Nguyên tác hoạt động của CPU là
|
Show CPU là trung tâm đầu não điều khiển gần như toàn bộ các hoạt động của máy tính. CPU là một trong những tiêu chí đầu tiên để người dùng so sánh và lựa chọn cấu hình laptop, máy tính. Bạn đang xem: Tổng quan về cpu máy tính: cấu tạo và nguyên lý hoạt động Vậy CPU là gì, "mặt mũi" ra làm sao, hoạt động như thế nào? Hãy cũng kinhdientamquoc.vn tìm hiểu qua bài viết dưới đây nhé . CPU là viết tắt của Central Processing Unit, tạm dịch là bộ xử lý trung tâm.  Như thấy trên hình, chip CPU thường có dạng hình vuông hoặc hình chữ nhật và có một góc nhỏ để đặt chip đúng vào CPU socket. Ở dưới cùng của con chip là hàng trăm chân nối được nối vào mỗi lỗ tương ứng trong đế cắm CPU. Phần bộ nhớ chứa mã máy của cpu(không bắt buộc) để có thể thực thi các lệnh trong file thực thi. Phần điều khiểnThực 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 triệu đơn vị mỗi giây (MHz). Phần này là không cần thiết cho một CPU nhưng hầu hết có trong kiến trúc cisc. 3. Nguyên lý hoạt động của bộ vi xử lý CPUDù liên tục được cải tiến trong nhiều năm kể từ khi các CPU đầu tiên xuất hiện, nguyên lý hoạt động của CPU vẫn gồm 3 bước cơ bản: Tìm nạp, Giải mã và Thực thi. Tìm nạp quá trình tìm nạp liên quan đến việc nhận lệnh của CPU. 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 một thao tác bất kỳ, vì vậy CPU cần phải biết lệnh nào sẽ đến tiếp theo. Địa chỉ lệnh hiện tại 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). Độ 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 được lưu trữ trong IR, CPU sẽ truyền lệnh tới một mạch được gọi là bộ giải mã lệnh. Điều này chuyển đổi lệnh thành các tín hiệu được chuyển qua các phần khác của CPU để thực hiện hành động. Thực thi Trong bước cuối cùng, các lệnh được giải mã, 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. Thanh Register này hoạt động giống như RAM vậy Tóm lại, CPU thực hiện công việc nhận lệnh từ các thao tác và request của người dùng, giải mã các lệnh đó sang ngôn ngữ máy, lưu trữ các lệnh đó và truyền đến các bộ phận khác trong máy tính để thực hiện yêu cầu của người dùng. Trong quá trình hoạt động, Bộ xử lý sản sinh rất nhiều nhiệt, vì vậy chúng được phủ một lớp tản nhiệt để làm mát, giúp CPU vận hành ổn định, trơn tru. Đó là lý do các máy tính đều được trang bị quạt tản nhiệt. 4. Lịch sử hình thành và phát triển của CPUDựa vào nguyên lý hoạt động và chất liệu cấu thành thì lịch sử hình thành CPU có thể nói là bắt đầu từ năm 1823, khi Baron Jons Jackob Berzelius lần đầu tiên phát hiện ra nguyên tố silic (Si). Đây là thành phần cơ bản của bộ vi xử lý hiện đại ngày nay. Tiếp đó vào năm 1903, nhà khoa học vĩ đại Nikola Tesla sáng chế các mạch logic điện được gọi là “cổng” hoặc “công tắc”, là nguyên lý hoạt động nền tảng của CPU. Xem thêm: Explosion Là Gì ? Explosion Tiếng Anh Là Gì Năm 1948, thế giới phát minh ra bóng bán dẫn đầu tiên và đến năm 1958 thì mạch tích hợp IC đầu tiên được phát triển. Trong thập niên 1960s bóng bán dẫn được sản xuất hàng loạt và thế giới chào đón sự ra đời của 2 tập đoàn Intel và AMD, 2 nhà sản xuất CPU hàng đầu hiện nay. Thập niên 1970s: Intel giới thiệu bộ vi xử lý đầu tiên Intel 4004 với 2300 bóng bán dẫn, đã thực hiện 60.000 hoạt động trên giây (OPS), giải quyết 640 byte bộ nhớ, và tốn 200 đô la Sau đó các nhà sản xuất liên tục cải tiến và tung ra thị trường các CPU tốc độ cao hơn với chi phí sản xuất thấp hơn. Với Intel họ lần lượt tung ra những Pentium, Xeon, Celeron, Core 2 Dou/Quad và phổ biến nhất trên các máy tính hiện nay là dòng Intel Core i. K5 là dòng vi xử lý đầu tiên của AMD, tiếp đó là sự xuất hiện của Athlon, Opteron, Sempron, Phenom, Ryzen Threadripper 5. Vai trò của bộ vi xử lý trong máy tínhCPU nói chung là bộ xử lý trung tâm trong của các thiết bị như: máy tính (PC, Laptop, mini computer, super computer), thiết bị smartphone, thiết bị nhúng,... CPU cũng được ứng dụng nhiều trong các thiết bị máy móc thuộc ngành công nghiệp Điện - Tự động hóa: bộ điều khiển khả trình PLC và Vi điều khiển để ứng dụng điều khiển các dây chuyền, hệ thống tự động... Trong khuôn khổ bài viết này, TCL sẽ chỉ tập trung nghiên cứu về vai trò của CPU máy tính Liệu máy tính có thể làm việc nếu không có CPU không? – Câu trả lời là KHÔNG Vậy bộ vi xử lý có vai trò như thế nào trong máy tính? CPU chính là trung tâm đầu não của một chiếc máy tính. Giống như bộ não chính là cơ quan điều khiển các hoạt động nhận thức của cơ thể con người, CPU là cơ quan tiếp nhận xử lý các dữ liệu và đưa ra chỉ thị cho các bộ phận khác. Các thành phần của máy tính cũng được thiết kế để luôn hỗ trợ tối đa cho việc hoạt động của CPU. Mặc dù CPU không còn quá quan trọng đối với hiệu năng hệ thống như trước đây, CPU vẫn có vai trò quyết định thiết bị có hoạt động nhanh chóng mượt mà hay không. Vì CPU chỉ chịu trách nhiệm thực thi các lệnh trong các chương trình, nên CPU của bạn càng mạnh thì các ứng dụng sẽ chạy càng nhanh. Nhưng bạn cần lưu ý rằng, chỉ có CPU nhanh không phải là tất cả. Bộ vi xử lý, dù mạnh đến đâu cũng không thể dễ dàng kết xuất các game đồ họa 3D thế hệ mới cũng như không có đủ bộ nhớ đệm thể lưu trữ hết thông tin. Đây là lúc mà các bộ phận khác của máy tính như card đồ họa và RAM phát huy vai trò của mình. Tóm lại, CPU không phải là tất cả, nhưng nó là bộ phận quan trọng thiết yếu để vận hành một chiếc máy tính. Nhìn chung thì CPU càng mạnh thì hệ thống sẽ chay càng nhanh hoặc ít nhất là nó sẽ khắc phục được tình trạng nút cổ chai thường gặp ở các máy tính tầm trung hiện nay. 6. Các thông số kỹ thuật của CPUĐa số mọi người thường chỉ quan tâm đến xung nhịp (Core Speed) khi so sánh giữa các bộ vi xử lý trung tâm máy tính. Chẳng hạn xung nhịp cơ bản của CPU laptop phổ thông hiện nay vào khoảng 3-4 GHz. Theo quan điểm phổ biến, xung nhịp chip xử lý càng cao thì chip sẽ càng nhanh và mạnh. Nhưng thực ra sức mạnh của một con chip CPU còn phụ thuộc vào rất nhiều thông số khác như bộ nhớ đệm (Cache) hay số nhân(Cores), số luồng(Threads),… Chúng ta cần cân nhắc các chỉ số này để có thể chọn được một con CPU phù hợp, hoạt động ổn định, trơn tru và mát mẻ. Hãy cùng kinhdientamquoc.vn điểm qua một số thông số quan trọng của CPU và ý nghĩa của chúng, mà một người dùng phổ thông cần chú ý khi chọn CPU cho PC hay chọn laptop nhé: Socket (Đế cắm): là thành phần cung cấp các kết nối cơ và điện giữa bộ xử lý và bo mạch chủ. Thông số này xác định loại khe cắm của CPU và cho biết sự tương thích giữa vi xử lý và mainboard. CPU chỉ hoạt động được trên mainboard hỗ trợ loại cùng loại socket.Bộ nhớ đệm (Cache - MB): Bộ nhớ đệm CPU là vùng bộ nhớ nhanh nằm trên bộ xử lý, là nơi lưu trữ các dữ liệu và lệnh chờ để phần cứng máy tính xử lý. Bộ nhớ đệm giúp tăng tốc độ xử lý của CPU. Thông số này càng cao thì CPU xử lý càng nhanh và mượt mà.Thuật in – Lithograph: Cho biết công nghệ sản xuất của chip, đơn vị nanomet chính là kích thước các linh kiện trên chip. Con số này càng nhỏ thì càng tích hợp được nhiều transistor trên một miếng bán dẫn, nhờ đó tăng tốc độ của CPU, giảm thiểu điện năng tiêu thụ càng thấp và lượng nhiệt tỏa ra.Số nhân/lõi (Cores): cho biết số nhân xử lý được trang bị trong một CPU. Hiển nhiên là càng nhiều lõi thì CPU càng có khả năng tính toán khối lượng công việc lớn hơn, máy tính sẽ khỏe hơn và nhanh hơnSố luồng (Threads): cho ta biết có bao nhiêu đường (luồng) đưa dữ liệu cho CPU xử lý. Nếu càng có nhiều Threads, dữ liệu được lưu thông dễ dàng và hiển nhiên kết quả là CPU sẽ xử lý nhanh hơn.Xung cơ bản (Base Clock) đơn vị GHz: xung nhịp của bộ vi xử lý cho biết số phép tính mà bộ vi xử lý tính được trong 1 giây, mỗi GHz tương ứng với 1 tỷ phép tính mỗi giâyNgoài các thông số cơ bản như trên, các dòng CPU khác nhau có 1 số thông số đặc thù khác như: xung nhịp Turbo boost, Khả năng ép xung, Card Onboard… CPU (Central Processing Unit) còn gọi là microprocessor hay processor. Là đơn vị xử lý trung tâm, được xem như bộ não của máy tính. Về bản chất, CPU là một mạch tích hợp phức tạp gồm hàng triệu transistor. Máy tính có chức năng thực thi chương trình. Chương trình gồm một dãy các lệnh được lưu trữ trong bộ nhớ. CPU đảm nhận việc thực thi này. Quá trình thực thi chương trình gồm hai bước:
Việc thực thi chương trình là sự lặp đi lặp lại quá trình đọc lệnh và thực thi lệnh. Vi xử lý thương mại đầu tiên là Intel 4004 của hãng Intel. Được Intel giới thiệu vào tháng 11 năm 1971, Intel 4004 có 2250 transistor và 16 chân. Sau đó, bộ vi xử lý được sử dụng rộng rãi là Intel 8080, ra đời năm 1974. Một CPU khác của Intel được tung ra thị trường năm 2006 là Intel Northwood Pentium, có 55 triệu transistor và 478 chân. CPU Intel năm 1971 chỉ có 2250 transitor thì đến năm 2016 đã có tới 7,2 tỉ transitor với 22 nhân nhờ quá trình sản xuất 14 nm. Một định luật nổi tiếng trong sản xuất CPU là định luật Moore: “Số lượng transistor trên mỗi inch vuông sẽ tăng lên gấp đôi sau mỗi 24 tháng.” (1 inch vuông xấp xỉ 6,45 cm²). Khi không thể rút nhỏ kích cỡ của một transistor hơn được thì định luật Moore sẽ không còn đúng nữa. 3.1. Phân loại theo kiến trúc thiết kế của CPULà cách tổ chức, thiết kế của các mạch điện tử bên trong CPU. Dựa theo kiến trúc thiết kế, CPU được phân thành nhiều loại:
3.2. Phân loại theo công nghệ chế tạoChủ yếu dựa trên các phương pháp giảm nhỏ kích thước của mỗi transistor cấu thành nên CPU. Có các công nghệ chế tạo CPU theo tiến trình sản xuất như 130nm/90nm/65nm/45nm/32nm/22nm,… 3.3. Theo mục đích sử dụngMỗi CPU được chế tạo để đáp ứng cho các mục đích sử dụng khác nhau:
Khi chạy một chương trình thì các chỉ lệnh của nó sẽ được nạp lên bộ nhớ RAM. CPU sẽ đọc và làm theo các chỉ lệnh một cách lần lượt. Trong quá trình đọc và làm theo các chỉ lệnh, bộ giải mã sẽ giải mã các chỉ lệnh này thành các tín hiệu điều khiển. Intel và AMD là hai hãng sản xuất CPU lớn nhất trên thị trường hiện nay. Các dòng sản phẩm CPU của Intel
Các dòng sản phẩm CPU của AMD
|
