of 39/39
CPU

CPU - PSRUelearning.psru.ac.th/courses/252/cpu2.pdf•ส าหร บเคร องDesktop หร อ Notebook จะใช CPU Pentium IV หร อCeleron 16 CPU ร นต าง

  • View
    1

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of CPU - PSRUelearning.psru.ac.th/courses/252/cpu2.pdf•ส าหร บเคร องDesktop...

  • CPU

  • 2

    CPU :Central Processing Unit

    • CPU หรือ โปรเซสเซอร์ (Processor) คือวงจรประมวลผลหลกัท่ีเป็นตวัประมวลผลตามชุดค าสัง่ หรือโปรแกรม

  • 3

    ส่วนประกอบหลกัของคอมพวิเตอร์

    คอมพิวเตอร์ในปัจจุบนั ถูกออกแบบตามหลกัการของ John Von Neumann ซ่ึงจะมี 3 องคป์ระกอบหลกัไดแ้ก่

    • CPU• Memory• I/O

    Control

    Unit

    Registers

    ALU

    CPU

    MemoryI/O

    Interface

    Control bus

    Data bus

    Address bus

  • 4

    การท างานภายใน CPU

    CPU ประกอบดว้ย หน่วยการท างานหลกั 2 หน่วย คือ• หน่วยควบคุม (Control Unit)ท าหนา้ท่ีดึงค าสั่งจากหน่วยความจ าหลกั มาไว้

    ใน register และท าการแปลงระหสั (Decoding) เรียกวา่จงัหวะค าสั่ง(Instructional Cycle) แลว้จึงส่งเขา้สู่จงัหวะปฏิบติัการคือ( Execution Cycle)ในหน่วยค านวณตรรกะ

    • หน่วยตรรกะ (ALU :Arithmetic and Logical Unit) ท าการค านวณผล หรือเปรียบเทียบ แลว้จึงส่งผลลพัธ์เกบ็ไวใ้น Register ซ่ึงท าหนา้ท่ีเกบ็และถ่ายทอดขอ้มูลค าสั่งท่ีถูกน ามา

  • 5

    CPU Architecture และ Clock กบัการท างาน

    ส่ิงท่ีมีผลต่อความเร็วในการท างานของ CPU ไดแ้ก่• Architecture ของ CPU ไดแ้ก่โครงสร้างการท างานภายใน, ระบบ

    บสั, วงจรการท างานของชุดค าสัง่ต่าง ๆ (Instruction Set)

    • Clock Speed ถา้เป็น CPU ท่ีตวัวงจรภายในเหมือนกนั ตวัท่ีมี Clock Speed สูงกวา่ จะท างานไดเ้ร็วกวา่

  • 6

    การพฒันา CPU

    CPU รุ่นใหม่ ๆ มีความเร็วในการท างานท่ีสูงข้ึนได ้ตอ้งมีการพฒันาปรับปรุงในหลาย ๆ ส่วน ไดแ้ก่

    • การเพิ่ม Clock Speed ในปัจจุบนั 4 GHz• เพิ่มจ านวนวงจร และลดขนาดของวงจรในการผลิต เช่นจาก 0.32

    ไมครอน เหลือ 0.13 ไมครอนในปัจจุบนั• ลดแรงดนัไฟฟ้า เพื่อใหค้วามร้อนไม่สูงเกินไปนกั• เพิ่ม Cache Memory เพื่อลด Wait State ของ CPU• พฒันา สถาปัตยกรรม และเทคโนโลยใีหม่ ๆ ในตวั CPU

  • 7

    เทคโนโลยสี าหรับ CPU รุ่นใหม่

    • Superscalar : คือการ execute มากกวา่ 1 operation ต่อ 1 clock เช่น การค านวณ integer 4 operation และ 2 floating point operation พร้อมกนั

    • Pipeline เป็นการแบ่งงานออกเป็นส่วนยอ่ย ๆ ท่ีตอ้งท าต่อเน่ืองกนัไป ท าใหส้ามารถเพิ่ม throughput ของระบบได้– เช่นมี 2 งานใหญ่ ซ่ึงใชเ้วลาเท่ากนั ซ่ึงถา้จะท างานท่ี 2 ได ้กต่็อเม่ืองานท่ี

    1 ท าเสร็จก่อน ถา้แบ่งแต่ละงานออกเป็น 5 ส่วนยอ่ย เม่ือท าส่วนยอ่ยท่ี 1 ของงานท่ี 1 เสร็จ กส็ามารถเร่ิมท าส่วนยอ่ยท่ี 1 ของงานท่ี 2 ไดเ้ลย เม่ือท างานท่ี 1 เสร็จส้ิน ในเวลา 1/5 ของเวลาท าแต่ละงานใหญ่ต่อมา งานท่ี 2กจ็ะเสร็จตามดว้ย

  • 8

    เทคโนโลยสี าหรับ CPU

    • พฒันาระบบจดัการ Cache memory เช่น Branch Prediction ในCache memory เพื่อใหเ้ฉพาะค าสัง่ท่ีเหมาะสมเท่านั้น ท่ีจะถูกน ามาเกบ็ใน cache memory ส าหรับให้ CPU น าไปประมวลผลไดโ้ดยไม่มีการสะดุด

    • เพิ่มชุดค าสัง่พิเศษ เช่นชุดค าสัง่ส าหรับการจดัการเก่ียวกบัmultimedia, Graphic , SSE ฯลฯ

  • 9

    รูปร่างของ CPUCPU แต่ละรุ่นและแต่ละผูผ้ลิตจะมีรูปร่างลกัษณะและโครงสร้างเช่น

    ขนาด หรือจ านวนขา ไม่เหมือนกนั ซ่ึง CPU ส าหรับ PC ในปัจจุบนัแบ่งไดเ้ป็น 2 รูปแบบใหญ่ ๆ ไดแ้ก่

    1. แบบ Cartridge จะมีรูปร่างเป็นตลบัแบน ๆ หุม้ดว้ยกล่องพลาสติก ส าหรับเสียบในช่องเสียบแบบ slot

    – Slot 1 พฒันาโดย Intel ส าหรับ Pentium III รุ่นเก่า , Pentium II, Celeron รุ่นเก่า มีขาสัญญาณ 242 ขา

    – Slot 2 ของ Intel ส าหรับ Pentium II Xeon, Pentium III Xeon ขาสัญญาณ 330 ขา

    – Slot A ใชก้บั CPU AMD Athlon รุ่นเก่า มีขาสัญญาณ 242 ขา

  • 10

    รูปร่างของ CPU

    2. แบบ PGA (Pin Grid Array) จะมีลกัษณะเป็นชิปแบน ๆ มีขาจ านวนมากอยูใ่ตต้วั CPU ส าหรับเสียบลงใน Socket สามารถแบ่งยอ่ยไดห้ลายแบบเช่น

    • Socket 7 ใชก้บั Pentium MMX, AMD K5, K6, K6-2, K6-III มีขาสัญญาณ 321 ขา

    • Socket 370 ใชก้บั Pentium III, Celeron รุ่นใหม่ มีขาสัญญาณ 370 ขา• Socket 423 ใชส้ าหรับ Pentium 4• Socket A ใชก้บั AMD Athlon และ Duron มีขาสัญญาณ 462 ขา

  • 11

    CPU จากค่ายต่าง ๆ

    ปัจจุบนั ผูน้ าตลาด CPU ส าหรับไมโครคอมพิวเตอร์ไดแ้ก่ Intel Corp. ซ่ึงผลิต CPU ในตระกลู X86 ซ่ึงนอกจาก Intel แลว้ ยงัมีผูผ้ลิตอีกหลายราย ท่ีผลิต CPU ท่ี compatible กบั CPU Intel ไดแ้ก่

    • AMD Advance Micro Device• VIA/Cyrix• IBM• Transmeta

  • ท าไม CPU รุ่นใหม่ Compatible กบัรุ่นเดมิ ???อะไรคือการ Compatible ???

  • 13

    ท าไม CPU รุ่นใหม่ Compatible กบัรุ่นเดมิ

    การ Compatible กนัคือ CPU รุ่นใหม่ สามารถท างานกบัโปรแกรมท่ีท างานบน CPU รุ่นเก่าได้

    • มีชุด Registers ท่ีเหมือนกนั• รหสัค าสัง่เหมือนกนั แมว้า่โครงสร้างการท างานภายในของแต่ละ

    ค าสัง่อาจแตกต่างกนั• ถา้ไม่ไดป้รับปรุง Compiler ใหมี้สามารถรองรับชุดค าสัง่ใหม่ ๆ อาจ

    ท าใหไ้ม่สามารถใชง้านไดเ้ตม็ประสิทธิภาพ

  • 14

    CPU ตระกลูต่าง ๆ ของ Intel

    • ตระกลู 80x86 มีพฒันาการมาตั้งแต่ 8086 – Pentium IV ในปัจจุบนั• CPU ของ Intel ในระยะแรกจะใชเ้ลขรหสัแทนรุ่น แต่เน่ืองจาก

    ปัญหาลิขสิทธ์ิ จึงเปล่ียนมาใชเ้ป็นช่ือแทน• ตระกลูท่ีใชชุ้ดค าสัง่ IA-64 ไดแ้ก่ Itanium และ Itanium-2 ซ่ึงจะไม่

    compatible กบั x86

  • 15

    ตลาด CPU ของ Intel

    • ส าหรับคอมพิวเตอร์ระดบั Server หรือ Workstation นั้น Intel แบ่งเกรดตลาดออก CPU ออกเป็น 3 ระดบั– High-End ไดแ้ก่ CPU Itanium-2– Midrange ไดแ้ก่ CPU XEON– Entry-level ไดแ้ก่ CPU Pentium IV

    • ส าหรับเคร่ือง Desktop หรือ Notebook จะใช ้CPU Pentium IVหรือ Celeron

  • 16

    CPU รุ่นต่าง ๆ ของ Intel

    Intel 80486• 32-bit microprocessor, 32-bit data bus ,32-bit address bus. • 4GB main memory. • 20,50 ,66 , 100MHz • 80387 Math Coprocessor Build in ,Cache Memory 8 KB• About half of the instructions executed in 1 clock instead of 2 on

    the 386. • Variations: SX, DX2, DX4. • DX2: Double clocked version: • 66MHz clock cycle time with memory transfers at 33MHz.

  • 17

    CPU รุ่นต่าง ๆ ของ Intel

    Pentium: (1993) • 32-bit microprocessor, 64-bit data bus and 32-bit address bus. • 4GB main memory. • 60, 66, 90MHz.

    – Double clocked 120 and 133MHz versions. – Fastest version is the 233MHz (3-and-1/2 clocked version).

    • 16KB L1 cache (split instruction/data: 8KB each). • Memory transfers at 66MHz (instead of 33MHz). • Dual integer processors.

  • 18

    CPU รุ่นต่าง ๆ ของ Intel

    Pentium Pro: (1995) • 32-bit microprocessor, 64-bit data bus and 36-bit address bus. • 64GB main memory. • Starts at 150MHz. • 16KB L1 cache (split instruction/data: 8KB each). • 256KB L2 cache. • Memory transfers at 66MHz. • 3 integer processors.

  • 19

    CPU รุ่นต่าง ๆ ของ Intel

    Pentium II: (1997) • 32-bit microprocessor, 64-bit data bus and 36-bit address bus. • 64GB main memory. • Starts at 266MHz. • 32KB split instruction/data L1 caches (16KB each). • Module integrated 512KB L2 cache (133MHz). • Memory transfers at 66MHz to 100MHz (1998).

  • 20

    CPU รุ่นต่าง ๆ ของ Intel

    Pentium III: (1999) • 32-bit microprocessor, 64-bit data bus and 36-bit address bus. • 64GB main memory. • Up to 1 GHz. • 32KB split instruction/data L1 caches (16KB each). • On-chip 256KB L2 cache (at-speed). • Memory transfers 100MHz to 133MHz. • Dual Independent Bus (simultaneous L2 and system memory

    access).

  • 21

    CPU รุ่นต่าง ๆ ของ Intel

    Pentium IV: (2001) • 32-bit microprocessor, 64-bit data bus and 36-bit address bus. • 64GB main memory. • Up to 4 GHz. • Hyper Pipeline Technology 20 pipeline stages • 16KB Level 1 Execution Trace Cache. An execution Trace Cache

    that stores up to 12K decoded micro-ops in the order of program execution.

    • On-chip 256KB L2 cache (at-speed). • SSE2 Technology • Memory transfers 400MHz to 533MHz with RDRAM.

    •http://www.rjross.com/intp4.html

  • 22

    โครงสร้างภายใน CPU Intel

  • 23

    CPU ของ AMD

    • ส าหรับตลาดของ Server และ Workstation จะเป็น CPU Opteron

    • ส าหรับตลาด Desktop และ Notebook จะเป็น Athlon และ Duron

  • 24

    Opteron

    • ส าหรับตลาดของ Server และ Workstation• Base on x86 architecture โดยใชชุ้ดค าสัง่ x86-64

    http://www.amd.com/us-en/Processors/ProductInformation/0,,30_118_8826_8832,00.html

  • 25

    CPU ของ AMD

    AthlonXP• ออกแบบส าหรับตลาดระดบับนของเคร่ือง Desktop• L1 cache 128 KB full speed• L2 cache 512 KB full speed• Support ชุดค าสัง่ 3DNow! และ SSE technology• Frontside bus 400MHz, 333MHz, 266MHz• 3.2 + GHz (2003)

  • 26

    CPU ของ AMD

    Duron• ออกแบบส าหรับตลาดล่าง• ใชคุ้ณสมบติัพื้นฐานของ Athlon • ลดขนาด cache ในระดบั 2 ลง

    • ปัจจุบนั ความเร็ว 1.3GHz and 1.2GHz

  • 27

    CPU ตระกลูอ่ืน ๆ

    ตระกลู TSM 9900 จาก Texas Instruments(1976)• มีการจดัการ Interrupt ท่ีดี และการออกแบบ instruction set ท่ีดีมาก• ขอ้เสียคืออา้ง address space ไดน้อ้ย(16 บิต) และตอ้งใชง้านร่วมกบั

    หน่วยความจ าความเร็วสูง– TSM9995– TSM99000– TSM99110– TSM99610

  • 28

    CPU ตระกลูอ่ืน ๆ

    ตระกลู Motorola 680x0 • เป็น RISC CPU• อาจมีช่ือเรียกวา่ Coldfire• ถูกเลือกไปใชง้านในเคร่ือง Macintosh และในเคร่ือง workstation

    อ่ืน ๆ – 68040 (1991)– 68060 (1994)

  • 29

    CPU ตระกลูอ่ืน ๆ

    ตระกลู IBM RS/6000 Power chips (1990)• เป็น RISC CPU • ใชก้บัเคร่ือง workstation ของ IBM• นิยมเรียกวา่ powerPC หรือ POWER:Performance Optimization

    With Enhanced RISC ซ่ึงจะมีบาง feature ท่ีแตกต่างกนั– powerPC601 (1993)– powerPC604 (1995)– ล่าสุด IBM powerPC 970 (2003)

  • 30

    CPU ตระกลูอ่ืน ๆ

    • Zilog Z-8000• National Semiconductor 320xx• Philips Trimedia - A Media processor (1996)• SPARC :Scalable (originally Sun) Processor ARChitecture จาก

    Sun Microsystems ใชก้บั workstation ของ Sun– Base on 68000

    • Transmeta Crusoe • ฯลฯ

  • 31

    อ่านเพิม่เติม

    • เทคโนโลยกีารผลิต CPU http://www.ruencom.com/hardware/cpu/cputech3.htm

    • CPU Architecture http://webster.cs.ucr.edu/Page_AoALinux/HTML/CPUArchitecture.html

    • The History of Intel CPU's: 586 to 786 Architecture http://www.teccollege.com/yaple/microhardware/intelcpu.htm

    • สถาปัตยกรรมไมโครโปรเซสเซอร์http://www.cpe.ku.ac.th/~yuen/204323/

    • CPU History http://www.pcmech.com/show/processors/35/

  • 32

    อ่านเพิม่เติม

    • แนะน าประวติั และพฒันาการของ CPU ท่ีน่าสนใจhttp://www3.sk.sympatico.ca/jbayko/cpu.html

    • แนะน าโครงสร้าง และขอ้มูลของ Pentium IV http://www.arstechnica.com/cpu/01q2/p4andg4e/p4andg4e-1.html

    • Basic instruction 8086ftp://ftp.comlab.ox.ac.uk/pub/Cards/txt/8086.txt

    • Microprocessor instruction set cardhttp://vmoc.museophile.com/cards/

    • Instruction set ของ CPU 68000http://www.arspentia.org/evilinc/instruction_set_68k

  • 33

    วธีิการติดตั้ง CPU แบบ Socket

  • 34

    วธีิการติดตั้ง CPU แบบ Socket (ต่อ)

  • 35

    วธีิการติดตั้ง CPU แบบ Socket (ต่อ)

  • 36

    วธีิการติดตั้ง CPU แบบ Socket (ต่อ)

  • 37

    วธีิการติดตั้ง CPU แบบ SLOT

  • 38

    วธีิการติดตั้ง CPU แบบ SLOT (ต่อ)

  • 39

    กิจกรรมทา้ยบท

    1. จงหาตวัอยา่ง CPU ท่ีใชอ้ยูใ่นปัจจุบนั ทั้ง เคร่ือง PC ทัว่ไป และเคร่ือง Notebook มีรุ่นและความถ่ี (Clock) อะไรบา้ง พร้อมทั้งบอกคุณสมบติัของแต่ละรุ่น

    2. ซีพียปูลอม (Remarked CPU) คืออะไร จงบอกวิธีการตรวจสอบ ทั้งCPUของ Intel และ AMD