เทคโนโลยีของ CPU
ยุค ต้นของการสร้างไมโครโปรเซสเซอร์ เริ่มจาก 4004 เป็นไมโครโปรเซสเซอร์ขนาด ทรานซิสเตอร์ 2,300 ตัว ใช้เทคโนโลยี แบบ P แชนเนล สามารถอ้างอิงหน่วยความจำ ROM ได้ 8 กิโลไบต์ แลใช้กับ RAM 640ไบต์หากจะเปรียบเทียบขีดความสามารถ แล้ว ก็พอกับเครื่อง ENIAC ต่อมาในปีค.ศ. 1972 อินเทลได้พัฒนาให้มีขีดความสามารถเพิ่มขึ้นและเพิ่มขนาด การคำนวณเป็นแบบ 8 บิต ใช้ชื่อว่า 8008 หลังจากนั้นก็มีบริษัทต่าง ๆ เริ่มออกแบบไมโครโปรเซสเซอร์ของตัวเองและทำการสร้างขึ้น เช่นโมโตโรล่า ได้พัฒนา 68000 บริษัทเท็กซัสอินสตรูเมนต์พัฒนา TMS1000 ในช่วงเริ่มต้นนี้ยังมีอีกหลายบริษัทที่ได้เริ่มผลิตไมโครโปรเซสเซอร์ ของตนเอง ในปี ค.ศ. 1972 เช่น บริษัท Rockwell ผลิต PPs-4 และหลายบริษัทได้เริ่มต้นพัฒนาและผลิตออกในปีต่อมา เช่น บริษัทเนชันแนลเซมิคอนดัคเตอร์ ผลิต IMP8 เป็นต้น
ยุค ต้นของไมโครโปรเซสเซอร์(ปี ค.ศ. 1974-1979) ยุคต้นที่จัดว่าเป็นยุคสำเร็จของไมโครโปรเซสเซอร์ เริ่มจากซีพียู 8080 ที่อินเทลผลิตและ 6800 ที่บริษัท โมโตโรล่า
ซีพียู 6800 มีข้อเด่นในยุคแรกเพราะเป็นซีพียู่ที่ใช้ไฟเลี้ยง 5 โวลต์เพียงแหล่งจ่ายไฟเดียว ในขณะที่ 8080 ใช้ P มอสต้องใช้แหล่ง จ่ายไฟถึง 3 แหล่งจ่ายไฟ ทำให้ยุ่งยาก การใช้ NMOS เทคโนโลยีนี้เองทำให้โมโตโรล่าได้เปรียบในยุคแรก6800 ทำงานได้ด้วย ความเร็ว ถึง 2 MHz มีขนาดขา 40 ขา และต่อกับหน่วยความจำได้ 64 K 8080 ได้เริ่มต้นขึ้นในขณะที่อินเทลเป็นบริษัทที่สร้าง 4004 ขณะเดียวกันทั้งโมโตโรล่าและอินเทลก็ประสบผลสำเร็จในตลาดขณะนั้น สถาปัตยกรรมของ 8080เป็นแบบใช้รีจิสเตอร์ภายใน หลายตัว โดยเน้นเป็น A, B, C, D, E และยังมีการใช้แฟล็ก
ซีพียู 6800 มีข้อเด่นในยุคแรกเพราะเป็นซีพียู่ที่ใช้ไฟเลี้ยง 5 โวลต์เพียงแหล่งจ่ายไฟเดียว ในขณะที่ 8080 ใช้ P มอสต้องใช้แหล่ง จ่ายไฟถึง 3 แหล่งจ่ายไฟ ทำให้ยุ่งยาก การใช้ NMOS เทคโนโลยีนี้เองทำให้โมโตโรล่าได้เปรียบในยุคแรก6800 ทำงานได้ด้วย ความเร็ว ถึง 2 MHz มีขนาดขา 40 ขา และต่อกับหน่วยความจำได้ 64 K 8080 ได้เริ่มต้นขึ้นในขณะที่อินเทลเป็นบริษัทที่สร้าง 4004 ขณะเดียวกันทั้งโมโตโรล่าและอินเทลก็ประสบผลสำเร็จในตลาดขณะนั้น สถาปัตยกรรมของ 8080เป็นแบบใช้รีจิสเตอร์ภายใน หลายตัว โดยเน้นเป็น A, B, C, D, E และยังมีการใช้แฟล็ก
ยุคแห่งความมั่นคง (ค.ศ. 1986-1991) จากฐานของไมโครโปรเซสเซอร์ 32 บิต ที่พัฒนากันมาก บริษัทผู้ผลิตหลักเหลือ ไม่มากโมโตโรล่ายังพัฒนาต่อจากตระกูล 68000 ขณะเดียวกันอินเทลก็พัฒนาในตระกูล X86 ในปี ค.ศ. 1987 โมโตโรล่าพัฒนา 68030 โดยใช้ทรานซิสเตอร์ 270,000 ตัว ใช้เทคโนโลยี 1.3 ไมครอน ทำงานที่ความเร็ว 20 MHz ในปีค.ศ. 1989 อินเทลพัฒนา 80486 ใช้ทรานซิสเตอร์ 1.2 ล้านตัว ทำงานที่ความเร็ว 25 MHz ใช้เทคโนโลยี 1 ไมครอน ในช่วงเวลาเดียวกันนี้เอง บริษัท AMD และไซลิกซ์ ได้พัฒนาชิพ X86 ของตนเองและมีส่วนแบ่ง ในตลาดที่ดีขึ้นเรื่อย
ก้าว เข้าสู่ยุคปัจจุบัน(ค.ศ. 1992-1996)ในปี ค.ศ. 1993 อินเทลได้พัฒนาชิพเพนเทียม เป็นชิพที่ใช้ทรานซิสเตอร์ 3 ล้านตัวใช้เทคโนโลยี 0.8 ไมครอนทำงานที่ ความเร็ว 75 MHz ปัจจุบันอินเทลลดขนาดลงเหลือ 0.35 ไมครอน และทำงานด้วยความเร็วสูงถึง 166 MHzในปี ค.ศ. 1995 อินเทลเพิ่มจำนวนทรานซิสเตอร์เป็น 5.5 ล้านตัว ใช้เทคโนโลยี 0.35 ไมครอนทำงานที่ความเร็ว 200 MHz ให้ชื่อชิพว่าเพนเทียมโปร จนในปี 1997 อินเทลได้พัฒนาชิพชื่อ เพนเทียมทูขณะเดียวกันทีมโมโตโรล่า ได้ร่วมมือกับไอบีเอ็มและแอปเปิล สร้างซีพียูชื่อ เพาเวอร์พีซี เพาเวอร์พีซี 604 ทำงานได้ด้วยความเร็ว 200 MHzและมีแนวโน้มที่พัฒนาให้ก้าวหน้าขึ้นอีก เส้นทางพัฒนาของไมโคร โปรเซสเซอร์ ในยุคหลังมีการเน้นการใช้เทคโนโลยี RISC เช่น อุลตร้าสปาร์กของบริษัทซันไมโครซิสเต็มชิพอัลฟ่าของบริษัทดิจิตอล
ในยุคเริ่มต้นของการผลิตซีพียูในรุ่นแรกๆ ซีพียูยังมีการทำงานที่ไม่ซับซ้อนนัก ซึ่งในตอนนั้นมีบริษัทอินเทล Intel เป็นผู้บุกเบิกเป็นรายแรกๆ โดยซีพียูที่อินเทลผลิตในตอนนั้นคือเบอร์ 8080 หรือที่อินเทลเรียกว่า “Intel 8080” ขนาด 8 บิต ที่บรรจุทรานซิสเตอร์ไว้ประมาณ 50,000 ตัว รูปร่างของไอซีจะเหมือนกับตีนตะขาบ โดยจะมีจำนวน 40 ขาเรียกว่า PID : Dual In Line Package ต่อมาเมื่อเทคโนโลยีก้าวหน้ามากขึ้น การผลิตซีพียูรุ่นต่อๆมาก็เปลี่ยนมาใช้เทคโนโลยีแบบ VLSI : Very Large Scale Integrate แทน
การพัฒนา CPU
CPU รุ่นใหม่ ๆ มีความเร็วในการทำงานที่สูงขึ้นได้ ต้องมีการพัฒนาปรับปรุงในหลาย ๆ ส่วน ได้แก่
• การเพิ่ม Clock Speed ในปัจจุบัน 4 GHz
• เพิ่มจำนวนวงจร และลดขนาดของวงจรในการผลิต เช่นจาก 0.32 ไมครอน เหลือ 0.13 ไมครอนในปัจจุบัน
• ลดแรงดันไฟฟ้า เพื่อให้ความร้อนไม่สูงเกินไปนัก
• เพิ่ม Cache Memory เพื่อลด Wait State ของ CPU
• พัฒนา สถาปัตยกรรม และเทคโนโลยีใหม่ ๆ ในตัว CPU
เทคโนโลยีสำหรับ CPU รุ่นใหม่
• Superscalar : คือการ execute มากกว่า 1 operation ต่อ 1 clock เช่น การคำนวณ integer 4 operation และ 2 floating point operation พร้อมกัน
• Pipeline เป็นการแบ่งงานออกเป็นส่วนย่อย ๆ ที่ต้องทำต่อเนื่องกันไป ทำให้สามารถเพิ่ม throughput ของระบบได้
– เช่นมี 2 งานใหญ่ ซึ่งใช้เวลาเท่ากัน ซึ่งถ้าจะทำงานที่ 2 ได้ ก็ต่อเมื่องานที่ 1 ทำเสร็จก่อน ถ้าแบ่งแต่ละงานออกเป็น 5 ส่วนย่อย เมื่อทำส่วนย่อยที่ 1 ของงานที่ 1 เสร็จ ก็สามารถเริ่มทำส่วนย่อยที่ 1 ของงานที่ 2 ได้เลย เมื่อทำงานที่ 1 เสร็จสิ้น ในเวลา 1/5 ของเวลาทำแต่ละงานใหญ่ต่อมา งานที่ 2 ก็จะเสร็จตามด้วย
• พัฒนาระบบจัดการ Cache memory เช่น Branch Prediction ใน Cache memory เพื่อให้เฉพาะคำสั่งที่เหมาะสมเท่านั้น ที่จะถูกนำมาเก็บใน cache memory สำหรับให้ CPU นำไปประมวลผลได้โดยไม่มีการสะดุด
• เพิ่มชุดคำสั่งพิเศษ เช่นชุดคำสั่งสำหรับการจัดการเกี่ยวกับ multimedia, Graphic , SSE ฯลฯ
รูปร่างของ CPU
CPU แต่ละรุ่นและแต่ละผู้ผลิตจะมีรูปร่างลักษณะและโครงสร้างเช่นขนาด หรือจำนวนขา ไม่เหมือนกัน ซึ่ง CPU สำหรับ PC ในปัจจุบันแบ่งได้เป็น 2 รูปแบบใหญ่ ๆ ได้แก่
1. แบบ Cartridge จะมีรูปร่างเป็นตลับแบน ๆ หุ้มด้วยกล่องพลาสติก สำหรับเสียบในช่องเสียบแบบ slot
– Slot 1 พัฒนาโดย Intel สำหรับ Pentium III รุ่นเก่า , Pentium II, Celeron รุ่นเก่า มีขาสัญญาณ 242 ขา
– Slot 2 ของ Intel สำหรับ Pentium II Xeon, Pentium III Xeon ขาสัญญาณ 330 ขา
– Slot A ใช้กับ CPU AMD Athlon รุ่นเก่า มีขาสัญญาณ 242 ขา
2. แบบ PGA (Pin Grid Array) จะมีลักษณะเป็นชิปแบน ๆ มีขาจำนวนมากอยู่ใต้ตัว CPU สำหรับเสียบลงใน Socket สามารถแบ่งย่อยได้หลายแบบเช่น
– Socket 7 ใช้กับ Pentium MMX, AMD K5, K6, K6-2, K6-III มีขาสัญญาณ 321 ขา
– Socket 370 ใช้กับ Pentium III, Celeron รุ่นใหม่ มีขาสัญญาณ 370 ขา
– Socket 423 ใช้สำหรับ Pentium 4
– Socket A ใช้กับ AMD Athlon และ Duron มีขาสัญญาณ 462 ขา
CPU จากค่ายต่าง ๆ
ปัจจุบัน ผู้นำตลาด CPU สำหรับไมโครคอมพิวเตอร์ได้แก่ Intel Corp. ซึ่งผลิต CPU ในตระกูล X86 ซึ่งนอกจาก Intel แล้ว ยังมีผู้ผลิตอีกหลายราย ที่ผลิต CPU ที่ compatible กับ CPU Intel ได้แก่
• AMD Advance Micro Device
• VIA/Cyrix
• IBM
• Transmeta
CPU รุ่นใหม่ สามารถทำงานกับโปรแกรมที่ทำงานบน CPU รุ่นเก่าได้
• มีชุด Registers ที่เหมือนกัน
• รหัสคำสั่งเหมือนกัน แม้ว่าโครงสร้างการทำงานภายในของแต่ละคำสั่งอาจแตกต่างกัน
ถ้าไม่ได้ปรับปรุง Compiler ให้มีสามารถรองรับชุดคำสั่งใหม่ ๆ อาจทำให้ไม่สามารถใช้งานได้เต็มประสิทธิภาพ
CPU ตระกูลต่าง ๆ ของ Intel
• ตระกูล 80x86 มีพัฒนาการมาตั้งแต่ 8086 – Pentium IV ในปัจจุบัน
• CPU ของ Intel ในระยะแรกจะใช้เลขรหัสแทนรุ่น แต่เนื่องจากปัญหาลิขสิทธิ์ จึงเปลี่ยนมาใช้เป็นชื่อแทน
• ตระกูลที่ใช้ชุดคำสั่ง IA-64 ได้แก่ Itanium และ Itanium-2 ซึ่งจะไม่ compatible กับ x86
ตลาด CPU ของ Intel
• สำหรับคอมพิวเตอร์ระดับ Server หรือ Workstation นั้น Intel แบ่งเกรดตลาดออก CPU ออกเป็น 3 ระดับ
– High-End ได้แก่ CPU Itanium-2
– Midrange ได้แก่ CPU XEON
– Entry-level ได้แก่ CPU Pentium IV
• สำหรับเครื่อง Desktop หรือ Notebook จะใช้ CPU Pentium IV หรือ Celeron
CPU รุ่นต่าง ๆ ของ Intel
• 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.
• 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.
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.
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).
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).
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.
โครงสร้างภายใน CPU Intel
CPU รุ่นเก่า ๆ ในอดีต เริ่มจากยุคแรก ๆ สมัยที่มีคอมพิวเตอร์ใช้กันเลยอันนี้ก็เป็นการพัฒนาของ Intel
- 1971 : 4004 Microprocessor รุ่นแรกของ Intel ใช้งานในเครื่องคิดเลข
- 1972 : 8008 Microprocessor รุ่นที่พัฒนาต่อมา ใช้งานแบบ "TV typewriter" กับ dump terminal
- 1974 : 8080 Microprocessor รุ่นนี้เป็นการใช้งานแบบ Personal Computer รุ่นแรก ๆ
- 1978 : 8086-8088 Microprocessor หรือรุ่น XT ยังเป็นแบบ 8 bit เป็น PC ที่เริ่มใช้งานจริงจัง
- 1982 : 80286 Microprocessor หรือรุ่น AT 16 bit เริ่มเป็นคอมพิวเตอร์ที่ใช้งานแพร่หลายกันแล้ว
- 1985 : 80386 Microprocessor เริ่มเป็น CPU 32 bit และสามารถทำงานแบบ Multitasking ได้
- 1989 : 80486 Microprocessor เข้าสู่ยุคของการใช้จอสี และมีการติดตั้ง Math-Coprocessor ในตัว
- 1993 : Pentium Processor ยุคแรกที่ Intel ใช้ชื่อว่า Pentium
- 1995 : Pentium Pro Processor สำหรับเครื่อง Server และ Work Station
- 1997 : Pentium II Processor ปัจจุบันยังพอมีคนใช้งานอยู่บ้าง
- 1998 : Pentium II Xeon(TM) Processor สำหรับ Server และ Work Station
- 1999 : Celeron(TM) Processor สำหรับตลาดระดับล่างของ Intel ที่ตัดความสามารถบางส่วนออก
- 1999 : Pentium III Processor เป็นที่นิยมกันมากในช่วงนั้น
- 1999 : Pentium III Xeon(TM) Processor สำหรับ Server และ Work Station
- 2001 : Pentium 4 Processor ที่ใช้งานอยู่ในปัจจุบัน
ในยุคของ 80486 และ Pentium ส่วนของ AMD ก็เริ่มออก CPU มาบ้างแล้วเท่าที่เคยได้ยินมาบ้างก็มีดังนี้ X86, AM186, AM386, AM486 แต่รุ่นที่เริ่มพอจะเคยได้ยินมาก็จะเริ่มที่ 5x86, K5, K6, K6-II, K6-III, Duron, Athlon และ Thunderbird หรือตระกูล XP ครับ
ยุดกลาง ๆ ก็ยังมี Cyrix อีกยี่ห้อหนึ่ง เริ่มจากไหนไม่แน่ใจ แต่ที่เคยได้ยินก็จะเป็น 6x86, 6x86MX และ Cyrix MII ซึ่งปัจจุบันนี้ยังพอเห็นมีขายอยู่บ้าง
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น