View
2
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
1 ระบบคอมพวเตอร
สาราญ วานนท | คอมพวเตอรธรกจ
แผนการสอนหนวยท 4 ระบบคอมพวเตอร
จะกลาวถงความรดานโครงสรางพนฐานของระบบคอมพวเตอร (Structure of Computer System) โดยสวนประกอบหลกของโครงสรางพนฐานคอมพวเตอรจะประกอบดวย หนวยประมวลผลกลาง หนวยความจา หนวยอนพตและเอาตพต รวมไปถงการกลาวถงหนาทการทางานของเครองคอมพวเตอร (Function of Computer) และกระบวนการขดจงหวะของเครองคอมพวเตอรหรออนเทอรรพท (Interrupt) อนเปนกระบวนการทสาคญทชวยเพมประสทธภาพในการทางานของระบบคอมพวเตอรใหมประสทธภาพสงยงขน
วตถประสงค เมอศกษาหนวยท 4 จบแลวนกศกษาสามารถ
1. เพออธบายไดวาโครงสรางพนฐานของระบบคอมพวเตอรประกอบดวยอะไรบาง
2. เพอเขาใจหนาทการทางานของเครองคอมพวเตอรเปนอยางไร
3. เพอเขาใจและอธบายหลกการขดจงหวะของคอมพวเตอรวามกระบวนการเปนอยางไร
กจกรรมการเรยน 1. อานแผนการสอนประจาหนวยท 4
2. ศกษาเนอหาและฝกปฏบตตาม
3. ศกษาเพมเตมจากเอกสารอนหรอสอเสรมออนไลน (ถาม)
4. ทากจกรรมใบงานทกาหนดไวในเอกสารคาสอน
2 1109002 แพลตฟอรมคอมพวเตอร
สาราญ วานนท | คอมพวเตอรธรกจ
หนวยท 4 ระบบคอมพวเตอร
1. โครงสรางพนฐานของระบบคอมพวเตอร (Structure of Computer System) 1.1 โครงสรางเครองคอมพวเตอรตนแบบ คอมพวเตอรในปจจบนมแนวคดจากเครองคอมพวเตอรในสมยกอนทชอวา ไอเอเอส (Institute for Advanced Studies : IAS) ในประเทศสหรฐอเมรกา มแนวคดจาก จอหน ฟอน นอยมนน (John Von Neumann) ซง มลกษณะการทางานจะเปนแบบโปรแกรมคอมพวเตอรถกเกบไว (Stored-Program Computer) คอเปนการทางานตามคาสงหรอโปรแกรมทมนษยคดไว กระบวนการปอนและแกไขคาสงสาหรบเครองคอมพวเตอรยคแรก ๆ เปนเรองทยงยากมาก ดงนนจงมกระบวนการทเหมาะสมคอ เอาคาสงจากการอานมาเกบไวในหนวยความจา และทาการเปลยนแปลงหรอแกไขโปรแกรมกสามารถทาไดโดยการเปลยนคาทเกบอยในหนวยความจา
รปท 4.1 โครงสรางคอมพวเตอรจากแนวคดของ จอหน ฟอน นอยมนน
(ทมา William Stallings, 2003, 18)
โครงสรางแบบไอเอเอส (IAS) เปนเครองคอมพวเตอรตนแบบ ประกอบดวย
หนวยความจาหลก เปนทเกบขอมลหรอคาสงทคอมพวเตอร โดยแยกเปนหนวยความจาหลกซง หนาทตดตอกบซพยโดยตรง หนวยประมวลผลกลาง (CPU) ซงประกอบดวย
1) หนวยประมวลผลทางคณตศาสตรและตรรกะ (ALU) ซงเปนหนวยคานวณทางคณตศาสตรและตรรกะ
2) หนวยควบคมซงเปนหนวยประมวลผลคาสงตาง ๆ ทาหนาทดงชดคาสงหรอขอมลตาง ๆ นามาประมวลผล ถาหากมการคานวณกจะสงขอมลไปยงหนวยประมวลผลทางคณตศาสตรและตรรกะเพอทาการคานวณ
อปกรณอนพต เอาตพต เปนอปกรณภายนอกตาง ๆ เชนอปกรณบนทกขอมล
Main
Memory
(M)
I/O
Equipment
(I, O)
Arithmetic Logic Unit
(CA)
Program Control Unit
(CC)
Central Processing Unit (CPU)
3 ระบบคอมพวเตอร
สาราญ วานนท | คอมพวเตอรธรกจ
หนวยความจาหลกประกอบดวยหนวยบนทกขอมลจานวน 1,000 หนวยหรอตาแหนง บางครงเรยกวาคา (Word) โดยชดขอมลและคาสงจะถกเกบไวในหนวยความจาแตละหนวยนนเอง แตละตาแหนงจะใช 40 บตในการเกบขอมลตาง ๆ ดงตวอยางตามรปท 4.2 จะประกอบดวยบตเครองหมาย 1 บต และบตอน ๆ อก 39 บตคาสงแตละชดคาสงอาจจะประกอบดวยคาสงขนาด 20 บตจานวน 2 ตว (ชดคาสงดานซาย 20 บต และชดคาสงดานขวาจานวน 20 บต) โดยแตละคาสงจะมรหสคาสง (opcode) ขนาด 8 บตและจะมตวบอกตาแหนงขอมลอก 12 บต ทเหลอ (ซงสามารถอางได 1000 ตาแหนง ตงแตตาแหนงท 0 ถงตาแหนงท 999)
รปท 4.2 โครงสรางการจดเกบขอมลของหนวยความจาเครองคอมพวเตอร ไอเอเอส (IAS)
(ทมา William Stallings, 2003, 19)
โครงสรางภายในหนวยประมวลผลกลางจะมหนวยควบคม หนวยคานวณทางคณตศาสตรและตรรกะ และจะมกลมเรจสเตอร (Register) ตาง ๆ
รปท 4.3 ภาพระดบบนสดของโครงสรางภายในเครองคอมพวเตอร ไอเอเอส (IAS)
ALU
Control Unit
Register
4 1109002 แพลตฟอรมคอมพวเตอร
สาราญ วานนท | คอมพวเตอรธรกจ
เรจสเตอรบพเฟอรหนวยความจา (Memory Buffer Register : MBR) เกบขอมลชวคราวจากหนวยความจาหลก มาไวหนวยความจาชวคราวในหนวยประมวลผลกลางหรอเกบขอมลชวคราวเพอเตรยมจะนาไปบนทกลงในหนวยความจาหลกหรออปกรณอนพต เอาตพตตาง ๆ
เรจสเตอรเลขทอยหนวยความจา (Memory Address Register: MAR) เกบขอมลทเปนตวชตาแหนงในหนวยความจา (เกบทอยของขอมลทจะถกอานหรอบนทกเขามาทเรจสเตอรบพเฟอรหนวยความจา (MBR))
เรจสเตอรคาสงเครอง (Instruction Register: IR) ประกอบดวย 8 บตเกบชดคาสงทจะทาการประมวลผล (Executed)
เรจสเตอรบฟเฟอรคาสงเครอง (Instruction Buffer Register: IBR) ทาหนาทจดเกบคาสง 20 บตทางฝงขวาของแตละคาเพอรอการประมวลผล (เกบขอมลชวคราว)
เรจสเตอรตวนบระบตาแหนงคาสง (Program Counter: PC) เกบตาแหนงถดไปในหนวยความจา หรอเปนตาแหนงของชดคาสงถดไปในหนวยความจา
เรจสเตอรเอซ (Accumulator: AC) และ เรจสเตอรเอมคว (Multiplier Quotient: MQ) เปนตวเกบขอมลกอนไปประมวลผลหรอเกบผลลพธ หลงการประมวลผลทหนวยคานวณทางคณตศาสตรและตรรกะ
รปท 4.4 โครงสรางภายในเครองคอมพวเตอร ไอเอเอส (IAS)
(ทมา http://www.doc.ic.ac.uk/~eedwards/compsys/cpu/ คนคน 5 ตลาคม 2559)
5 ระบบคอมพวเตอร
สาราญ วานนท | คอมพวเตอรธรกจ
หนวยควบคมจะทาหนาทอานคาสงทอยในหนวยความจามาประมวลผลทละ 1 ชดคาสง (Fetch Cycle) ซงจะทาตงแตคาสงแรกจนถงคาสงสดทาย ตวอยางของการทางานดงเชน 1) หนวยควบคมจะทาการอานชดคาสงทถกชโดยเรจสเตอรเลขทอยหนวยความจา (MAR) มาเกบไวทเรจสเตอรบพเฟอรหนวยความจา (MBR) 2) จะสงชดคาสงดานขวาไปเกบไวทเรจสเตอรบพเฟอรคาสงเครอง (IBR) ใหรอจนกวาจะทาการประมวลผลชดคาสงดานซายเสรจจงจะดาเนนการตอไป 3) สงขอมลชดคาสงดานซายทเปนโคดคาสง (Operation Code) ขนาด 8 บตไปทเรจสเตอรคาสงเครอง (IR) เพอทาการประมวลผลของชดคาสงวาใหทาอะไร 4) ถามการกระทาของชดคาสงในการประมวลผลทางคณตศาสตรหนวยควบคมกจะสงสญญาณควบคมไปทการทางานของหนวยคานวณโดยผลลพธทไดจะถกจดเกบไวทเรจสเตอรเอซ (AC) และเรจสเตอรเอมคว (MQ) ในการทางานแตละชดคาสงจะเกดคาสงยอยจานวนมาก เชน คาสงในการบวก ลบ คณ หาร ขอมลเพมเตม http://www.doc.ic.ac.uk/~eedwards/compsys/cpu/ ศกษาการทางาน
1.2 โครงสรางเครองคอมพวเตอรในยคปจจบน จากโครงสรางตนแบบไดกลายเปนจดเรมตนในการใชคอมพวเตอรในปจจบน ซงจะมการทางานทมลกษณะเหมอนกบการทางานของสมองมนษย ถงอยางไรกตามคอมพวเตอรยงคงมขอจากดทคอมพวเตอรไมสามารถทางานไดเชมนษย ตวอยางเชนความสามารถในการเขาใจภาษามนษย (Natural Language Processing: NLP) ความสามารถในการหาเหตผลประกอบการตดสนใจ การรบรจกลกษณะตาง ๆ เชน รป รส กลน เสยง แตกถอวายงอยในชวงการวจยเพอพฒนาใหมประสทธภาพทสามารถทางานไดใกลเคยงกบมนษยหรอสามารถทางานไดดกวามนษยในทกสถานะการทางาน
รปท 4.5 โครงสรางเครองคอมพวเตอรในยคปจจบน
หนวยประมวลผลกลาง (CPU) หนวยประมวลผลกลางจะมสวนประกอบทสาคญไดแก หนวยคานวณทางคณตศาสตรและตรรกะ หนวยควบคม และเรจสเตอร
6 1109002 แพลตฟอรมคอมพวเตอร
สาราญ วานนท | คอมพวเตอรธรกจ
รปท 4.6 โครงสรางของหนวยประมวลผลกลาง
เรจสเตอร (Register) คอหนวยความจาชวคราวทอยภายในหนวยประมวลผลกลาง ในระหวางการประมวลผลในการทางานของหนวยประมวลผลกลางไมตองเสยเวลาสงขอมลตาง ๆ ไปเกบในหนวยความจา แตจะเกบทเรจสเตอรแทน ซงอยในหนวยประมวลผลกลางเองทาใหการโอนยายขอมลไดรวดเรวยงกวาการโอนยายขอมลไปทหนวยความจา เนองจากวงจรเรจสเตอรสรางขนดวยวงจร ฟลปฟลอป (Flip-Flop) ตดตอกนโดยตรงกบหนวยอน ในหนวย CPU ดงนนในการออกแบบหนวยประมวลผลกลางจงมกจะมการวางเรจสเตอรไวอยางเพยงพอสาหรบงานตาง ๆ ซงแบงออกไดสองชนดคอ
1) เรจสเตอรทผใชสามารถควบคมได (User-Visible Register) เปนเรจสเตอรสาหรบใชงานเปนทพกขอมลชวคราวในระหวางการทางานของหนวยประมวลผลกลาง ผเขยนโปรแกรมสามารถใชคาสงสงงาน เขยนหรอานขอมลกบเรจสเตอรไดโดยตรงเพอเพมความเรวของโปรแกรม ประเภทนยงสามารถแบงออกไดอกเปน
1.1 เรจสเตอรใชงานทวไป (General-Purpose Registers) คอเรจสเตอรทใชงานทวไปสามารถทางานไดหลายอยาง เชนใชเกบตวเลขระหวางการคานวณ
1.2 เรจสเตอรขอมล (Data Registers) คอเรจสเตอรทใชสาหรบเกบขอมล
1.3 เรจสเตอรเลขทอย (Address Register) คอเรจสเตอรทใชเกบขอมลสาหรบใชในการคานวณหาทอยของขอมลทอยในหนวยความจา เชนเรจสเตอรเซกเมนต (Segment Register) เรจสเตอรดรรชน (Index Register) เรจสเตอรกองซอน (Stack Register) และเรจสเตอรฐาน (Base Register)
1.4 เรจสเตอรรหสเงอนไข (Condition Code Register) เปนเรจสเตอรทใชในการควบคมการทางาน โดยแตละบตในเรจสเตอรนจะใชบงบอกสถานะในระหวางการคานวณตาง ๆ เชน บวก (Positive) ลบ (Negative) ศนย (Zero) ตวบงชสวนลน (Overflow Flag) และเทากบ (Equal)
2) เรจสเตอรควบคมและสถานะ (Control and Status Register) เปนเรจสเตอรเกบคาตาง ๆ ทใชควบคมการทางานของหนวยประมวลผลกลางสวนใหญจะไมใหสงงานจากโปรแกรมโดยตรง เชน
7 ระบบคอมพวเตอร
สาราญ วานนท | คอมพวเตอรธรกจ
2.1 ตวนบระบตาแหนงคาสง (Program Counter: PC) ใชสาหรบเกบทอยของชดคาสงถดไปทหนวยประมวลผลกลางจะตองนามาประมวลผล
2.2 เรจสเตอรคาสงเครอง (Instruction Register: IR) ใชเกบสวนตวการดาเนนการ (Opcode) ของคาสงเพอนาไปถอดรหสหรอตความหมายเพอทางานตอไป
2.3 เร จสเตอรเลขทอ ยหนวยความจา (Memory Address Register: MAR) ใ ช เ กบ ทอ ยของหนวยความจาทจะใชงาน
2.4 เรจสเตอรบพเฟอรหนวยความจา (Memory Buffer Register: MBR) ใชสาหรบพกขอมลชวคราวเพอทจะสงไปเขยนหรออานไปยงอปกรณอน ๆ
2.5 เรจสเตอรคาสถานะโปรแกรม (Program Status Word: PSW) ใชสาหรบบงบอกสถานะการทางานของหนวยตาง ๆ
หนวยคานวณทางคณตศาสตรและตรรกะ (Arithmetic and Logic Unit) หนวยคานวณและตรรกะ ทาหนาทคานวณทางคณตศาสตร (Arithmetic operations) และการคานวณทางตรรกศาสตร (Logical operations) โดยปฏ บ ตการเกยวกบการคานวณไดแก การบวก (Addition) ลบ (Subtraction) คณ (Multiplication) หาร (Division) สาหรบการ คานวณทาง ตรรกศาสตร ประกอบดวย การเปรยบเทยบคาจรง หรอเทจ สวนใหญจะออกแบบไวเฉพาะวงจรบวกเลขฐานสองและวงจรเรจสเตอรแบบเลอน (Shift Register) และ ตวสะสม (Accumulator) เพอใหทาการบวกเลขไดเทานน สวนการคณ หารกจะใชวธการบวกแทน สาหรบการคานวณทยงยากกวาน เชนการยกกาลง การถอดราก กจะใชวธการทางซอฟตแวรโดยการเขยนโปรแกรมไวเปนซบรทน
หนวยควบคม (Control Unit) ทาหนาทตความหมาย แปลความหมาย หรอเปลยนแตละชดคาสงทรบเขามาใหเปนลาดบขนของสญญาณควบคมเพอสงไปยงสวนตาง ๆ ของคอมพวเตอรใหทางานเพอใหเสรจสนตามความตองการของแตละชดคาสง
หนวยความจา (Memory) หนวยความจาคอ อปกรณเกบสถานะขอมลและชดคาสง เพอการประมวลผลของคอมพวเตอรหนวยความจาแบงไดเปนสองประเภทใหญ ๆ คอ หนวยความจาถาวร และ หนวยความจาชวคราว ตวอยางของหนวยความจาถาวรกเชน หนวยความจาแบบแฟลช และหนวยความจาพวกรอม ตวอยางของหนวยความจาชวคราวกคอพวกหนวยความจาหลก เชน DRAM (แรมชนดทนยมใชในปจจบน) และแคชของซพยซงทางานไดรวดเรวมาก (ปกตเปนแบบ SRAM ซงเรวกวา กนไฟนอยกวา แตมความจตอพนทนอยกวา DRAM[1]) หนวยอนพต เอาตพต (Input / Output)
เปนหนวยททาหนาทรบการตดตอจากอปกรณภายนอกเขาสระบบและจากภายในออกสอปกรณภายนอก หนวยนจะเปนหนวยควบคมการตดตอกบอปกรณภายนอกตาง ๆ
8 1109002 แพลตฟอรมคอมพวเตอร
สาราญ วานนท | คอมพวเตอรธรกจ
หนวยเสนทางการเชอมตอขอมล (Data Path)
เปนเสนทางของการตดตอสอสารกนระหวางอปกรณ เปนทรวมของสายสญญาณสาหรบการสอสารระหวางหนวยตาง ๆ ในคอมพวเตอร โดยแบงตามลกษณะของสญญาณไดแก
1) บสขอมล (Data Bus) สาหรบสงผานขอมลระหวางหนวยตาง ๆ
2) บสทอย (Address Bus) สาหรบระบตาแหนงในหนวยความจาทจะใชทางานหรอระบอปกรณทจะใหทางาน
3) บสควบคม (Control Bus) สาหรบสงสญญาณควบคม เพอสงงานหนวยตาง ๆ ใหทางาน เชนสงสญญาณการอาน (Read) การเขยน (Write) การขดจงหวะ (Interrupt) 2. หนาทการทางานของเครองคอมพวเตอร (Function of Computer) หนาทการทางานของเครองคอมพวเตอรคอการประมวลผลของชดคาสงหรอโปรแกรมทถกเขยนขนมา โดยมหนวยประมวลผลกลางเปนสวนททาหนาทในการประมวลผล ขนตอนของคาสงหรอโปรแกรม โดยนาโปรแกรมนนไปเกบในรปแบบของไฟลในดสก คอมพวเตอรกอานโปรแกรมไปเกบไวในหนวยความจาเพอใหหนวยประมวลผลกลาง มาอานคาสงไปทางานทละคาสง โดยเรมจากคาสงแรกไปจนจบคาสงสดทาย
ในการประมวลผลคาสงทละ 1 วงรอบของการทางานจะประกอบดวยกระบวนการหลก 2 กระบวนการ
1) การดงชดคาสง (Instruction Fetch) หนวยประมวลผลกลางจะตองดงคาสงทจะถกประมวลผลจากหนวยความจามาเกบไวในหนวยประมวลผลกลางเพอทจะประมวลผล
2) การประมวลผลคาสง (Instruction Fetch) เมอชดคาสงและขอมลตาง ๆ พรอมอยในหนวยประมวลผลกลางแลว กจะทาการประมวลผลคาสงเพอใหไดผลลพธตามชดคาสง
รปท 4.7 วงรอบคาสง
ทมา (William Stallings, 2003, 54)
การดงคาสงจะกระทาซาแบบวนรอบไปเรอย ๆ จนกวาจะจบโปรแกรมของชดคาสง ขนตอนการดงชดคาสงตามแสดงรปท 4.8
9 ระบบคอมพวเตอร
สาราญ วานนท | คอมพวเตอรธรกจ
รปท 4.8 การทางานของการดงชดคาสง
หนวยประมวลผลกลางจะเรมดงคาสงจากตาแหนงทอยใน เรจสเตอรตวนบระบตาแหนงคาสง (PC) จากนน PC กจะเพมคาขนไปอกตาแหนง เชนถาเรมทตาแหนงท 10 หลงจากดงคาสงแลว PC จะเปน 11 เปนตน ลาดบคาสงอาจเปลยนแปลงไดถามคาสงกระโดด
ชดคาสงถกดงเขามาเกบไวทเรจสเตอรบพเฟอรหนวยความจา (MBR) และจะสงชดคาสงไปยงเรจสเตอรคาสงเครอง (IR) คาสงจะประกอบดวยบตตาง ๆทกาหนดใหหนวยประมวลผลกลางทางาน
การกระทาการ (Execute) ชดคาสงคอการประมวลผลชดคาสงโดยหนวยประมวลผลกลางจะนาชดคาสงทอยในเรจสเตอรคาสงเครอง (IR) ไปประมวลผลแปลความหมายและทางานตามคาสงนน การกระทาการแบงเปนกลมตาง ๆ ดงน
1) หนวยประมวลผลกลางและหนวยความจา (Processor-Memory) การเคลอนยายขอมลจากหนวยประมวลผลกลางไปหนวยความจา หรอจากหนวยความจาไปหนวยประมวลผลกลาง
2) หนวยประมวลผลกลางและอนพต เอาตพต (Processor-Input/Output) การเคลอนยายขอมลจระหวางหนวยประมวลผลกลางกบอปกรณอนพต เอาตพต
3) การประมวลผลขอมล (Data Processing) ประมวลผลขอมลหรอการคานวณทางคณตศาสตรและตรรกะ
4) การควบคม (Control) การควบคมลาดบของการประมวลผลหรออปกรณตาง ๆ
CPU Memory
PC
MRB IR
Execute
Instruction
Instruction
DATA
DATA
Control Signal
10 1109002 แพลตฟอรมคอมพวเตอร
สาราญ วานนท | คอมพวเตอรธรกจ
แผนภาพสถานะ หรอสเตทไดอะแกรม (State Diagram) เพอแสดงสวนการทางานในสวนยอยของวงรอบคาสง
รปท 4.9 แผนภาพสถานะวงรอบคาสง
ทมา (William Stallings, 2003, 57)
1) Instruction Address Calculation (IAC) คานวณตาแหนงของคาสง ทจะถกนามาประมวลผลโดยบางระบบจะเปนการบวกคาทละ 1 เชนตาแหนง 10, 11, 12 เปนตน
2) Instruction Fetch (IF) การดงชดคาสงจากหนวยความจามายงหนวยประมวลผล
3) Instruction Operation Decoding (IOD) การถอดรหสคาสง เปนการแปลความหมายของชดคาสง
4) Operand Address Calculation (OAC) คานวณตาแหนงของตวถกกระทาหรอโอเปอแรนด (Operand)
5) Operation Fetch (OF) การดงตวถกกระทามาเกบไวยงหนวยประมวลผล เชนการดงขอมลทจะเปนตวถกกระทาจากหนวยความจามาไวยงหนวยประมวลผล
6) Data Operation (DO) การทางานกบขอมลนาเอามาประมวลผลตามชดคาสง
7) Operand Store (OS) การจดเกบขอมลตวถกกระทา จดเกบขอมลทไดจากการประมวลผลตาง ๆ ไวทหนวยความจาหรอ I/O
จากรปจะเหนวาดานบนจะเกยวของกบการแลกเปลยนขอมลระหวางหนวยประมวลผลกบหนวยความจาหรอ อนพต เอาตพต สวนดานลางเกยวกบการประมวลผลภายในหนวยประมวลผลเอง
หลกการทางานของการประมวลผลชดคาสงหรอโปรแกรมคอมพวเตอร เพอใหเหนภาพทชดเจนถงหลกการประมวลผลชดคาสงวามกระบวนการอยางไรบาง
1) รปแบบชดคาส ง (Instruction format) ประกอบดวย 16 บตโดย 4 บตแรกเปนรหสดาเนนการ (Operation Code: OpCode) ทเหลอ 12 เปนตาแหนงทอย (Address)
11 ระบบคอมพวเตอร
สาราญ วานนท | คอมพวเตอรธรกจ
2) เรจสเตอรทใชประกอบไปดวย
-Program Counter (PC) = ตาแหนงทอยของคาสงเครอง (Address of instruction)
-Instruction Register (IR) = เรจสเตอรทใชเกบชดคาสงทจะถกดาเนนการ (Instruction Being Executed)
-Accumulator (AC) = เรจสเตอรชวคราวทใชสาหรบการคานวณ (Temporary Storage)
3) หนาทของชดคาสง (Partial List of Operation Codes)
-0001 = Load AC from Memory : เอาขอมลจากหนวยความจามาเกบไวทเรจสเตอรเอซ (AC)
-0010 = Store AC to Memory : เอาขอมลจากเรจสเตอรเอซ (AC) ไปเกบไวทหนวยความจา
-0101 = Add to AC from Memory : ทาการบวกเลขระหวางคาทอยในเรจสเตอรเอซ (AC) กบคาทอยในหนวยความจาทตาแหนงทถกระบไวในชดคาสงแลวเกบผลลพธทไดไวทเรจสเตอรเอซ (AC)
4) ชดคาสงและขอมลในหนวยความจาประกอบดวย (Instruction and Data)
CPU Memory
PC
IR
Execute
Instruction
Instruction
DATA
DATA
Control Signal
AC
12 1109002 แพลตฟอรมคอมพวเตอร
สาราญ วานนท | คอมพวเตอรธรกจ
รปท 4.10 ตวอยางการประมวลผลโปรแกรม
ทมา (William Stallings, 2003, 56)
จากรปท 4.10 ตวอยางการประมวลผลโปรแกรมจะมการทางานดงน
ขนตอนท 1 คาสงถกเกบไวในตาแหนงหนวยความจาท 300 และรจสเตอร PC กจะเกบคา 300 เชนเดยวกน ดงนนการทาขนตอนนจงเปนการดงคาสงในตาแหนงทระบใน PC คอตาแหนง 300 ในหนวยความจามาลง IR ซงใน IR จะไดชดคาสง 1940 เลขฐาน 16 ซงประกอบดวยตวเลขฐาน 2 ทงหมด 16 บตในสวน 4 บตแรกเปนรหสดาเนนการ เพอบงบอกวาเปนชดคาสงทใชทาอะไรสวน 12 บตทเหลอจะเปนตาแหนงขอมล เมอดงคาสงมาเกบไวแลวคาใน PC กจะชไปยงชดคาสงถดไปเพอเตรยมชดคาสงถดไปทจะนามาประมวลผล
ขนตอนท 2 คาสงใน IR มทงหมด 16 บต ใน 4 บตแรกจะออปโคด คาสง 0001 คอ คาสงโหลดขอมลจากหนวยความจาเขารจสเตอร AC สาหรบ 12 บตหลงเปนตาแหนงหนวยความจา 940H ทเกบขอมลทออปโคดตองการ ดงนน 0003H จงถกโหลดลงไปใน AC
ขนตอนท 3 คาใน PC จะเพมขนอกเปน 301H ดงนนคาสงตอไปในตาแหนง 302H จงถก ดงเขารจสเตอร IR
ขนตอนท 4 ทาการแปลความหมายของชดคาสงทดงมาคอ 5941 ออปโคด 5H คอ 0101 ใหทาการบวกคาในรจสเตอร AC กบขอมลในตาแหนง 941H และเกบผลลพธใน AC
ขนตอนท 5 คาใน PC จะเพมขนอกเปน 302H ดงนนคาสงตอไปในตาแหนง 302H จงถกดงเขารจสเตอร IR
ขนตอนท 6 ทาการแปลความหมายชดคาสง 2941 โดย 2 คอ 0010 นาคาใน AC ไปเกบในตาแหนงหนวยความจาท 941H
13 ระบบคอมพวเตอร
สาราญ วานนท | คอมพวเตอรธรกจ
3. อนเทอรรพทหรอขดจงหวะ (Interrupt) คอการจดการททาใหคอมพวเตอรหยดพกงานทกาลงกระทาอยตอนนนชวคราวแลวสบเปลยนไปทางานอนซงขนอยกบเหตการณทเปนสาเหตใหเกดการอนเทอรรพท หนวยประมวลผลกลางของเครองคอมพวเตอร สามารถหยดพกการทางานหนงไวในขณะททาการประมวลผลงานอนทแทรกเขามา เมอมอนเทอรรพทเกดขน ขอมลทเกยวกบการทางานของหนวยประมวลผลกลางจะสามารถกลบมาทางานทจดเดมตอไปไดอยางถกตอง จงถอวาสแตกเปนสวนทจาเปนทขาดไมไดในการทางานทมอนเทอรรพท
การอนเทอรรพทจะชวยในการประมวลผลใหมประสทธภาพมากขน เชน เมอมอปกรณจากภายนอกททางานชากวาหนวยประมวลผล สมมตวาเรามการสงขอมลไปยงเครองพมพ หนวยประมวลผลจะตองหยดรอจนกระทงเครองพมพทางานเสรจ เวลาทตองสญเสยการรอคอยน อาจจะสามารถทางานไดเปนรอยๆพนๆคาสง ชนดของการอนเทอรรพทมอยหลากหลายดงเชน
1. โปรแกรม (Program) ขณะทคอมพวเตอรทาการประมวลผลโปรแกรม อาจเกดการผดพลาดขน
2. ตวกาเนดเวลา (Timer) คอสญญาณนาฬกาภายในเครองพซ ซงใชในการควบคมจงหวะการทางาน จะสงอนเทอรรพทไปยงโปรเซสเซอรตลอดเวลาวนาทละหลายสบครง
3. อนพต/เอาทพต (Input/Output) เกดจากแผงควบคมอนพต/เอาทพต ขณะจะใชงานปกต สงสญญาณอนเทอรรพทเขามา เปนการขออนญาตหรอเกดจากความผดปกตของอนพต/เอาทพตกจะมสญญาณอนเทอรรพทเขามาเชนกน
4. ฮารดแวร (Hardware Failure) เกดจากความขดของหรอลมเหลวของฮารดแวร หรอเกดจากพารตของแรมผดพลาด แตละหมายเลขทใชงานจะมโปรแกรมควบคม วาเมอไหรจะใชอนเทอรรพทหมายเลขใด โปรแกรมนมชอเรยกวา ตวจดการอนเทอรรพท ตาแหนงของตวจดการอนเทอรรพทแตละตวจะถกเกบไวในตารางพเศษทอยตอนตนของหนวยความจาเมอมอนเทอรรพทเกดขนกจะใชหมายเลขอนเทอรรพทหาตวจดการ อนเทอรรพททเหมาะสมจากตารางเพอใชในการทางานตอไปกอนทตวจดการทวาวนจะเรมทางาน กจะมการเกบขอมลของงานทกาลงทาคางอยกอนแลวจงเปลยนไปทางานตามทเกดอนเทอรรพทขน
รปท 4.11 การควบคมผานการอนเทอรรพท
ทมา (William Stallings, 2003, 61)
14 1109002 แพลตฟอรมคอมพวเตอร
สาราญ วานนท | คอมพวเตอรธรกจ
รปท 4.12 ตวอยางการทางานแบบทไมมการอนเทอรรพทและมการอนเทอรรพท
ทมา (William Stallings, 2003, 60)
รปท 4.13 แผนภาพวงรอบคาสงทเพมการตรวจสอบการอนเทอรรพท
ทมา (William Stallings, 2003, 61)
15 ระบบคอมพวเตอร
สาราญ วานนท | คอมพวเตอรธรกจ
รปท 4.14 แผนภาพยอยวงรอบคาสงทเพมการตรวจสอบการอนเทอรรพท
ทมา (William Stallings, 2003, 65)
ในการทางานของระบบคอมพวเตอรทเพมการอนเทอรรพท หนวยประมวลผลกลางจะทาการตรวจสอบสญญาณอนเทอรรพท ถาไมมสญญาณอนเทอรรพทเกดขนกจะดงชดคาสงตอไปมาประมวลผลตอ แตถามสญญาณหนวยประมวลผลกลางจะหยดการทางานของชดคาสงในขณะนนและบนทกขอมลตาง ๆ ลงในหนวยความจา จากนนกจะกาหนดคาตวนบระบตาแหนงคาสง (PC) ใหชไปยงตาแหนงของชดคาสงเรมตนของโปรแกรมในสวนของอนเทอรรพท เมอกระบวนการโปรแกรมของชดคาสงอนเทอรรพทเรยบรอยแลวกจะกลบมากระทาในสวนของโปรแกรมตอจากจดทไดหยดประมวลผลไวกอนหนานน
16 1109002 แพลตฟอรมคอมพวเตอร
สาราญ วานนท | คอมพวเตอรธรกจ
ใบงานทายหนวย 1. จากรปการประมวลผลคาสงใหเตมคาตาง ๆ ทหายไป พรอมอธบายขนตอนการทางานทงหมด
โดยกาหนดให วงกลม 1 มคาตวเลขเปน 4 และวงกลม 2 มคาตวเลขเปน 5
17 ระบบคอมพวเตอร
สาราญ วานนท | คอมพวเตอรธรกจ
เอกสารอางอง กรช สมกนธา. (2555). ระบบคอมพวเตอรและสถาปตยกรรม. มหาวทยาลยราชภฏมหาสารคาม :
มหาสารคาม.
สมชาย หอมขา. (2552). ระบบคอมพวเตอรและสถาปตยกรรม. มหาวทยาลยราชภฏธนบร :
กรงเทพมหานคร.
Recommended