องค์ประกอบของคอมพิวเตอร์ (Computer Organization) หมายถึง ส่วนประกอบของเครื่องคอมพิวเตอร์ การเชื่อมต่อเข้าด้วยกันของส่วนประกอบ และลักษณะเด่นของส่วนประกอบนั้นถูกนำเสนอออกมาอย่างไร ตัวอย่างเช่น สัญญาณควบคุมการทำงาน, ช่องทางการติดต่อระหว่างคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์ต่อพ่วง และเทคโนโลยีที่ใช้ในการสร้างหน่วยความจำ
ทั้ง architecture และ organization จะมีความสัมพันธ์กัน และมักจะพิจารณาควบคู่กันไปเสมอ เช่น การที่จะบอกว่าคอมพิวเตอร์เครื่องนี้สามารถทำการคูณได้หรือไม่นั้น เป็นการกล่าวถึง architecture แต่การคูณนั้นจะเกิดจากการสร้างวงจรหรือฮาร์ดแวร์สำหรับการคูณโดยตรง หรือจะใช้วงจรการบวกซ้ำกันหลายๆ ครั้ง นี่เป็นการกล่าวถึง organization
ในการผลิตคอมพิวเตอร์นั้น บริษัทผู้ผลิตมักจะผลิตคอมพิวเตอร์ที่มีสถาปัตยกรรมเหมือนกัน แต่จะมีออร์กาไนเซชั่นต่างกัน ซึ่งจะทำให้มีความแตกต่างกันในด้านราคา ประสิทธิภาพ สถาปัตยกรรมที่ก้าวหน้าและทันสมัยสามารถที่จะใช้ในการสร้างคอมพิวเตอร์ได้ในระยะเวลาที่ยาวนานหลายปี คงแตกต่างกันเฉพาะ organization ที่เปลี่ยนแปลงไปบ้างตามเทคโนโลยีใหม่ๆ ตัวอย่างเช่นคอมพิวเตอร์ในตระกูล Intel x86 จะใช้สถาปัตยกรรมพื้นฐานแบบเดียวกันทั้งตระกูล โดยหากต้องการใช้งานในระดับต่ำก็อาจซื้อรุ่นที่มีราคาถูก ทำงานค่อนข้างช้า แต่หากมีเงินเพียงพอก็อาจขยับไปซื้อรุ่นที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้น แต่ก็ยังคงใช้ซอฟต์แวร์ตัวเดิมได้ หรือคอมพิวเตอร์ในตระกูล IBM System/370 ก็จะใช้สถาปัตยกรรมเดียวกัน ไม่ว่าจะเป็นรุ่นราคาถูกหรือราคาแพง คงแตกต่างกันเฉพาะเทคโนโลยีบางอย่าง เช่น หน่วยความจำ ซีพียู หรืออื่นๆ
ส่วนใหญ่แล้ว คอมพิวเตอร์ที่มีสถาปัตยกรรมเดียวกัน มักจะสามารถรันบนคำสั่งหรือโค๊ดเดียวกันหรือเข้ากันได้ เช่น หากเปลี่ยนเครื่องที่มีราคาหรือประสิทธิภาพสูงกว่า (Organization ต่างกัน) ก็ยังสามารถใช้ระบบปฏิบัติการหรือ OS เดิมได้
Structure & Function
Structure หรือ โครงสร้าง หมายถึง วิธีที่ส่วนประกอบต่างๆ ของคอมพิวเตอร์จะเชื่อมต่อเข้าด้วยกัน ส่วน Function หรือหน้าที่ หมายถึง การทำงานหรือกระบวนการของส่วนประกอบแต่ละชิ้นที่มาเป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างนั้น ซึ่งหน้าที่ของคอมพิวเตอร์นั้น โดยพื้นฐานแล้ว มี 4 function คือ
· ประมวลผลข้อมูล (Data Processing) เช่น การปรับปรุงข้อมูล การคำนวณ
· เก็บบันทึกข้อมูล (Data Storage) เช่น การดาวน์โหลดข้อมูลจากอินเทอร์เน็ตมาเก็บไว้ที่ดิสก์
· เคลื่อนย้ายข้อมูล (Data Movement) เช่น การรับข้อมูลจากคีย์บอร์ด และนำไปแสดงผลบนจอภาพ (echo)
· ควบคุม (Control)
คอมพิวเตอร์จะมีการเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ต่างๆ เรามักเรียกอุปกรณ์เหล่านั้นว่า อุปกรณ์ต่อพ่วง (peripherals) และการติดต่อกับอุปกรณ์เหล่านั้นทำได้โดยติดต่อผ่านทางสายสื่อสาร (communication lines)
โครงสร้างภายในของคอมพิวเตอร์เมื่อมองในมุมมองบนสุด (Top Level) จะเห็นว่าคอมพิวเตอร์ประกอบไปด้วยส่วนสำคัญ 4 ส่วนคือ
· หน่วยประมวลผลกลาง (Central Processing Unit : CPU)
· หน่วยความจำหลัก (Main Memory)
· หน่วยอินพุตเอาท์พุต (Input Output)
· การเชื่อมต่อกันของระบบ (System Interconnection)
ซึ่งส่วนที่สำคัญที่สุดและเป็นหัวใจสำคัญของระบบคอมพิวเตอร์ก็คือ CPU ซึ่งถ้ามองลึกลงไป CPU จะประกอบไปด้วยส่วนประกอบสำคัญ 4 ส่วนคือ
· หน่วยควบคุม (Control Unit) การทำงานของ CPU
· หน่วยคำนวณทางคณิตศาสตร์และตรรกศาสตร์ (Arithmetic and Logic Unit : ALU)
· รีจิสเตอร์ (registers) หรือหน่วยความจำเล็กๆ ที่ใช้บันทึกข้อมูลภายใน CPU
· การเชื่อมต่อกันภายใน CPU (Internal CPU Interconnection)
หัวใจสำคัญของ CPU ก็คือ CU ซึ่งถ้ามองลึกลงไป CU จะประกอบไปด้วยส่วนประกอบสำคัญ 3 ส่วนคือ
· Sequencing Logic เป็นฮาร์ดแวร์ที่ทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของ CU และสร้างสัญญาณควบคุม (Control Signal) ซึ่งมาจากโปรแกรมขนาดเล็ก (Microprogram) ที่ใส่ไว้ใน Control Memory
· Control Unit Registers and Decoders เป็นรีจิสเตอร์ภายใน CU ที่ทำหน้าที่เก็บคำสั่งที่ถูกอ่านเข้ามา และแปลคำสั่งนั้น
· Control Memory จะเก็บโปรแกรมขนาดเล็ก (mocroprogram) ที่เป็นคำสั่ง (instruction) ซึ่งจะถูกทำกระบวนการ Fetch, decode, execute ด้วย Sequencing logic ผลลัพธ์ที่ได้จะส่งเป็น Control signal ไปควบคุมหรือสั่งการทำงานของ CPU
ทำไมต้องเรียนวิชา Computer Architecture and Organization
วารสาร IEEE/ACM Computer Curricula 2001 ซึ่งจัดทำโดย the Joint Task Force on Computing Curricula of the IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) Computer Society and ACM (Association for Computing Machinery) ได้เสนอชื่อวิชาสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์ให้เป็นหนึ่งในวิชาที่ควรบรรจุไว้ในหลักสูตรการศึกษาสำหรับสาขาวิชา computer science …
เหตุผลที่ต้องเรียน - เพื่อให้เข้าใจเกี่ยวกับองค์ประกอบของคอมพิวเตอร์ทั้งด้านหน้าที่การทำงาน คุณลักษณะ ประสิทธิภาพ และความสัมพันธ์ระหว่างกัน สามารถมองเห็นภาพและเลือกคอมพิวเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงสุดสำหรับการใช้งานในองค์กรขนาดต่างๆ ได้อย่างเหมาะสม ไม่ว่าจะเป็นเรื่องของ Cache, CPU หรือองค์ประกอบอื่นๆ
-