11611105 Operating System and System Software คอ.บ.คพ. 1 04720302 Operation System วศ.บ.คพ. 3

หลกสตรครศาสตรอตสาหกรรม คณะวศวกรรมศาสตร หลกสตรวศวกรรมคอมพวเตอร คณะวศวกรรมศาสตร

สอนครงท 1

มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลลานนา เขตพนทภาคพายพ

ธนต เกตแกว

1. พนฐานการท างานของเครองคอมพวเตอร

1.1 เขาใจระบบเลขฐาน

1.2 รโครงสรางของไมโครโปรเซสเซอร X86

1.3 เขาใจลกษณะของ Register แบบตาง ๆ

1.4 เขาใจลกษณะของรจสเตอรแฟลก ( Flag Register )

จดประสงคการสอน

ประวตศาสตรของคอมพวเตอร

1945 John Von Neumann สรางสถาปตยกรรมแบบ stored program

Main

Memory

Arithmetic and Logic Unit

ALU

Program Control Unit

Input /

Output

Equipment

โครงสรางของทออกแบบโดย John Von Neumann

B.C.

B.C.

B.C.

ELECTRONIC TREND

COMPUTER TREND

1642 1801

1833

1800

1854

1890

1906 1938

1946

1947

1949

1954

1957

1959 1964

1970

1971

1978

1985

1989

MATHEMATICAL TREND

Mainframe

processor

32 - bit

microprocessor

Microprocessor 16 - bit

LSI circuits

First high - level language

Transistor invented

Vacuum tube

invented

Boolean algebra

Microprocessor invented

IBM 360

Integrated

circuits

First transistorized

computer

Von Neumann's Stored program

ENIAC

First electronic

digital computer

Firs turret data - processing

machine

Babbage's analytical machine

Jacquard's

automatic loom

Pascal's desk

calculator Abacus

Battery Static electricity

Number systems

Parallel processor

Artificial intelligence

3-D graphics

1990s

ประวตความเปนมาของไมโครโพรเซสเซอร

Mechanical Electrical Microprocessor

ประวตศาสตรของคอมพวเตอร 1948 Bardeen, Brattain and Shockley ลงทนเพอคนคดทรานซสเตอร 1958 Jack Kilby (UI alumni) น าเอา IC (integrated circuit) มาใช และเปน

จดเรมตนของการท าคอมพวเตอรโดยใช ชพ (chips) 1960 Computers เรมใช ทรานซสเตอรมาท าชพ 1965 Gordon Moore เพมความจของชพใหมากขน สงผลใหมประสทธภาพ

มากขน

The sexy PDP-8/E

1971 บรษทอนเทล ไดผลตไมโครโพรเซสเซอร ตวแรกคอ 4004 ซงบรรจไป ดวยทรานซสเตอรจ านวน 2250 ตว

ภาพเฟรมของไมโครโพรเซสเซอร ของบรษทอนเทล

ประวตศาสตรของคอมพวเตอร

เกดขนในป 1971 บรษท Intel โดย Marcian E. Hoff ไดคดคน Micro-

processor ตวแรกขนมา โดยตงชอวา 4004 ซงเปน Microprocessor ทมขนาด 4 Bit

โดยเปนการรวมสวนตาง ๆ ไวภายในตวถงเดยวกน ซงประกอบดวย หนวยความจ าขนาด

4 Bit จ านวน 4,096 ต าแหนง ค าส งทแตกตางกน 45 ค าส ง ซงเปนพนฐานในการพฒนา

Microprocessor ในปจจบน การใชงาน 4004 ใชงานในดาน Video Games และ

Microprocessor Base Controller ขนาดเลก

Microprocessor ขนาด 4 Bit

Intel 4004, The Word’s first Micro Computer

1974 บรษทอนเทลไดปลอย 8080 ออกมา, ถดจากนนมนกกลายเปนหวใจส าคญของเครองคอมพวเตอรเครองแรกราคา $379 มชอวา Altair

ประวตศาสตรของคอมพวเตอร

ในปเดยวกนทมการพฒนา 4004 ทมวศวกรของ บรษท Intel ไดคดคน Microprocessor ทมขนาด 8 Bit ตวแรก โดยตงชอวา 8008 โดยการขยายหนวยความจ าเพมเปน ขนาด 16K x 8 Bit และเพมจ านวนชดค าสง เปน 48 ค าสง โดยททมวศวกรกลาวไววา 8008 ยงมขอจ ากดทหนวยความจ าและชดค าสงในการใชงาน ดงนน ในป 1973 บรษท Intel ไดพฒนา 8080 เปนตนแบบของ Microprocessor ขนาด 8 Bit สวนทเพมขนมาของ 8080 คอ ความเรวในการประมวลผลทเรวขน 10 เทาของ 8008 และในป 1977 บรษท Intel ไดพฒนา 8085 ใหมความสามารถสงกวา 8080 โดยใหมสวนการสรางสญญาณนาฬกา และ System Control ไวภายในตวถงเดยวกนท าใหงายในการน าไปใชงาน

Microprocessor ขนาด 8 Bit

ในป 1978 บรษท Intel ไดพฒนา 8086 และหลงจากนนอก 1 ป ไดพฒนา 8088 ซงเปน Microprocessor ขนาด 16 Bit และมขนาดของหนวยความจ า 1MByte 8 Bit หรอ 512 word 16 bit ซงมความเรวในการประมวลผลและขนาดของหนวยความจ าทมากกวา 8086 และ 8088 การพฒนา Microprocessor ขนาด 16 bit ไมไดหยดอยท 8086 หรอ 8088 แตไดมการพฒนาไปเปน 80186 ซงมความสามารถโดยจะพบในเครอง Personal Computer โดยมความสามารถควบคมการใชงาน Hard Disk หรอการตดตอสอสารตาง ๆ ตอมาไดมการพฒนามาเปน 80286 ซงมความสามารถสงขน สามารถอางต าแหนงของหนวยความจ าสงสดได 16MByte มความเรวในการประมวลผล 8 MIPS (Millions Instructions Per Second) ใชสญญาณนาฬกา 16 MHz

Microprocessor ขนาด 16 Bit

ในปจจบนการพฒนา Microprocessor มขนาด 32 bit ใชสญญาณนาฬกาทความถ 33 MHz ส าหรบ 80386 และ 66 MHz ส าหรบ 80486 ในรน 80486 จะม Math Coprocessor ดวย (เฉพาะรนทลงทายดวย DX หรอสงกวา) สามารถประมวลผลได 54 MIPs และ Microprocessor รนตอไปคอ Pentium มความสามารถในการประมวลผล 100 MIPs และขนาดของขอมล 64 bit และในปจจบนเปน Itanium ซงใชเทคโนโลยของ IA-64

Microprocessor ขนาด 32 Bit

In 1965 Gordon Moore ไดคาดการณถงจ านวนทรานซสเตอรทจะใชใน ไมโครโพรเซสเซอร จะเพมขนเทาตวทกๆ 18 เดอนและแนวโนมนใชมาตงแตป 1975…

ประวตศาสตรของคอมพวเตอร

กฎของมอร (Moore’s law) คอนขางดในชวง 26 ปสดทาย !

42,000,000 transistors 2000: Pentium IV

24,000,000 transistors 1999: Pentium III

7,500,000 transistors 1997: Pentium II

3,100,000 transistors 1993: Pentium

1,180,000 transistors 1989: 80486 DX

275,000 transistors 1985: 80386

120,000 transistors 1982: 80286

29,000 transistors 1978: 8086

5,000 transistors 1974: 8080

2,500 transistors 1972: 8008

2,250 transistors 1971: 4004

ประวตศาสตรของคอมพวเตอร

1974 William H. Gates และ Paul Allen สราง BASIC interpreter

1981 IBM เปดตว PC เครองแรกดวย16-bit 8088 ทความเรว 4.77 MHz, และ มระบบปฏบตการทหวยมากๆ (BAD operating system) ทเรยกวา DOS

ประวตศาสตรของคอมพวเตอร

ท างยด กบบลเกต ??

1983 เรมม PCs เกดขนมากมาย

1984 มการใชระบบตดตอผใชแบบ Windows (พฒนาท Xerox labs)

1985 มการใช 32-bit ไมโครโพรเซสเซอร (80386) เปนครงแรก

ประวตศาสตรของคอมพวเตอร

X86 32bit

X64 64bit

Intel

1989 80486 มการเพม math co-processor ลงในตว CPU 1992 Pentium (64-bit memory bus)

1996 Pentium Pro (RISC core for the x86 ISA)

1997 Pentium II, MMX

1999 Pentium III, IA-64 (explicitly parallel processor)

ประวตศาสตรของคอมพวเตอร

การขนานการท างานของไมโครโพรเซสเซอร Multithreaded execution SIMD parallelism Explicit instruction-level parallelism

คอมพวเตอรพกพาทกนพลงงานต า ลดการใชพลงงานของ ไมโครโพรเซสเซอร มการประมวลผลทางเครองพกพา, นาฬกา เชน (check out IBM’s Linux

watch!), sensors การเชอมตอเครอขาย

มบรการทอยบนเครอขายไรสายมากขน

แนวโนมของคอมพวเตอร ในปจจบน

Microprocessor

Input/Output( I/O )

Memory( Control

Program )

โครงสรางทวไปกรณใชงาน Micro Controller

Micro-controllers เปนอปกรณประเภท Single-chip computer

ประกอบดวยสวนตาง ๆ ภายในตวถงเดยวกน ซงภายในตวถงประกอบดวย CPU, ROM, RAM และสวนตดตออปกรณภายนอก การใชงานจะใชไฟเลยงเพยง +5 โวลท เชน 8051 เปน chip ทประกอบดวย ROM ขนาด 4K

RAM ขนาด 128 Byte และมสายสญญาณตดตอกบภายนอก 32 เสน เปนตน

Micro-controllers

โครงสรางทวไปกรณใชงาน Micro Processor

Control bus

Address bus

8086System

Data bus( 16 bit )

RD

WR

M/IO

D0

D15

BHE

A0

A20

To memoryand I/O

Control bus

Address bus

8088System

Data bus( 8 bit )

RD

WR

IO/M

D0

D7

A0

A20

To memoryand I/O

(a)

(b)

ความรเบองตนเกยวกบ “ ไมโครโพรเซสเซอร”

ประเภทของ ไมโครโพรเซสเซอร

1. RISC

Reduce Instruction Set Computer

2. CISC

Complex Instruction Set Computer

1.2 โครงสรางของไมโครโปรเซสเซอร X86

Computer

Main

Memory

Input

Output

Systems

Interconnection

Peripherals

Communication lines

Central

Processing

Unit

Computer

Structure - Top Level

Computer Arithmetic

and

Login Unit

Control

Unit

Internal CPU

Interconnection

Registers

CPU

I/O

Memory

System

Bus

CPU

Structure - The CPU

1.2 โครงสรางของไมโครโปรเซสเซอร X86

สถาปตยกรรมภายในระบบคอมพวเตอร

CPU

Memory

Expansion

Bus

Peripherals

Control

Data

Address

1.2 โครงสรางของไมโครโปรเซสเซอร X86

ALU

BIU

Control

Control

registers

General

purpose

registers

Status

Registers

Control

Data

Address

CPU

สถาปตยกรรมของไมโครโพรเซสเซอร

1.2 โครงสรางของไมโครโปรเซสเซอร X86

ซพยมสวนประกอบอย 2 สวน คอ EU และ BIU

1. EU (Execution Unit) ท าหนาทคอยประมวลผลชดค าสง (Execute Interaction) ทงหลายทปอนใหกบ CPU โดยจะม ALU เปนหนวยประมวลผลทางคณตศาสตรและตรรกะ

2. BIU (Bus Interface Unit) BIU นจะท าหนาทคอยเปนตวกลางทางการตดตอสอสารระหวาง EU และหนวยความจ ากบอปกรณ I/O ซงจะคอยกระท าการสงขอมล address หรอ ขอมลจรงๆ และสญญาณ ควบคมตางๆ

1.2 โครงสรางของไมโครโปรเซสเซอร X86

EU (Execution Unit) BIU (Bus Interface Unit)

1.2 โครงสรางของไมโครโปรเซสเซอร X86

X86 CPU

Intel/Microsoft ใชไมโครโพรเซสเซอรตระกลนในการด าเนนงานทาง การตลาดทง H/W และ S/W

X86 นนมกจะหมายถงชดค าสง(instruction set) มากกวาจะหมายถงสถาปตยกรรมของตวประมวลผล (processor architecture)

ไมโครโพรเซสเซอร ทน าเอา สถาปตยกรรม X86 instruction set มาใชและปรบปรงมากวา 20 ปแลว

X86 เปน Complex Instruction Set Computer, CISC 20,000+ instructions

ในการเรยนวชานเราจะใชตระกล CISC น !

1.2 โครงสรางของไมโครโปรเซสเซอร X86

ขนตอนพนฐานการประมวลผลชดค าสง

มขนตอน 3 ขนคอ Fetch instruction from memory

Decode the instruction to find out what to do

Execute the instruction

Fetch operands from memory, if any

Store results

Instruction execution in the stone age of computing

Fetch

1

Decode

1

Execute

1

Fetch

2

Decode

2

Execute

2

…...

Busy Idle Busy …... Busy Idle Busy

Microprocessor

Bus

ขนตอนพนฐานการประมวลผลชดค าสง (ตอ)

ค าถาม ???