยคอร์ทูดูโอจะกินไฟน้อยกว่า Pentium4 รุ่นปัจจุบันเกือบครึ่งหนึ่ง ส่วนคอร์ทูดูโอเวอร์ชั่นคอมพิวเตอร์โน๊ตบุ๊กจะ มีชื่อ Merom (เมอรอม) Pentium D (Smithfield) สมิทฟิลด์ ถูกออกแบบสำหรับเครื่อง คอมพิวเตอร์ระดับ Main-stream เหมาะสำหรับงานที่ต้องการความสามารถ ของการประมวลผล Multitasking สูงๆ หรือสามารถทำงานกับ แอพพลิเคชั่นได้หลายๆ ตัวพร้อมกันอย่างมีประสิทธิภาพ

ตัวอย่าง ชื่อเรียก CPU ของ Intel (ต่อ) Pentium Extreme Edition (Smithfield) ถูกออกแบบสำหรับเครื่องคอมพิวเตอร์ รุ่น Hi-End ที่มีสมรรถนะสูง เหมาะสำหรับงานสร้างสรรค์สื่อบันเทิงต่างๆ การ ประมวลผลวีดีโอ, Digital, Design และ Gaming Tasks Pentium4(Prescott) โครงสร้างภายในเป็นแบบ Single-core ใช้เทคโนโลยี ในการผลิตขนาด 0.09 ไมครอน (90nm) Pentium D (Smithfield) โครงสร้างภายในเป็นแบบ Dual-core ใช้ เทคโนโลยีในการผลิตขนาด 0.09 ไมครอน (90nm) Cedar mill โครงสร้างภายในเป็นแบบ Single-core ใช้ เทคโนโลยีในการผลิต ขนาด 0.065 ไมครอน (65nm) Presler โครงสร้างภายในเป็นแบบ Multi-chip ใช้เทคโนโลยีในการผลิตขนาด 0.065 ไมครอน (65nm)

ตลาด CPU ของ Intel สำหรับคอมพิวเตอร์ระดับ Server หรือ Workstation นั้น Intel แบ่งเกรดตลาดออก CPU ออกเป็น 3 ระดับ High-End ได้แก่ CPU Itanium-2 Midrange ได้แก่ CPU XEON Entry-level ได้แก่ CPU Pentium IV สำหรับเครื่อง Desktop หรือ Notebook จะใช้ CPU Pentium IV หรือ Celeron ค่ายอื่นนอกจาก Intel ก็มี

รู้จัก CPU รุ่นต่าง ๆ ของ Intel Intel 80486 ความเร็ว20,50 ,66 , 100MHz. Pentium: (1993) ความเร็ว133,233MHz. Pentium Pro: (1995) ความเร็วเริ่มที่ 150MHz. Pentium II: (1997) ความเร็วเริ่มที่ 266MHz. Pentium III: (1999) ความเร็วขึ้นไปถึง 1GHz. Pentium IV: (2001) ความเร็วขึ้นไปถึง 4GHz. ปัจจุบันมี Celeron Dual-Core , Pentium Dual-Core Core2 Duo, Core2 Quad, Core i3, Core i5,Core i7

CPU ของ AMD สำหรับตลาดของ Server และ Workstation จะเป็น CPU Opteron สำหรับตลาด Desktop และ Notebook จะเป็น Athlon และ Duron Athlon ออกแบบสำหรับตลาดระดับบนของเครื่อง Desktop Support ชุดคำสั่ง 3D ส่วน Duron นั้นถูกออกแบบสำหรับตลาดล่าง ใช้คุณสมบัติพื้นฐานของ Athlon

CPU ตระกูลอื่น ๆ เช่น ตระกูล TSM 9900 จาก Texas Instruments(1976) - มีการจัดการ Interrupt ที่ดี และการออกแบบ instruction set ที่ดีมาก - ข้อเสียคืออ้าง address space ได้น้อย(16 บิต) และต้องใช้งานร่วมกับ หน่วยความจำความเร็วสูง ตระกูล Motorola 680x0 - เป็น RISC CPU (Reduced Instruction Set Computer) - ถูกเลือกไปใช้งานในเครื่อง Macintosh และในเครื่อง workstation อื่นๆ ตระกูล IBM RS/6000 Power chips (1990) - เป็น RISC CPU ใช้กับเครื่อง workstation ของ IBM นิยมเรียกว่า PowerPC ฯลฯ