CPU là gì? Chức năng & Các loại CPU máy tính chi tiết từ A-Z

CPU là một thuật ngữ không còn xa lạ với những người dùng máy tính hiện nay. Vậy CPU là gì, có chức năng ra sao và nguyên lý hoạt động của CPU máy tính thế nào? Hãy cùng FPT Cloud tìm hiểu về CPU thông qua bài viết dưới đây nhé!

CPU là gì?

CPU viết tắt là Central Processing Unit, là một thành phần rất quan trọng của một máy tính, nó đảm nhiệm các phép tính, khả năng điều khiển và thực thi các lệnh được giao cho hệ thống. CPU của máy tính sẽ thực hiện các tác vụ xử lý dữ liệu cơ bản ví dụ như thực hiện phép tính toán, quản lý dữ liệu bộ nhớ, điều khiển những thiết bị ngoại vi và thực hiện những hàm logic.

CPU được xây dựng từ các thành phần như bộ xử lý, bộ nhớ đệm (cache), bộ điều khiển và các đơn vị logic và số học. Bộ nhớ xử lý trung tâm CPU hoạt động dựa trên nguyên tắc của kiến trúc von Neumann, CPU này sẽ thực hiện các lệnh lưu trữ trong bộ nhớ, thực hiện phép tính và trả lại kết quả cho bộ nhớ.

CPU là gì mà được cho là “trái tim” của một máy tính, bởi nó chịu trách nhiệm chính trong quá trình xử lý những tác vụ và giúp hệ thống hoạt động. Hiệu suất của CPU máy tính thường được đo bằng tốc độ xử lý, số lõi (cores) và mức độ cache.

Chức năng của CPU là gì?

CPU máy tính là thực hiện những tác vụ xử lý thông tin. Dưới đây sẽ là một số chức năng quan trọng của CPU:

• Thực thi lệnh: Chức năng của CPU là đọc và thực thi các lệnh từ bộ nhớ. Lệnh trên máy tính bao gồm các phép tính toán, điều khiển luồng, truy cập dữ liệu và thực hiện các hàm logic. CPU sẽ làm việc theo chu kỳ máy, nó lấy lệnh từ bộ nhớ máy tính, giải mã lệnh và thực hiện các thao tác tương ứng.
• Xử lý số học và logic: CPU có chứa các đơn vị logic và số học để thực hiện những phép tính số học (như cộng, trừ, nhân, chia) và những phép toán logic (như AND, OR, NOT) trên dữ liệu. Các phép tính này sẽ được thực hiện theo các lệnh và thông số từ bộ nhớ CPU.
• Quản lý bộ nhớ: CPU làm việc với bộ nhớ máy tính để đọc và ghi dữ liệu. Chức năng của CPU là truy xuất các vị trí bộ nhớ cần thiết để lấy được dữ liệu đầu vào, lưu trữ dữ liệu trung gian ở các thanh ghi và trả kết quả trở lại bộ nhớ sau khi xử lý.
• Điều khiển thiết bị ngoại vi: CPU máy tính là điều khiển và tương tác với thiết bị ngoại vi như bàn phím, chuột, màn hình, ổ đĩa, cùng các thiết bị giao tiếp khác. Nó sẽ nhận tín hiệu từ thiết bị này và gửi tín hiệu điều khiển để thực hiện những chức năng tương ứng.
• Quản lý ngắt (interrupt): CPU sở hữu khả năng xử lý các ngắt từ những thiết bị ngoại vi hoặc từ chương trình. Với trường hợp xảy ra một sự kiện quan trọng hoặc yêu cầu ưu tiên, CPU sẽ tạm dừng công việc hiện tại và chuyển đổi sang xử lý ngắt. Rồi sau khi hoàn thành xử lý ngắt, CPU sẽ quay trở lại nhiệm vụ trước đó.

Đúng vậy, với câu hỏi CPU là gì của máy tính thì câu trả lời là CPU chính là trái tim của một hệ thống máy tính và có chức năng quan trọng trong việc xử lý và điều khiển những tác vụ để đảm bảo hoạt động chính xác và hiệu quả của hệ thống.

>>> Có thể bạn quan tâm: Scam là gì? Phân loại, Dấu hiệu & Cách phòng tránh Scam 2023

Nguyên lý hoạt động của CPU

Nguyên lý hoạt động của CPU sẽ dựa trên kiến trúc von Neumann, mô hình chung cho hầu hết những hệ thống máy tính hiện đại. Dưới đây sẽ là mô tả nguyên lý hoạt động cơ bản của CPU:

• Fetch (Lấy lệnh): CPU máy tính lấy lệnh tiếp theo từ bộ nhớ chính (RAM). Địa chỉ lưu trữ lệnh hiện tại sẽ được theo dõi bởi một con trỏ lệnh (instruction pointer) hoặc thanh ghi (register) tương tự.
• Decode (Giải mã): CPU giải mã lệnh được lấy ra từ bộ nhớ, nhằm hiểu rõ nhiệm vụ của lệnh và xác định được các hoạt động cần thực hiện.
• Execute (Thực thi): CPU máy tính thực hiện các hoạt động tương ứng với lệnh đã giải mã. Vì thế có thể bao gồm các phép tính toán số học, các phép toán logic, quá trình truy xuất dữ liệu từ bộ nhớ, ghi dữ liệu vào bộ nhớ, hoặc khả năng điều khiển các thiết bị ngoại vi.
• Repeat (Lặp lại): Kết thúc quá trình thực hiện một lệnh, CPU máy tính sẽ quay lại bước Fetch để lấy lệnh tiếp theo từ bộ nhớ. Quá trình thực hiện này sẽ tiếp tục cho đến khi gặp một điều kiện dừng, như kết thúc chương trình hoặc xảy ra sự cố báo lỗi.

Trong quá trình hoạt động, CPU máy tính luôn cần tương tác với những thành phần khác để thực hiện nhiệm vụ của nó.

Cấu tạo của CPU chi tiết

CPU bao gồm các thành phần cơ bản sau:

Khối điều khiển CU

Khối điều khiển (Control Unit – CU) là một thành phần quan trọng của CPU trên máy tính, giữ nhiệm vụ quản lý và khả năng điều khiển hoạt động của các thành phần khác trong CPU và làm việc với bộ nhớ để thực hiện các lệnh. Dưới đây sẽ là mô tả chi tiết về khối điều khiển:

• Lấy lệnh (Instruction Fetch): Sử dụng một con trỏ địa chỉ để xác định được vị trí của lệnh tiếp theo trong bộ nhớ. Lệnh này sẽ được chuyển vào bộ nhớ đệm dùng để thực hiện xử lý nhanh hơn.
• Giải mã lệnh (Instruction Decode): Sau khi lệnh được lấy về, khối điều khiển sẽ giải mã lệnh đó để có thể hiểu ý nghĩa của nó. Quá trình giải mã này chuyển đổi lệnh từ dạng nhị phân thành những tác vụ cụ thể mà CPU máy tính có thể thực hiện.
• Điều khiển thực thi (Execution Control): Khối điều khiển điều khiển sẽ thực thi những tác vụ đã được giải mã. Nhờ vậy sẽ tạo ra các tín hiệu điều khiển giúp kích hoạt các thành phần khác trong CPU như bộ xử lý (ALU), thanh ghi (registers) và một số thành phần khác để thực hiện các phép tính và quản lý dữ liệu.
• Điều khiển bộ nhớ (Memory Control): Khối điều khiển này sẽ quản lý quá trình truy xuất và ghi lại dữ liệu vào bộ nhớ. Nó quản lý tín hiệu và tín hiệu kiểm soát để giao tiếp với bộ nhớ chính và đơn vị quản lý bộ nhớ.
• Điều khiển ngắt (Interrupt Control): Khối điều khiển CPU sẽ xử lý các ngắt từ những thiết bị ngoại vi hoặc từ chương trình. Nó sẽ kiểm tra các tín hiệu ngắt và quyết định cách xử lý ngắt tương ứng. Khối điều khiển sẽ tạm dừng thực thi công việc hiện tại và chuyển sang việc xử lý ngắt hoặc lập lịch thực hiện ngắt sau khi hoàn thành công việc hiện tại.

Vì thế, khối điều khiển được đánh giá là trung tâm điều khiển của CPU, quản lý những hoạt động và tương tác với các thành phần khác nhau để thực hiện lệnh và điều khiển các hoạt động của hệ thống máy tính.

Khối tính toán ALU

Khối tính toán (Arithmetic Logic Unit – ALU) chính một thành phần quan trọng của CPU máy tính, được sử dụng dùng để thực hiện những phép tính số học và những phép toán logic trên dữ liệu. Dưới đây sẽ là mô tả chi tiết về khối tính toán ALU:

• Phép tính số học: ALU sẽ thực hiện các phép tính số học như cộng, trừ, nhân và chia. Nó nhận hai giá trị đầu vào từ các thanh ghi (registers) hoặc các bộ nhớ và thực hiện phép tính tương ứng. Kết quả trả lại của phép tính sẽ được trả về và có thể được lưu trữ trong những thanh ghi hoặc được gửi tới các thành phần khác của CPU.
• Phép toán logic: ALU thực hiện các phép toán logic như AND, OR, XOR và NOT. Nó được hoạt động trên các giá trị logic nhị phân và thực hiện những phép toán logic tương ứng dựa trên tín hiệu điều khiển từ khối điều khiển. Kết quả của phép toán logic sẽ được trả về và được sử dụng cho các tác vụ tiếp theo trong CPU.
• So sánh: ALU có khả năng thực hiện các phép so sánh giữa hai giá trị. Những phép so sánh như lớn hơn, nhỏ hơn, bằng nhau, khác nhau sẽ được thực hiện bằng cách so sánh giữa những bit của giá trị đầu vào và tạo ra các kết quả tương ứng. Kết quả của phép so sánh này thường được sử dụng dùng để điều khiển lệnh rẽ nhánh trong chương trình.
• Điều khiển: ALU của CPU máy tính sẽ nhận tín hiệu điều khiển từ khối điều khiển để xác định những loại phép tính cần thực hiện và cách thức xử lý. Tín hiệu điều khiển này sẽ điều chỉnh chế độ hoạt động của ALU như cài đặt cờ (flags) cho kết quả phép tính hoặc xác định cách xử lý các bit dư trong những phép tính số học.
• Khối tính toán ALU chính là trung tâm của các hoạt động tính toán và logic trong bộ xử lý trung tâm CPU. Nó nhận dữ liệu từ những thanh ghi hoặc bộ nhớ, thực hiện những phép tính và các phép toán logic tương ứng rồi trả về kết quả.

Các thanh ghi

Trong CPU, các thanh ghi là những ô nhớ nhỏ và nhanh có khả năng lưu trữ và xử lý dữ liệu trung gian. Các thanh ghi này sẽ chủ yếu được sử dụng để lưu trữ dữ liệu, địa chỉ và những giá trị trung gian trong quá trình tính toán và xử lý thông tin. Dưới đây là một số loại thanh ghi phổ biến:

• Thanh ghi chung: Đây là các thanh ghi mà CPU máy tính sử dụng để lưu trữ các giá trị dữ liệu tổng quát. Thanh ghi chung thường có kích thước nhỏ và có chức năng để lưu trữ các giá trị như số nguyên, kết quả phép tính, địa chỉ bộ nhớ, và các giá trị trung gian khác.
• Thanh ghi chỉ số: Thanh ghi chỉ số sẽ được sử dụng để lưu trữ địa chỉ của những phần tử trong một mảng hoặc bộ nhớ. Và nó hỗ trợ các phép tính như truy xuất các phần tử mảng dễ dàng bằng việc sử dụng địa chỉ cơ sở kết hợp với giá trị trong thanh ghi chỉ số.
• Thanh ghi địa chỉ: Thanh ghi địa chỉ có chức năng lưu trữ địa chỉ bộ nhớ hoặc các địa chỉ khác mà CPU máy tính cần truy cập. Chúng cung cấp những địa chỉ này cho các hoạt động như lấy lệnh, lưu trữ dữ liệu, và truy cập bộ nhớ.
• Thanh ghi điều khiển: Thanh ghi điều khiển chứa các cờ (flags) hoặc các tín hiệu điều khiển khác để kiểm soát hoạt động của CPU.

Các thanh ghi được đánh giá là một phần quan trọng của CPU và giữ vai trò quan trọng trong quá trình thực hiện và lưu trữ những giá trị và dữ liệu trung gian trong quá trình xử lý và tính toán.

Opcode

Opcode (Operation Code) là một thành phần quan trọng trong một lệnh máy của một CPU. Nó chính là một phần của lệnh máy định nghĩa loại phép tính hoặc hoạt động mà CPU cần thực hiện. Opcode sẽ xác định các phép tính cụ thể mà CPU thực hiện.

Opcode thường thể hiện bằng các mã nhị phân hoặc mã hexa để thể hiện một loạt các phép tính và hoạt động khác nhau mà CPU máy tính có thể thực hiện.

Mỗi CPU sẽ có một tập hợp riêng của các opcode và các định dạng lệnh máy tương ứng, theo kiến trúc và bộ xử lý của nó. Vấn đề hiểu và giải mã các opcode chính là công việc của bộ điều khiển (Control Unit) trong CPU, nơi các tín hiệu điều khiển được tạo ra giúp thực hiện các phép tính và hoạt động tương ứng.

Phần điều khiển

Phần điều khiển (Control Unit) là một thành phần quan trọng trong CPU của một hệ thống máy tính. Nhiệm vụ quan trọng của phần điều khiển chính là điều khiển hoạt động của những thành phần khác trong CPU và thực hiện các lệnh máy để thực hiện những phép tính và các hoạt động khác.

Phần điều khiển của CPU máy tính sẽ thực hiện việc lấy lệnh từ bộ nhớ đệm rồi giải mã lệnh, tiến hành thực lệnh vừa giải mã và điều khiển bộ nhớ. Đồng thời, sẽ điều khiển cả bộ nhớ ngắt nếu muốn thực hiện các lệnh quan trọng hơn.

>>> Có thể bạn quan tâm: Access là gì? Các chức năng chính của microsoft access

Các loại CPU máy tính phổ biến

Người dùng sử dụng rất nhiều loại máy tính khác nhau nên CPU máy tính đang dùng phổ biến hiện nay sẽ là:

CPU Intel

CPU Intel là một loại CPU được sản xuất và phát triển bởi công ty Intel Corporation. Intel chính là một trong những nhà sản xuất CPU đứng hàng đầu thế giới và đã tạo ra được nhiều dòng sản phẩm CPU nổi tiếng và phổ biến.

Các dòng CPU Intel bao gồm:

• Intel Core: Đây là dòng CPU trên máy tính để bàn và máy tính xách tay thông dụng. Các mẫu CPU Intel Core bao gồm Intel Core i3, i5, i7 và i9, với các hiệu năng và tính năng được tăng dần.
• Intel Xeon: Dòng CPU Xeon sẽ thiết kế dành riêng cho các máy chủ (server) và trung tâm dữ liệu. Chúng cung cấp được khả năng xử lý mạnh mẽ và tính tin cậy cho những ứng dụng doanh nghiệp và phân tích dữ liệu.
• Intel Atom: Dòng CPU Atom được thiết kế dành cho các thiết bị di động, máy tính bảng, và những thiết bị nhúng. Chúng nhỏ gọn, tiết kiệm được năng lượng và phù hợp với ứng dụng yêu cầu tiêu thụ năng lượng thấp.
• Intel Pentium và Celeron: Đây là các dòng CPU máy tính giá rẻ và dành cho nhu cầu sử dụng thông thường, như máy tính văn phòng, trình duyệt web, và các ứng dụng cơ bản.

CPU AMD

CPU AMD là một loại CPU được sản xuất và được phát triển bởi công ty Advanced Micro Devices (AMD). AMD chính là một nhà sản xuất CPU hàng đầu cạnh tranh trực tiếp với Intel trong ngành công nghệ máy tính. Với các dòng sản phẩm CPU AMD nổi tiếng và phổ biến bao gồm:

• AMD Ryzen: Đây là dòng CPU dành cho máy tính để bàn và máy tính xách tay.
• AMD Threadripper: Dòng CPU Threadripper của AMD là dành cho các ứng dụng chuyên nghiệp và máy trạm (workstation).
• AMD Epyc: Dòng CPU Epyc được thiết kế cho các trung tâm dữ liệu và máy chủ doanh nghiệp.
• AMD Athlon và A-Series: Đây là các dòng CPU có mức giá rẻ và phù hợp cho các ứng dụng thông thường như máy tính văn phòng, trình duyệt web và các ứng dụng giải trí.

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

Tốc độ bộ xử lý trung tâm CPU sẽ được đo bằng đơn vị Hertz (Hz) và sẽ được biểu diễn dưới dạng Gigahertz (GHz) hoặc Megahertz (MHz). Tốc độ CPU là một yếu tố quan trọng trong hiệu suất hoạt động của một hệ thống máy tính. Nhưng với việc xác định xem một tốc độ CPU nào là “nhanh” sẽ phụ thuộc vào các yếu tố khác nhau và không thể đánh giá dựa vào tốc độ CPU duy nhất.

Để đánh giá hiệu suất của một CPU, cần đánh giá các yếu tố khác như kiến trúc CPU, số lượng nhân) và luồng, bộ nhớ cache, công nghệ sản xuất, và khả năng xử lý những tác vụ đa nhiệm.

Một CPU có tốc độ cao sẽ thực hiện nhiều lệnh và tính toán trong một khoảng thời gian ngắn, giúp hiệu suất xử lý nhanh hơn. Đồng thời, nếu kiến trúc và các yếu tố khác vẫn chưa được tối ưu, một CPU có tốc độ cao cũng không thể đảm bảo hiệu suất tốt hơn một CPU có tốc độ thấp.

Do vậy, để đánh giá tốc độ CPU có nhanh hay không, cần phải xem xét tổng thể hiệu suất của CPU theo nhiều yếu tố quan trọng khác nhau, chứ không chỉ dựa trên tốc độ duy nhất.

Các thông số quan trọng của CPU

Khi tìm hiểu về CPU thì không chỉ hỏi CPU là gì mà cũng cần phải hiểu về thông số của CPU. Dưới đây sẽ là những thông số của CPU:

Clock Speed: Tốc độ xung nhịp

Tốc độ xung nhịp của một CPU sẽ là tần số hoạt động của nó, được đo bằng đơn vị Hertz (Hz). Với tốc độ xung nhịp sẽ xác định số lần mà CPU thực hiện những tác vụ trong một đơn vị thời gian. Nó thể hiện được tốc độ cơ bản của một CPU máy tính và được xem là một chỉ số rất quan trọng trong việc đánh giá hiệu suất của CPU.

Với tốc độ xung nhịp cao hơn, CPU sẽ có khả năng thực hiện những tác vụ nhanh hơn trong cùng một khoảng thời gian cụ thể. Vì thế tốc độ xung nhịp chính là yếu tố quan trọng quyết định hiệu suất của CPU nhưng cũng không phải chỉ số duy nhất để đánh giá tốc độ của CPU.

Turbo Speed: Tốc độ xung nhịp tối đa

Tốc độ xung nhịp tối đa (Turbo Speed) là tốc độ mà một CPU sẽ đạt được khi hoạt động ở trạng thái tải công việc cao. Đây chính là tốc độ xung nhịp vượt qua tốc độ xung nhịp cơ bản (base clock speed) của CPU.

Tốc độ xung nhịp tối đa sẽ được xác định dựa theo các yếu tố như nhiệt độ, tải công việc, điện áp và khả năng xử lý của CPU. Với những yếu tố này sẽ thay đổi tốc độ xung nhịp tối đa của CPU. Hơn nữa, việc sử dụng tốc độ xung nhịp tối đa sẽ cần phải được quản lý và kiểm soát để đảm bảo sự ổn định và an toàn dành cho CPU máy tính.

Core: Số nhân

Số nhân (cores) trong một CPU máy tính sẽ đề cập đến số lượng độc lập các CPU trong cùng một chip vật lý. Mỗi nhân trong CPU sẽ có khả năng thực hiện những tác vụ và xử lý dữ liệu độc lập.

Số nhân càng nhiều, CPU sẽ có khả năng xử lý nhiều tác vụ đồng thời một cách hiệu quả hơn. Mỗi nhân sẽ xử lý một luồng công việc riêng biệt, vì thế tăng cường được hiệu suất tổng thể của CPU. Số nhân trong CPU rất hữu ích trong các tác vụ đa nhiệm hoặc các ứng dụng đòi hỏi việc xử lý đồng thời nhiều luồng công việc, vid dụ như các ứng dụng đồ họa, chơi game, xử lý video và phân tích dữ liệu.

Thread: Số luồng

Số luồng Thread trong một CPU sẽ đề cập đến khả năng của CPU dùng để xử lý các luồng công việc đồng thời. Mỗi luồng công việc được đại diện cho một chuỗi các lệnh hoặc các tác vụ cần được thực hiện bởi CPU.

Với số luồng nhiều hơn, CPU máy tính sẽ có khả năng xử lý đa nhiệm một cách hiệu quả hơn và khả năng chia sẻ công việc giữa các luồng giúp tăng hiệu suất. Do đó, rất hữu ích trong các ứng dụng đòi hỏi xử lý đồng thời nhiều luồng công việc, như xử lý đồ họa, công việc phân tích dữ liệu, và các ứng dụng đa nhiệm.

Socket: Chân cắm

Socket (chân cắm) là một kết nối vật lý trên bo mạch chủ của máy tính, được thiết kế dùng để chứa và kết nối CPU máy tính. Và nó sẽ cung cấp giao diện vật lý và điện tử giữa CPU và bo mạch chủ.

Mỗi loại CPU sẽ có thiết kế bố cục chân cắm riêng, nên mỗi socket chỉ tương thích với một số kiểu CPU cụ thể. Việc chọn một socket phù hợp là quan trọng giúp đảm bảo CPU có thể được cài đặt và hoạt động trên bo mạch chủ.

iGPU: Card đồ họa tích hợp (Card Onboard)

iGPU có nghĩa là “đơn vị xử lý đồ họa tích hợp”, nó đề cập đến card đồ họa sẽ được tích hợp trực tiếp vào bộ xử lý trung tâm CPU hoặc bo mạch chủ của máy tính.

Trong một số CPU và bo mạch chủ, có một iGPU tích hợp trong cùng CPU hoặc chipset. iGPU sẽ là một phần cứng nhỏ được thiết kế dùng để xử lý các tác vụ đồ họa cơ bản, như hiển thị hình ảnh trên màn hình và xử lý video. Tuy nhiên, iGPU cũng rất hữu ích cho các tác vụ văn phòng, duyệt web, xem video và các ứng dụng đồ họa cơ bản.

Thông qua bài viết trên, người dùng cũng có thể hiểu cụ thể hơn về CPU là gì, chức năng quan trong của CPU trên máy tính ra sao? Nếu còn thắc mắc gì về CPU mà muốn tìm hiểu chi tiết hơn hãy liên hệ với FPT Cloud để được giải đáp luôn nhé!

Liên hệ với chúng tôi để biết thêm thông tin chi tiết về dịch vụ của FPT Smart Cloud

• Website: https://fptcloud.com/
• Fanpage: https://www.facebook.com/fptsmartcloud
• Email: [email protected]
• Hotline: 1900 638 399