งานนำเสนอเรื่อง: "หน่วยประมวลผลกลางและหน่วยความจำ"— ใบสำเนางานนำเสนอ: 1
หน่วยประมวลผลกลางและหน่วยความจำ Show 2 หน่วยประมวลผลกลาง (CPU: Central Processing
Unit)
3 หน่วยประมวลผลกลาง (CPU: Central Processing Unit) (ต่อ) 4 หน่วยควบคุม (CU: Control
Unit)
5 หน่วยประมวลผลกลาง (Central Processing Unit : CPU)
6 หน่วยคำนวณทางคณิตศาสตร์และตรรกวิทยา (ALU: Arithmetic and Logic Unit)
7 หน่วยประมวลผลกลาง (Central Processing Unit : CPU) 8 CPU Central Processing Unit Main Memory Control Unit 9 R A M CPU Control Unit Work or Data Area Program Area Arithmetic 10
แสดงการทำงานของคอมพิวเตอร์
11 Register แหล่งเก็บข้อมูลชั่วคราว คล้ายหน่วยความจำ
12 The Instruction Cycle การทำงานหลักๆ ของ The Instruction Cycle นั้นจะมีอยู่ 3 ส่วนคือ - Fetch คืออ่านคำสั่งไปจากหน่วยความจำเข้ามาใน CPU - Decode คือการแปลความหมายของคำสั่ง - Execute คือการทำงานตามคำสั่ง(operation) ที่กำหนด คำสั่ง (Instruction)
ประกอบด้วย Operation code (Op-code) เช่น ADD, SUB, MUL, DIV Operand จะบอกตำแหน่งข้อมูลที่เก็บในหน่วยความจำ R3 R1 R2 ADD Opcode Operands/ Address 12 13 Fetch-Decode-Execute
Diagram
14 BUS เป็นเส้นทางการส่งและรับข้อมูลระหว่าง CPU หน่วยความจำ หน่วยเก็บข้อมูลสำรอง และ Peripheral Devices ความเร็วและจำนวนตัวอักขระที่รับส่งภายใน bus มีผลต่อประสิทธิภาพของเครื่อง แบ่งเป็น 3 ประเภท Address Bus Data Bus Control Bus 14
15 โครงสร้างภายใน CPU และการทำงานของ BUS 16 Cache Memory Cache คือ หน่วยความจำขนาดเล็กที่มีความเร็วสูงซึ่งจะเก็บข้อมูลหรือคำสั่งที่ถูกเรียกใช้บ่อยๆ ข้อมูลและคำสั่งที่เก็บอยู่ในแคชจะถูกดึงไปใช้งานได้เร็วกว่าการดึงข้อมูลจากหน่วยความจำหลัก (RAM) มีความเร็วสูงมากเมื่อเทียบกับหน่วยความจำหลัก (RAM)
เมื่อ CPU ต้องการข้อมูล จะตรวจสอบที่ cache ก่อน ถ้าไม่พบจึงจะไปตรวจสอบที่หน่วยความจำหลัก ใช้ปรับปรุงประสิทธิภาพการประมวลผลได้ 16
17 ภาพการทำงานของ Cache CPU Cache RAM (Primary Memory) 17
18 ความเร็วของ CPU personal computer (PC)หน่วยวัดเป็น MHz (Megahertz) หรือ Millions of clock cycles Workstation และ Mainframe เป็น MIPS Supercomputer เป็น BIPS MHz เป็นอัตราความถี่ของสัญญาณนาฬิกาภายในเครื่อง หรือจำนวนของ clock cycle ต่อวินาที โดยปกติการทำงานในแต่ละรอบของ
CPU (1 Machine Cycle) อาจเกิดสัญญาณนาฬิกาหลายสัญญาณ ดังนั้นยิ่งใช้เวลาสร้างสัญญาณนาฬิกาสั้นเท่าไร การประมวลผลก็ยิ่งเร็วเท่านั้น ภายในเครื่องคอมพิวเตอร์จะมีระบบนาฬิกา (System clock) ติดตั้งอยู่ภายในเพื่อควบ คุมการทำงานของส่วนต่าง ๆ ให้เข้ากันเป็นจังหวะ ประสานงานกันได้เป็นอย่างดีเปรียบ เหมือนวงดนตรีที่มีวิทยากร (Conductor) โดยปกติความเร็วของนาฬิกาจะวัดเป็น Magahertz (MHz) หรือ 1 ล้านรอบต่อวินาที เครื่องไมโครคอมพิวเตอร์สมัยก่อนจะมีความเร็วเป็น 12,16,20,25,33,66 MHz
แต่เครื่อง ไมโครคอมพิวเตอร์หรือเครื่องPC ในปัจจุบันจะมีความเร็วสัญญาณนาฬิกาเป็น 300,400,500, MHz เช่น Pentium III มีความเร็วถึง 500 MHz ความเร็วของนาฬิกายิ่งสูงขึ้นเท่าใด หมายถึง ความเร็วในแต่ละรอบการทำงานก็ยิ่งสูงขึ้นเท่านั้นใน 1 รอบคำสั่ง (Instruction Cycle) จะประกอบด้วย 2 ขั้นตอน คือ ขั้นอ่านคำสั่งและถอดรหัสคำสั่ง (Fetch and Decode) และขั้นประมวลคำสั่ง (Execute 18 18
19 การประมวลผลของเครื่องคอมพิวเตอร์
20 1.การประมวลผลแบบแบทช์ (Batch
Processing)
21 2. การประมวลผลแบบอินเทอร์แอคทีฟ
(Interactive Processing)
22 CPU CACHE (L1&L2)
23 เนื้อหา CPU CACHE
คืออะไร เกี่ยวกับ CPU CACHE DRAM SRAMคืออะไร
24 CPU CACHE คืออะไร CPU CACHE คือ หน่วยความจำขนาดเล็กที่มีความเร็วสูงซึ่งเก็บข้อมูล หรือคำสั่งที่ถูกเรียกใช้หรือเรียกใช้บ่อยๆ ข้อมูลและคำสั่งที่เก็บอยู่ใน CACHEซึ่งทำงานโดยใช้ SRAM (STATIC RAM) จะถูกดึงไปใช้งานได้เร็วกว่าการดึงข้อมูลจากหน่วยความจำหลัก (MAIN MEMORY)ซึ่งใช้DRAM
(DYNAMIC RAM )หลายเท่าตัว 25 เกี่ยวกับ CPU
CACHE เป็นหน่วยความจำชนิด SRAM
26 DRAM คืออะไร DRAM (Dynamic RAM) เป็นหน่วยความจำที่มีการใช้งานกันมาก
27 SRAM คืออะไร ที่ SRAM ใช้จะน้อยมาก โดยสามารถใช้พลังงานถ่านนาฬิกาในการ 28
ความแตกต่างระหว่าง SRAM และ DRAM
29 ภาพแสดงตำแหน่ง CPU CACHE
30 ตำแหน่งของ CACHE Cache นั้น ตำแหน่งของมัน จะอยู่ระหว่าง CPU กับ หน่วยความจำหลัก โดยมันจะทำการดึง หรือ เก็บข้อมูลที่มีการเรียกใช้งานบ่อยๆ จากหน่วยความจำหลัก ความไวในการอ่าน หรือ ส่งถ่ายข้อมูลจาก Cache ไปยัง CPU หรือ จาก CPUไปยัง Cache
นั้น จะทำได้เร็วกว่า จากหน่วยความจำหลักไปยัง CPU หรือจากCPU ไปยังหน่วยความจำหลัก มาก เพราะทำด้วย SRAM ซึ่งมีความไวสูงและมีราคาแพงกว่าหน่วยความจำของระบบที่ เป็น DRAM อยู่มาก และก็เพราะราคาที่แพงทำให้ขนาดของ Cache ที่ ใช้ในระบบ จึงมีขนาดน้อยกว่าหน่วยความจำหลักอยู่มากเช่นกัน
31
ภาพ CACHE ซึ่งอยู่ระหว่าง CPU กับหน่วยความจำหลัก
32 ชนิดของ CACHE Cache แบ่งเป็น 2 ชนิด คือ L1 CACHE และ L2
CACHE
33 ชนิดของ CACHE Level 2 (L2 CACHE) คือ CACHEที่อยู่ระหว่างCPU กับ DRAM หรือเรียกอีกอย่างว่า external CACHE แต่มีขนาดใหญ่กว่า CACHE ชนิด L1 มาก เป็นส่วนที่อยู่ถัดมาในการค้นหาข้อมูลของ CPU เมื่อค้นหาใน Cache L1 ไม่พบ ปัจจุบันมีการนำ Cache L2 มาเก็บไว้บน Package เดียวกับ
CPU 34 ความแตกต่างของ Cache L1และL2
35 การใช้งาน Cache Disk Cacheซึ่งจะมีการทำงานคล้ายๆ กัน คือ 36 การใช้งาน Cache Memory Cache เป็นอีกลำดับขั้นหนึ่งถัดจาก Disk Cache นั่นก็คือ จะทำการดึงข้อมูลที่มีการเรียกใช้งานบ่อยๆ เข้ามาเก็บไว้ในหน่วยความจำขนาดเล็ก ที่มีความไวสูงกว่าหน่วยความจำหลัก เมื่อ CPU
ต้องการใช้งาน ก็จะมองหาข้อมูลที่ต้องการที่ หน่วยความจำขนาดเล็กนั้นก่อน ก่อนที่จะเข้าไปหาในหน่วยความจำหลักที่ มีการเข้าถึงและการส่งถ่ายข้อมูลที่ช้ากว่าต่อไป และ หน่วยความจำขนาดเล็กๆ นั้น เราก็เรียกมันว่า Cache นั่นเอง
37 ภาพแสดงการค้นหาข้อมูลใน CPU
38 การค้นหาข้อมูลใน CPU ถ้า CPU ค้นหา Cache แล้วไม่พบข้อมูลที่ต้องการ ก็จะถือว่าเป็น Cache Miss และหากพบข้อมูลที่ต้องการ ก็จะเรียกว่า Cache Hit และ CPU ก็จะทำการ อ่าน/เขียนข้อมูลใน Cache Line ต่อ กรณีหลัก
ๆที่เกิด cache miss มีดังนี้ instruction read miss data read miss และ data write miss.
39
การทำงานของ CACHE การทำงานของ cache มีขั้นตอนดังนี้
40 การทำงานของ CACHE ในขั้นตอนการค้นหาข้อมูลนี้ cache จะทำการบันทึกข้อมูลที่ค้นพบไว้ใน high-speed memory chips ที่มีเฉพาะภายใน cache ในทันที cache ตรวจสอบพบว่า CPU ได้ทำงานเสร็จสิ้นและกำลังว่างอยู่ cache จะทำการค้นหาข้อมูลหรือรหัสของโปรแกรม
ซึ่งอยู่ใกล้เคียงกับ ตำแหน่งของข้อมูลที่ทางโปรแกรมได้เรียกใช้ก่อนหน้านี้จาก memory address และ Cache จัดเก็บข้อมูลไว้ใน high-speed memory chips ครั้งต่อไปที่ทางโปรแกรมถามหาข้อมูลจากทางหน่วยประมวลผล กลาง(CPU)
41 การทำงานของ CACHE Cacheจะตรวจสอบดูว่าข้อมูลที่โปรแกรมต้องการมีอยู่ใน high-speed memory chips แล้วหรือยัง ถ้ามีอยู่แล้ว cache จะส่งข้อมูลไปให้ CPUได้โดยไม่จำเป็นต้องผ่าน หน่วยความจำหลักซึ่งมีการทำงานที่ช้ากว่ามาก ทำให้ CPU สามารถลด เวลาไร้ประสิทธิภาพ และทำงานได้มากขึ้น
42 การทำงานของ CACHE เมื่อ CPU ต้องการเปลี่ยนข้อมูลบางอย่างที่มีอยู่ในหน่วยความจำหลักอยู่ แล้ว cache จะตรวจสอบดูก่อนว่าข้อมูลที่โปรแกรมต้องการจะเปลี่ยน มี การจัดเก็บอยู่ใน high-speed memory chips แล้วหรือยัง ถ้ามีอยู่แล้ว cache จะเปรียบเทียบข้อมูลที่มีอยู่เดิมกับข้อมูลใหม่ที่เปลี่ยนไป และจะส่งข้อมูลไปเฉพาะ memory
address ใน หน่วยความจำหลัก ที่มีการเปลี่ยนแปลงข้อมูลจากข้อมูลเดิมใน high-speed memory chips ซึ่งจะเร็วกว่าการเปลี่ยนแปลงข้อมูลทั้งหมด 43
เทคโนโลยีและการพัฒนา CACHE
44 เทคโนโลยีและการพัฒนา CACHE
45 เทคโนโลยีและการพัฒนา CACHE
46 สิ่งที่ทำให้ cache แตกต่างกัน
47
คำถาม แคช (Cache) คืออะไรและมีความสำคัญอย่างไร หน่วยประมวลผลกลางทำหน้าที่อะไร มีองค์ประกอบอะไรบ้างหน่วยประมวลผลกลางประกอบด้วยส่วนสำคัญ 2 ส่วน คือ หน่วยควบคุม (Control Unit) ทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของอุปกรณ์ต่างๆในระบบทั้งหมด ให้ทำงาน อย่างถูกต้อง หน่วยคำนวณ (Arithmetic Logic Unit) ทำหน้าที่ประมวลผลข้อมูลทางคณิตศาสตร์และทางตรรกะ เช่น การคำนวณทางคณิตศาสตร์ ได้แก่ การบวก ลบ คูณ หาร - การกระทำทางตรรกะ (AND , OR)
หน่วยย่อยใดของหน่วยประมวลผลกลาง ที่มีหน้าที่ในการคำนวณ และเปรียบเทียบหน่วยประมวลผลกลาง ประกอบด้วยหน่วยย่อย ดังนี้ 1. หน่วยควบคม (Control Unit) ทำหน้าที่ควบคุมลำดับขั้นตอนการทำงานของหน่วยรับข้อมูล หน่วยแสดงผล หน่วยคำนวณและหน่วยตรรก หน่วยความจำและแปลคำสั่ง 2. หน่วยคำนวณและตรรกะ (Arithmetic and Logic Unit ; ALU) ทำหน้าที่ในการคำนวณหาตัวเลข เช่น การบวก ลบ การเปรียบเทียบ
หน่วยประมวลผลของคอมพิวเตอร์มีอะไรบ้างหน่วยประมวลผล ที่มีชื่อ อีกอย่างหนึ่งว่า ซีพียู (Central Processing Unit : CPU) เป็นหัวใจของคอมพิวเตอร์ เป็นส่วนที่สำคัญของคอมพิวเตอร์ หน่วยประมวลผลกลาง นี้มีชื่อเรียกว่า ไมโครโพรเซสเซอร์ หน่วยประมวลผลกลาง แบ่งออกเป็น 2 หน่วย คือ หน่วยควบคุม และ หน่วยคำนวณและตรรกะ
หน่วยประมวลผลกลางแบ่งการทำงานเป็น 3 หน่วยคือข้อใด2.1หน่วยรับข้อมูล 2.2หน่วยประมวลผลกลาง 2.3 หน่วยความจำหลัก 2.4หน่วยความจำรอง
|