หลายคนคงเคยได้ยินคำว่า ไมโครโพรเซสเซอร์ วันนี้เรามาทำความรู้จักกับ ไมโครโพรเซสเซอร์ (microprocessor) และหากจะพูดถึง ไมโครโพรเซสเซอร์ ให้เข้าใจได้ง่ายแบบสั้นๆมันก็คือ ชิปที่ใช้เป็นหน่วยประมวลผลกลางของเครื่องไมโครคอมพิวเตอร์
โดยการจำแนกปรเภทพของ microprocessor อาจแบ่งได้ 2 อย่างด้วยกันคือ
Reduced Instruction Set Computer
RISC (Reduced Instruction Set Computer) คือ ไมโครโพรเซสเซอร์ที่มีคำสั่งน้อย แต่คำสั่งทำงานได้เร็ว เริ่มต้นพัฒนาด้วยความร่วมมือของ ไอบีเอ็ม มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด และ มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ ในยุคคริสต์ทศวรรษ 1970 ไมโครโพรเซสเซอร์ที่ได้ คือ IBM 801, Stanford MIPS และ Berkeley RISC 1 และ 2 ไมโครโพรเซสเซอร์ชนิดนี้ในยุคต่อมาได้แก่ SPARC ของ ซัน ไมโครซิสเต็มส์ และ PowerPC ของ โมโตโรล่า
Complex Instruction Set Computer
CISC (Complex Instruction Set Computer) เป็นสถาป้ตยกรรมของไมโครโพรเซสเซอร์ที่มีคำสั่งมากกว่าและซับซ้อนกว่า ได้แก่ ไมโครโพรเซสเซอร์ x86 เพนเทียมและเซเลรอนของอินเทลและ ไมโครโพรเซสเซอร์จากบริษัทเอเอ็มดี (AMD)
นอกจาก Microprocessor แล้วยังมีอุปกรณ์อีกชนิดหนึ่ง คือ Microcontroller ซึ่ง Microcontroller ก็คือ Microprocessor ที่รวมอุปกรณ์อื่นๆเข้าไปด้วย เช่น หน่วยความจำ (RAM), DMA, UART, Watch Dog, RTC, USB, I/O, etc. กล่าวคือเราสามารถนำ Microcontroller ไปใช้งานโดยต่ออุปกรณ์ภายนอกเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ซึ่งต่างจาก Microprocessor 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 Windows CE เป็นต้น
ประวัติ ไมโครโพรเซสเซอร์ (microprocessor)
ไมโคร โปรเซสเซอร์ กำเนิด ขึ้น มา ใน ช่วง ต้น ทศ วรรษ ที่ 1970 โดย เกิด จาก การ นำ เทคโนโลยี 2 อย่าง มา พัฒนา ร่วม กัน ซึ่ง ก็ คือ เทคโนโลยี ทางด้านดิจิตอลคอมพิวเตอร์ และ เทคโนโลยี ทางดัานโซ ลิดสเตต (solidstate)ดิจิตอลคอมพิวเตอร์ จะ ทำ งาน ตาม โปรแกรม ที่ เรา ป้อน เข้า ไป โดย โปรแกรม เป็น ตัว บอก คอมพิวเตอ ร ์ ว่า จะ ทำ การ เคลื่อน ย้าย และ ประมวล ผล ข้อ มูล อย่าง ไร การ ที่ มัน จะ ทำ งาน ได้ นั้น ก็ ต้อง มี วง จร คำนวณ หน่วย ความ จำ และ อุปกรณ์ อินพุต/เอาต์พุต (input/output) เป็นส่วน ประกอบ ซึ่ง รูป แบบ ใน การ นำ สิ่ง ที่ กล่าว มา นี้ รวม เข้า ด้วย กัน เรา เรียก ว่า สถาปัตยกรรม (architecture)ไมโคร
โปรเซสเซอร์ มี สถาปัตยกรรม คล้ายกับดิจิตอลคอมพิวเตอร์ หรือ พูด อีก นัย หนึ่ง ได้ ว่า ไมโคร โปรเซสเซอร์ ก็ เหมือนกับดิจิตอลคอมพิวเตอร์ เพราะ สิ่ง ทั้ง สอง นี้ ทำ งาน ภาย ใต้ การค วบคุม ของ โปรแกรม เหมือน กัน ฉะนั้น การ ศึกษา ประวัติ ความ เป็น มา ของดิจิตอลคอมพิวเตอร์ จะ ช่วย ให้ เ เรา เข้า ใจ การ ทำ งาน ของ ไมโคร โปรเซสเซอร์ และ การ ศึกษา ประวัติ ความเป็นา มา ของ วง จร โซ ลิดสเตตก็ จะ ช่วย ให้ เรา เข้า ใจ ไมโคร โปรเซสเซอร์ มาก ยิ่ง ขึ้น เพราะ ไมโคร โปรเซสเซ อร ์ก็ คือ วง จร โซ ลิดสเตตนั่น เอง
ช่วง สงคราม โลก ครั้ง ที่ 2 ดิจิตอลคอมพิวเตอร์ ได้ ถูก พัฒนา ขึ้น เพื่อ ใช้ งาน ทางก้าน การ ทหาร ใน ช่วง กลาง ทศ วรรษ ที่ 1940ดิจิตอลคอมพิวเตอร์ ถูก พัฒนา ขึ้น เพื่อ ใช้ งาน ใน ด้าน วิทยา ศาสตร์ และ ธุรกิจ ใน ช่วง สงคราม นี้ ได้ มี การ ศึกษา การ ทำ งาน ของดิจิตอลคอมพิวเตอร์ ที่ มี ความ เร็ว สูง (มี ชื่อ ว่า วง จร แบบพัลส์ (pulse circuit) ที่ ใช้ ใน เรดาร์) ทำ ให้ เรา เข้า ใจดิจิตอลคอมพิวเตอร์ มาก ขึ้น ภาย หลัง สงคราม ได้ มี การ ค้น คว้า เกี่ยวกับคูณ สมบัติ ทางกาย ภาย ของ โซ ลิดสเตตอ ย่าง มาก จน กระ ทั่ง ใน ปี ค.ศ . 1948 นัก วิทยา ศาสตร์ ที่ ห้องเบลล์แล็บ (Bell laboratory) ได้ ประดิษฐ์ ทรานซิสเตอร์ ที่ ทำ จาก โซ ลิดสเตต
ดิจิตอลคอมพิวเตอร์ ตัว หนึ่ง ๆ จะ มี วง จร ต่าง ๆ อยู่ มาก มาย ใน ช่วง แรก วง จร ต่าง ๆจะ สร้าง ขึ้น จาก หลอด สูญญากาศ จึง ทำ ให้ดิจิตอลคอมพิวเตอร์ ใน ช่วง แรก ๆมี ขนาด ใหญ่ และ เนื่อง จาก หลอด สูญญากาศ นี้ เมื่อ ใช้ งาน นานๆจะ ร้อน ดัง นั้น เรา จึง ต้อง ติด ตั้ง ระบบ ระบาย ความ ร้อน เข้า ไป ด้วย ดิจิตอลคอมพิวเตอร์ ที่ ใช้ หลอด สูญญากาศ นี้ มัก เชื่อ ถือ ไม่ ค่อย ได้ เมื่อ เทียบกับมาตร ฐาน ของ คอมพิวเตอร์ ใน ปัจจุบัน การ ใช้ หลอด สูญญากาศ นี้ เป็น ส่วน ประกอบ ของดิจิตอลคอมพิวเตอร์ ทำ ให้ดิจิตอลคอมพิวเตอร์ ช่วง แรก มี ราคา แพง และ ยาก ต่อ การ ดู แล รักษา ข้อ เสีย ต่าง ๆ ของ หลอด สูญญากาศ นี้ ทำ ให้ เรา พัฒนาดิจิตอลคอมพิวเตอร์ ใน ช่วง แรง ไป ได้ ช้า มาก
คอมพิวเตอร์ ช่วง แรก ๆ ยัง ไม่ มี ที่ สำหรับ เก็บ โปรแกรม แต่ จะ มี ที่ ไว้ สำหรับ เก็บ ข้อ มูล เท่า นั้น ซึ่ง ใน ช่วง ปลาย ทศ วรรษ ที่ 1940 จน ถึง ต้น ทศ วรรษ ที่ 1950 การ ใช้ งาน คอมพิวเตอร์ จะ ทำ การ โปรแกรม โดย วิธี ที่ เรียก ว่า พาตช์คอร์ด (patch – cord) ซึ่ง โปรแกรมเมอร์จะ ต้อง เป็น ผู้ นำ สาย ต่อ เข้ากับเครื่องเพื่อ บอก ให้เครื่องรู้ ว่า จะ ต้อ งทำ การ ประมวล ผล ข้อ มูล อย่าง ไร โดย หน่วย ความ จำ ของเครื่องจะ มี ไว้ สำหรับ เก็บ ข้อ มูล เท่า นั้น
ใน ช่วง ต้น ทศ วรรษ ที่ 1960 แนว ทางการ สร้าง คอมพิวเตอร์ จาก โซ ลิดสเตตได้ แยก ออก เป็น 2 แนว ทาง แนว ทางหนึ่ง คือ การ สร้าง คอมพิวเตอร์ ขนาด ใหญ่ ที่ ต้อง อยู่ ใน ห้อง ที่ มีเครื่องปรับ อากาศ ซึ่ง สร้าง โดย บริษัท ยักษ์ ใหญ่ เช่น บริษัท IBM,Burroughs และ Honeywell เครื่องคอมพิวเตอร์ ประเภท นี้ สามารถ ประมวล ผล ได้ ที ละ มาก ๆ และ จะ ถูก นำ ไป ใช้ งาน ทางด้าน การ พาณิชย์ และ ด้าน วิทยา ศาสตร์
ใน ช่วง ต้น ทศ วรรษ ที่ 1960 ได้ มี การ นำ ทรานซิสเตอร์ หลาย ๆ ตัว มา บรรจุ ลง ใน ซิลิคอน เพียง ตัว เดียว โดย ทรานซิสเตอร์ แต่ ละ ตัว จะ ถูก เชื่อม ต่อ กัน โดย โลหะ ขนาด เล็ก เพื่อ สร้าง เป็น วง จร แบบ ต่าง ๆ เช่น เกต ฟลิปฟลอป รีจิสเตอร์ วง จร บวก วง จร ที่ สร้าง จาก เทคโนโลยี เซ มิ คอน ดักเตอร์แบบ ใหม่ นี้ เรียก ว่า ไอ ซี (integrated circuit : IC)
ใน ช่วง กลาง ทศ วรรษ ที่ 1960 ได้ มี การ ผลิต ไอ ซี พื้น ฐาน ที่ เป็น แบบ small และ medium scale integration (SSI และ MSI) ทำ ให้ นัก ออก แบบ สามารถ เลือก ใช้ งาน ไอ ซี ได้ หลาย แบบ เทคโนโลยีไดซี นี้ ถูกแลัก ดัน ออก 2 แนว ทางคือ การ พัฒนา ทางด้าน เทคนิค เพื่อ ลด ต้น ทุน การ ผลิต และ อีก แนว ทางหนึ่ง ก็ คือ การ เพิ่ม ความ ซับ ซ้อน ให้กับวง จร
การ นำ ไอ ซี มา ใช้ ใน มิ นิ คอมพิวเตอร์ ทำ ให้ มี ความ สามารถ สูง ขึ้น มิ นิ คอมพิวเตอร์ ขนาด เท่า โต๊ะใน ช่วง ทศ วรรษ ที่ 1960 นั้น มี ประ สิทธิ ภาย พอ กับคอมพิวเตอร์ขน่าดเท่า ห้อง ใน ช่วง ปลาย ทศ วรรษ ที่ 1950 และ มิ นิ คอมพิวเตอร์ รุ่น ใหม่ ขนาด เท่า ลิ้น ชัก ราคา 10,000 ดอลลาร์ มี ประสิทธิภาพ พอ ๆ กับมิ นิ คอมพิวเตอร์ รุ่น เก่า ขนาด เท่า โต๊ะ ที่ มี ราคา ถึง 100,000 ดอลลาร์
จาก ที่ กล่าว มา แล้ว ว่า เทคโนโลยี ไอ ซี มี การ พัฒนา มา ตั้ง แต่ กลาง ทศ วรรษ ที่ 1960โดย ใน ช่วง ปลาย ทศ วรรษ ที่ 1960 และ ต้น ทศ วรรษ ที่ 1970 ได้ เริ่ม นำ เอา วง จรดิจิตอลมาส ร้าง รวม กัน และ บรรจุ อยู่ ใน ไอ ซี เพียง ตัว เดียว เรา เรียก ไอ ซี ตัว นี้ ว่า large-scale integration (LSI) และ ใน ช่วง ทศ วรรษ ที่ 1980ได้ มี การ นำ เอา ทรานซิสเตอร์ มาก กว่า 100,000 ตัว มา ใส่ ลง ใน ไอ ซี เพียง ตัว เดียว เรา เรียก ไอ ซี ตัว นี้ ว่า very large-scale integration (VLSI) ซึ่ง เป็น ที่ นิยม ใช้ กัน อย่าง แพร่ หลาย
วง จร LSI ใน ตอน แรก นั้น ถูก ผลิต ขึ้น เพื่อ ใช้กับงาน เฉพาะ อย่าง แต่ ก็ มี วง จร LSI บาง ชนิด ที่ ถูก ผลิต ขึ้น เพื่อ ใช้กับงาน ทั่ว ๆ ไป เรา จะ เห็น การ พัฒนา ของ วง จร LSI ได้ อย่าง ชัด เจน โดย ดู ได้ จาก การ พัฒนา ของเครื่องคิด เลข โดยเครื่องคิด เลข เริ่ม แรก จะ ใช้ ไอ ซี จำนวน 75 ถึง 100 ตัว ต่อ มา วง จร LSI ชนิด พิเศษ ได้ ถูก นำ มา แทน ที่ ไอ ซี เหล่า นี้ โดย ใช้ วง จร LSI นี้ เพียง 5 ถึง 6 ตัว และ ต่อ มา ช่วง กลาง ทศ วรรษ ที่ 1970 วง จร LSI เพียง ตัว เดียว ก็ สามารถ ใช้ แทน การ ทำ งาน ทั้ง หมด ของเครื่องคิด เลข ได้ หลัง จาก ที่ วง จร คำนวณ ได้ ถูก ลด ขนาด ลง สถาปัตยกรรม ของ คอมพิวเตอร์ ก็ ถูก ลด ขนาด ลง ด้วย โดย เหลือ เป็น ไอ ซี เพียง ตัว เดียว และ เรา เรียก ว่า ไมโคร โปรเซสเซอร์ (microprocessor) เรา สามารถ โปรแกรม ไมโคร โปรเซสเซอร์ เพื่อ ให้ มัน ทำ งาน เฉพาะ อย่าง ได้ ดัง นั้น มัน จึง ถูก นำ ไป ใช้ เป็น ส่วน ประกอบ ที่ สำคัญ ใน สิน ค้า เช่น ใน เตา อบ ไมโครเวฟ เครื่องโทรศัพท์ ระบบ ควบ คุม อัตโนมัติ เป็น ต้น ตั้ง แต่ ช่วง ต้น ทศ วรรษ ที่ 1970 ได้ มี การ ปรับ ปรุง สถาปัตยกรรม ของ ไมโคร โปรเซสเซอร์ เพื่อ เพิ่ม ความ เร็ว และ เพิ่ม ประสิทธิภาพ ใน การ คำนวณ ไมโคร โปรเซสเซอร์ ช่วง แรก จะ ประมวล ผล ข้อ มูล ที ละ 4บิต หรือ เรียก ว่า ใช้ เวิร์ด ข้อ มูล ขนาด 4 บิตซึ่ง ทำ งาน ได้ ช้า แต่ ต่อ มา ได้ มี การ พัฒนา ไมโคร โปรเซสเซอร์ ใหม่ ที่ ทำ งาน ได้ เร็ว ขึ้น ซึ่ง ก็ คือ ไมโคร โปรเซสเซอร์ ขนาด 8 บิต และ พัฒนา จน เป็น ไมโคร โปรเซสเซอร์ ขนาด 16 บิต และ 32 บิตใน ที่ สุด
ชุด คำ สั่ง (instruction set) ใน ไมโคร โปรเซสเซอร์ จะ มี ขนาด เพิ่ม ขึ้น และ มี ความ ซับ ซ้อน มาก ขึ้น เมื่อ จำนวน บิตของ ไมโคร โปรเซสเซอร์ เพิ่ม ขึ้น ไมโคร โปรเซสเซอร์ บาง ตัว จะ มี ความ สามารถ พอ ๆ กับหรือ เหนือ กว่า มิ นิ คอมพิวเตอร์ ทั่ว ไป ใน ช่วง ต้น ทศ วรรษ ที่ 1980 ได้ มี การ พัฒนา ระบบ ไมโคร โปรเซสเซอร์ ขนาด 8 บิตที่ มี หน่วย ความ จำ และ มี ความ สามารถ ใน การ ติด ต่อ สื่อ สาร ระบบ นี้ มี ชื่อ เรียก ว่า ไมโคร คอมพิวเตอร์ (microcomputer) หรือ ไมโคร โปรเซสเซอร์ ชิปเดี่ยว ซึ่ง ได้ มี การ นำ ไป ใช้ อย่าง แพร่ หลาย เพื่อ ควบ คุม การ ทำ งาน ของ อุปกรณ์ ต่าง ๆ เช่น คีย์ บอร์ด เครื่องเล่น วี ดี โอ เท ป โทร ทัศน์ เตา อบ ไมโครเวฟ โทรศัพทื์ที่ มี ความ สามารถ สูง และ อุปกรณ์ ต่าง ๆ ใน ด้าน อุตสาหกรรม