Central Processing Unit (CPU) - BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM - TPCLOUD

CPU là chữ viết tắt của Central Processing Unit (Bộ xử lý trung tâm). CPU có vai trò như là não bộ của một chiếc máy tính, tại đó mọi thông tin, thao tác, dữ liệu sẽ được tính toán kỹ lưỡng và đưa ra lệnh điều khiển mọi hoạt động của chiếc máy tính.

CPU được cấu thành từ hàng triệu bóng bán dẫn được sắp xếp với nhau trên một bảng mạch nhỏ.

CPU được chia thành 2 khối và 3 phần: Khối điều khiển (CU) và khối tính toán (AUL).

• Khối điều khiển (CU-Control Unit): Tại đây các yêu cầu và thao tác từ người sẽ được biên dịch sang ngôn ngữ máy để CPU có thể hiểu và điều khiển, xử lý chính xác.

• Khối tính toán (ALU-Arithmetic Logic Unit): Các con số toán học và logic sẽ được tính toán kỹ càng và đưa ra các kết quả cho các quá trình xử lý kế tiếp.

• Các thanh ghi (Registers): Là các bộ nhớ có dung lượng nhỏ nhưng tốc độ truy cập rất cao, nằm ngay trong CPU, dùng để lưu trữ tạm thời các toán hạng, kết quả tính toán, đai chỉ các ô nhớ hoặc thông tin điều khiển. Mỗi thanh ghi có một chức năng cụ thể. Thanh ghi quan trong nhất là bộ đếm chương trình (PC - Program Counter) chỉ đến lệnh sẽ thi hành tiếp theo.

• Opcode: Phần bộ nhớ chứa mã máy của CPU (không bắt buộc) để có thể thực thi các lệnh trong file thực thi.

• Phần điều khiển: Thực hiện việc điều khiển các khối và điều khiển tần số xung nhịp. Mạch xung nhịp đồng hồ hệ thống dùng để đồng bộ các thao tác xử lý trong và ngoài CPU theo các khoảng thời gian không đổi. Khoảng thời gian chờ giữa hai xung gọi là chu kỳ xung nhịp. Tốc độ theo đó xung nhịp hệ thống tạo ra các xung tín hiệu chuẩn thời gian gọi là tốc độ xung nhịp - tốc độ đồng hồ tính bằng đơn vị mỗi giây (MHz). Phần này là không cần thiết cho một CPU nhưng hầu hết có trong kiến trúc cisc.

Mỗi một CPU sẽ có một tốc độ xử lý khác nhau, tốc độ xử lý của CPU là tần số tính toán và làm việc của nó được đo bằng đơn vị GHz hoặc MHz.

Có nhiều công nghệ làm tăng tốc độ xử lý của CPU như: Pipeline, turbo boost, siêu phân luồng…

Tốc độ CPU còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:

• Số nhân xử lý (2, 4, 10, 22 nhân…), càng nhiều nhân càng manh

• Công nghệ sản xuất (32nm, 22nm, 14nm…), càng nhỏ càng tiết kiệm điện và hiệu năng cao hơn.

• Công nghệ làm tăng tốc độ xử lý của CPU (pipeline, turbo boost, siêu phân luồng…)

• Bộ nhớ đệm - bộ nhớ dùng để lưu các lệnh/dữ liệu thường dùng hay có khả năng được dùng trong tương lai gần, giúp giảm bớt thời gian chờ của CPU.

• Đồ họa tích hợp

• TDP (Công suất thoát nhiệt), lương nhiệt chip xử lý toả ra mà hệ thống làm mát cần phải giải toả. TDP thường cho biết mức tiêu thụ điện của con chip, con số này càng thấp càng tốt, giúp tăng tuổi tho và năng suất của chip.

Nếu cùng một dòng chip ví du như Core i3 thì cái nào xung nhịp cao hơn đồng nghĩa với tốc độ xử lý nhanh hơn, khả năng làm việc tốt hơn.

Tuy nhiên, nếu giữa 2 dòng chip khác nhau như Core i3 2 nhân xung nhịp 2.2GHz và Intel Pentium Dual core 2.3GHz thì không thể so sánh ngay tốc độ và khả năng làm việc vì tốc độ xử lý của máy tính còn phụ thuộc rất nhiều vào các bộ phận khác như RAM, chip đồ họa, ổ cứng…

Đã có một loạt các cải tiến trong nhiều năm qua kể từ khi CPU đầu tiên xuất hiện, nhưng chức năng cơ bản của một CPU vẫn như cũ, gồm 3 bước:

• Tìm Nạp: Quá trình tìm nạp liên quan đến việc CPU 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 vây CPU cần phải biết lệnh nào sẽ đến tiếp theo. Địa chỉ lệnh khi truyền tới sẽ 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). Đô 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 lưu trữ trong IC, CPU sẽ truyền lệnh tới một mạch được gọi là bộ giải mã lệnh. Chuyển đổi lệnh thành các tín hiệu được chuyển qua các phần khác của CPU để thực hiện hành động.

• Thực Thi: Các lệnh sau khi được giải mã sẽ được 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. Nó giống như chức năng của bộ nhớ trên máy tính.

CPU là một bộ xử lý trung tâm, thực sư là bộ não của máy tính, nếu như một máy tính không có CPU thì hoàn toàn không thể làm việc được. 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.