Blockdit Logo (Mobile)
ACB ARTICLE
•
20 ก.พ. 2023 เวลา 16:01 • วิทยาศาสตร์ & เทคโนโลยี

Tech Education ep.01 : CPU Architecture - สถาปัตยกรรม CPU

X86 & ARM
Tech Education รายการที่จะนำพาคุณวาปไปสู่โลกแห่งเทคโนโลยี โลกที่เต็มไปด้วยการเปลี่ยนแปลงและความทันสมัยที่ไม่รู้จบ เรียนรู้เบื้องลึกเกี่ยวกับการทำงานของสิ่งต่างๆในโลกแห่ง Tech และรวมถึงวงในของบริษัทยักษ์ใหญ่ในวงการ
ในยุคโลกาภิวัตน์ ที่เต็มไปด้วยการเปลี่ยนแปลงอันไม่รู้จบ ผู้ที่ได้รับข้อมูลข่าวสารที่ถูกต้องและทันสมัยก่อนใคร ผู้นั้นก็ย่อมที่จะมีโอกาสชนะเกมมากกว่าคนอื่น แต่กลับกันผู้ที่ปิดใจ ไม่ยอมเรียนรู้สิ่งใหม่ๆก็ย่อมที่จะขึ้นสนิมไปตามกาลเวลา
…
สถาปัตยกรรม CPU คือการออกแบบ รูปแบบการทำงานของชิป CPU ให้เหมาะสมกับจุดประสงค์ในการใช้งานต่างๆ ซึ่งถือได้ว่าเป็นมาตรฐานหลักในการผลิตชิป CPU ในยุคปัจจุบัน
ก่อนที่เราจะไปดูในเรื่องของหลักการทำงานของคอมพิวเตอร์กัน ก็ต้องเข้าใจก่อนนะครับว่าโดยวัตถุประสงค์พื้นฐานแล้ว คอมพิวเตอร์ถูกสร้างขึ้นเพื่อใช้เป็นเครื่องคิดเลขและเครื่องถอดรหัส (ถูกสร้างขึ้นโดย Alan Turing โดยวัตถุประสงค์เพื่อการถอดรหัสลับจากนาซี) ดังนั้นการทำงานของคอมพิวเตอร์จึงมีแต่ตัวเลข 0 1 และการถอดรหัส
ยกตัวอย่างเหตุการณ์คร่าวๆ
พิมพ์ตัวอักษร A บนแป้นพิมพ์
|
RAM วิเคราะห์ว่า CPU ว่างไหม ถ้าไม่ว่างจะเก็บข้อมูลไว้ที่ RAM ก่อน หรือถ้าว่างก็จะส่งข้อมูลนั้นต่อไปทันที
|
CPU ทำงานประมวลผล ซึ่งประกอบไปด้วยขั้นตอนดังนี้
• Fetch (การรับข้อมูล)
• Decode (การถอดรหัส)
• Execute (การสั่ง)
|
การ์ดจอ (VGA, GPU) ทำการคำนวณเม็ด Pixels (เนื่องจากขั้นตอนนี้การ์ดจอจะต้องคำนวณเม็ด Pixels เล็กๆจำนวนหลายล้านเม็ดในระยะเวลาไม่ถึง 1 วินาที จึงทำให้ต้องใช้ทรัพยากรในการประมวลผลที่สูงมาก จึงเป็นสาเหตุที่ทำให้การ์ดจอจึงต้องมีจำนวน Core ที่เยอะ)
|
Display ทำการแสดงผลที่จอ
OS เป็นตัวกำหนดว่าฮาร์ดแวร์นั้นจะต้องเป็น X86 หรือ ARM
หลักการทำงานของ X86 หรือ CISC
Complex Instruction - Set Computing หรือ CISC เป็นชื่อเรียกสถาปัตยกรรมในแง่ของซอฟต์แวร์ของ X86 ซึ่งถูกคิดค้นขึ้นโดย Intel โดยหลักการทำงานในขั้นเบื้องต้นคือ เป็นการประมวลผลแบบรวดเดียวยาวๆ ไม่มีการตัดย่อยแบ่งทอนออกมาเป็นคำสั่งย่อยๆ ซึ่งถ้าพูดในลงลึกในแง่ของฮาร์ดแวร์มากขึ้น การทำงานแบบรวดเดียวยาวๆโดยไม่มีการตัดแบ่งคำสั่งแยกย่อย จะเป็นการเปิด Gate ค้างไว้ตลอดเวลา จึงทำให้ชิป CPU ประเภทนี้ไม่ต้องเปิด-ปิด Gate ไปมา (เปิด = 1, ปิด = 0)
จึงส่งผลให้ทำงานได้รวดเร็วกว่า แต่ในขณะเดียวกันก็แลกมากับการกินไฟในปริมาณมาก ซึ่งก็ตอบโจทย์กับจุดประสงค์ของคอมพิวเตอร์ที่เน้นการทำงานให้รวดเร็วที่สุดโดยไม่ได้สนใจพลังงาน (และความร้อน) นั่นจึงส่งผลให้คอมพิวเตอร์จึงต้องเสียบปลั๊กตลอดเวลา
Concept: เร็ว แรง ลื่นจนหัวแตก แต่กินไฟเล่นเป็นขนม
ข้อดีของ X86 (CISC)
- เร็ว แรง
- พัฒนาโปรแกรมง่าย เนื่องจากอยู่มานาน
ข้อเสียของ X86 (CUSC)
- เปลืองไฟ
- ร้อน
ตัวอย่างบริษัทที่พัฒนาและจัดจำหน่ายในปัจจุบัน
- Intel
- AMD
ตัวอย่างอุปกรณ์ที่ใช้ชิปตระกูล X86
- คอมพิวเตอร์ (ทั้งทั่วไปและเซิร์ฟเวอร์)
- รถยนตร์หลายๆยี่ห้อ เช่น Tesla ที่ใช้ชิป CPU จาก AMD
หลักการทำงานของ ARM หรือ RISC
ชิปประเภท ARM ถูกคิดค้นขึ้นโดยบริษัท ARM โดยมีหลักการทำงานแบบ Reduced Instruction - Set Computing (RISC) ซึ่งจะเป็นการทำงานแบบรับชุดข้อมูลมาแล้วทำการชำแหละออกมาเป็นชุดคำสั่งย่อยๆ (เล็กสั้นขยันซอย) ซึ่งจะทำให้มีการเปิด - ปิด Gate ตลอดเวลา จึงทำให้ไม่เสียพลังงานไปโดยเปล่าประโยชน์เหมือน X86 ที่เปิด Gate แช่ไว้ตลอดเวลา แต่ก็แลกมากับการทำงานที่ช้ากว่าเพราะต้องคอยเปิด-ปิด Gate อยู่ตลอดเวลา
แต่นั่นมันก็สมัยก่อน ในยุคปัจจุบันนี้ที่เทคโนโลยีได้เติบโตอย่างก้าวกระโดด ชิปตระกูล ARM ได้รับการพัฒนาจนความแรงทัดเทียมชิปตระกูล X86 แล้ว หรือในบางรุ่นเมื่อเทียบกันแล้วชนะ X86 แล้วด้วย จึงทำให้ในปัจจุบันจึงเกิดคำถามยอดฮิตติดกระแสในวงการเทคโนโลยีและคอมพิวเตอร์มาช่วงหนึ่งว่า “ซักวันหนึ่ง ARM จะสามารถเข้ามาแทนที่ X86 ได้ไหม?”
Concept: ถึงจะพอเพียงแต่ก็แรงจนทำมึ*หัวแตกได้อ่ะ
ข้อดีของ ARM (RISC)
- ประหยัดพลังงาน
- ไม่ร้อน
ข้อเสียของ ARM (RISC)
- ทำงานช้ากว่า X86 (สมัยก่อนนู้นนนนนนนนน)
ตัวอย่างบริษัทที่พัฒนาและจัดจำหน่ายในปัจจุบัน
- แบรนด์ Smart phone ทุกยี่ห้อ
**บริษัท ARM เป็นเพียงแค่ผู้คิดค้นแต่ไม่ได้ผลิตขายเอง แต่จะขายเป็นในรูปแบบของแนวคิดและ ARM Cotex ที่บริษัทต่างๆสามารถซื้อไปพัฒนาต่อยอดจากพื้นฐานเป็นของตัวเองได้
ซึ่งในส่วนคำถามที่ว่า “ซักวันหนึ่ง ARM จะสามารถเข้ามาแทนที่ X86 ได้ไหม?” โดยส่วนตัวผู้เขียนคาดการณ์ว่าในอนาคตชิปตระกูล ARM จะเข้ามามีบทบาทมากขึ้นอย่างมากมายมหาศาลอย่างแน่นอน (อาจจะ 90%) ส่วนอีก 10% นั้น ARM อาจจะไม่สามารถเข้ามาแทนที่ได้เพราะก็ยังมีคอมพิวเตอร์บางส่วนที่ใช้เพื่อจุดประสงค์เฉพาะทางเช่นงานวิจัยหรือเครื่องเซิร์ฟเวอร์ยังคงต้องใช้ชิปตระกูล X86 อยู่

ดูเพิ่มเติมในซีรีส์

โฆษณา