CPU là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của CPU

CPU là bộ não của máy tính hay còn gọi là bộ xử lý trung tâm, hoạt động theo nguyên lý lấy - giải mã - thực thi và ảnh hưởng trực tiếp tới tốc độ, hiệu năng máy tính.

Trong thời đại công nghệ hiện nay, CPU đã trở thành một trong những thành phần cốt lõi, được thiết kế và cải tiến để tăng tốc độ và hiệu năng của máy tính. Hôm nay, tranducit sẽ cùng các bạn tìm hiểu sâu hơn về bộ vi xử lý này từ cấu tạo, cho đến nguyên lý hoạt động và sự khác nhau giữa hai vi mạch phổ biến hiện nay nha.

CPU là gì?

Vi mạch điện tử.

CPU là viết tắt của Central Processing Unit, có nghĩa là bộ xử lý trung tâm, nó là một mạch điện tử có chức năng thực hiện lệnh của các chương trình máy tính và xử lý dữ liệu. Bộ vi xử lý này có hình dạng hình chữ nhật hoặc hình vuông, có một góc nhỏ để đặt chip đúng vào socket bộ xử lý trung tâm trên bo mạch chủ..

Đặc biệt, nó là bộ não của máy tính, hay nói cách khác nó là thành phần quan trọng nhất của máy tính, vì nó quyết định tốc độ và hiệu năng của máy tính. Nó thực hiện nhận dữ liệu đầu vào từ các thiết bị ngoại vi, xử lý chúng bằng cách thực hiện các phép tính số học, logic, so sánh và điều khiển, rồi gửi dữ liệu đầu ra đến các thiết bị ngoại vi khác.

Vi mạch này có thể được chia thành các loại khác nhau dựa trên kiến trúc, công nghệ, xung nhịp, số lượng nhân, bộ nhớ đệm, tiêu thụ điện năng và nhà sản xuất.

Lịch sử phát triển của dòng chip CPU

Lịch sử nâng cấp các dòng chip.

Các dòng vi mạch đã phát triển qua nhiều thế hệ với các công nghệ và kiến trúc khác nhau, mang lại hiệu năng cao hơn và tiết kiệm điện năng hơn. Một trong những nhà sản xuất chip nổi tiếng nhất là Intel, với các dòng sản phẩm như Intel Celeron, Intel Pentium, Intel Core i, ... Dưới đây là một số thông tin về lịch sử phát triển của các dòng chip CPU của Intel:

Nehalem

Chip thế hệ đầu tiên của dòng Intel Core i, ra mắt vào năm 2008, có kiến trúc 45nm, hỗ trợ công nghệ siêu phân luồng (Hyper-Threading), bộ nhớ đệm L3, bus QuickPath Interconnect và bộ điều khiển bộ nhớ tích hợp.

Sandy Bridge

Chip thế hệ thứ hai của dòng Intel Core i, ra mắt vào năm 2011, có kiến trúc 32nm, hỗ trợ công nghệ Turbo Boost 2.0, đồ họa tích hợp HD Graphics 2000/3000 và bộ nhớ cache thông minh.

Ivy Bridge

Bộ vi xử lý thế hệ thứ ba của dòng Intel Core i, ra mắt vào năm 2012, có kiến trúc 22nm, hỗ trợ công nghệ Tri-Gate, đồ họa tích hợp HD Graphics 2500/4000 và PCI Express 3.0.

Haswell

Chip thế hệ thứ tư của dòng Intel Core i, ra mắt vào năm 2013, có kiến trúc 22nm, hỗ trợ công nghệ AVX2, FMA3, TSX, đồ họa tích hợp HD Graphics 4200/4400/4600/5000 và cải thiện hiệu quả năng lượng.

Broadwell

Vi mạch thế hệ thứ năm của dòng Intel Core i, ra mắt vào năm 2014, có kiến trúc 14nm, hỗ trợ công nghệ eDRAM, đồ họa tích hợp Iris Pro Graphics 6200 và cải thiện hiệu năng và tiết kiệm điện năng.

Skylake

Bộ xử lý trung tâm thế hệ thứ sáu của dòng Intel Core i, ra mắt vào năm 2015, có kiến trúc 14nm, hỗ trợ công nghệ DDR4, Thunderbolt 3, USB 3.1, đồ họa tích hợp HD Graphics 510/530/630 và cải thiện hiệu năng và bảo mật.

Kaby Lake

Chip thế hệ thứ bảy của dòng Intel Core i, ra mắt vào năm 2016, có kiến trúc 14nm, hỗ trợ công nghệ Speed Shift, Optane Memory, đồ họa tích hợp HD Graphics 610/630 và cải thiện hiệu năng và khả năng xử lý video 4K.

Coffee Lake

Bộ xử lý trung tâm thế hệ thứ tám của dòng Intel Core i, ra mắt vào năm 2017, có kiến trúc 14nm, hỗ trợ công nghệ Turbo Boost Max 3.0, đồ họa tích hợp UHD Graphics 630 và tăng số lượng nhân, luồng.

Thành phần cấu tạo bộ vi xử lý CPU

Cấu tạo bộ vi xử lý máy tính.

Bộ vi xử lý của máy tính được cấu tạo bởi các thành phần sau:

Khối điều khiển - CU (Control Unit)

Là trung tâm điều hành, có nhiệm vụ giải mã các lệnh, tạo ra các tín hiệu điều khiển công việc của các bộ phận khác.

Khối tính toán - ALU (Arithmetic Logic Unit)

Thực hiện phép toán số học (cộng, trừ, nhân, chia) và logic đơn giản (AND, OR, XOR, NOT).

Các thanh ghi - Register

Dùng để lưu trữ các thông tin tạm thời, phục vụ cho hoạt động của bộ xử lý trung tâm.

Bộ nhớ đệm - Cache Memory

Còn gọi là bộ nhớ cache, nằm bên trong chip, có dung lượng nhỏ, có tốc độ truy xuất xấp xỉ bằng tốc độ làm việc của chip. Bộ nhớ đệm giúp bộ xử lý trung tâm hoạt động thường xuyên mà không phải ngắt quãng chờ dữ liệu. Bộ nhớ đệm được làm bằng RAM tĩnh, có giá thành rất cao và có các loại là cache L1 (Level 1), L2 (Level 2), L3 (Level 3).

Bus Interface

Là giao diện kết nối bộ xử lý trung tâm với các thành phần khác của máy tính, chẳng hạn như bộ nhớ, ổ đĩa, card đồ họa, ....Bus interface có thể được tích hợp vào bộ xử lý trung tâm hoặc nằm riêng lẻ.

Nguyên lý hoạt động của CPU

Cách thức hoạt động của vi mạch.

Bộ vi xử lý hoạt động theo nguyên lý fetch-decode-execute, tức là lấy dữ liệu từ bộ nhớ, giải mã và thực thi các lệnh. Nguyên lý này được thể hiện trong các bước sau:

Fetch (lấy)

Chip lấy lệnh từ bộ nhớ, lệnh được lưu trữ dưới dạng mã nhị phân, sau đó sẽ giải mã mã nhị phân này thành các chỉ thị cụ thể.

Decode (giải mã)

Bộ xử lý trung tâm giải mã mã nhị phân thành các chỉ thị cụ thể. Các chỉ thị này có thể là các phép tính số học, logic, so sánh, hoặc các hoạt động nhập/xuất dữ liệu.

Execute (thực thi)

Sau đó vi mạch sẽ thực thi các chỉ thị đã giải mã, bằng cách sử dụng các bộ phận như ALU (Arithmetic Logic Unit), CU (Control Unit) và các thanh ghi (Registers). ALU là bộ phận thực hiện các phép tính số học và logic, CU là bộ phận điều khiển quá trình xử lý, và các thanh ghi là bộ phận lưu trữ tạm thời các dữ liệu và kết quả.

Tính năng nâng cao của CPU

Tính năngvi mạch nâng cao.

Ngoài các tính năng cơ bản của bộ vi xử lý trung tâm như xung nhịp, số lượng nhân, bộ nhớ đệm, nó còn có một số tính năng nâng cao như sau:

Hyper-Threading

Công nghệ tạo ra hai luồng xử lý ảo cho mỗi nhân vật lý, giúp tăng hiệu năng và khả năng đa nhiệm của bộ xử lý trung tâm.

Turbo Boost

Công nghệ giúp tăng tốc độ xung nhịp tạm thời khi cần thiết, giúp cải thiện hiệu năng trong các tác vụ nặng.

AVX

Công nghệ hỗ trợ thực hiện các phép tính số học nhanh hơn, đặc biệt là trong các ứng dụng đồ họa, xử lý âm thanh, video, mã hóa, ....

Speed Shift

Công nghệ hữu ích cho việc điều chỉnh tốc độ xung nhịp một cách linh hoạt và nhanh chóng, giúp tiết kiệm điện năng và tăng hiệu quả năng lượng.

Optane Memory

Công nghệ được hỗ trợ để sử dụng bộ nhớ Optane làm bộ nhớ cache cho ổ cứng HDD, giúp tăng tốc độ khởi động, chạy ứng dụng và truy xuất dữ liệu.

Số lõi CPU và cách kiểm tra số lõi

Số lõi vi mạch.

Số lõi chip là số lượng các bộ xử lý độc lập nằm trong bộ xử lý trung tâm, mỗi lõi có thể thực hiện các lệnh và xử lý dữ liệu một cách đồng thời, giúp tăng hiệu năng và khả năng đa nhiệm của máy tính. Bộ xử lý trung tâm hiện đại có thể có từ 1 đến hàng trăm lõi, tùy thuộc vào mô hình và loại bộ xử lý và thông thường nó được sử dụng trong máy tính cá nhân và laptop sẽ có từ 2 đến 8 lõi. Ngoài ra, các chip có nhiều lõi thường được gọi là chip đa lõi hoặc đa nhân.

Nếu bạn muốn kiểm tra số lõi vi mạch của máy tính, bạn có thể sử dụng các phương pháp sau:

• Mở Trình quản lý tác vụ (Task Manager) bằng cách bấm tổ hợp phím CTRL + SHIFT + ESC, chuyển qua tab Performance, chọn mục C.P.U ở cột bên trái. Lúc này bạn sẽ nhận có thông tin về số lõi và số luồng của bộ xử lý trung tâm.
• Mở System Information bằng cách bấm tổ hợp phím Win + R, gõ vào System Information để tìm ứng dụng này, sau đó bấm vào để chạy và nhận được thông tin về số lõi và số luồng của bộ xử lý trung tâm ở phần Processor.

Sự khác nhau giữa chip Intel và AMD

Sự khác nhau giữa vi mạch Intel và AMD.

Hai bộ vi xử lý là Intel và AMD, nó có sự khác biệt cụ thể như sau:

Giá bán

Chip Intel thường có giá bán cao hơn so với AMD, do Intel có thương hiệu lâu đời và uy tín hơn.

Hiệu năng

Vi mạch Intel thường có hiệu năng cao hơn so với AMD trong các tác vụ đơn luồng, do Intel có tốc độ xung nhịp cao hơn và công nghệ siêu phân luồng (Hyper-Threading) hiệu quả hơn.

Còn AMD thường có hiệu năng cao hơn so với bộ xử lý trung tâm Intel trong các tác vụ đa luồng, do AMD có số lượng nhân và luồng nhiều hơn và công nghệ đồ họa tích hợp (Integrated Graphics) mạnh hơn.

Khả năng xử lý đồ họa

Chip Intel thường có khả năng xử lý đồ họa kém hơn so với chip AMD, do Intel có đồ họa tích hợp yếu hơn và ít hỗ trợ các công nghệ đồ họa mới nhất, trong khi đó AMD thường có khả năng xử lý đồ họa tốt hơn.

Khả năng ép xung

Intel thường có khả năng ép xung tốt hơn so với AMD, do Intel có công nghệ Turbo Boost 2.0 và 3.0 giúp tăng tốc độ xung nhịp tạm thời khi cần thiết.

Hiệu suất chơi game

Chip Intel thường có hiệu suất chơi game cao hơn, do Intel có tốc độ xung nhịp cao hơn và tương thích tốt hơn với các card đồ họa rời.

Tính phổ biến và hỗ trợ

Bộ xử lý trung tâm Intel thường có tính phổ biến và hỗ trợ cao hơn so với AMD, do Intel có thị phần lớn hơn và hỗ trợ nhiều hệ điều hành, phần mềm, và phần cứng khác.

Mức tiêu thụ năng lượng và nhiệt

Bộ vi xử lý Intel thường có mức tiêu thụ năng lượng và nhiệt thấp hơn so với AMD, do Intel có công nghệ sản xuất tiên tiến hơn và tối ưu hóa hiệu quả năng lượng hơn.

Phần mềm và trình điều khiển

Vi mạch Intel thường có phần mềm và trình điều khiển ổn định và cập nhật hơn so với chip AMD, do Intel có đội ngũ phát triển và hỗ trợ lớn hơn và nhiều kinh nghiệm hơn.

Tốc độ xử lý CPU cho biết điều gì?

Khả năng và tốc độ xử lý của vi mạch.

Tốc độ xử lý của bộ vi xử lý trung tâm cho biết số lần thực hiện các lệnh trong một giây, được đo bằng đơn vị Hertz (Hz), Megahertz (MHz) hoặc Gigahertz (GHz). Tốc độ xử lý càng cao, thiết bị sẽ xử lý nhanh hơn và đáp ứng tốt hơn đối với các tác vụ phức tạp. Ví dụ, một bộ xử lý trung tâm có tốc độ xử lý nhanh là 5.3 GHz có nghĩa là nó có thể thực hiện 5.3 tỷ lệnh trong một giây.

Tốc độ xử lý ảnh hưởng đến tốc độ và hiệu năng của máy tính, cũng như khả năng chạy các chương trình nặng như game, đồ họa, video, … Tuy nhiên, nó không phải là yếu tố duy nhất quyết định hiệu năng của máy tính, mà còn phụ thuộc vào các yếu tố khác như kiến trúc, số lượng nhân, bộ nhớ cache, công nghệ sản xuất và tương thích phần mềm.

Nếu bạn muốn kiểm tra tốc độ xử lý bộ xử lý trung tâm của máy tính, bạn có thể sử dụng các phần mềm hoặc tiện ích hỗ trợ hoặc xem thông tin trong cửa sổ System (Hệ thống) của Windows, hoặc menu Apple của Mac OS. Hoặc cũng có thể ép xung vi mạch để tăng tốc độ xử lý, nhưng cần lưu ý rằng điều này có thể làm tăng nhiệt độ và tiêu thụ điện năng của chip, cũng như làm giảm tuổi thọ của chip.

Cách chọn CPU phù hợp với main, không sợ xung đột

Cách chọn chip tốt nhất cho PC, alptop.

Sau đây là một số cách chọn bộ vi xử lý theo yêu cầu và mục đích mà tranducit muốn chia sẻ tới các bạn.

Đối với PC

Bạn nên chọn vi mạch phù hợp với socket và chipset của mainboard, cân nhắc đến xung nhịp, số lõi, bộ nhớ cache, công suất tiêu thụ, và mục đích sử dụng (chơi game, làm đồ họa, văn phòng, …).

Nếu cần bộ xử lý trung tâm mạnh, hiệu năng cao, phù hợp cho chơi game, làm đồ họa, xử lý đa nhiệm thì nên chọn chip Intel như Core i9-11900K1, Core i7-11700K2, Core i5-11600K3 hoặc của AMD như Ryzen 9 5950X4, Ryzen 7 5800X.

Đối với laptop

Nên chọn bộ vi xử lý có ký hiệu U, H, HK hoặc G, tùy theo nhu cầu về hiệu năng, tiết kiệm pin, đồ họa tích hợp hoặc khả năng ép xung.

Nếu muốn sở hữu liền tay chip mạnh, hiệu năng cao, phù hợp cho laptop chơi game, làm đồ họa thì hãy chọn chip Intel như Core i9-11980HK, Core i7-11800H, Core i5-11400H hoặc của AMD như Ryzen 9 5900HX, Ryzen 7 5800H.

Như vậy, bài viết hôm nay của tranducit.com đã giới thiệu CPU là gì, cũng như nói về lịch sử ra đời dòng chip, cấu tạo, cách thức hoạt động và cách chọn con chip phù hợp với thiết bị của bạn. Hy vọng những gì mà chúng tôi chia sẻ thực sự hữu ích với bạn.