ไมโครโพรเซสเซอร์

ไมโครโพรเซสเซอร์ (อังกฤษ: Microprocessor) หมายถึง ชิป (Chip) ที่ใช้ในหน่วยประมวลผลกลางของเครื่องไมโครคอมพิวเตอร์ เราสามารถแบ่งไมโครโพรเซสเซอร์ตามสถาปัตยกรรมได้เป็น 2 ชนิด คือ RISC (Reduced Instruction Set Computer) คือ ไมโครโพรเซสเซอร์ที่มีคำสั่งน้อย แต่คำสั่งทำงานได้เร็ว เริ่มต้นพัฒนาด้วยความร่วมมือของ ไอบีเอ็ม, มหาวิทยาลัยแสตนฟอร์ด และ มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียที่เบอร์คเลย์ ในยุคคริสต์ทศวรรษ 1970 ไมโครโพรเซสเซอร์ที่ได้ คือ IBM 801, Stanford MIPS และ Berkeley RISC 1 และ 2 ไมโครโพรเซสเซอร์ชนิดนี้ในยุคต่อมาได้แก่ SPARC ของ ซัน ไมโครซิสเต็มส์ และ PowerPC ของ โมโตโรล่า

1. CISC (Complex Instruction Set Computer) เป็นสถาป้ตยกรรมของไมโครโพรเซสเซอร์ที่มีคำสั่งมากกว่าและซับซ้อนกว่า ได้แก่ ไมโครโพรเซสเซอร์ x86, Pentium และ Celeron ของ Intel และ ไมโครโพรเซสเซอร์จากบริษัทเอเอ็มดี (AMD)

ไมโครโพรเซสเซอร์ที่รู้จักกันดีก็ได้แก่ ยี่ห้อ Motorola 68030, 68040 ที่ใช้กับเครื่องแมคอินทอชรุ่นเก่าของบริษัทแอปเปิล ส่วนที่ใช้กับเครื่องพีซี ได้แก่ Intel i486, Intel Pentium, Intel Celeron, AMD Athlon, AMD Sempron เป็นต้น

โครงสร้าง แบบ RISC มีการทำงานที่เร็วกว่า CISC มาก โดยมากแล้วจะใช้ เพียง 1-2 machine cycle เท่านั้น ในอนาคตมีแนวโน้นที่จะเป็นไปใช้แบบ RISC แต่ ที่ยังใช้โครงสร้างแบบ CISC อยู่นั้นเพราะ ว่าถ้าเปลี่ยนเป็นแบบ RISC แล้ว โปรแกรมที่มีอยู่เดิมจะใช้งานไม่ได้ทันที หรือ ต้องการใช้ก็ต้องเป็นการจำลองการทำงานบนโครงสร้างที่ต่างออกไป ทำให้ประสิทธิลดต่ำลง ในจาก Microprocessor แล้วยังมีอุปกรณ์อีกชนิดหนึ่ง คือ Microcontroller ซึ่ง Microcontroller ก็คือ Microprocessor ที่รวมอุปกรณ์อื่นๆเข้าไปด้วย เช่น หน่วยความจำ(RAM), DMA, UART, Watch Dog, RTC, USB, I/O, etc. กล่าวคือเราสามารถนำ Microcontroller ไปใช้งานโดยต่ออุปกรณ์ภายนอกเพียงเล็กเท่านั้น ซึ่งต่างจาก Microcontroller ที่ต้องต่ออุปกรณ์อื่นเป็นจำนวนมาก Microcontroller มีมากมายหลายตระกูล เช่น แบบCISC มี MCS-51, 68HCxx, Z80, เป็นต้น แบบ RISC มี PIC, AVR, ARM เป็นต้น โดยเฉพาะในตระกูล ARM มาแรงมากในปัจจุบัน เนื่องจากมี โครงสร้างแบบ RISC 16/32 bit,64 bit มีผู้ผลิตมากมายหลายเจ้า ARM ยังนิยมนำไปใช้ ใน อุปกรณ์มือถือระดับสูง เครื่องคอมพิวเตอร์พกพา(PDA) มี OS รองรับหลายรุ่น เช่น Windwos CE เป็นต้น

รอม

รอม (ROM: Read-only Memory หน่วยความจำอ่านอย่างเดียว) เป็นหน่วยความจำแบบสารกึ่งตัวนำชั่วคราวชนิดอ่านได้อย่างเดียว ใช้เป็นสื่อบันทึกในคอมพิวเตอร์ เพราะไม่สามารถบันทึกซ้ำได้ (อย่างง่ายๆ) เป็นหน่วยความจำที่มีซอฟต์แวร์หรือข้อมูลอยู่แล้ว และพร้อมที่จะนำมาต่อกับไมโครโพรเซสเซอร์ได้ โดยตรง หน่วยความจำประเภทนี้แม้ไม่มีไฟเลี้ยงต่ออยู่ ข้อมูลก็จะไม่หายไปจากหน่วยความจำ (nonvolatile) โดยทั่วไปจะใช้เก็บข้อมูลที่ไม่ต้องมีการแก้ไขอีกแล้วเช่น

• เก็บโปรแกรมไบออส (Basic Input output System : BIOS) หรือเฟิร์มแวร์ ที่ควบคุมการทำงานของคอมพิวเตอร์
• ใช้เก็บโปรแกรมการทำงานสำหรับเครื่องคิดเลข
• ใช้เก็บโปรแกรมของคอมพิวเตอร์ที่ทำงานเฉพาะด้าน เช่น ในรถยนต์ที่ใช้ระบบคอมพิวเตอร์ควบคุมวงจร ควบคุมในเครื่องซักผ้า เป็นต้น

หน่วยความจำประเภท ROM นี้ยังแบ่งออกเป็นประเภทย่อยๆ ตามลักษณะการใช้งานได้หลายประเภท สำหรับเทคโนโลยีในการผลิตตัวไอซีที่ทำหน้าที่เป็น ROM มีทั้งแบบ MOS และแบบไบโพลาร์

ชนิดของ ROM

Mask ROM

หน่วยความจำประเภทนี้ ข้อมูลทั้งหมดที่อยู่ภายในจะถูกโปรแกรมมาจากโรงงานตั้งแต่ขั้นตอนการผลิตไอ ซี เราจะใช้ ROM ชนิดนี้ เมื่อข้อมูลนั้นไม่มีการเปลี่ยนแปลง และเหมาะสำหรับงานที่ผลิตครั้งละมากๆ ผู้ใช้ไม่สามารถ เปลี่ยนแปลงข้อมูลภายใน ROM ได้ ROM ประเภทนี้มีทั้งแบบไบโพลาร์และแบบ MOS

PROM (Programmable ROM)

จากไอซี ROM แบบแรกการโปรแกรมข้อมูลจะต้องโปรแกรมมาจากโรงงาน และต้องผลิตจำนวนมากจึงจะคุ้มค่ากับต้นทุนในการผลิต อีกทั้งโรงงานผู้ผลิตไอซีจะรู้ข้อมูลที่เก็บอยู่ด้วย สำหรับระบบดิจิตอลหรือคอมพิวเตอร์ที่ผลิตออกมาจำนวนไม่มากและต้องการใช้ หน่วยความจำ ROM สามารถนำหน่วยความจำ ROM มาโปรมแกรมเองได้ โดยหน่วยความจำนี้จะเรียกว่า PROM ( Programmable Read Only Memory ) หน่วยความจำประเภทนี้ เซ

ลล์เก็บข้อมูลแต่ละเซลล์จะมีฟิวส์ ( fused ) ต่ออยู่ เป็นหน่วยความจำที่ข้อมูลที่ต้องการโปรแกรมจะถูกโปรแกรมโดยผู้ใช้เอง โดยป้อนพัลส์แรงดันสูง ( HIGH VOLTAGE PULSED ) ไอซี PROM ที่ยังไม่ถูกโปรแกรมนั้น ข้อมูลทุกเซลล์หรือทุกบิตจะมีค่าเท่ากันหมด คือ มีลอจิกเป็น 1 แต่เมื่อได้มีการโปรแกรมโดยป้อนแรงดันไฟสูงๆเข้าไปจะทำให้เซลล์บางเซลล์ ฟิวส์ขาดไป ทำให้ตำแหน่งที่เซลล์นั้นต่ออยู่มีลอจิกเป็น 0 เมื่อ PROM ถูกโปรแกรมแล้ว ข้อมูลภายใน จะไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้อีก เนื่องจากฟิวส์ที่ขาดไปแล้วมาสามารถต่อได้ หน่วยความจำชนิดนี้ จะใช้ในงานที่ใช้ความเร็วสูง ซึ่งความเร็วสูงกว่า หน่วยความจำที่โปรแกรมได้ชนิดอื่นๆ

EPROM (Erasable Programmable ROM)

หน่วยความจำประเภท EPROM เป็นหน่วยความจำประเภท PROM ที่สามารถลบข้อมูลหรือโปรแกรมข้อมูลใหม่ได้ เหมาะสำหรับงานสร้า

งวงจรต้นแบบที่อาจต้องมีการแก้ไขโปรแกรมหรือข้อมูลใหม่ ข้อมูลจะถูกโปรแกรม โดยผู้ใช้โดยการให้สัญญาณ ที่มีแรงดันสูง ( HIGH VOLTAGE SIGNAL ) ผ่านเข้าไปในตัว EPROM ซึ่งเป็นวิธีเดียวกับที่ใช้ใน PROM หน่วยความจำประเภทนี้มี 2 ประเภท คือ ประเภทที่ลบข้อมูลด้วยรังสีอัลตราไวโอเลต หรือที่เรียกกันว่า UV PROM ส่วนอีกประเภทหนึ่งเป็นหน่วยความจำที่ลบข้อมูลด้วยไฟฟ้า เรียกว่า EEPROM ย่อมาจาก Electrical Erasable PROM

หน่วยความจำประเภท UV PROM การโปรแกรมทำได้โดยการป้อนค่าแรงดันไฟฟ้าที่เหมาะสมเข้าไป และข้อมูลจะถูกบันทึกไว้ตลอดไป สำหรับการลบข้อมูลทำได้ด้วยการฉายแสงอัลตราไวโอเลตเข้าไปในตัว ไอซี โดยผ่านทางช่องใสที่ทำด้วยผลึกควอตซ์ที่อยู่บนตัวไอซี เมื่อฉายแสงครู่หนึ่ง ( ประมาณ 5 - 10 นาที ) ข้อมูลที่อยู่ภายในก็จะถูกลบทิ้ง ซึ่งช่วงเวลาที่ฉายแสงนี้สามารถดูได้จากข้อมูลที่กำหนด ( DATA SHEET ) มากับตัว EPROM

หน่วยความจำประเภท EEPROM แม้ว่าจะลบและโปรแกรมข้อมูลได้ด้วยกระแสไฟฟ้าซึ่งสะดวกในการใช้งาน แต่ความเร็วในการอ่าน และเขียนข้อมูลจะไม่เร็วเท่าที่ควร

การอ่านขนาดความจุจาก Data Sheet

จากรูป แสดงให้เห็นส่วนประกอบพื้นฐานของ ROM ซึ่งจะมีสัญญาณต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับ ROM และทุกชิปที่อยู่ใน ROM มักมีการจัดแบ่งแยกหน้าที่เสมอ เช่น ขาแอดเดรสของ ROM เป็นอินพุต ส่วนขาข้อมูลจะเป็นเอาต์พุต โดยหลักการแล้วขาข้อมูลจะต่อเข้ากับบัสข้อมูลซึ่งเป็นบัส 2 ทาง ลักษณะโครงสร้างภายในของข้อมูลในหน่วยความจำสามารถดูได้จาก Data Sheet ของ ROM นั้นๆ เช่น ROM ที่ระบุเป็น 1024 8 หรือ 4096 8 ตัวเลขชุดแรก (1024,4096) จะบอกถึงจำนวนตำแหน่งที่ใช้เก็บข้อมูลภายใน ส่วนตัวเลขชุดที่สอง ( 8,8 ) จะเป็นตัวบอกถึงจำนวนบิตของข้อมูลแบบขนานที่อ่านจาก ROM ในก ารที่จะกำหนดจำนวนเส้นของบัสแอดเดรสที่ใช้กับ ROM จะสามารถรู้ได้จาก 2 ยกกำลัง x = จำนวนแอดเดรสที่อ้างถึง เช่น 2 ยกกำลัง x = 4096 จะได้ x = 12 ซึ่งก็คือ จำนวนเส้นบัสแอดเดรสนั่นเอง

การอ่านข้อมูลจาก ROM

1. CPU จะส่งแอดเดรสไปให้ ROM แอดเดรสดังกล่าวจะปรากฏ เป็นแอดเดรสที่ต้องการอ่าน ใน ROMโดยข้อมูลจะถูกอ่านออกมาเพียงครั้งละ 1 ไบต์เท่านั้น
2. CPU จะต้องให้ช่วงเวลาของการส่งแอดเดรสยาวนานพอประมาณ ( Wait State ) เรียกว่า Access Time โดยปกติแล้วจะต้องใช้เวลาประมาณ 100 - 300 นาโนวินาที ซึ่งขึ้นอยู่กับชนิดของ ROM ซึ่ง ROM จะใช้เวลานั้นในการถอดรหัสแอดเดรส ของข้อมูลที่ต้องการจะอ่านออกมาที่เอาต์พุตของ ROM ซึ่งถ้าใช้เวลาเร็วกว่านั้น ROM จะตอบสนองไม่ทัน
3. CPU จะส่งสัญญาณไปทำการเลือก ROM เรียกว่า สัญญาณ CS (Chip Select) เพื่อบอกว่าต้องการเลือก ROM ซึ่งเป็นการส่งสัญญาณเพื่อยืนยันการเลือกชิปนั่นเอง
4. ข้อมูลจะผ่านออกทางขาข้อมูลชั่วขณะจังหวะการเลือกชิป และเมื่อขาการเลือกชิปไม่แอคทีฟ ข้อมูลก็จะเข้าสู่ภาวะที่มีอิมพีแดนซ์สูง

ฟลอปปีดิสก์

แผ่นดิสก์แบบอ่อน หรือ ฟลอปปีดิสก์ (floppy disk) หรือที่นิยมเรียกว่า แผ่นดิสก์ หรือ ดิสเกตต์ (diskette) เป็นอุปกรณ์เก็บข้อมูล ที่อาศัยหลักการเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็ก โดยทั่วไปมีลักษณะบางกลมและบรรจุอยู่ในแผ่นพลาสติกสี่เหลี่ยม คอมพิวเตอร์สามารถอ่านและเขียนข้อมูลลงบนฟลอปปีดิสก์ ผ่านทางฟลอปปีดิสก์ไดร์ฟ (floppy disk drive)

ประวัติ

แผ่นดิสก์ยุคแรก มีขนาด 8 นิ้ว สร้างขึ้นในปี ค.ศ. 1971 เพื่อใช้กับเครื่อง System/370 ของบริษัทไอบีเอ็ม (IBM) สร้างโดย เดวิด โนเบิล ในทีมงานของ อะลัน ซูการ์ต ซึ่งต่อมา ซูการ์ตแยกตัวออกไปตั้งบริษัททำวิจัยเกี่ยวกับหน่วยความจำ ชื่อบริษัทซูการ์ต ในปี ค.ศ. 1973 แต่เพียงหนึ่งปีต่อมา บริษัทก็ขาดทุนและซูการ์ตก็ถูกไล่ออกจากบริษัทตัวเอง

นักวิจัยของบริษัทซูการ์ต ชื่อ จิม แอดคิสสัน ได้รับการติดต่อจาก An Wang เพื่อให้ลดขนาดแผ่นดิสก์ให้เล็กลง การติดต่อเกิดขึ้นที่บาร์ในบอสตัน และขนาดแผ่นดิสก์ใหม่ที่คุยกันคือขนาดเท่ากระดาษเช็ดมือในร้าน ซึ่งมีขนาด 5¼ นิ้ว ต่อมาไม่นาน บริษัทซูการ์ต ก็ผลิตแผ่นดิสก์ขนาดนี้ได้และได้รับความนิยม ในตอนแรก แผ่นมีความจุ 110 KB ต่อมา บริษัท Tandon พัฒนาให้ความจุสูงขึ้น โดยใช้วิธีเก็บข้อมูลสองหน้า (double density) ทำให้สามารถเก็บได้ 360 KB

แผ่นดิสก์เป็นที่นิยมในท้องตลาดอย่างสูง ทำให้หลายๆ บริษัททุ่มทุนวิจัยทางด้านนี้. ในปี ค.ศ. 1984 บริษัทแอปเปิล ผลิตเครื่องที่ใช้แผ่นดิสก์ขนาด 3½ นิ้วของบริษัทโซนี่ และผลักดันให้แผ่น 3½ นิ้ว เป็นมาตรฐานในวงการอุตสาหกรรมของอเมริกา ความจุเริ่มแรกของแผ่นดิสก์ขนาด 3½ นิ้ว คือ 360 KB สำหรับหน้าเดียว (single density) และ 720 KB สำหรับสองหน้า และต่อมาก็สามารถเพิ่มความจุเป็น 1.44 MB โดยการเพิ่มความจุต่อหน้า (high-density) ต่อมา ในต้นคริสต์ศตวรรษที่ 19 ก็พบวิธีทำให้มีความจุเป็น 2.88 MB (extended-density) โดยการเปลี่ยนวิธีการเคลือบแผ่น แต่รุ่นสุดท้ายนี้ไม่ได้รับความนิยม เพราะเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ในขณะนั้น ต้องการความจุที่สูงกว่านี้ แผ่นดิสก์จึงถูกแทนที่ด้วยหน่วยจัดเก็บข้อมูลแบบอื่นไป เช่น ซีดีรอม และ ดีวีดีรอม

คีย์บอร์ด (คอมพิวเตอร์)

คียบอร์ด หรือ แป้นพิมพ์ (ศัพท์บัญญัติใช้ว่า แผงแป้นอักขระ) เป็นอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ที่ทุกเครื่องจำเป็นต้องมี โดยปกติมักจะมีลักษณะเป็นสี่เหลี่ยมผืนผ้าหรือใกล้เคียง มีแป้นต่างๆ ประมาณร้อยแป้นอยู่บนคีย์บอร์ด (ขึ้นอยู่กับผังแป้นพิมพ์) ซึ่งถอดแบบมาจากเครื่องพิมพ์ดีด ออกแบบมาเพื่อใช้สำหรับรับข้อมูลที่เป็นตัวอักขระ แล้วทำการเปลี่ยนเป็นรหัส 7 หรือ 8 บิต จากนั้นจึงส่งให้คอมพิวเตอร์ประมวลผล หรือใช้ควบคุมฟังก์ชันการทำงานบางอย่างของคอมพิวเตอร์ และเพื่อให้การป้อนข้อมูลที่เป็นอักขระและตัวเลขทำได้ง่ายและสะดวกขึ้น คีย์บอร์ดจึงแยกแผงที่เป็นแป้นอักขระกับแป้นตัวเลขแยกไว้ต่างหาก

ประวัติ

คีย์บอร์ดของไมโครคอมพิวเตอร์ตระกูล IBM ในรุ่นแรกๆ ประมาณปี ค.ศ. 1981 จะมีแป้นทั้งหมด 83 แป้น ซึ่งมีชื่อเรียกว่า คีย์บอร์ด PC-X และในปี ค.ศ. 1984 ก็ได้พัฒนาแป้นพิมพ์เพิ่มขึ้นเป็น 84 แป้นพิมพ์มีชื่อเรียกว่า คีย์บอร์ด PC-AT ต่อจากนั้นก็ได้พัฒนาขึ้นมาเรื่อยๆ ตามความต้องการของผู้ใช้เรียกว่า คีย์บอร์ด AT และพัฒนามาเป็นรุ่น PS/2 โดยมีแป้นพิมพ์เพิ่มขึ้นอีก 17 แป้นพิมพ์รวมแล้วก็เป็น 101 แป้นพิมพ์