CPU là gì? Ý nghĩa, định nghĩa và CPU viết tắt của gì

CPU là viết tắt của Central Processing Unit, được hiểu là Bộ xử lý trung tâm. Nó là một trong những linh kiện quan trọng nhất trong bất kỳ hệ thống tính toán số nào – nếu không phải là quan trọng nhất.

Trong CPU, có hàng ngàn bộ chuyển mạch nhỏ gọi là transistor, điều khiển luồng điện qua mạch tích hợp.

CPU được đặt ở đâu trên máy tính?

CPU được đặt trên bo mạch chủ của máy tính. Bo mạch chủ là bảng mạch chính bên trong máy tính, có nhiệm vụ kết nối tất cả các thành phần phần cứng với nhau. CPU là “bộ não” và “trái tim” của tất cả các hệ thống số, nó đảm nhận việc thực hiện tất cả công việc. Nó thực hiện mọi hành động của máy tính và thực thi các chương trình.

Chương trình máy tính là gì và chúng được lưu trữ ở đâu?

Các chương trình máy tính là tập hợp các chỉ thị cần được thực thi theo trình tự, theo một trật tự logic và tuần tự.

Chúng được viết bằng một ngôn ngữ lập trình dễ đọc cho con người – ngôn ngữ lập trình. Máy tính không hiểu được ngôn ngữ lập trình trực tiếp, nên chúng cần được chuyển đổi sang một dạng dễ hiểu hơn. Dạng này được gọi là ngôn ngữ máy hoặc hệ thống nhị phân.

Hệ thống nhị phân là một hệ thống số đếm theo cơ số hai. Nó chỉ gồm hai số: 0 và 1. Điều này phản ánh và liên kết tốt với hai trạng thái có thể có của bộ chuyển mạch để điều khiển luồng điện – chúng có thể bật (1) hoặc tắt (0). Vì vậy, bên trong, các chương trình được lưu trữ dưới dạng chuỗi bit. Bit là một tên khác cho các chữ số nhị phân (chuỗi 1 và 0).

Các chương trình được lưu trữ lâu dài và vĩnh viễn trên một thiết bị lưu trữ, có thể là ổ đĩa cứng (Hard Disk Drive – HDD) hoặc ổ đĩa rắn (Solid State Drive – SSD).

Đây là loại bộ nhớ không bay hơi, có nghĩa là chúng lưu trữ dữ liệu ngay cả khi nguồn điện đã tắt.

Trong khi một chương trình đang hoạt động và được sử dụng, tất cả dữ liệu của nó được lưu trữ trong bộ nhớ chính hoặc RAM (Random Access Memory).

Loại bộ nhớ này bay hơi, và tất cả dữ liệu sẽ bị mất khi nguồn điện tắt.

CPU làm gì?

Đơn giản, CPU chịu trách nhiệm xử lý các phép toán logic và toán học, thực thi các chỉ thị được giao cho nó.

Nó có thể thực thi hàng triệu chỉ thị mỗi giây – nhưng chỉ có thể thực hiện một chỉ thị tại một thời điểm.

Đầu tiên, nó nhận một loại đầu vào nào đó, thường từ một thiết bị đầu vào (như màn hình hiển thị, bàn phím, chuột hoặc micro) hoặc từ một chương trình phần mềm ứng dụng/hệ thống (như trình duyệt web hoặc hệ điều hành).

Sau đó, CPU chịu trách nhiệm cho bốn nhiệm vụ sau:

• Lấy chỉ thị từ bộ nhớ, để biết cách xử lý đầu vào và tìm các chỉ thị tương ứng cho dữ liệu đầu vào cụ thể đó. Cụ thể, nó tìm địa chỉ của chỉ thị tương ứng và gửi yêu cầu đến RAM. CPU và RAM luôn làm việc cùng nhau. Điều này cũng được gọi là đọc từ bộ nhớ.
• Giải mã hoặc dịch các chỉ thị thành một dạng mà CPU có thể hiểu, đó là ngôn ngữ máy (nhị phân).
• Thực thi và thực hiện các chỉ thị đã được giao.
• Lưu trữ kết quả của quá trình thực thi trở lại bộ nhớ để lấy lại sau này nếu có yêu cầu. Điều này cũng được gọi là ghi vào bộ nhớ.
• Cuối cùng, sẽ có một đầu ra nào đó, ví dụ như in một cái gì đó ra màn hình.

Quá trình mô tả trên được gọi là chu kỳ lấy-thực thi (fetch-execute cycle) và xảy ra hàng triệu lần mỗi giây.

Các thành phần chính của CPU

Bây giờ bạn đã biết các nhiệm vụ cơ bản mà CPU thực hiện cho mỗi hoạt động diễn ra trên máy tính, các thành phần của CPU nào giúp hoàn thành công việc đó?

Dưới đây là một số thành phần quan trọng bên trong nó:

• Đơn vị điều khiển (CU – Control Unit): Điều chỉnh luồng đầu vào và đầu ra. Đây là phần lấy và thu thập các chỉ thị từ bộ nhớ chính và sau đó giải mã chúng.
• Đơn vị tính toán và logic (ALU – Arithmetic Logic Unit): Nơi diễn ra toàn bộ quá trình xử lý. Đây là nơi thực hiện các phép tính toán toán học như cộng, trừ, nhân và chia, cũng như các phép toán logic để đưa ra quyết định so sánh dữ liệu.
• Các thanh ghi (Registers): Vị trí bộ nhớ cực kỳ nhanh. Dữ liệu và chỉ thị đang được xử lý trong quá trình lấy-thực thi được lưu trữ ở đó, để CPU có thể truy cập nhanh chóng.

Lõi CPU là gì?

Trước đó, bạn đã biết rằng CPU thông thường chỉ có thể thực hiện một hành động tại một thời điểm.

Nó thực thi một chỉ thị tại một thời điểm và làm điều này với sự trợ giúp của các nhân vật lý.

Cơ bản, một nhân là một CPU riêng biệt, một thiết bị riêng biệt bên trong chip CPU chính. Điều này có nghĩa là nó có khả năng chỉ làm một việc một thời điểm.

Tuy nhiên, các máy tính hiện đại có khả năng hỗ trợ nhiều hơn một lõi trong chip chính.

Càng nhiều lõi CPU có, càng lớn công suất tính toán và càng nhiều nhiệm vụ có thể đang chạy và hoàn thành cùng một lúc, khiến CPU trở thành một bộ xử lý đa nhiệm tuần tự.

Ví dụ, có CPU hai lõi (dual-core), có nghĩa là có hai CPU trên cùng một chip và có thể chạy hai chỉ thị cùng một lúc.

CPU bốn lõi (quad-core) có nghĩa là có bốn CPU trên cùng một chip, CPU sáu lõi (hexa-core) có nghĩa là có sáu lõi , và vân vân.

Hyperthreading là gì?

Các CPU hiện đại cũng hỗ trợ công nghệ gọi là hyperthreading.

Cách hoạt động của công nghệ này là một lõi vật lý duy nhất có vẻ như là nhiều lõi vật lý, khiến Hệ điều hành cho rằng có nhiều lõi hơn thực tế. Điều này từ đó khiến máy tính cho rằng nó có nhiều công suất hơn thực tế.

Vì vậy, ngoài các lõi vật lý được đề cập ở phần trên, còn có các lõi ảo này, hay còn gọi là luồng.

Chúng không phải là các lõi vật lý thực sự, nhưng chúng có vẻ như là như vậy.

Sự kết hợp của cả lõi vật lý và lõi ảo giúp tăng tốc độ thực thi của các chương trình và cung cấp CPU thêm sức mạnh tính toán.

Các yếu tố nào làm cho một CPU tốt?

Tốc độ xung

Tốc độ xung cho biết một CPU có thể xử lý bao nhiêu chỉ thị trong một giây và thường cho thấy tốc độ của nó. Từ những năm 90 đến đầu những năm 2000, tốc độ xung của CPU đã cải thiện đáng kể với mỗi thế hệ mới. Tuy nhiên, tiến bộ về tốc độ xung bắt đầu giảm do tạo nhiệt dư thừa và tiêu thụ năng lượng cao hơn. Do đó, các nhà sản xuất đã tìm cách nâng cấp CPU theo cách khác mà hiệu quả hơn, đến mức mà một bộ vi xử lý hiện đại thường có khả năng vượt trội hơn so với một bộ vi xử lý cũ từ mười năm trước có tốc độ xung cao hơn.

Core

Cuộc cách mạng bộ vi xử lý đa nhân bắt đầu với những bộ vi xử lý hai nhân và bốn nhân. Thay vì tập trung vào việc nâng cao tốc độ xung, các nhà sản xuất đã trang bị nhiều CPU trên một chip duy nhất. Ngày nay, các CPU cao cấp đã đạt đến 32 nhân, 64 nhân và nhiều hơn nữa. Những CPU như vậy là sự lựa chọn tuyệt vời cho các nhà chỉnh sửa video, người phát trực tuyến trò chơi và người dùng các ứng dụng đòi hỏi cao, mặc dù đối với người dùng thông thường có thể là hơi quá sức.

Hyper-threading

Hyper-threading là một đổi mới công nghệ từ Intel cho phép một lõi xử lý duy nhất hoạt động như hai lõi bằng cách chia công việc thành các tác vụ xử lý đồng thời. Để nói một cách đơn giản, hãy tưởng tượng chia một ổ bánh mì nóng thành hai phần và ăn cả hai phần cùng nhau để tiêu thụ nhanh hơn thay vì bắt đầu từ một đầu và tiến đến đầu kia. Tất nhiên, đối thủ cạnh tranh của Intel là AMD cũng có phiên bản riêng của hyper-threading.

Kết luận

Cảm ơn bạn đã đọc và đến được đến cuối bài viết! Hy vọng bây giờ bạn đã hiểu rõ hơn về CPU là gì, chức năng của chúng và tại sao chúng lại quan trọng như vậy.