CPU là gì?

Từ viết tắt thường hay được sử dụng trong thế giới công nghệ và làm cho nó nghe thật huyền bí. Khi khám phá một PC hoặc laptop mới, các thông số kỹ thuật sẽ đề cập đến loại CPU mà bạn có thể mong đợi tìm thấy trong thiết bị mới của mình. Nhưng trên thực tế, các con số này hầu như không bao giờ nói cho bạn biết tại sao chúng lại quan trọng đến thế.

Khi đối mặt với quyết định phải lựa chọn giữa AMD và Intel, lõi kép và 4 lõi, hoặc i3 và i7, bạn có thể khó mà biết được sự khác biệt là gì và tại sao sự khác biệt đó lại quan trọng.

1. Khái niệm CPU

Được gọi là bộ xử lý, bộ xử lý trung tâm, hoặc bộ vi xử lý, CPU (Central Processing Unit) là bộ xử lý trung tâm của máy tính. CPU xử lý tất cả các lệnh mà nó nhận được từ phần cứng và phần mềm chạy trên máy tính.

2. Tổng quan về CPU

Hình ảnh dưới đây là một ví dụ về mặt trước và mặt sau của một bộ xử lý Intel Pentium. Bộ vi xử lý được đặt và bảo mật vào một đế cắm CPU (CPU socket) tương thích được tìm thấy trên bo mạch chủ. Bộ xử lý sản sinh nhiệt, vì vậy chúng được phủ một tản nhiệt để giữ mát và chạy trơn tru.

Bộ xử lý Intel Pentinum

Như thấy trên hình, chip CPU thường có dạng hình vuông hoặc hình chữ nhật và có một góc nhỏ để đặt chip đúng vào đế cắm CPU. Ở dưới cùng của con chip là hàng trăm chân nối được nối vào mỗi lỗ tương ứng trong đế cắm CPU. Ngày nay, hầu hết các CPU đều giống với hình ảnh được hiển thị ở trên. Tuy nhiên, Intel và AMD có khe cắm bộ vi xử lý lớn hơn và trượt vào khe trên bo mạch chủ. Ngoài ra, qua nhiều năm, đã có hàng chục loại đế cắm khác nhau trên bo mạch chủ. Mỗi đế cắm chỉ hỗ trợ các loại bộ xử lý cụ thể và mỗi bộ đều có cách bố trí chân riêng.

3. Lịch sử CPU

CPU đầu tiên được phát triển tại Intel với sự giúp đỡ của Ted Hoff và những người khác vào đầu những năm 1970. Bộ xử lý đầu tiên được Intel phát hành là bộ vi xử lý 4004 như hình bên dưới. 

Bộ vi xử lý đầu tiên

4. Các thành phần của CPU

Trong CPU, các thành phần chính là ALU (bộ số học và logic - Arithmetic Logic Unit) thực hiện các hoạt động toán học, logic, thao tác và CU (Bộ điều khiển - Control Unit) điều khiển tất cả các hoạt động của bộ xử lý.

Các thành phần của CPU

Trong lịch sử bộ xử lý máy tính, tốc độ (tốc độ xung nhịp - clock speed) và khả năng của bộ xử lý đã cải thiện đáng kể. Ví dụ, bộ vi xử lý đầu tiên là Intel 4004 được phát hành ngày 15 tháng 11 năm 1971 có tới 2.300 linh kiện bán dẫn transistor và thực hiện 60.000 thao tác/giây. Bộ xử lý Intel Pentium có 3.300.000 linh kiện bán dẫn transistor và thực hiện khoảng 188.000.000 lệnh mỗi giây.

5. CPU làm việc như thế nào?

Đã có một loạt các cải tiến trong nhiều năm qua, kể từ khi các CPU đầu tiên xuất hiện. Mặc dù vậy, chức năng cơ bản của CPU vẫn như cũ, gồm ba bước: Tìm nạp, giải mã và thực thi.

CPU hoạt động như thế nào?

Tìm nạp

Cũng giống như bạn mong đợi, quá trình tìm nạp liên quan đến việc nhận được một lệnh. Lệnh được biểu diễn dưới dạng một chuỗi các số và được chuyển tới CPU từ RAM. Mỗi lệnh chỉ là một phần nhỏ của bất kỳ thao tác nào, vì vậy CPU cần phải biết lệnh nào sẽ đến tiếp theo. Địa chỉ lệnh hiện tại được giữ bởi một Program Counter - bộ đếm chương trình (PC). PC và các lệnh sau đó được đặt vào một Instruction Register - thanh ghi lệnh (IR). Độ dài của PC sau đó được tăng lên để tham chiếu đến địa chỉ của lệnh tiếp theo.

Giải mã

Khi một lệnh được tìm nạp và được lưu trữ trong IR, CPU sẽ truyền lệnh tới một mạch được gọi là bộ giải mã lệnh. Điều này chuyển đổi lệnh thành các tín hiệu được chuyển qua các phần khác của CPU để thực hiện hành động.

Thực thi

Trong bước cuối cùng, các lệnh được giải mã, gửi đến các bộ phận liên quan của CPU để được thực hiện. Các kết quả thường được ghi vào một CPU register, nơi chúng có thể được tham chiếu bằng các lệnh sau đó. Hãy tưởng tượng nó giống như chức năng của bộ nhớ trên máy tính.

6. CPU có bao nhiêu lõi?

Trong thời kỳ đầu, CPU chỉ có một lõi đơn. Điều này có nghĩa là CPU được giới hạn ở một tập hợp các tác vụ đơn lẻ. Đây là một trong những lý do khiến việc tính toán thường tương đối chậm và tốn thời gian, nhưng cũng đủ để thay đổi thế giới ở thời điểm đó. Sau khi đẩy CPU đơn lõi đến giới hạn của nó, các nhà sản xuất bắt đầu tìm kiếm những cách thức mới để cải thiện hiệu suất. Động thái muốn cải thiện hiệu suất này dẫn đến việc tạo ra các bộ vi xử lý đa lõi. Hiện nay, bạn sẽ thường xuyên nghe thấy các cụm từ như lõi kép, 4 lõi và đa nhân (hay đa lõi).

Ví dụ, một bộ vi xử lý lõi kép thực sự chỉ là hai CPU riêng biệt trên một chip đơn. Bằng cách tăng số lượng lõi, CPU có thể xử lý đồng thời nhiều quy trình. Điều này có hiệu quả đối với mong muốn làm tăng hiệu suất và giảm thời gian xử lý. Các bộ vi xử lý lõi kép sớm nhường chỗ cho các bộ vi xử lý 4 lõi với 4 CPU, và thậm chí cả các bộ vi xử lý đa lõi với 8 CPU. Thêm vào công nghệ siêu phân luồng là máy tính của bạn có thể thực hiện các tác vụ như thể chúng có tới 16 lõi.

7. Tìm hiểu các thông số

Có chút kiến ​​thức về hoạt động của một CPU đến từ các thương hiệu và với số lõi khác nhau là vô cùng hữu ích. Tuy nhiên, có rất nhiều tùy chọn ngoài kia với cùng các thông số kỹ thuật cao cấp. Có một số thông số kỹ thuật khác có thể giúp bạn đưa ra quyết định khi cần mua CPU.

Di động và desktop

Di động và desktop

Các máy tính truyền thống là các thiết bị điện tử tĩnh lớn được cung cấp nguồn điện liên tục. Tuy nhiên, sự dịch chuyển sang điện thoại di động và sự gia tăng của điện thoại thông minh có nghĩa là chúng ta về cơ bản, luôn mang theo một máy tính bên mình. Bộ xử lý di động được tối ưu hóa để hiệu quả và mức tiêu thụ điện năng có thể cho phép pin của thiết bị kéo dài càng lâu càng tốt.

Các nhà sản xuất đã đặt tên cho bộ vi xử lý di động và bộ vi xử cho desktop cùng một cái tên, nhưng với một loạt các tiền tố. Điều này xuất phát từ nguyên nhân chúng là những sản phẩm khác nhau. Tiền tố của bộ vi xử lý di động với chữ “U” cho công suất cực thấp, “HQ” cho đồ họa hiệu suất cao và “HK” cho đồ họa hiệu năng cao với khả năng ép xung. Tiền tố của bộ vi xử lý desktop bao gồm “K” cho khả năng ép xung và “T” cho công suất tối ưu.

32 hoặc 64 bit

Bộ vi xử lý không nhận được luồng dữ liệu liên tục. Thay vào đó, nó nhận dữ liệu trong các khối nhỏ hơn được gọi là một "word". Bộ vi xử lý bị giới hạn bởi số bit trong một word. Khi bộ vi xử lý 32 bit được thiết kế lần đầu, nó có vẻ như là một kích thước word cực lớn. Tuy nhiên, định luật Moore vẫn được duy trì và đột nhiên các máy tính có thể xử lý hơn 4GB RAM - mở cánh cửa cho một bộ xử lý 64 bit mới.

Thiết kế nhiệt điện

Thiết kế nhiệt điện là thước đo công suất cực đại bằng đơn vị Watts mà CPU của bạn sẽ tiêu thụ. Ngoài mức tiêu thụ điện năng thấp hơn, nó còn có khả năng sinh ra ít nhiệt hơn nữa.

Loại CPU socket

Để tạo nên một máy tính đầy đủ chức năng, CPU cần được gắn vào các thành phần khác thông qua bo mạch chủ. Khi chọn một CPU, bạn cần đảm bảo rằng các loại CPU socket và bo mạch chủ phù hợp với nhau.

Bộ nhớ cache BL2/L3

Bộ nhớ cache L2 và L3 là bộ nhớ nhanh chóng, có sẵn cho CPU sử dụng trong quá trình xử lý. Bạn càng có nhiều bộ nhớ cache, CPU của bạn càng hoạt động nhanh hơn.

Tần số

Tần số đề cập đến tốc độ hoạt động của bộ vi xử lý. Trước các bộ vi xử lý đa lõi, tần số là số hiệu suất quan trọng nhất khi so sánh các CPU khác nhau. Mặc dù các tính năng đã được bổ sung, nó vẫn là một đặc điểm kỹ thuật quan trọng cần tính đến. Ví dụ, nó có thể giúp một CPU lõi kép nhanh vượt trội hơn một CPU 4 lõi chậm chẳng hạn.

8. Các loại CPU

Trước đây, bộ vi xử lý máy tính sử dụng số để xác định bộ xử lý và giúp xác định bộ vi xử lý nhanh hơn. Ví dụ, bộ vi xử lý Intel 80486 (486) nhanh hơn bộ vi xử lý 80386 (386). Sau khi giới thiệu bộ vi xử lý Intel Pentium (được coi là 80586), tất cả bộ xử lý máy tính đều bắt đầu sử dụng các tên như Athlon, Duron, Pentium và Celeron.

Ngày nay, ngoài các tên khác nhau của bộ vi xử lý máy tính, có nhiều kiến trúc (32-bit và 64-bit), tốc độ và khả năng khác nhau. Dưới đây là danh sách các loại phổ CPU phổ biến cho máy tính sử dụng gia đình hoặc kinh doanh.

Lưu ý: Có nhiều phiên bản cho một số loại CPU.

Bộ xử lý AMD

K6-2
K6-III
Athlon
Duron
Athlon XP

Sempron
Athlon 64
Mobile Athlon 64
Athlon XP-M
Athlon 64 FX

Turion 64
Athlon 64 X2
Turion 64 X2
Phenom FX
Phenom X4

Phenom X3
Athlon 6-series
Athlon 4-series
Athlon X2
Phenom II

Athlon II
E2 series
A4 series
A6 series
A8 series
A10 series

Bộ xử lý Intel

4004
8080
8086
8087
8088
80286 (286)
80386 (386)
80486 (486)

Pentium
Pentium w/ MMX
Pentium Pro
Pentium II
Celeron
Pentium III
Pentium M
Celeron M

Pentium 4
Mobile Pentium 4-M
Pentium D

Pentium Extreme Edition
Core Duo
Core 2 Duo

Core i3
Core i5
Core i7

Dòng sản phẩm AMD Opteron, Intel Itanium và Xeon là các CPU được sử dụng trong các máy chủ và máy tính trạm cao cấp. Một số thiết bị di động như điện thoại thông minh và máy tính bảng, sử dụng CPU ARM. Những CPU này có kích thước nhỏ hơn, đòi hỏi ít điện năng hơn và tạo ra ít nhiệt hơn.

9. CPU chuyển dữ liệu nhanh như thế nào?

Như với bất kỳ thiết bị nào sử dụng tín hiệu điện, dữ liệu di chuyển với tốc độ gần như tốc độ ánh sáng, là 299.792.458 m/s. Việc đạt được tốc độ gần như ánh sáng phụ thuộc vào môi trường (loại kim loại trong dây) mà tín hiệu đó đang đi chuyển nên hầu hết các tín hiệu điện di chuyển với tốc độ bằng khoảng 75 đến 90% tốc độ ánh sáng.

10. Liệu một GPU có thể được sử dụng thay cho CPU?

Câu trả lời là không. Mặc dù GPU có thể xử lý dữ liệu và thực hiện nhiều công việc giống như CPU nhưng nó không có khả năng thực hiện nhiều chức năng theo yêu cầu của hệ điều hành và phần mềm điển hình.

11. Một máy tính có thể làm việc mà không có một CPU không?

Câu trả lời cũng là không. Tất cả các máy tính đều yêu cầu một số loại CPU.

CPU thực sự là bộ não của máy tính. Nó thực hiện tất cả các nhiệm vụ mà chúng ta thường kết hợp với máy tính. Hầu hết các thành phần khác của máy tính luôn hỗ trợ hoạt động của CPU. Những cải tiến được thực hiện trong công nghệ xử lý bao gồm siêu phân luồng và đa lõi đóng một vai trò quan trọng trong cuộc cách mạng kỹ thuật.

Việc có thể phân biệt giữa lõi kép Intel i7 và 4 lõi AMD X4 860K sẽ giúp bạn đưa ra quyết định dễ dàng hơn nhiều. Điều đó không chỉ đề cập đến khả năng tiết kiệm tiền khi mua phần cứng mà còn chỉ ra nhiều cách khác để nâng cấp máy tính của bạn nữa.

Bạn biết bao nhiêu về CPU? Bạn có muốn nâng cấp máy tính của mình không? Cho chúng tôi biết ý kiến trong phần bình luận ​​dưới đây nhé!

Xem thêm:

Thứ Năm, 25/10/2018 14:27
57 👨 3.856