CPU là gì? CPU hoạt động như thế nào?

Chắc hẳn bạn đã nghe nói nhiều về CPU nhưng bạn có hiểu CPU thực chất làm gì không? Bạn cần bộ xử lý có bốn hay hai lõi? Intel hay and AMD? Hãy tìm hiểu cùng FUNiX.

• Tầm quan trọng của bộ nhớ chính - main memory của máy tính
• Giải thích về CPU Intel: E-Core và P-Core là gì?
• Ngoài SUSS, FETCH sẽ kết nối sinh viên từ SMU, Nanyang của Singapore học FUNiX
• ‘I like how FUNiX is very convenient as everything is online 24/7’

Khi bạn tìm mua một chiếc máy tính mới, các thông số kỹ thuật sẽ cho bạn biết loại CPU mà nó có. Tuy nhiên, bạn có hiểu ý nghĩa của những thông số đó hay không?  Khi bạn phải lựa chọn giữa AMD hay Intel, lõi đôi hay lõi tứ, core i3 hay i7, có thể sẽ khó để hiểu được chúng khác nhau như thế nào, sự khác biệt đó có ý nghĩa gì. FUNiX sẽ giúp bạn giải đáp những câu hỏi đó. 

1. CPU là gì?

Bộ xử lý lõi (CPU) thường được gọi là bộ não của máy tính – bộ phận có vai trò thiết yếu nhất trong các đơn vị xử lý máy tính Công việc chính  là thực hiện các phép tính toán, tác vụ và chạy nhiều chương trình khác nhau.

Trong các máy tính cũ hơn, các chức năng này được đảm nhiệm bởi nhiều bộ xử lý. Tuy nhiên, những tiến bộ trong sản xuất và thiết kế đã giúp gói gọn toàn bộ CPU trong một con chip duy nhất. Đây là lý do tại sao đôi khi chúng được gọi là một bộ vi xử lý.

Thu gọn kích cỡ CPU đồng nghĩa với việc kích thước máy tính được giảm đáng kể, gói gọn tất cả chức năng trong một thiết bị. Những bộ vi xử lý công suất lớn này cũng đứng đằng sau hiệu suất hoạt động ấn tượng của điện thoại thông minh ngày nay.

2. CPU đóng vai trò gì? 

Đã có rất nhiều cải tiến trong những năm qua kể từ khi những bộ xử lý lõi đầu tiên xuất hiện trên thị trường. Mặc dù vậy, chức năng chính vẫn được giữ nguyên, bao gồm 3 giai đoạn: tìm nạp (fetch), giải mã (decode) và thực thi (execute).

2.1 Tìm nạp (fetch)

Quá trình tìm nạp (fetch) liên quan đến việc tiếp nhận một lệnh dưới dạng một chuỗi các con số từ bộ nhớ RAM. Mỗi lệnh chỉ là một phần nhỏ trong chu trình vận hành, vì vậy CPU cần biết lệnh nào sẽ xuất hiện tiếp theo.

Địa chỉ tập lệnh hiện tại được lưu giữ bởi bộ đếm chương trình (program counter, hoặc PC). Sau đó, PC và các hướng dẫn được đưa vào Hướng dẫn đăng ký (Instruction Register, hay IR). Sau đó, độ dài PC được tăng lên để tham chiếu đến địa chỉ của lệnh tiếp theo.

2.2 Giải mã (decode)

Khi một lệnh được tìm nạp và lưu trữ trong Hướng dẫn đăng ký, CPU sẽ chuyển lệnh tới một mạch được gọi là bộ giải mã lệnh (instruction decode). Mục đích của việc này là chuyển đổi lệnh thành tín hiệu để chuyển qua các bộ phận khác của CPU để thực hiện.

2.3 Thực thi (execute)

Trong bước cuối cùng, các hướng dẫn đã giải mã sẽ được gửi đến các bộ phận liên quan của CPU để thực thi. Kết quả thường được ghi vào thanh ghi CPU (CPU register), các lệnh sau đó có thể tham chiếu chúng tại đây. Bạn có thể hình dung bước này giống như chức năng bộ nhớ trên máy tính cầm tay. 

>>> Xem thêm: Intel Core X khác gì với Intel Core? Intel Core X có đáng mua không?

3. CPU đa nhân là gì?

Các loại bộ xử lý lõi của máy tính đời đầu thường chỉ có một lõi xử lý duy nhất nên chỉ có thể thực thi một lệnh một lúc. Đây là lý do những máy tính cũ chạy tương đối chậm và tốn nhiều thời gian để xử lý dữ liệu.

Theo thời gian, khả năng của CPU lõi đơn đã bị đẩy đến cực hạn và nhà sản xuất bắt đầu tìm kiếm những cách khác để thay thế và cải thiện khả năng của bộ xử lý.

 Bộ vi xử lý đa lõi ra đời và những cụm từ như lõi kép, lõi tứ và lõi tám thường xuyên xuất hiện trong các tài liệu quảng cáo máy tính. 

Tuy nhiên, bộ xử lý đa lõi không phức tạp như tên của nó. Cấu tạo một bộ xử lý lõi kép chỉ bao gồm hai CPU riêng biệt trên một chip duy nhất. Thay vì thiết kế lại toàn bộ CPU để cải thiện hiệu suất, các công ty đã cải tiến quy trình sản xuất bằng cách làm cho bộ xử lý đơn lõi hoạt động như hai lõi. Đây được xem là các dòng CPU Intel Core siêu phân luồng và phổ biến nhất hiện nay.

4. Thông số kỹ thuật 

Việc hiểu cách thức vận hành của CPU là rất quan trọng, đặc biệt nếu bạn kết hợp kiến thức đó với hiểu biết về các thương hiệu hàng đầu trên thị trường. Có rất nhiều tùy chọn với các thông số kỹ thuật cấp cao tương tự như nhau mà bạn cần phân biệt. Việc xem xét kỹ các thông số kỹ thuật sẽ giúp bạn so sánh các loại CPU một cách hiệu quả, từ đó dễ dàng lựa chọn sản phẩm phù hợp với PC cá nhân.

4.1 Mobile vs. Desktop CPUs

Máy tính từ xa xưa được xem là những thiết bị điện tử để bàn lớn, đứng yên và phải liên tục cắm vào nguồn điện. Tuy nhiên, hiện nay có thêm nhiều thiết bị khác như máy tính xách tay, điện thoại thông minh, máy tính bảng và thiết bị gia đình thông minh với CPU mạnh hơn những chiếc PC cũ.

Các thiết bị này sử dụng bộ vi xử lý di động được thiết kế đặc biệt.. Các CPU này được cải tiến để tối ưu hóa việc tiêu thụ điện năng và kéo dài tuổi thọ pin nhiều nhất có thể. Nhiều nhà sản xuất đã đặt tên bộ vi xử lý di động và máy tính để bàn giống nhau, nhưng chúng được phân biệt bởi sự khác nhau giữa phạm vi các con số cùng hậu tố đằng sau nó.

Mặc dù không có tiêu chuẩn nào cụ thể nhưng bộ vi xử lý di động được đánh dấu riêng biệt với dán nhãn ‘U’ cho năng lượng cực thấp, ‘HQ’ cho đồ họa hiệu suất cao và ‘HK’ cho hiệu suất đồ họa và ép xung (Trong máy tính, ép xung (overclocking) là hoạt động tăng xung nhịp của máy tính để vượt quá tốc độ tối đa được nhà sản xuất chứng nhận). Tương tự như thế, các CPU máy tính để bàn được gắn thêm chữ ‘K’ có nghĩa là bạn có thể ép xung bộ xử lý trên mức của nó và chữ ‘T’ để ký hiệu bộ vi xử lý tối ưu hóa mức tiêu thụ điện năng.

4.2 32 vs. 64-bit CPUs

Bộ xử lý thường không nhận được luồng dữ liệu liên tục mà nhận dữ liệu trong các phần nhỏ hơn được gọi là một từ (word). Hiệu suất của bộ xử lý bị giới hạn bởi số bit trong một từ. Bộ vi xử lý 32-bit lần đầu tiên được thiết kế vào những năm 1940 và mãi sau này mới trở nên thịnh hành. Vào những năm 1990 bộ xử lý 32 bit là bộ xử lý chính được sử dụng trong tất cả các thiết bị điện tử tiêu dùng và được cho là sẽ không bao giờ lỗi thời. Tuy nhiên, công nghệ được cải tiến liên tục và không lâu sau đó bộ xử lý 32-bit là một bộ vi xử lý gặp hạn chế trong cả phần cứng và phần mềm. Do đó, chúng dần dần bị loại bỏ để chuyển sang sử dụng bộ vi xử lý 64-bit đạt tiêu chuẩn hiện hành trên toàn thế giới.

4.3 Công suất thiết kế nhiệt cho CPU

Thiết kế nhiệt điện (Thermal Power Design) là thước đo công suất tối đa tính bằng Watts mà CPU sẽ tiêu thụ. Mức tiêu thụ điện năng thấp hơn không chỉ giảm chi phí tiền điện hàng tháng mà giúp CPU tỏa ít nhiệt hơn.

4.4 Loại ổ cắm CPU

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

4.5 L2/L3 Cache

Bộ nhớ đệm L2 và L3 là bộ nhớ tích hợp tốc độ cao để CPU sử dụng trong quá trình xử lý. Bạn càng có nhiều bộ nhớ thì CPU sẽ hoạt động càng nhanh.

4.6 Tần số (Frequency)

Tần số đề cập đến tốc độ hoạt động của bộ xử lý. Trước khi các bộ vi xử lý đa lõi ra đời, tần số là thước đo hiệu suất quan trọng nhất giữa các CPU riêng lẻ. Mặc dù hiện nay đã có nhiều tính năng khác được bổ sung, tần số vẫn là một thông số kỹ thuật quan trọng người dùng cần xem xét. Đôi khi một CPU lõi kép có thể hoạt động tốt và nhanh hơn nhiều so với một CPU lõi tứ.

>>> Xem thêm: Giải thích về CPU Intel: E-Core và P-Core là gì?

5. CPU-Đầu não điều hành toàn bộ các hoạt động

CPU được xem là thành phần quan trọng nhất của máy tính. Nó thực hiện tất cả các tác vụ mà máy tính thường thực hiện, và các bộ phận khác chủ yếu tồn tại để hỗ trợ cho CPU. Mặc dù CPU vẫn vận hành dựa trên các nguyên tắc chỉ dẫn trong nhiều thập kỷ qua nhưng ngày nay đã có thêm những cải tiến mới như thêm nhiều lõi và sử dụng siêu phân luồng.

Chung quy lại, bộ xử lý lõi giúp cho máy tính, máy tính xách tay, máy tính bảng, điện thoại thông minh và thiết bị được kết nối có công suất hoạt động mạnh hơn và giá trị hơn. 

>>> Nếu bạn đang có nhu cầu học lập trình trực tuyến, tìm hiểu ngay tại đây:

>>> Xem thêm bài viết:

Đại học trực tuyến? Tại sao nên chọn học đại học trực tuyến thay vì đại học offline?

Làm thế nào để undervolt (giảm điện áp) laptop với Intel XTU

Cách kiểm tra mức sử dụng RAM, GPU và CPU trong Windows 11

Cách kiểm tra nhiệt độ CPU trên hệ thống Linux

Cách ép xung CPU máy tính để có hiệu suất cao hơn

Khánh Huyền (theo Makeuseof)

https://www.makeuseof.com/tag/cpu-technology-explained/