หน่วยประมวลผลกลาง

         หน่วยประมวลผลกลางเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า ซีพียู (Central Processing Unit : CPU) หน่วยประมวลผลกลางเป็นส่วนที่สำคัญของคอมพิวเตอร์ ปัจจุบันเทคโนโลยีทางด้านการผลิตวงจรอิเล็กทรอนิกส์ได้ก้าวหน้ามากจนถึงขั้นสามารถผลิตวงจรหน่วยประมวลผลกลางทั้งวงจรไว้ในชิพเพียงตัวเดียวได้ ชิพหน่วยประมวลผลกลางนี้มีชื่อเรียกว่า ไมโครโพรเซสเซอร์ 

ไมโครโพรเซสเซอร์

           หน่วยประมวลผลกลางแบ่งออกเป็น 2 หน่วย คือ หน่วยควบคุม (control unit) และหน่วยคำนวณและตรรกะ (Arithmetic Logic Unit : ALU)

•  หน่วยควบคุม ทำหน้าที่ในการควบคุมลำดับการทำงานภายในหน่วยประมวลผล กลางระหว่างประมวลผล
• หน่วยคำนวณและตรรกะ ทำหน้าที่นำข้อมูลซึ่งเป็นสัญญาณไฟฟ้าแบบตัวเลขฐานสองมาประมวลผลทางคณิตศาสตร์ และตรรกศาสตร์

       การทำงานนี้จะเป็นไปตามคำสั่งในโปรแกรม เริ่มด้วยหน่วยประมวลผลจะอ่านคำสั่งและข้อมูลต่างๆ จากหน่วยรับเข้าเก็บไว้ที่หน่วยความจำหลัก หลังจากนั้นหน่วยประมวลผลกลางจะอ่านคำสั่งจากหน่วยความจำทีละคำสั่งมาตีความหมายและกระทำตาม การกระทำดังกล่าวจะกระทำอย่างรวดเร็วมาก หน่วยประมวลผลกลางสามารถอ่านคำสั่งมาตีความหมายและกระทำตามได้หลายล้านคำสั่งต่อวินาที ด้วยประสิทธิภาพการทำงานที่รวดเร็วนี้เอง  ทำให้หน่วยประมวลผล กลางสามารถทำการประมวลผลได้มากและรวดเร็ว

      พัฒนาการของหน่วยประมวลผลกลางได้เริ่มจากการให้หน่วยประมวลผลกลางอ่าน ข้อมูลจากหน่วยความจำหลักด้วยรหัสเลขฐานสอง ครั้งละ 8 บิต เรียกซีพียูแบบนี้ว่าซีพียูขนาด 8 บิต ต่อมาเมื่อสร้างหน่วยประมวลผลกลางได้ดีขึ้นทำให้อ่านคำสั่งหรือข้อมูลเข้ามาได้ครั้งละ 16 บิต การประมวลผลก็กระทำครั้งละ 16 บิตด้วย เรียกซีพียูแบบนี้ว่าซีพียูขนาด 16 บิต ปัจจุบันซีพียูที่ใช้งานสามารถอ่านคำสั่ง หรือข้อมูลได้ถึงครั้งละ 128  บิต ทำให้ทำงานได้มากและรวดเร็วขึ้น

      กลไกการทำงานของซีพียูมีจังหวะการทำงานที่แน่นอนเช่น อ่านข้อมูลจากอุปกรณ์รับเข้าเก็บไว้ที่หน่วยความจำหลัก อ่านข้อมูลจากหน่วยความจำหลักแล้วนำมาตีความหมายคำสั่งในซีพียู ดำเนินการตามที่คำสั่งนั้นบอกให้กระทำ การกระทำเหล่านี้เป็นจังหวะที่แน่นอน การกำหนดความเร็วของจังหวะจะใช้สัญญาณนาฬิกาที่มีความเร็วสูงมาก ซีพียูรุ่นใหม่ๆ สามารถใช้สัญญาณนาฬิกาที่มีความเร็วได้สูงกว่า 2  กิกะเฮิรตซ์

วิวัฒนาการของไมโครโพรเซสเซอร์

 1. ไมโครโพรเซสเซอร์ 8086  เริ่มพัฒนาและนำออกมาใช้งานตั้งแต่ปี พ.ศ. 2523  เป็นซีพียูขนาด 16 บิต อย่างไรก็ดีบริษัทผู้ผลิตได้ผลิตซีพียูรุ่น 8088 ในเวลาต่อมา  และกลายเป็นซีพียูของไมโครคอมพิวเตอร์ ซีพียูรุ่นนี้มีโครงสร้างการทำงานที่ต่อเชื่อมกับหน่วยความจำหลักโดยตรงได้มากถึง 1  เมกะไบต์  หน่วยของหน่วยความจำ เป็นดังนี้

 2. ไมโครโพรเซสเซอร์ 80286  เป็นพัฒนาการรุ่นต่อมาของ 8086  นำออกจำหน่ายในปี พ.ศ. 2526  ต่อมากลายเป็นซีพียูของเครื่องไมโครคอมพิวเตอร์ รุ่นเอที ขีดความสามารถของ 80286 ยังคงเป็นไมโครโพรเซสเซอร์ขนาด 16 บิต แต่สามารถเชื่อมต่อกับหน่วยความจำหลักได้โดยตรงถึง 16 เมกะไบต์

 3. ไมโครโพรเซสเซอร์ 80386  เป็นซีพียูรุ่นที่สามที่ใช้ในไมโครคอมพิวเตอร์ นำออกจำหน่ายในปี พ.ศ. 2529 ซีพียูรุ่นนี้เป็นซีพียูขนาด 32 บิต มีประสิทธิภาพการทำงานได้ดีกว่า 80286 มาก โดยเฉพาะโครงสร้างการเชื่อมต่อกับหน่วยความจำสามารถต่อได้ถึง 4 กิกะไบต์

 4. ไมโครโพรเซสเซอร์ 80486  พัฒนาต่อเนื่องมาจาก 80386  เริ่มผลิตออกจำหน่ายในปี พ.ศ. 2533 ซีพียูตัวนี้ยังคงเป็นซีพียูแบบ 80386  แต่เพิ่มขีดความสามารถในการคำนวณจำนวนจริง  ไมโครโพรเซสเซอร์นี้มีสถาปัตยกรรมที่ซับซ้อนขึ้น   มีจำนวนทรานซิสเตอร์กว่าหนึ่งล้านตัวในชิพเดียวกัน

 5. ไมโครโพรเซสเซอร์ที่สูงกว่าไมโครโพรเซสเซอร์ 80486 บริษัทผู้ผลิตได้เปลี่ยนชื่อรุ่นซีพียูจากการใช้หมายเลขมาเป็นชื่อทางการค้า เช่น  เพนเตียม (pentium) เอทรอน(athlon) ซึ่งซีพียูนี้มีจำนวนทรานซิสเตอร์มากกว่าสามล้านตัวเป็นซีพียูขนาด 64 บิต และทำงานได้เร็วกว่าไมโครโพรเซสเซอร์ 80486  โดยเฉพาะมีการทำงานภายในด้วยกระบวนการทำงานแบบขนานเพื่อให้ทำงานได้เร็วขึ้น

       พัฒนาการของหน่วยประมวลผลกลางก้าวหน้าตลอดเวลา มีผู้ผลิตหน่วยประมวลผล กลางจากหลายบริษัท แต่ละบริษัทได้พัฒนาขีดความสามารถที่แตกต่างกัน ในอนาคตหน่วยประมวลผลกลางจะได้รับการพัฒนาให้มีขีดความสามารถสูงขึ้นอีกมาก