พื้นฐานสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์

พื้นฐานสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์

ส่วนประกอบพื้นฐานของระบบคอมพิวเตอร์คือโปรเซสเซอร์, หน่วยความจำ, อุปกรณ์อินพุต/เอาต์พุต และช่องทางการสื่อสารระหว่างส่วนประกอบเหล่านี้

โปรเซสเซอร์เป็นทำงานของระบบ ซึ่งจะเอ็กซิคิวต์โปรแกรมโดยการประมวลผลทางคณิตศาสตร์และลอจิกข้อมูลต่างๆ โปรเซสเซอร์เป็นส่วนเดียวที่สร้างข้อมูลใหม่โดยการรวมหรือแก้ไขข้อมูลเดิม ระบบทั่วไปจะมีโปรเซสเซอร์เพียงตัวเดียวที่เรียกว่า "หน่วยประมวลผลกลาง" (CPU : Central Processor Unit) ระบบที่มีประสิทธิภาพสูงสมัยใหม่ โปรเซสเซอร์แบบเวกเตอร์ (Vector Processor) และโปรเซสเตอร์แบบขนาน (Parallel Processor) จะมีโปรเซสเซอร์มากกว่าหนึ่งตัว ระบบที่มีโปรเซสเซอร์เพียงตัวเดียวจะเป็นโปรเซสเซอร์แบบอนุกรม หรือที่นักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์เรียกว่าโปรเซสเซอร์แบบสเกลาร์ (Scalar Processor)

หน่วยความจำจะทำหน้าที่เก็บข้อมูลจนกว่าจะมีการร้องขอจากส่วนอื่นๆของระบบ ในขณะที่ทำงานปกติหน่วยความจำจะส่งคำสั่งและข้อมูลให้กับโปรเซสเซอร์ ส่วนในเวลาอื่นๆ จะเป็นทั้งส่วนต้นทางและปลายทางในการถ่ายโอนข้อมูลโดยอุปกรณ์อินพุต/เอาต์พุต ข้อมูลในหน่วยความจำจะถูกแอ็กเซสผ่านทางแอ็ดเดรสของหน่วยความจำ (Address) ซึ่งเราอาจจะมองหน่วยความจำเป็นอาร์เรย์มิติเดียวที่ชื่อ M โดยที่คำร้องขอของโปรเซสเซอร์ที่ส่งไปยังหน่วยความจำอาจจะเป็น "ส่งคำสั่งไปที่ตำแหน่ง M[1000]" หรือคำร้องของดิสก์คอนโทรลเลอร์อาจจะเป็น "เก็บบล็อกข้อมูลลงในตำแหน่ง M[0] ถึง M[255]" เป็นต้น

อุปกรณ์อินพุต/เอาต์พุตทำหน้าที่ถ่ายโอนข้อมูลระหว่างองค์ประกอบภายนอกและภายใน อุปกรณ์อินพุต/เอาต์พุตอาจจะเป็นหน่วยจำรอง เช่น ดิสก์ และเทป หรืออาจจะเป็นอุปกรณ์ที่ติดต่อกับผู้ใช้โดยตรง เช่น การ์ดแสดงผล, คีย์บอร์ด และเมาส์

ช่องทางการสื่อสารข้อมูลที่เชื่อมระบบเข้าด้วยกันอาจจะเป็นการเชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์ 2 อุปกรณ์หรือเป็นสวิตช์ที่ซับซ้อนที่เชื่อมต่อหลายๆ องค์ประกอบเข้าด้วยกันโดยแต่ละคู่อาจจะติดต่อกันได้ในเวลาที่กำหนด เมื่อสวิตช์สร้างการเชื่อมต่อและยอมให้อุปกรณ์ทั้ง 2 แลกเปลี่ยนข้อมูลกันนั้น อุปกรณ์อื่นๆที่ขึ้นกับสวิตช์นั้นจะถูกบล็อกไม่ยอมให้เชื่อมต่อซึ่งกันและกันจนกว่าสวิตช์จะสร้างการเชื่อมต่อและยินยอมให้เชื่อมต่อกันได้


แผนภาพง่ายๆที่แทนระบบคอมพิวเตอร์คือแผนภาพดังกล่าวแต่ละส่วนประกอบหลักจะแทนด้วยตัวอักษร เช่น P แทนโปรเซสเซอร์, M แทนหน่วยความจำ หรือ S แทนสวิตช์ ส่วนตัวห้อยจะแสดงความแตกต่างของส่วนประกอบ เช่น MP แทนหน่วยความจำหลัก (Primary Memory), MC แทนหน่วยความจำแคช (Cache Memory) เส้นที่เชื่อมระหว่างส่วนประกอบทั้งสองจะแทนการเชื่อมต่อ ส่วนเส้นที่เชื่อมส่วนประกอบหลายส่วนแทนสวิตช์ ซึ่งแผนภาพ PMS นี้จะแสดงสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์พื้นฐาน ดังรูปที่ 1.5 ที่แทนส่วนประกอบหลักของเครื่องคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล แอปเปิลแมคอินทอช (Apple Macintosh) ในตอนต้นจะใช้สื่อสารข้อมูลเดี่ยวที่เรียกว่า "บัส" (bus) ซึ่งจะเชื่อมต่อส่วนประกอบหลักทั้งหมด จนเมื่อบัสเป็นสวิตช์จะมีส่วนประกอบเพียงสองส่วนที่สามารถติดต่อซึ่งกันและกันในเวลาหนึ่งๆ เมื่อสวิตช์ถูกสร้างขึ้นเพื่อการถ่ายโอนข้อมูลของอุปกรณ์อินพุต/เอาต์พุต เช่น จากหน่วยความจำหลัก (MP) ไปยังดิสก์ (ผ่านทาง Kdisk) ในขณะนั้นโปรเซสเซอร์จะหยุดรออยู่ไม่สามรถดึงข้อมูลหรือคำสั่งได้ โครงสร้างแบบนี้เป็นโครงสร้างทั่วไปของเครื่องคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล และเวิร์ดสเตชัน ส่วนเมนเฟรม ซุปเปอร์คอมพิวเตอร์ และระบบที่มีประสิทธิภาพสูงอื่นๆ จะมีโครงสร้างสำหรับการเชื่อมต่ออุปกรณ์อินพุต/เอาต์พุตกับหน่วยความจำหลักภายในที่ยอมให้โปรเซสเซอร์ทำงานได้ต่อเนื่องในขณะที่ยังมีการทำงานของอุปกรณ์อินพุต/เอาต์พุตอยู่
แผนภาพ MPS

ข่าวไอที

My VDO

Loading...
<>