ส่วนประกอบแผงวงจรหลัก

ส่วนประกอบของแผงวงจรหลัก(Main Board) จุดเชื่อมต่ออุปกรณ์ และอุปกรณ์อื่น ๆ

ส่วนประกอบของแผงวงจรหลัก(Main Board)

1. แบตเตอรี่ (Battery) เมนบอร์ดจะมีแบตเตอรี่เล็ก ๆ ที่ให้กับพวกเครื่องคิดเลข หรือนาฬิกาติดไว้ เพื่อส่งไฟฟ้าหล่อเลี้ยงชิปเก็บข้อมูลบางตัว และทำหน้าที่เป็นนาฬิกาเดิมนับเวลาอยู่ตลอดยามที่ปิดเครื่อง

2. การ์ดไอโอ I/O (I/O Card) I/O ย่อมาจาก Input/Output เป็นการ์ดในการควบคุมการทำงานของฟลอปปีไดรฟ์ ฮาร์ดดิสก์ พอร์ตอนุกรม และพอร์ตขนาน

3. การ์ดวิดีโอ (Adapter Card) การ์ดวิดีโอเป็นการ์ดควบคุมการแสดงผลบนจอ โดยจะส่งข้อมูลผ่านสัญญาณเข้าสู่จอ การ์ดวิดีโอนี้จะมีหน่วยความจำวิดีโอของมันเองด้วย ถ้าหน่วยความจำบนการ์ดมากก็จะแสดงสีและความละเอียดได้มาก

4. สลอต (Slot) สลอตเป็นแท่งสี่เหลี่ยมยาววางเป็นแนวบนเมนบอร์ด ซึ่งทำหน้าที่เป็นคอนเน็กเตอร์เชื่อมต่อระหว่างการ์ดเมนบอร์ด การ์ดทุกตัวจะทำงานได้จะต้องเสียบบนสลอตเสมอ

5. รอม (ROM) Read-Only Memory หน่วยความจำอ่านอย่างเดียว เขียนใส่ไม่ได้ รอมนี้จะเก็บข้อมูลถาวรเกี่ยวกับการเซตระบบ ที่เรียกว่า “BIOS” (Basic Input Output System)

6. ชิปพิเศษ (Ship) ช่วยในการประมวลผล

7. ลำโพง ลำโพงทำหน้าที่ขับเสียงสัญญาณของเครื่อง

8. แรม (RAM) เมื่อเปิดเครื่อง แรมก็เริ่มทำงาน โดยระบบปฏิบัติการเช่น MS-DOS จะโหลดโปรแกรมเข้าสู่แรมเพื่อเริ่มต้นทำงาน ทันทีที่ปิดเครื่องข้อมูลในแรมจะหายไปทันที

9. หม้อแปลงไฟ (Power Supply) ไฟฟ้าที่ใช้ในวงจรของเมนบอร์ดใช้ระดับไฟ 5 โวลต์ และ 12 โวลต์ แต่ไฟฟ้าที่บ้านเป็น 220 โวลต์ เพราะฉะนั้นจะต้องมรการแปลงไฟฟ้าเสียก่อน โดยใช้หม้อแปลงไฟฟ้าหรือที่เรียกว่า “เพาเวอร์ซัปพลาย”

10. ฮาร์ดดิสก์ (Hard Disk) เป็นที่เก็บข้อมูลขนาดใหญ่ของระบบ โดยส่วนใหญ่ฮาร์ดดิสก์จะถูกใช้เก็บโปรแกรมระบบปฏิบัติการ โปรแกรมทำงาน และข้อมูลต่าง ๆ เมื่อปิดเครื่องข้อมูลในฮาร์ดดิสก์จะไม่สูญหายไป

11. ซ็อกเกตแรม (Socket RAM) เป็นที่สำหรับใส่แรม เป็นลักษณะเป็นสีเหลี่ยมสีเขียวยาวเป็นแท่ง

12. ฟลอปปีไดรฟ์ มี 2 ขนาดให้คือ 3.5 นิ้ว และ 5.25 นิ้ว ไดรฟ์นี้ทำหน้าที่อ่านและเขียนข้อมูลบนแผ่นฟลอปปีดิสก์

13. ซีพียู (CPU) เป็นหน่วยประมวลผลทำการคำนวณ ต่าง ๆ เกี่ยวกับข้อมูลที่ผู้ใช้ป้อนข้อมูลหรือการเรียกใช้โปรแกรมต่าง ๆ โดยตั้งชื่อรุ่นพีซี เช่น Intel 486 และ Pentium เป็นต้น

14. เมนบอร์ด (Main Board) เป็นแผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์ขนาดใหญ่ที่บรรจุอุปกรณ์ชิ้นส่วนต่าง ๆ แผ่นเมนบอร์ดทำด้วยไฟเบอร์กลาส ลวดลายที่เห็นเป็นลายวงจรนั้นเป็นโลหะทองแดงซึ่งนำ

ไฟฟ้าได้ดี

รูปส่วนประกอบใน Main Board

ส่วนเชื่อมต่ออุปกรณ์ (Port)

1. พอร์ตคีย์บอร์ด พอร์ตรูปทรงกลมนี้ เป็นพอร์ตเอาไว้ต่อกับคีย์บอร์ด

2. พอร์ตขนาน พอร์ตนี้จะสื่อสารแบบขนาน ปกติพอร์ตนี้จะต่อกับเครื่องพิมพ์ พีซีหลายยี่ห้อจะพิมพ์อักษรในพอร์ตนี้ว่า LPT1

3. พอร์ตจอยสติ๊ก พอร์ตนี้เอาไว้ต่อกับคันโยกเล่นเกมส์ หรือที่เรียกกันว่า “จอยสติ๊ก”

4. พอร์ตอนุกรม พอร์ตนี้จะสื่อสารแบบอนุกรมมีอยู่สองพอร์ตซึ่งใช้คอนเน็กเตอร์เสียบต่อต่างกัน พอร์ตนี้ส่วนใหญ่จะต่อกับอุปกรณ์เมาส์ หรือโมเด็มพีซีหลายยี่ห้อจะพิมพ์อักษรในพอร์ตเช่น COM1 และ COM2

5. พอร์ตจอ พอร์ตนี้เอาไว้ต่อกับสายสัญญาณจากจอแสดงผล

6. ปลั๊กเพาเวอร์ ตัวพีซียูจะมีปลั๊กต่อเข้าและต่อออกปลั๊กตัวต่อเข้าจะนำไฟฟ้าไปเลี้ยงแผง

วงจร ส่วนปลั๊กตัวอต่อออกจะนำไฟฟ้าไปเลี้ยงจอ

โมเด็ม (Modem)

โมเด็มเป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่แปลงสัญญาณจาดิจิตอลเป็นอะนาล็อกหรือจากอะนาล็อกเป็นดิจิตอล โดยทั่วไปแล้วโมเด็มจะมีการต่อเข้ากับสายโทรศัพท์แล้วจึงจะต่อเข้าเครื่องคอมพิวเตอร์อีกที โมเด็มที่มีใช้อยู่ในปัจจุบันจะแบ่งออกเป็น 2 ประเภทใหญ่ ๆ คือ

1. โมเด็มที่ต่อแบบภายนอก (External Modem) จะต่ออยู่ภายนอกเครื่องคอมพิวเตอร์

2. โมเด็มที่ต่อแบบภายใน (Internal Modem) จะต่ออยู่ภายในเครื่องคอมพิวเตอร์

การบูตระบบ (Boot System)

OS จะเริ่มทำงานเมื่อมีการเปิดเครื่องคอมพิวเตอร์ หรือที่เรียกว่า การบูตระบบ (Booting the system) ในการบูตระบบนี้จะเป็นการโหลดโอเอสที่เรียกว่า เคอร์เนลที่เก็บอยู่ในหน่วยเก็บข้อมูลสำรองเช่น ดิสก์ เข้าไปเก็บไว้ในหน่วยความจำหลักภายในเครื่อง กระบวนการนี้อาจเรียกได้อีกอย่างว่า การปลุกเครื่อง (Bootstrapping)

กระบวนการบูตเครื่องนี้จะเริ่มจากขั้นตอนที่สรุปได้ดังนี้

1. โปรแกรมตรวจสอบตัวเองหรือ Self-test-Routine ซึ่งเป็นโปรแกรมที่ถูกฝังอยู่ในหน่วยความจำประเภทรอม (ROM) ของเครื่องจะมีการทำงานเป็นโปรแกรมแรกเมื่อเปิดเครื่องขึ้นมา

โดยจะมีการตรวจสอบหน่วยความจำและอุปกรณ์ที่ติดตั้งกับเครื่อง ดังนั้นยิ่งมีหน่วยความจำมากก็จะยิ่งเสียเวลาการตรวจสอบนาน

2. โปรแกรมเล็ก ๆ ทีเรียกว่า ตัวปลุกเครื่อง (Bootstrap loader หรือ boot Routine) ที่เก็บอยู่ในรอม เช่นกัน จะทำการดึงส่วนของเคอร์เนลจากดิสก์เข้าในไปในหน่วยความจำหลัก (RAM) ภายในเครื่อง

3. โปรแกรมควบคุมอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่เป็นมาตรฐานในระบบ หรือ เรียกอีกอย่างว่า ดีไวซ์ไดร์ฟเวอร์ (Device Driver) สำหรับอุปกรณ์มาตราฐานต่าง ๆ เช่น เครื่องพิมพ์ (Printer) แป้นพิมพ์ (Keyboard) จอภาพ (Display) ดิสก์ไดรฟ์ (Disk Drive) เป็นต้น จะถูกโหลดเก็บไว้ในหน่วยความจำหลัด ซึ่งดีไวซ์ไดรฟ์เวอร์เหล่านี้จะถูกเรียกใช้โดยโปรแกรมอื่น ๆ อีกที

4. โอเอส ที่ถูกดโหลดเข้ามาสู่หน่วยความจำหลักจะทำหน้าที่ควบคุมดูแลการทำงานของระบบทั้งหมดต่อไป และจะยังคงอยู่ในหน่วยความจำหลักจนกว่าจะมีการปิดเครื่องคอมพิวเตอร์

ส่วนประกอบของ DOS

ดอสเป็นตัวทำให้เครื่องสามารถทำงานได้ ซึ่งมีส่วนประกอบดังนี้

1. รอมไบออส (ROM-BIOS)

ย่อจาก Read Only Memory Basic Input Output System คือโปรแกรมที่ควบคุมอุปกรณ์

พื้นฐาน ของคอมพิวเตอร์ทั้งหมด โปรแกรมนี้จะถูกเก็บอยู่ในรอมจะไม่เปลี่ยนแปลงไปตามดอสเวอร์ชั่นต่าง ๆ แต่จะเปลี่ยนแปลงไปตามฮาร์ดแวร์ของเครื่องพีซีรุ่นต่าง ๆ แทน นั้นคือจะเป็นส่วนที่ขึ้นกับฮาร์ดแวร์ของเครื่อง ROM BIOS จะไม่สามารถทำการเปลี่ยนแปลงได้ แต่จะเก็บอยู่ในเครื่องตลอด ดังนั้นจึงอาจกล่าวได้ว่า ROM BIOS จะเป็นส่วนหนึ่งของเครื่องมากกว่าที่จะเป็นส่วนหนึ่งของดอส ภายในรอมไบออสจะประกอบด้วยโปรแกรมดังนี้

- โปรแกรมตรวจสอบตัวเองหรือ Self-test-routine

เป็นโปรแกรมที่จะเริ่มทำงานเป็นโปรแกรมแรกเมื่อมีการเปิดเครื่องขั้นมา เครื่องจะทำงานตามโปรแกรมนี้ โดยจะมีการตรวจสอบหน่วยความจำว่ามีขนาดเท่าไร และมีอุปกรณ์ใดบ้างที่มีการติดตั้งอยู่กับเครื่อง

- โปรแกรมเริ่มการทำงานของดอส หรือที่เรียกว่าตัวปลุกเครื่อง (Bootstrapper)

เป็นโปรแกรมที่ควบคุมให้มีการอ่านโปรแกรมบูตเรคอร์ด (Boot Record) ซึ่งอยู่ในแทร็กวงนอกสุดของดิสก์เข้ามา เพื่อให้โปรแกรมบูตเรคอร์ดทำการอ่านส่วนอื่น ๆ ของดอสเข้ามาอีกที

- โปรแกรมควบคุมอุปกรณ์มาตรฐานต่าง ๆ ในระบบ หรือดีไวซ์ไดร์ฟเวอร์

(Device Driver) อุปกรณ์มาตรฐานต่าง ๆ เช่น เครื่องพิมพ์ แป้นพิมพ์ จอภาพ ดิสก์ไดร์ฟ จะมีโปรแกรม ดีไวซ์ไดร์ฟนี้เป็นตัวคบคุมการทำงาน แบะให้ผู้ใช้หรือโปรแกรมใด ๆ สามารถเรียกใช้อุปกรณ์ เหล่านี้ได้

2. บูตเรคอร์ด (Boot Record)

หลังจากที่มีการเปิดเครื่องคอมพิวเตอร์ และโปรแกรมในรอมไบออสได้ตรวจสอบการทำงานของเครื่องพีซีแล้ว ตัวปลุกเครื่องจะทำการอ่านบูตเรคอร์ดจากดิสก์ในตำแหน่งที่มีการระบุไว้ตายตัวเข้ามาไว้ในหน่วยความจำหลัก หลังจากนั้นจะเป็นหน้าที่ของบูตเรคอร์ดที่จะทำการโหลดส่วนอื่น ๆ ของ โอเอสจากแผ่นดิสก์เข้ามาสู่หน่วยความจำ และยกหน้าที่การควบคุมระบบเครื่องทั้งหมดให้กับโอเอส

3. MSDOS.SYS

เป็นไฟล์ที่ซ่อนไว้ในระบบ (Hidden File) ทำหน้าที่เป็นส่วนที่ใช้ในการเข้าถึงโปรแกรมย่อยหรือ

ที่เรียกว่า รูทีน (Routine) ต่าง ๆ ภายในดอส เมื่อผู้ใฃ้หรือโปรแกรมมีการเรียกใช้งานอุปกรณ์ที่เป็นหน่วยนำข้อมูลเข้าหรือออก ตัว MSDOS.SYS จะรับข้อมูลต่าง ๆ จากผู้ใช้หรือโปรแกรมเข้ามาและส่ง คำสั่งไปยัง IO.SYS ซึ่งจะเรียกใช้รูทีนที่ทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของฮาร์ดแวร์ที่เกี่ยวข้องต่อไป

4. IO.SYS

เป็นไฟล์ที่ซ่อนไว้ในระบบเช่นกัน เป็นส่วนที่ทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของอุปกรณ์รอบข้าง

อื่น เช่น เครื่องพิมพ์ แป้นพิมพ์ เป็นต้น

5. COMMAND.COM

จะเป็นตัวแปลคำสั่ง โดยจะรับคำสั่งที่ผู้ใช้ป้อนเข้าไปทางแป้นพิมพ์ แล้วทำการแปลความ

หมายว่าต้องการให้ดอสทำอะไร แล้วจึงส่งต่อให้ MSDOS.SYS อีกทีหนึ่งเพื่อทำงานตามที่ต้องการต่อไป คำสั่งภายใน (Internal Command) ต่าง ๆ ของดอสที่ผู้ใช้สามารถเรียกใช้ได้โดยไม่ต้องอาศัยแผ่นดอสหรือไม่มีอยู่ในฮาร์ดดิสก์ เช่น DIR COPY REN หรือ DEL จะเป็นส่วนที่อยู่ในตัว Command.com ทั้งสิ้น แต่ถ้าเป็นคำสั่ง FORMAT ซึ่งเป็นคำสั่งให้จัดเนื้อที่ในดิสก์ใหม่หรือคำสั่ง CHKDSK ซึ่งเป็นคำสั่งตรวจสอบเนื้อที่ของดิสก์ จะถูกเรียกว่าเป็น คำสั่งภายนอก (External Command) ที่ไม่มีอยู่ใน Command.com แต่จะมีอยู่ในแผ่นดอสที่ใช้บูตระบบ หรือในฮาร์ดดิสก์ ดังนั้นถ้าต้องการเรียกใช้คำสั่งภายนอกเหล่านี้ จำเป็นต้องเรียกจากแผ่นดิสก์หรือฮาร์ดดิสก์เท่านั้น

ระบบบัส (BUS)

บัส (Bus) คือช่องทางในการสื่อสาร อุปกรณ์ต่าง ๆ จะเชื่อมต่อกับโดยผ่านทางกลุ่มของสายสัญญาณ ที่เรียกว่า “บัส” อุปกรณ์ต่าง ๆ จะส่งและ รับสัญญาณผ่านทางกลุ่มสายสัญญาณชุดเดียวกัน ดังรูป

สามารถแบ่งกลุ่มของบัสออกเป็น 3 กลุ่ม คือ

1. บัสข้อมูล (Data Bus) ใช้สำหรับส่งรับข้อมูลภายในหรือหน่วยของระบบคอมพิวเตอร์

2. บัสตำแหน่ง หรือ แอดเดรสบัส (Address Bus) ใช้สำหรับส่งรับตำแหน่งอ้างอิงข้อมูลจากหน่วยความจำ หรือ จากอุปกรณ์ I/O (Input Output)

3. บัสควบคุม (Control Bus) ใช้สำหรับส่งสัญญาณควบคุม การทำงานของระบบคอมพิวเตอร์

ลักษณะการทำงานของระบบบัส

ในระบบคอมพิวเตอร์ที่หน่วยประมวลผลเชื่อมต่อกับอุปกรณ์อื่น ๆ (เช่น Hard disk, CD-Rom,

RAM) ผ่านทางบัส ข้อมูลต่าง ๆ ที่ส่ง/รับกันระหว่างอุปกรณ์ต่าง ๆ นั้นจะส่งรับผ่านทางบัสข้อมูล (ข้อมูลจะเป็นรหัสเลขฐาน 2) ดังนั้นหน่วยประมวลผลจะติดต่อกับหน่วยความจำหรืออุปกรณ์รับและแสดงผลข้อมูลที่ต้องการได้นั้น ทั้งหน่วยความจำ และอุปกรณ์รับหรือแสดงผลข้อมูลทุกอุปกรณ์ จะต้องมีหมายเลขเฉพาะ หมายเลขนี้สำหรับหน่วยความจำก็คือแอดเดรส ส่วนอุปกรณ์อินพุตและอุปกรณ์เอาท์พุตก็มีหมายเลขเฉพาะสำหรับอุปกรณ์หนึ่ง ๆ เช่นเดียวกัน โดยเรียกว่า หมายเลข I/O (I/O Address) เมื่อหน่วยประมวลผลต้องการติดต่อกับหน่วยความจำที่ตำแหน่งใด หรือติดต่อกับอุปกรณ์ใดก็จะส่งแอดเดรสของหน่วยความจำนั้น หรือของอุปกรณ์นั้นมา ในการเลือกว่าหมายเลขแอดเดรสที่

ส่งมาเป็นของหน่วยความจำหรือของอุปกรณ์อินพุตเอาท์ พุต หน่วยประมวลผลจะส่งสัญญาณระบุมาทางสัญญาณในบัสควบคุม

ระบบบัสของฮาร์ดแวร์

ในการติดต่อกับอุปกรณ์ Input/Output (I/O) ในเครื่องคอมพิวเตอร์จะมีหลายระบบบัสด้วยกัน การออกแบบระบบบัสจะต้องให้เหมาะสมกับสถาปัตยกรรมของ CPU เช่น

- ISA BUS (Industrial Standard Architecture Bus) เป็นระบบบัสที่สามารถส่งรับข้อมูลได้ 16 บิต เป็นระบบบัสในเครื่องรุ่น 80286 ที่เหมาะสมที่สุด ISA BUS จะมีสล็อต (Slot) อยู่ 98 ขา

- EISA BUS (Extended Industry Standard Architecture Bus) เป็นระบบบัสที่สามารถ

ส่งรับข้อมูลได้ 32 บิต เหมาะกับเครื่องรุ่น 80386 และ 80486

- VL BUS (VESA Local Bus) เป็นระบบบัสที่สามารถส่งรับข้อมูลได้ทั้งแบบ 16 บิต หรือ

32 บิตก็ได้ ออกแบบมาใช้คู่กับเครื่องรุ่น 80386 เป็นต้นไป มีความเร็วในการส่งผ่านข้อมูล

สูง

- PCI BUS (Peripheral Component Interconnect) เป็นระบบบัสที่สามารถส่งรับข้อมูลได้

ทั้ง 32 และ 64 บิต เหมาะกับเครื่องรุ่น 80486 เป็นต้นไปถึง Pentium

ทรานซิสเตอร์ (Transistor)

ไม่วิวัฒนาการมาจากหลอดสูญญากาศ (Vacuum tube) ซึ่งเป็นอุปกรณ์ของคอมพิวเตอร์ในยุคแรก ๆ มีขนาดใหญ่ คล้ายหลอดไฟแรงเทียนที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน โดยที่ภายในหลอดสูญญากาศจะไม่อากาศอยู่ภายใน ประกอบด้วย ขดลวดพิเศษ สารต่าง ๆ จะเป็นส่วนในการเก็บประจุไฟฟ้าเอาไว้ ซึ่งจะเป็นลักษณะของสัญญาณไฟฟ้า แต่เนื่องจากหลอดสูญญากาศ มีข้อเสียหลายประการ คือ

1. มีขนาดใหญ่ ทำให้เปลื่องเนื้อที่ ขนาดเครื่องคอมพิวเตอร์จึงมีขนาดใหญ่ด้วย

2. ใช้พลังงานไฟฟ้ามาก

3. เกิดความร้อนสูงทำให้การทำงานผิดพลาดง่าย

4. ทำการประมวลผลช้า

หลังจากหลอดสูญญากาศ ได้พัฒนาอุปกรณ์คอมพิวเตอร์มาเป็น ทรานซิสเตอร์(Transistor)

ซึ่งเป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำ (Semi-conductor) ลักษณะเด่นของทรานซิสเตอร์ คือ

1. มีขนาดเล็ก ทำให้ประหยัดเนื้อที่ เครื่องคอมพิวเตอร์มีขนาดเล็กลง

2. ใช้พลังงานไฟฟ้าน้อย

3. ไม่เกิดความร้อนมาก

4. เกิดข้อผิดพลาดของการประมวลผลน้อย

5. ความเร็วในการประมวลผลเร็ว

หลังจากอุปกรณ์ทรานซิสเตอร์ มีการพัฒนามาเป็นอุปกรณ์ วงจรรวม ที่เรียกว่าวงจร “IC” (Integrated Circuit) ซึ่งอุปกรณ์ชนิดนี้ประกอบขึ้นจากแผ่นซิลิกอนบาง ๆ (Silicon Chip) โดยภายในอุปกรณ์ชนิดนี้นำเอาทรานซิสเตอร์หลายร้อยตัวมารวมกันเป็นวงจร ลักษณะเด่นของวงจรไอซี คือ

1. มีขนาดเล็ก ทำให้เครื่องคอมพิวเตอร์มีขนาดเล็กลงด้วย

2. มีความเร็วในการประมวลผลสูงกว่าทรานซิสเตอร์

รูป IC (Integrated Circuit)

หลังจากอุปกรณ์วงจรไอซี ได้พัฒนามาเป็นอุปกรณ์วงจรรวม LSI (Large Scale Integration)

เป็นอุปกรณ์วงจรรวมที่คล้ายกับวงจรไอซี แต่เป็นวงจรรวมที่ใช้เทคนิคพิเศษที่ทำให้จำนวนของวงจรมีมากขึ้นหรือขนาดวงจรเท่าเดิมแต่ตัวทรานซิสเตอร์ภายในเพิ่มมากขึ้น

รูป LSI (Large Scale Integration)

ลักษณะการทำงานของทรานซิสเตอร์

จะทำการเปลี่ยนกระแสไฟฟ้าที่ผ่านมาทางขาของทรานซิสเตอร์จาก กระแสไฟฟ้า + มาเป็นกระแสไฟฟ้า - หรือเปลี่ยนกำลังไฟฟ้าจากต่ำเป็นสูง หรือจากสูงเป็นต่ำ เพื่อให้ค่าที่ออก มาอีกขาหนึ่งของทรานซิสเตอร์มีค่าที่เปลี่ยนไปทำให้เกิดเป็นลักษณะของรหัสข้อมูลขึ้นมา หรือเพื่อทำงานตามที่คอมพิวเตอร์ต้องการก็คือการประมวลผลต่าง ๆ

สัญญาณนาฬิกา (CLOCK)

สัญญาณนาฬิกา (Clock) เป็นตัวควบคุมคาบเวลาในการป้อนสัญญาณเข้าเครื่องคอมพิวเตอร์ แล้วให้ เครื่องคอมพิวเตอร์ประมวลผล โดยที่สัญญาณนาฬิกา จะมี 2 สถานะ คือ 0 และ 1 หรือ 0 Vote และ +5 Vote เป็นลักษณะของการป้อนสัญญาณไฟเข้าเครื่องคอมพิวเตอร์ โดยมีการจ่ายไฟนั้น 2 ขนาด คือ 0 และ ไฟบวก 5 Vote ซึ่งความต่างของการป้อนไฟนี้จะเป็นสัญญาณในการควบคุมให้ CPU ทำงานหากสัญญาณนาฬิกามีความถี่มากในเวลาหนึ่ง ๆ นั้นย่อมทำให้ CPU สามารถทำงานหรือประมวลผลได้มากขึ้นด้วย

สัญญาณไฟฟ้า (Vote)

0 ช่วงเวลา 1 หน่วย

1 2 3 4

รูปแสดง คลื่นสัญญาณไฟฟ้า

สัญญาณไฟฟ้า (Vote)

ช่วงเวลา 1 หน่วย

รูปแสดง สัญญาณดิจิตอล

หน่วยของสัญญาณนาฬิกา

มีหน่วยเป็น เมกะเฮริ์ต (MHz) เช่น 133 MHz, 266 MHz, 450 MHz เป็นต้น เป็นหน่วยความ เร็วของ CPU ที่ขนาดสัญญาณนาฬิกาต่าง ๆ

สถาปัตยกรรมของระบบไมโครโปรเซสเซอร์ตระกูล 80x86

ความเป็นมา

ซีพียูถูกพัฒนาให้อยู่ในรูปไมโครชิบที่เรียกว่าไมโครโพรเซสเซอร์ ไมโครโพรเซสเซอร์จึงเป็นหัวใจหลักของระบบคอมพิวเตอร์ตั้งแต่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ถึงไมโครคอมพิวเตอร์ ล้วนแล้วแต่ใช้ไมโครชิปเป็นซีพียูหลัก ในเมนเฟรมคอมพิวเตอร์ เช่น ES9000 ของบริษัทไอบีเอ็มก็ใช้ไมโครชิปเป็นซีพียู แต่อาจจะมีมากกว่าหนึ่งชิปประกอบรวมเป็นซีพียู

เทคโนโลยีไมโครโพรเซสเซอร์ได้พัฒนาอย่างรวดเร็ว โดยเริ่มจากปี พ.ศ. 2518 บริษัทอินเทลได้พัฒนาไมโครโพรเซสเซอร์ที่เป็นที่รู้จักกันดีคือ ไมโครโพรเซสเซอร์เบอร์ 8080 ซึ่งเป็นซีพียูขนาด 8 บิต ซีพียูรุ่นนี้จะรับข้อมูลเข้ามาประมวลผลด้วยตัวเลขฐานสองครั้งละ 8 บิต และทำงานภายใต้ระบบปฎิบัติการซีพีเอ็ม (CP/M) ต่อมาบริษัทแอปเปิ้ลก็เลือกซีพียู 6502 ของบริษัทมอสเทคมาผลิตเป็นเครื่องแอปเปิ้ลทู ได้รับความนิยมเป็นอย่างมากในยุคนั้น

เครื่องไมโครคอมพิวเตอร์ในประเทศไทยส่วนมากเป็นคอมพิวเตอร์ที่ใช้ซีพียูของตระกูลอินเทลที่พัฒนามาจาก 8088 8086 80286 80386 80486 และเพนเทียม ตามลำดับ

การพัฒนาซีพียูตระกูลนี้เริ่มจาก ซีพียูเบอร์ 8088 ต่อมาประมาณปี พ.ศ. 2524 มีการพัฒนาเป็นซีพียูแบบ 16 บิต ที่มีการรับข้อมูลจากภายนอกทีละ 8 บิต แต่การประมวลผลบวกลบคูณหารภายในจะกระทำทีละ 16 บิต บริษัทไอบีเอ็มเลือกซีพียูตัวนี้เพราะอุปกรณ์ประกอบอื่น ๆ ในสมัยนั้นยังเป็นระบบ 8 บิต คอมพิวเตอร์รุ่นซีพียู 8088 แบบ 16 บิตนี้เรียกว่า พีซี และเป็นพีซีรุ่นแรก

ขีดความสามารถของซีพียูที่จะต้องพิจารณา นอกจากขีดความสามารถในการประมวลผลภายใน การับส่งข้อมูลระหว่างซีพียูกับอุปกรณ์ภายนอกแล้ว ยังต้องพิจารณาขีดความสามารถในการเข้าไปเขียนอ่านในหน่วยความจำด้วย ซีพียู 8088 สามารถเขียนอ่านในหน่วยความจำได้สูงสุดเพียง 1 เมกะไบต์ (ประมาณหนึ่งล้านไบต์) ซึ่งถือว่ามากในขณะนั้น ความเร็วของการทำงานของซีพียูขึ้นอยู่กับการให้จังหวะที่เรียกว่า สัญญาณนาฬิกาซีพียู 8088 ถูกกำหนดจังหวะด้วยสัญญาณนาฬิกาที่มีความเร็ว 4.77 ล้านรอบใบ 1 วินาทีหรือที่เรียกว่า 4.77 เมกะเฮิรตซ์ (MHz) ซึ่งปัจจุบันถูกพัฒนาให้เร็วขึ้นเป็นลำดับ

ไมโครคอมพิวเตอร์รุ่นพีซีได้รับการพัฒนาเพิ่มเติมฮาร์ดดิสก์ลงไปและปรับปรุงซอฟต์แวร์ระบบและเรียกชื่อรุ่นว่า พีซีเอ็กซ์ที (PC-XT)

ในพ.ศ. 2527 ไอบีเอ็มเสนอไมโครคอมพิวเตอร์รุ่นใหม่ที่ทำงานได้ดีกว่าเดิม โดยใช้ชื่อรุ่นว่า พีซีเอที (PC-AT) คอมพิวเตอร์รุ่นนี้ใช้ซีพียูเบอร์ 80286 ทำงานที่ความเร็วสูงขึ้นคือ 6 เมกะเฮิรตซ์

การทำงานของซีพียู 80286 ดีกว่าเดิมมาก เพราะรับส่งข้อมูลกับอุปกรณ์ภายในเป็นแบบ 16 บิตเต็มการประมวลผลก็เป็นแบบ 16 บิต ทำงานด้วยความเร็วของจังหวะสัญญาณนาฬิกาสูงกว่า และยังติดต่อเขียนอ่านกับหน่วยความจำได้มากกว่า คือ ติดต่อได้สูงสุด 16 เมกะไบต์ หรือ 16 เท่าของคอมพิวเตอร์รุ่นพีซี

พัฒนาการของเครื่องพีซีเอทีทำให้ผู้ผลิตอื่นออกแบบเครื่องคอมพิวเตอร์ตามอย่างไอบีเอ็มโดยเพิ่มขีดความสามารถเฉพาะของตนเองเข้าไปอีก เช่น ใช้สัญญาณนาฬิกาสูงเป็น 8 เมกะเฮริตซ์ 10 เมกะเฮิรตซ์ จนถึง 16 เมกะเฮิรตซ์ ไมโครคอมพิวเตอร์บนรากฐานของพีซีเอทีจึงมีผู้ใช้กันทั่วโลก ยุคนี้จึงเป็นยุคที่ไมโครคอมพิวเตอร์แพร่หลายอย่างเต็มที่

ในพ.ศ. 2529 บริษัทอินเทลประกาศตัวซีพียูรุ่นใหม่ คือ 80386 หลายบริษัทรวมทั้งบริษัทไอบีเอ็มเร่งพัฒนาโดยนำเอาซีพียู 80386 มาเป็นซีพียูหลักของระบบ ซีพียู 80386 เพิ่มเติมขีดความสามารถอีกมาก เช่น รับส่งข้อมูลครั้งละ 32 บิต ประมวลผลครั้งละ 32 บิต ติอต่อกับหน่วยความจำได้มากถึง 4 จิกะไบต์ (1 จิกะไบต์เท่ากับ 1024 บ้านไบต์) จังหวะสัญญาณนาฬิกาเพิ่มได้สูงถึง 33 เมกะเฮิรตซ์ ขีดความสามารถสูงกว่าพีซีรุ่นเดิมมาก

ใน พ.ศ. 2530 บริษัทไอบีเอ็มเริ่มประกาศขายไมโครคอมพิวเตอร์รุ่นใหม่ที่ชื่อว่า พีเอสทู (PS/2) โดยมีโครงสร้างทางฮาร์ดแวร์ของระบบแตกต่างออกไปโดยเฉพาะระบบเส้นทางส่งถ่ายข้อมูลภายใน (bus) ผลปรากฎว่า เครื่องคอมพิวเตอร์รุ่น 80386 ไม่เป็นที่นิยมมากนัก ทั้งนี้เพราะยุคเริ่มต้นของเครื่องคอมพิวเตอร์ 80386 มีราคาแพงมาก ดังนั้นในพ.ศ. 2531 อินเทลต้องเอาใจลูกค้าในกลุ่มเอทีเดิม คือลดขีดความสามารถของ 80386 ลงให้เหลือเพียง 80386SX

ซีพียู 80386SX ใช้กับโครงสร้างเครื่องพีซีเอทีเดิมได้พอดีโดยแทบไม่ต้องดัดแปลงอะไร ทั้งนี้เพราะโครงสร้างภายในซีพียูเป็นแบบ 80386 แต่โครงสร้างการติดต่อกับอุปกรณ์ภายนอกใช้เส้นทางเพียงแค่ 16 บิต ไมโครคอมพิวเตอร์ 80386SX จึงเป็นที่นิยมเพราะมีราคาถูกและสามารถทดแทนเครื่องคอมพิวเตอร์รุ่นพีซีเอทีได้

ซีพียู 80486 เป็นพัฒนาการของอินเทลใน พ.ศ. 2532 และเริ่มใช้กับเครื่องไมโครคอมพิวเตอร์ในปีต่อมา ความจริงแล้วซีพียู 80486 ไม่มีข้อเด่นอะไรมากนัก เพียงแต่ใช้เทคโนโลยีการรวมชิป 80387 เข้ากับซีพียู 80386 ซึ่งชิป 80387 เป็นหน่วยคำนวณทางคณิตศาสตร์ และรวมเอาส่วนจัดการหน่วยความจำเข้าไว้ในชิป ทำให้การทำงานโดยรวมรวดเร็วขึ้นอีก

ในพ.ศ. 2535 อินเทลได้ผลิตซีพียูตัวใหม่ที่มีขีดความสามารถสูงขึ้น ชื่อว่า เพนเทียม การผลิตไมโครคอมพิวเตอร์จึงได้เปลี่ยนมาใช้ซีพียูเพนเทียม ซึ่งเป็นซีพียูที่มีขีดความสามารถเชิงคำนวณสูงกว่าซีพียู 80486 มีความซับซ้อนกว่าเดิม และใช้ระบบการส่งถ่ายข้อมูลได้ถึง 64 บิต

การพัฒนาทางด้านซีพียูเป็นไปอย่างต่อเนื่อง ไมโครโพรเซสเซอร์รุ่นใหม่จะมีโครงสร้างที่ซับซ้อนยิ่งขึ้น ใช้งานได้ดีมากขึ้น และจะเป็นซีพียูในรุ่นที่ 6 ของบริษัทอินเทล โดยมีชื่อว่า เพนเทียมทู

รูป ซีพีอยู่รุ่นต่าง ๆ