หน่วยประมวลผลกลาง (CPU) ซึ่งมักเรียกกันว่า "สมอง" ของระบบคอมพิวเตอร์ เป็นองค์ประกอบหลักที่รับผิดชอบในการตีความและดำเนินการคำสั่งส่วนใหญ่จากฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ของคอมพิวเตอร์ เป็นส่วนหลักของอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ รวมถึงเซิร์ฟเวอร์ พีซี สมาร์ทโฟน และอื่นๆ อีกมากมาย
การเดินทางทางประวัติศาสตร์ของหน่วยประมวลผลกลาง (CPU)
อย่างที่เราทราบกันทุกวันนี้ CPU มีประวัติอันยาวนานที่ย้อนกลับไปถึงยุคแรกๆ ของการประมวลผล แนวคิดของโปรเซสเซอร์กลางสามารถย้อนกลับไปในทศวรรษปี 1940 ด้วยการพัฒนาคอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์เอนกประสงค์เครื่องแรกคือ ENIAC ENIAC ใช้หลอดสุญญากาศในการคำนวณ แต่ไม่มีหน่วยประมวลผลกลาง
อุปกรณ์แรกที่ใช้ CPU ที่เหมาะสมคือ Manchester Mark 1 ซึ่งพัฒนาโดยมหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ในปี 1949 แต่ในปี 1971 เมื่อ Intel เปิดตัว 4004 ซึ่งเป็นไมโครโปรเซสเซอร์ตัวแรกที่มีจำหน่ายในท้องตลาด CPU เริ่มกลายเป็นคำที่ใช้ในครัวเรือน ไมโครโปรเซสเซอร์นี้มีสถาปัตยกรรม 4 บิตและส่วนใหญ่จะใช้ในเครื่องคิดเลข
ตั้งแต่นั้นมา CPU ก็มีการพัฒนามาหลายรุ่น โดยเพิ่มพลังการประมวลผลอย่างมาก ลดขนาด และประหยัดพลังงานมากขึ้น การปรับปรุงเหล่านี้เป็นไปตามกฎของมัวร์ ซึ่งคาดการณ์ว่าจำนวนทรานซิสเตอร์บนชิปจะเพิ่มขึ้นสองเท่าทุกๆ สองปีโดยประมาณ
มองอย่างใกล้ชิดกับหน่วยประมวลผลกลาง (CPU)
CPU เป็นเทคโนโลยีที่ซับซ้อนที่ทำงานหลายอย่างพร้อมกันเพื่อให้แน่ใจว่าอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ทำงานได้อย่างราบรื่น โดยจะตีความและดำเนินการคำสั่งจากหน่วยความจำของระบบ ดำเนินการทางคณิตศาสตร์และตรรกะ และจัดการการไหลของข้อมูลระหว่างส่วนประกอบต่างๆ ของคอมพิวเตอร์
CPU สมัยใหม่ประกอบด้วยหลายคอร์ โดยแต่ละคอร์สามารถทำงานได้อย่างอิสระ CPU แบบมัลติคอร์ช่วยให้สามารถประมวลผลงานหลายอย่างพร้อมกันได้ ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมของระบบ
นอกจากนี้ CPU ยังได้รับการออกแบบโดยใช้สถาปัตยกรรมไมโครที่แตกต่างกัน โดยทั่วไปคือ x86 (ใช้โดย Intel และ AMD) และ ARM (ใช้ในสมาร์ทโฟนและแท็บเล็ตส่วนใหญ่)
ความซับซ้อนของหน่วยประมวลผลกลาง (CPU)
CPU ประกอบด้วยองค์ประกอบสำคัญหลายประการ:
-
หน่วยควบคุม (จุฬาฯ): CU ควบคุมและจัดการส่วนประกอบฮาร์ดแวร์ต่างๆ ในระบบ โดยจะแปลคำสั่งจากหน่วยความจำและแปลงให้เป็นชุดสัญญาณควบคุมที่ควบคุมส่วนอื่นๆ ของคอมพิวเตอร์
-
หน่วยลอจิกเลขคณิต (ALU): ALU มีหน้าที่รับผิดชอบในการดำเนินการทางคณิตศาสตร์และตรรกะ
-
ลงทะเบียน: พื้นที่เก็บข้อมูลขนาดเล็กและความเร็วสูงภายใน CPU ที่เก็บข้อมูลชั่วคราวระหว่างการประมวลผล
-
แคช: นี่เป็นหน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่ม (RAM) ความเร็วสูงจำนวนเล็กน้อยที่สร้างขึ้นภายในโปรเซสเซอร์โดยตรงเพื่อการเข้าถึงข้อมูลที่ใช้บ่อยอย่างรวดเร็ว
-
รถเมล์: คือระบบการสื่อสารที่ถ่ายโอนข้อมูลระหว่างส่วนประกอบภายในคอมพิวเตอร์หรือระหว่างคอมพิวเตอร์
คุณสมบัติที่สำคัญของหน่วยประมวลผลกลาง (CPU)
คุณสมบัติที่สำคัญของ CPU ได้แก่ :
-
พลังการประมวลผล: กำหนดโดยจำนวนคำสั่งที่ CPU สามารถจัดการได้ต่อวินาที ส่วนใหญ่จะพิจารณาจากความเร็วสัญญาณนาฬิกาและจำนวนคอร์
-
สถาปัตยกรรมชุดคำสั่ง (ISA): นี่เป็นส่วนหนึ่งของโปรเซสเซอร์ที่กำหนดประเภทข้อมูลที่รองรับ รีจิสเตอร์ โหมดการกำหนดแอดเดรส สถาปัตยกรรมหน่วยความจำ และชุดคำสั่ง (หรือคำสั่งที่ CPU สามารถทำได้)
-
การใช้พลังงานและการกระจายความร้อน: เมื่อ CPU มีพลังมากขึ้น พวกมันก็สร้างความร้อนมากขึ้น การกระจายความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพและการใช้พลังงานที่ลดลงเป็นคุณสมบัติที่สำคัญของ CPU สมัยใหม่
-
เทคโนโลยีมัลติคอร์: CPU สมัยใหม่มีหลายคอร์ ทำให้สามารถประมวลผลแบบขนานได้ จึงช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและประสิทธิผล
ประเภทของหน่วยประมวลผลกลาง (CPU)
| พิมพ์ | ใช้ | ตัวอย่าง |
|---|---|---|
| ซีพียูเดสก์ท็อป | ใช้ในคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล | Intel Core i7, AMD Ryzen 5 |
| ซีพียูเซิร์ฟเวอร์ | ออกแบบมาสำหรับคอมพิวเตอร์เซิร์ฟเวอร์และสามารถจัดการงานหลายอย่างพร้อมกันได้ | Intel Xeon, AMD EPYC |
| ซีพียูมือถือ | ออกแบบมาสำหรับอุปกรณ์พกพา โดยให้ความสำคัญกับประสิทธิภาพการใช้พลังงาน | แอปเปิล A14 ไบโอนิค, วอลคอมม์ Snapdragon 888 |
| ซีพียูแบบฝัง | ใช้ในเครื่องใช้ไฟฟ้าและเครื่องจักรที่ออกแบบมาสำหรับงานเฉพาะด้าน | ARM Cortex-M |
การใช้งานหน่วยประมวลผลกลาง (CPU)
CPU แพร่หลายในโลกสมัยใหม่ มีอยู่ในทุกสิ่งตั้งแต่คอมพิวเตอร์และสมาร์ทโฟนไปจนถึงรถยนต์และเครื่องใช้ไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม การใช้งานที่ไม่เหมาะสมหรือปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมอาจทำให้เกิดปัญหา เช่น ความร้อนสูงเกินไปหรือการใช้งาน CPU มากเกินไป
ปัญหาดังกล่าวมักจะแก้ไขได้โดยใช้แผงระบายความร้อนหรือพัดลมระบายความร้อนเพื่อให้ความร้อนสูงเกินไป และเพิ่มประสิทธิภาพซอฟต์แวร์หรืออัปเกรดฮาร์ดแวร์สำหรับการใช้งาน CPU มากเกินไป
การเปรียบเทียบหน่วยประมวลผลกลาง (CPU) กับข้อกำหนดที่คล้ายกัน
| ภาคเรียน | คำนิยาม | ความแตกต่างที่สำคัญ |
|---|---|---|
| ซีพียู | ส่วนประกอบหลักของคอมพิวเตอร์ที่ประมวลผลได้มากที่สุด | ดำเนินการตามคำสั่ง ดำเนินการคำนวณ |
| GPU (หน่วยประมวลผลกราฟิก) | วงจรอิเล็กทรอนิกส์เฉพาะที่ออกแบบมาเพื่อจัดการและแก้ไขหน่วยความจำอย่างรวดเร็วเพื่อเร่งการสร้างภาพ | ออกแบบมาสำหรับการประมวลผลแบบขนาน ใช้สำหรับการเรนเดอร์กราฟิก |
| SoC (ระบบบนชิป) | วงจรรวมที่รวมส่วนประกอบทั้งหมดของคอมพิวเตอร์หรือระบบอื่น ๆ ไว้ในชิปตัวเดียว | รวม CPU, GPU, หน่วยความจำ และอื่นๆ ไว้ในชิปตัวเดียว |
| FPGA (อาร์เรย์เกทที่ตั้งโปรแกรมได้ภาคสนาม) | วงจรรวมที่ออกแบบมาเพื่อกำหนดค่าหลังการผลิต | ปรับแต่งได้สูง ใช้สำหรับการใช้งานเฉพาะด้าน |
มุมมองในอนาคตของหน่วยประมวลผลกลาง (CPU)
ซีพียูในอนาคตคาดว่าจะยังคงมีแนวโน้มของการย่อขนาด ประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่ดีขึ้น และพลังการประมวลผลที่เพิ่มขึ้น การประมวลผลควอนตัมและโปรเซสเซอร์เฉพาะของ AI ยังเป็นพื้นที่เกิดใหม่ที่สามารถกำหนดภูมิทัศน์ของ CPU ใหม่ได้
หน่วยประมวลผลกลาง (CPU) และพร็อกซีเซิร์ฟเวอร์
ในบริบทของพร็อกซีเซิร์ฟเวอร์ CPU มีบทบาทสำคัญในการจัดการและประมวลผลการรับส่งข้อมูลขาเข้าและขาออก พลังงาน CPU ที่สูงขึ้นช่วยให้พร็อกซีเซิร์ฟเวอร์จัดการการเชื่อมต่อพร้อมกันได้มากขึ้น และทำงานที่ซับซ้อนมากขึ้น เช่น การตรวจสอบแพ็คเก็ตเชิงลึกและการเข้ารหัส/ถอดรหัส ปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมและความปลอดภัยของเซิร์ฟเวอร์
