CPU คือ อะไร

cpu
cpu

หน่วยประมวลผลกลาง (CPU) เป็นหน่วยที่ทำหน้าที่ประมวลผลส่วนใหญ่ภายในคอมพิวเตอร์ ในการควบคุมคำสั่งและการไหลของข้อมูลไปยังและจากส่วนอื่น ๆ ของคอมพิวเตอร์ซีพียูอาศัยชิปเซ็ตซึ่งเป็นกลุ่มไมโครชิปที่อยู่บนเมนบอร์ด

ซีพียูเองเป็นองค์ประกอบหลักของสิ่งที่ทำให้คอมพิวเตอร์เป็นคอมพิวเตอร์ แต่มันไม่ใช่คอมพิวเตอร์ นั่นเป็นเพียงสมองของการทำงาน เป็นชิปคอมพิวเตอร์ขนาดเล็กที่อยู่บนแผงวงจรหลักเมนบอร์ด ของคอมพิวเตอร์ไม่ว่าจะเป็นพีซีตั้งโต๊ะแล็ปท็อปหรือแท็บเล็ต มันแยกจากหน่วยความจำอย่างชัดเจนซึ่งเป็นที่จัดเก็บข้อมูลและการ์ดกราฟิกหรือชิปกราฟิกซึ่งจัดการการแสดงผลวิดีโอและกราฟิก 3D ทั้งหมดไปยังจอภาพหรือหน้าจอของคุณ

ซีพียูถูกสร้างขึ้นโดยการวางทรานซิสเตอร์ขนาดเล็กพันล้านพิกเซลบนชิปคอมพิวเตอร์เครื่องเดียว ทรานซิสเตอร์เหล่านั้นอนุญาตให้ทำการคำนวณที่จำเป็นในการเรียกใช้โปรแกรมที่เก็บไว้ในหน่วยความจำของระบบของคุณ

หนึ่งในความก้าวหน้าที่พบบ่อยที่สุดของเทคโนโลยี CPU คือการทำให้ทรานซิสเตอร์เหล่านั้นเล็กลงและเล็กลง สิ่งนี้ส่งผลให้มีการปรับปรุงความเร็วของ CPU ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมาซึ่งมักเรียกว่ากฎของมัวร์

CPU มีสององค์ประกอบ

หน่วยควบคุม: แยกคำแนะนำจากหน่วยความจำและถอดรหัสและดำเนินการพวกเขา
Arithmetic Logic Unit (ALU): จัดการการดำเนินการทางคณิตศาสตร์และตรรกะ
ในการทำงานอย่างถูกต้อง CPU จะใช้นาฬิการะบบหน่วยความจำที่เก็บข้อมูลรองและข้อมูลและที่อยู่บัส

คำนี้เรียกอีกอย่างว่าโปรเซสเซอร์กลางไมโครโปรเซสเซอร์หรือชิป

CPU เป็นตัวย่อสำหรับหน่วยประมวลผลกลาง บางครั้งเรียกง่ายๆว่าโปรเซสเซอร์กลาง แต่โดยทั่วไปเรียกว่าโปรเซสเซอร์โปรเซสเซอร์ CPU เป็นสมองของคอมพิวเตอร์ที่ใช้การคำนวณส่วนใหญ่ ในแง่ของพลังในการคำนวณซีพียูเป็นองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดของระบบคอมพิวเตอร์

ส่วนประกอบของซีพียู
ส่วนประกอบทั่วไปสองอย่างของ CPU รวมถึงต่อไปนี้

หน่วยคำนวณทางคณิตศาสตร์ (ALU) ซึ่งดำเนินการทางคณิตศาสตร์และการดำเนินการทางตรรกะ
หน่วยควบคุม (CU) ซึ่งแยกคำแนะนำจากหน่วยความจำและถอดรหัสและดำเนินการพวกเขาเรียก ALU เมื่อจำเป็น

ซีพียูคอร์

อุปกรณ์บางตัวใช้หน่วยประมวลผลแกนเดียวในขณะที่คนอื่นอาจมีหน่วยประมวลผลแบบ dual-core (หรือ quad-core ฯลฯ ) การใช้หน่วยประมวลผลสองตัวที่ทำงานเคียงข้างกันหมายความว่า CPU สามารถจัดการคำสั่งได้สองครั้งพร้อมกันทุก ๆ วินาทีพร้อมปรับปรุงประสิทธิภาพอย่างมาก

CPU บางตัวสามารถจำลองเสมือนสองคอร์สำหรับทุก ๆ คอร์ที่มีอยู่ซึ่งเป็นเทคนิคที่เรียกว่า Hyper-Threading การจำลองเสมือนหมายความว่า CPU ที่มีสี่คอร์เท่านั้นสามารถทำงานราวกับว่ามันมีแปดคอร์โดยมีแกน CPU เสมือนเพิ่มเติมที่เรียกว่าเธรดแยกต่างหาก แม้ว่าแกนประมวลผลทางกายภาพนั้นทำงานได้ดีกว่าแกนเสมือน

การอนุญาตให้ใช้ CPU บางแอพพลิเคชั่นสามารถใช้สิ่งที่เรียกว่ามัลติเธรด หากเข้าใจว่าเธรดเป็นกระบวนการเดียวของคอมพิวเตอร์การใช้หลายเธรดในซีพียูหลักหมายความว่าสามารถเข้าใจและประมวลผลคำสั่งได้ในคราวเดียว ซอฟต์แวร์บางตัวสามารถใช้ประโยชน์จากคุณสมบัตินี้ได้มากกว่าหนึ่งคอร์ซีพียูซึ่งหมายความว่าสามารถประมวลผลคำสั่งได้มากขึ้นพร้อมกัน

Intel Core i3 กับ i5 เทียบกับ i7

คุณอาจสงสัยว่าตั้งชื่อชิป Intel Core i7 ทำงานได้ดีกว่าชิป i5 ซึ่งทำงานได้ดีกว่าชิป i3 เหตุใดจึงมีประสิทธิภาพดีกว่าหรือแย่กว่าคนอื่น ๆ ค่อนข้างซับซ้อนกว่า แต่ก็ยังเข้าใจได้ง่าย

โปรเซสเซอร์ Intel Core i3 เป็นโปรเซสเซอร์แบบ dual-core ในขณะที่ชิป i5 และ i7 เป็นแบบ quad-core

Turbo Boost เป็นคุณสมบัติในชิป i5 และ i7 ที่ทำให้โปรเซสเซอร์สามารถเพิ่มความเร็วสัญญาณนาฬิกาผ่านความเร็วพื้นฐานเช่นจาก 3.0 GHz ถึง 3.5 GHz เมื่อใดก็ตามที่ต้องการ ชิป Intel Core i3 ไม่มีความสามารถนี้ รุ่นของโปรเซสเซอร์ที่ลงท้ายด้วย “K” สามารถโอเวอร์คล็อกได้ซึ่งหมายความว่าความเร็วสัญญาณนาฬิกาเพิ่มเติมนี้สามารถบังคับและใช้งานได้ตลอดเวลา

Hyper-Threading ช่วยให้สามารถประมวลผลเธรดสองเธรดต่อแต่ละ CPU core ซึ่งหมายความว่าโปรเซสเซอร์ i3 ที่รองรับ Hyper-Threading รองรับเพียงสี่เธรดพร้อมกัน (เนื่องจากเป็นโปรเซสเซอร์แบบดูอัลคอร์) โปรเซสเซอร์ Intel Core i5 ไม่รองรับ Hyper-Threading ซึ่งหมายความว่าพวกเขาเช่นกันสามารถทำงานกับสี่เธรดในเวลาเดียวกัน อย่างไรก็ตามโปรเซสเซอร์ i7 รองรับเทคโนโลยีนี้ดังนั้น (เป็น quad-core) สามารถประมวลผล 8 เธรดในเวลาเดียวกัน

เนื่องจากข้อ จำกัด ด้านพลังงานที่มีอยู่ในอุปกรณ์ที่ไม่มีการจ่ายพลังงานอย่างต่อเนื่อง (ผลิตภัณฑ์ที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่เช่นสมาร์ทโฟนแท็บเล็ต ฯลฯ ) โปรเซสเซอร์ของพวกเขา – ไม่ว่าจะเป็น i3, i5 หรือ i7 – แตกต่างจากเดสก์ท็อป ซีพียูที่พวกเขาต้องค้นหาความสมดุลระหว่างประสิทธิภาพและการใช้พลังงาน

แผงวงจรพิมพ์, ไมโครโปรเซสเซอร์

สำหรับเครื่องที่มีขนาดใหญ่ซีพียูต้องใช้แผงวงจรพิมพ์หนึ่งแผงขึ้นไป ในคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลและเวิร์กสเตชันขนาดเล็กจะอยู่ในชิปตัวเดียวที่เรียกว่าไมโครโปรเซสเซอร์ นับตั้งแต่ทศวรรษ 1970 ซีพียูระดับไมโครโปรเซสเซอร์ของซีพียูได้ผ่านการใช้งานซีพียูอื่นไปเกือบหมดแล้ว

CPU นั้นเป็นองค์ประกอบภายในของคอมพิวเตอร์ ซีพียูสมัยใหม่มีขนาดเล็กและสี่เหลี่ยมจัตุรัสและประกอบด้วยตัวเชื่อมต่อหรือหมุดโลหะหลายอันที่ด้านล่าง ซีพียูจะถูกเสียบลงในซ็อกเก็ต CPU โดยตรงปักลงด้านบนบนเมนบอร์ด

เมนบอร์ดแต่ละตัวจะรองรับซีพียูเฉพาะประเภท ดังนั้นคุณต้องตรวจสอบข้อมูลจำเพาะของผู้ผลิตมาเธอร์บอร์ดก่อนที่จะพยายามเปลี่ยนหรืออัพเกรดซีพียูในคอมพิวเตอร์ของคุณ ซีพียูสมัยใหม่ยังมีฮีทซิงค์และพัดลมขนาดเล็กที่อยู่ด้านบนของซีพียูโดยตรงเพื่อช่วยระบายความร้อน

หน้าที่ CPU

หน้าที่หลักของ CPU คือการรับอินพุตจากอุปกรณ์ต่อพ่วง (แป้นพิมพ์เมาส์เครื่องพิมพ์ ฯลฯ ) หรือโปรแกรมคอมพิวเตอร์และตีความสิ่งที่ต้องการ จากนั้น CPU จะส่งข้อมูลออกไปยังจอภาพของคุณหรือดำเนินการตามที่ร้องขอของอุปกรณ์ต่อพ่วง

ประเภทของซีพียู

ในอดีตโปรเซสเซอร์คอมพิวเตอร์ใช้ตัวเลขเพื่อระบุโปรเซสเซอร์และช่วยระบุโปรเซสเซอร์ที่เร็วขึ้น ตัวอย่างเช่นโปรเซสเซอร์ Intel 80486 (486) เร็วกว่าโปรเซสเซอร์ 80386 (386) หลังจากการเปิดตัวโปรเซสเซอร์ Intel Pentium (ซึ่งในทางเทคนิคแล้วจะเป็น 80586) โปรเซสเซอร์คอมพิวเตอร์ทั้งหมดเริ่มใช้ชื่อเช่น Athlon, Duron, Pentium และ Celeron

นอกเหนือจากชื่อที่แตกต่างกันของโปรเซสเซอร์คอมพิวเตอร์มีสถาปัตยกรรมที่แตกต่างกัน (32 บิตและ 64 บิต) ความเร็วและความสามารถ ด้านล่างคือรายการประเภท CPU ทั่วไปสำหรับคอมพิวเตอร์ที่บ้านหรือธุรกิจ

AMD processors

K6-2
K6-III
Athlon
Duron
Athlon XP
Sempron
Athlon 64
Mobile Athlon 64
Athlon XP-M
Athlon 64 FX
Turion 64
Athlon 64 X2
Turion 64 X2
Phenom FX
Phenom X4
Phenom X3
Athlon 6-series
Athlon 4-series
Athlon X2
Phenom II
Athlon II
E2 series
A4 series
A6 series
A8 series
A10 series

Intel processors

4004
8080
8086
8087
8088
80286 (286)
80386 (386)
80486 (486)
Pentium
Pentium w/ MMX
Pentium Pro
Pentium II
Celeron
Pentium III
Pentium M
Celeron M
Pentium 4
Mobile Pentium 4-M
Pentium D
Pentium Extreme Edition
Core Duo
Core 2 Duo
Core i3
Core i5
Core i7

 

ซีรีส์ AMD Opteron และซีรีส์ Intel Itanium และ Xeon เป็นซีพียูที่ใช้ในเซิร์ฟเวอร์และคอมพิวเตอร์เวิร์กสเตชันระดับไฮเอนด์

อุปกรณ์มือถือบางรุ่น เช่น สมาร์ทโฟนและแท็บเล็ตใช้ ARM CPU CPU เหล่านี้มีขนาดเล็กลงใช้พลังงานน้อยลงและสร้างความร้อนน้อยลง

ความเร็วสัญญาณนาฬิกาของ CPU
ความเร็วสัญญาณนาฬิกาของโปรเซสเซอร์ คือ จำนวนคำสั่งที่สามารถประมวลผลได้ในวินาทีที่กำหนดโดยวัดเป็นกิกะเฮิรตซ์

ตัวอย่างเช่น CPU มีความเร็วสัญญาณนาฬิกา 1 Hz หากสามารถประมวลผลคำสั่งหนึ่งชิ้นทุกวินาที การคาดการณ์สิ่งนี้กับตัวอย่างที่เป็นจริงมากขึ้น: CPU ที่มีความเร็วสัญญาณนาฬิกา 3.0 GHz สามารถประมวลผลคำสั่งได้ 3 พันล้านคำสั่งต่อวินาที

การถ่ายโอนข้อมูลของ CPU มีความเร็วเพียงใด
เช่นเดียวกับอุปกรณ์ใด ๆ ที่ใช้สัญญาณไฟฟ้าข้อมูลเดินทางใกล้กับความเร็วแสงมากที่สุดคือ 299,792,458 m / s ความใกล้ชิดกับความเร็วแสงที่สัญญาณจะขึ้นอยู่กับสื่อ (ประเภทของโลหะในสายไฟ) ที่สัญญาณกำลังเคลื่อนที่ สัญญาณไฟฟ้าส่วนใหญ่เดินทางด้วยความเร็วแสงประมาณ 75 ถึง 90%

สามารถใช้ GPU แทนซีพียูได้หรือไม่
ไม่แม้ว่า GPU จะสามารถประมวลผลข้อมูลและทำสิ่งเดียวกันกับ CPU ได้ แต่ก็ขาดความสามารถในการทำหน้าที่หลายอย่างที่ระบบปฏิบัติการและซอฟต์แวร์ทั่วไปต้องการ

คอมพิวเตอร์สามารถทำงานโดยไม่มี CPU ได้หรือไม่
ไม่คอมพิวเตอร์ทุกเครื่องต้องการ CPU บางประเภท

CPU มีความสำคัญอย่างไร
แม้ว่า CPU จะไม่สำคัญต่อประสิทธิภาพโดยรวมของระบบ แต่อย่างใด แต่ก็ยังมีบทบาทสำคัญในการทำให้อุปกรณ์ทำงานได้อย่างรวดเร็ว เนื่องจากมันเป็นผู้รับผิดชอบ แต่เพียงผู้เดียวในการดำเนินการคำสั่งภายในโปรแกรม CPU ของคุณก็จะเร็วขึ้น

ที่กล่าวว่า CPU ความเร็วสูงไม่ใช่ทุกสิ่ง โปรเซสเซอร์ไม่ว่าจะมีประสิทธิภาพเพียงใดไม่สามารถแสดงเกม 3D ล่าสุดได้อย่างง่ายดายและไม่สามารถเก็บข้อมูลได้ นั่นคือที่มาของส่วนประกอบอื่น ๆ เช่น กราฟิกการ์ดและหน่วยความจำ

กล่าวโดยสรุปซีพียูไม่ได้เป็นทุกอย่าง แต่เป็นสิ่งสำคัญ โดยทั่วไปแล้ว CPU ที่เร็วกว่าจะทำให้ระบบหรืออุปกรณ์ของคุณทำงานได้เร็วขึ้น อย่างน้อยที่สุดมันจะไม่เป็นคอขวดในสิทธิของตนเอง หลายคอร์และเธรดสามารถช่วยคุณทำสิ่งต่าง ๆ ได้ในคราวเดียว

ประวัติ

ซีพียูยุคแรก ๆ นั้นมีการออกแบบที่กำหนดเองซึ่งใช้เป็นส่วนหนึ่งของคอมพิวเตอร์ที่มีขนาดใหญ่กว่าและบางครั้งก็โดดเด่น อย่างไรก็ตามวิธีการออกแบบ CPU แบบกำหนดเองนี้สำหรับแอปพลิเคชันเฉพาะได้ให้วิธีการในการพัฒนาโปรเซสเซอร์อเนกประสงค์ที่ผลิตในปริมาณมาก มาตรฐานนี้เริ่มขึ้นในยุคของเมนเฟรมทรานซิสเตอร์และมินิคอมพิวเตอร์โดยไม่ต่อเนื่องและเร่งความเร็วอย่างรวดเร็วด้วยความนิยมของวงจรรวม (IC) IC ได้อนุญาตให้ซีพียูที่ซับซ้อนมากขึ้นได้รับการออกแบบและผลิตให้มีความทนทานตามคำสั่งของนาโนเมตร ทั้ง miniaturization และ standardisation ของ CPU ได้เพิ่มการมีอยู่ของอุปกรณ์ดิจิตอลในชีวิตสมัยใหม่ไกลเกินกว่าการใช้งานที่จำกัด ของเครื่องคอมพิวเตอร์เฉพาะ ไมโครโปรเซสเซอร์สมัยใหม่ปรากฏในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ตั้งแต่รถยนต์ไปจนถึงโทรศัพท์มือถือและบางครั้งก็เป็นของเล่น

ซีพียูได้รับการพัฒนาครั้งแรกที่ Intel ด้วยความช่วยเหลือของ Ted Hoff และคนอื่น ๆ ในต้นปี 1970 โปรเซสเซอร์ตัวแรกที่ออกโดย Intel คือโปรเซสเซอร์ 4004 จากประวัติของโปรเซสเซอร์คอมพิวเตอร์ความเร็ว (ความเร็วสัญญาณนาฬิกา) และความสามารถของโปรเซสเซอร์ได้รับการปรับปรุงอย่างมาก ตัวอย่างเช่นไมโครโปรเซสเซอร์ตัวแรกคือ Intel 4004 ที่เปิดตัวเมื่อวันที่ 15 พฤศจิกายน 2514 และมีทรานซิสเตอร์ 2,300 ตัวและดำเนินการ 60,000 ครั้งต่อวินาที โปรเซสเซอร์ Intel Pentium มี 3,300,000 ทรานซิสเตอร์และดำเนินการประมาณ 188,000,000 คำสั่งต่อวินาที

Intel Pentium วางจำหน่ายในชื่อรหัส P5 ซึ่งถูกปล่อยออกมาเมื่อวันที่ 22 มีนาคม 1993 แทนโปรเซสเซอร์ 80486 และขายในราคา 878.00 ดอลลาร์ ชื่อนี้มาจากคำภาษากรีกสำหรับ “ห้า” และใช้เพราะเป็นโปรเซสเซอร์ที่ห้าในบรรทัด 80×86 มันจะถูกเรียกว่า 80586 มีศาลสหรัฐไม่ได้ตัดสินว่าคุณไม่สามารถเครื่องหมายการค้าจำนวน โปรเซสเซอร์ของ Intel นั้นมีความเร็วระหว่าง 60 MHz และ 300 MHz มีดาต้าบัส 64- บิตและมีทรานซิสเตอร์มากกว่า 1.9 ล้านเมื่อเทียบกับ 80486DX (3.1 ล้าน) ด้านล่างนี้เป็นภาพประกอบกราฟิกของโปรเซสเซอร์ Pentium

Intel Pentium รุ่นเดิมได้รับการปล่อยตัวโดยใช้รูปแบบ PGA 273 พินและใช้พลังงาน 5v Intel ประกาศในภายหลังว่าการเปิดตัวรุ่นที่สองที่นำมาใช้ในวันที่ 7 มีนาคม 1994 รวมโปรเซสเซอร์ใหม่จาก 75, 90, 100, 120, 133, 150, 166, และ 200 MHz โปรเซสเซอร์ใช้ฟอร์มแฟคเตอร์ SPGA 296 พินซึ่งไม่สามารถใช้งานร่วมกับรุ่นแรกได้ โปรเซสเซอร์ Pentium รุ่นที่สามชื่อ P55C เปิดตัวในเดือนมกราคมปี 1997 ซึ่งรวมเอาเทคโนโลยีใหม่ MMX โปรเซสเซอร์ Pentium MMX มีให้ในเวอร์ชันมือถือ 166, 200, 233 MHz และ 266 MHz

โปรเซสเซอร์ Intel Pentium อื่น ๆ ได้แก่ Pentium II, Pentium III, Pentium 4, Pentium M, Pentium D และ Pentium Extreme เมื่อเปรียบเทียบกับโปรเซสเซอร์อื่น ๆ ของ Intel โปรเซสเซอร์ Pentium นั้นเร็วกว่าโปรเซสเซอร์ Intel Celeron และ Atom ที่เทียบเคียงได้ แต่ช้ากว่าโปรเซสเซอร์ Core