CPU là gì? Bộ xử lý trung tâm gồm những thành phần nào? kiến thức mới năm 2023

CPU là cái tên quen thuộc đối với rất nhiều người dùng máy tính, nó được xem là “cơ quan đầu não” với nhiệm vụ xử lý tất cả các lệnh nhận được từ phần cứng và phần mềm của thiết bị. Bài viết dưới đây sẽ thông tin đến bạn khái niệm CPU là gì và các nội dung liên quan đến khái niệm này.

1. CPU là gì?

Bộ xử lý trung tâm CPU (là viết tắt của tên tiếng anh Central Processing Unit) được ví như “bộ não” của máy tính. Tại đây, các thông tin, thao tác, các hoạt động nhập/xuất dữ liệu (Input/Output) vào máy tính đều được tính toán logic để đưa ra lệnh điều khiển các hoạt động của thiết bị.

2. CPU trong máy tính có nhiệm vụ chính là gì?

Hiểu một cách đơn giản nhiệm vụ của CPU chính là nhận các thông tin dữ liệu từ các thiết bị, như: Bàn phím, chuột máy tính, máy in… hoặc các chương trình từ máy tính rồi phân tích ra, sau đó xuất thông tin đó ra ngoài màn hình hoặc thực hiện các tác vụ mà các thiết bị trên yêu cầu.

Năm 1971, CPU đầu tiên ra đời với tên gọi Intel 4004. Trải qua nhiều thế hệ, CPU cũng có nhiều thay đổi, cải tiến, song nhìn chung, dù là cũ hay mới thì về cơ bản nó đều thực hiện 3 nhiệm vụ chính, gồm: Tìm nạp, giải mã và thực thi.

Tìm nạp

Quá trình tìm nạp của CPU bắt đầu từ việc nhận lệnh. Lệnh này được biểu diễn dưới dạng một chuỗi các số, chuyển từ RAM đến CPU. Mỗi lệnh chỉ là một phần nhỏ của thao tác, do đó, CPU cần phải biết lệnh nào sẽ đến tiếp theo.

Địa chỉ lệnh được lưu giữ bởi bộ đếm chương trình – Program Counter. PC và các lệnh sẽ chuyển đặt vào thanh ghi lệnh – Instruction Register. Độ dài của địa chỉ lệnh sau đó sẽ tăng lên rồi tham chiếu đến địa chỉ của lệnh tiếp theo.

Giải mã

Khi một lệnh được tìm nạp và được lưu trữ trong thanh ghi lệnh (IR), CPU sẽ truyền lệnh tới bộ giải mã lệnh, sau khi hoạt động, bộ giải mã lệnh lại chuyển lệnh thành tín hiệu rồi chuyển qua các phần khác của bộ vi xử lý máy tính để thực hiện hành động.

Thực thi

Các lệnh ở bước này đã được giải mã hoàn toàn, tín hiệu được gửi đến các bộ phận liên quan của bộ vi xử lý máy tính. Kết quả hoạt động được ghi vào một CPU register vaà tiếp tục tham chiếu bằng các lệnh sau đó.

3. Bộ xử lý trung tâm CPU gồm những thành phần nào?

Có thể bạn chưa biết, bộ xử lý trung tâm máy tính được cấu tạo bởi hàng triệu bóng dẫn sắp xếp trên một bảng mạch nhỏ. Cấu tạo của CPU gồm các thành phần sau:

Khối tính toán (ALU – Arithmetic Logic Unit)

Khối này có nhiệm vụ thực hiện các phép toán số học và logic một cách kỹ càng, sau đó trả kết quả lại cho bộ nhớ hoặc các thanh ghi.

Khối điều khiển (CU – Control Unit)

Khối này có nhiệm vụ thông dịch các lệnh của chương trình, chỉ đạo hoạt động của bộ vi xử lý. Yêu cầu thao tác của người sử dụng máy tính sẽ được chuyển sang ngôn ngữ máy, giúp cho quá trình điều khiển nhanh chóng và chính xác hơn.

Các thanh ghi (Registers)

Registers có dung lượng nhớ khá thấp, bù lại tốc độ truy xuất rất cao. Chúng là nơi lưu trữ tạm thời những kết quả từ bộ xử lý ALU (Kết quả tính toán, các hạng toán, địa chỉ các ô nhớ hoặc thông tin điều khiển). Mỗi thanh ghi đều có một chức năng cụ thể, thanh quan trọng nhất là PC – Program Counter (bộ đếm chương trình) với nhiệm vụ chỉ đến lệnh sẽ thi hành tiếp theo.

Phần điều khiển

Phần này có nhiệm vụ điều khiển tần số xung nhịp và điều khiển các khối. Mạch xung nhịp hệ thống có vai trò đồng bộ các thao tác xử lý trong và ngoài bộ xử lý trung tâm theo khoảng thời gian không đổi. Khoảng thời gian chờ giữa 2 xung được gọi là chu kỳ xung nhịp. Các xung tín hiệu được tạo ra bởi xung nhịp hệ thống, tốc độ tính bằng triệu đơn vị mỗi giây (MHz).

Opcode

Đây là phần bộ nhớ chứa mã máy của bộ vi xử lý để thực thi các lệnh trong file thực thi. Thành phần này không bắt buộc.

4. Tốc độ bộ xử lý trung tâm CPU thế nào là nhanh?

Tốc độ CPU (hay tốc độ xung nhịp CPU) phần nào quyết định đến tốc độ xử lý của máy tính. Đơn vị đo của tốc độ xử lý CPU là GHz hoặc MHz.

Với các CPU cùng loại, tần số càng cao thì tốc độ xử lý càng nhanh. Nhưng đối với các CPU khác loại thì điều này chưa chắc, bởi nó còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như: RAM, bo mạch đồ họa, bộ nhớ trong.

VD: Chúng ta so sánh 2 CPU khác loại là CPU Intel Core 2 Duo 2.6 GHz và Intel Core Duo Intel Pentium D. Kết quả là CPU Intel Core 2 Duo 2.6 GHz xử lý nhanh hơn, vì em này có thêm Bộ nhớ đệm L2 (cache L2), có thể chứa thêm được nhiều lệnh, nhờ đó mà thời gian xử lý được rút ngắn, tăng tốc CPU.

Ngoài ra, tốc độ CPU nhanh hay chậm còn phụ thuộc vào một vài yếu tố khác, tiêu biểu như:

• Công nghệ sản xuất (32nm, 22nm, 14nm,…) con số càng nhỏ thì hiệu năng càng cao, càng tiết kiệm điện.
• Công nghệ gia tăng tốc độ xử lý của CPU (turbo boost, pipeline, siêu phân luồng,…).
• Số nhân xử lý (2, 4, 10, 22 nhân,…) càng nhiều nhân thì tốc độ càng mạnh, và ngược lại.
• Đồ họa tích hợp
• Bộ nhớ đệm lưu các lệnh/ dữ liệu thường sử dụng, hoặc có khả năng sẽ được sử dụng trong tương lai, nhằm rút ngắn thời gian chờ đợi của CPU.
• TDP (công suất thoát nhiệt): TDP cho người dùng tính được mức tiêu thụ điện của con chip, con số này càng thấp càng tốt; lượng nhiệt mà con chip tỏa ra phải có hệ thống làm mát giải tỏa.

5. Các loại CPU phổ biến hiện nay

AMD và Intel hiện đang là 2 nhà sản xuất CPU lớn nhất thế giới. Sự ra đời của các loại CPU mang đến cho người dùng máy tính thêm nhiều lựa chọn, từ đó tìm ra sản phẩm phù hợp nhất với nhu cầu. Dưới đây là các loại CPU đang được sử dụng phổ biến nhất hiện nay.

CPU Intel

Chuỗi Intel® Core™ bao gồm nhiều dòng CPU có hiệu suất cao, như: Intel Core i3, i5, i7, i9 và Intel Xeon. Những dòng này giúp tối ưu hiệu năng, mang đến cho người dùng máy tính những trải nghiệm tuyệt vời khi sử dụng.

Gợi ý một số loại CPU Intel được ưa chuộng nhất hiện nay:

• CPU Intel Core i9 10900k
• CPU Intel Core i7 10700k
• CPU Intel Core i5 9400F

CPU AMD

AMD là thương hiệu chip máy tính lớn thứ 2 thế giới, chỉ đứng sau Intel. Sau nhiều thăng trầm, từ giữa năm 2017, AMD đã chính thức trở lại đường đua, mang đến cho người dùng những sản phẩm chất lượng ổn định. Các dòng CPU phổ biến của thương hiệu này gồm: AMD Ryzen 5, AMD Ryzen 7 và AMD Ryzen threadripper.

Gợi ý một số loại CPU AMD được ưa chuộng nhất hiện nay:

• AMD Ryzen 9 5900X
• AMD Ryzen 9 5950X
• AMD Ryzen 5 5600X

CPU được xem là thành phần quan trọng, kiểm soát mọi hoạt động của máy tính. Nhằm đáp ứng nhu cầu người dùng, các CPU ngày nay ngày càng có thiết kế nhỏ gọn với khả năng xử lý nhanh hơn trước những yêu cầu phức tạp hơn.

Trên đây là các thông tin về khái niệm CPU là gì? Bộ xử lý trung tâm gồm những thành phần nào? Chức năng nhiệm vụ chính?… được tác giả Thanh Mai (chuyên gia tư vấn & phát triển nội dung tại FPT Express) tổng hợp. Còn bất kỳ thắc mắc nào liên quan đến CPU, mời các bạn để lại bình luận bên dưới để được giải đáp.