Với những ai đã sử dụng máy vi tính, laptop thì đã nghe đến CPU nhưng không phải ai cũng biết rõ CPU là gì và chức năng của CPU đối với máy vi tính là như thế nào. Đừng tìm kiếm đâu xa, ở trong bài viết này chúng tôi có tất cả : CPU là gì?

CPU là gì?
Khái niệm CPU
CPU (Central Processing Unit) là bộ xử lý trung tâm của máy vi tính, laptop. CPU đóng vai trò như não bộ, xử lý tất cả các lệnh mà nó nhận được từ phần cứng và phần mềm chạy trên máy vi tính.
Tổng quan về CPU
Những hình ảnh dưới đây là CPU. Ví dụ cho các bạn thấy được mặt trước và mặt sau của một bộ xử lý Intel Pentium. Bộ vi xử lý được đặt và bảo mật vào một đế cắm CPU (CPU socket) tương thích được tìm thấy trên bo mạch chủ. Bộ xử lý sản sinh nhiệt vì vậy chúng được phủ một tản nhiệt để giữ mát và chạy trơn tru.


Các chip CPU thường có dạng hình vuông hoặc hình chữ nhật và có một góc nhỏ để đặt chip đúng vào đế cắm CPU. Ở dưới cùng của con chip là hàng trăm chân nối được nối vào mỗi lỗ tương ứng trong đế cắm CPU.
Hiện nay hầu hết các CPU đều giống với hình ảnh được hiển thị ở trên, nhưng với CPU của Intel và AMD có khe cắm bộ vi xử lý lớn hơn và trượt vào khe trên bo mạch chủ. Hơn nữa, trong lịch sử đã có hàng chục loại đế cắm khác nhau trên bo mạch chủ được sản xuất. Mỗi đế cắm chỉ hỗ trợ các loại bộ xử lý cụ thể và mỗi bộ đều có cách bố trí chân riêng.
Lịch sử CPU
Lịch sử hình thành CPU có thể nói là bắt đầu từ năm 1823 nếu dựa vào nguyên lý hoạt động và chất liệu cấu thành khi mà 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.
Vào năm 1903, nhà khoa học Nikola Tesla sáng chế các mạch logic điện được gọi là “cổng” hoặc “công tắc”, đó là những nguyên lý hoạt động nền tảng của CPU hiện nay.
Năm 1948, bóng bán dẫn ra đời 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.

Vào khoảng thập niên 1970s, Intel đã 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.
Như vậy CPU chính thức được phát triển bởi Intel là bộ vi xử lý 4004.
Cấu tạo của CPU gồm những gì?
Cấu tạo của CPU được tạo thành từ hàng triệu bóng bán dẫn được sắp xếp trên một bo mạch chủ. CPU bao gồm 3 thành phần chính là: Các thanh ghi (Registers), Khối điều khiển (CU – Control Unit), Khối tính toán (ALU – Arithmetic/Logic Unit).
Các thanh ghi (Registers). Là bộ nhớ có dung lượng nhỏ nhưng tốc độ truy cập rất cao, nằm ngay trong CPU và dùng để lưu trữ tạm thời các toán hạng, kết quả tính toán, địa chỉ các ô nhớ và thông tin điều khiển. Mỗi thanh ghi có một chức năng cụ thể riêng. Thanh ghi quan trọng nhất là Bộ đếm chương trình (PC- Program Counter).
Khối điều khiển (CU – Control Unit). Có nhiệm vụ chuyển đổi lệnh và thao tác của người dùng sang ngôn ngữ máy tính. Sau đó điều khiển chúng tới nơi cần xử lý và chuyển đổi. Tất cả quá trình được thực thi một cách chính xác bởi xung nhịp đồng hồ hệ thống.
Khối tính toán (ALU – Arithmetic/Logic Unit). Khối tính toán có nhiệm vụ thực thi các quy tắc toán học và logic đối với các tín hiệu của ngôn ngữ máy được đưa đến. Từ những tín hiệu đó, khối tính toán sẽ trả về kết quả của lệnh cho các thanh ghi hoặc bộ nhớ.
Các thông số kỹ thuật của CPU
Khi nhắc đến bộ vị xử lý CPU thì mọi người thường quan tâm đến xung nhịp (Core Speed), ví dụ như 3.2 GHz, 5.0 GHz…. Bởi vì theo quan niệm thông thường thì chip nào có xung nhịp càng cao thì sẽ càng mạnh. Song trên thực tế, khả năng xử lý của một con chip CPU còn phụ thuộc vào rất nhiều thứ như bộ nhớ đệm, số nhân, số luồng…
Đó là những thông số quan trọng giúp chúng ta chọn được CPU ổn định và trơn tru. Phân tích con chip CPU CoreTM i7 – 6700k Processor (8M cache, up to 4.20 GHz) để làm ví dụ:
Socket LGA1151. Đây là thông số chỉ loại khe cắm của CPU và là đặc tính để xét sự tương thích giữa bộ vi xử lý với bo mạch chủ. Chỉ bo mạch chủ nào hỗ trợ loại socket này thì vi xử lý mới có thể hoạt động được. Trong ví dụ này thì chip i7 6700k sử dụng dạng tiếp xúc gồm 1151 chân cắm.

Bộ nhớ đệm – Cache 8M. Bộ nhớ đệm CPU là vùng bộ nhớ nhanh trên bộ xử lý, là nơi lưu trữ các dữ liệu nằm chờ phần cứng xử lý. Mục đích của nó là tăng tốc độ xử lý của chip. Chỉ số này càng cao thì CPU xử lý càng nhanh, càng mượt mà.
Thuật in – Lithography 14nm. Đây là công nghệ sản xuất của chip CPU, 14nm là kích thước các linh kiện trên con chip. Con số này càng nhỏ thì tích hợp được càng nhiều bộ chuyển đổi (transistor) trên một miếng bán dẫn. Và cuối cùng là tốc độ của vi xử lý càng nhanh, điện năng tiêu thụ càng thấp và nhiệt lượng tỏa ra giảm.
Số nhân/lõi – 4 Cores. Chỉ số này chỉ số lượng nhân xử lý được trang bị trong một lõi. ở ví dụ này, số nhân của i7 là 4. Số Core trong một CPU càng lớn thì tốc độ càng cao.
Số luồng – 8 Threads. Chỉ số này cho ta biết được có bao nhiêu đường đưa dữ liệu cho CPU xử lý. Nếu càng có nhiều luồng thì dữ liệu được lưu thông tốt và kết quả là CPU xử lý dữ liệu nhanh hơn thôi.
Xung cơ bản – Base Clock 4 GHz. Đây là xung nhịp của bộ vi xử lý được tính toán bằng số phép tính mà bộ vi xử lý tính được trong 1s. Với ví dụ trên, con số 4.0 GHz cho ta biết i7 6700k có thể tính được 4 triệu phép tính trong 1s trên mỗi nhân.
Xung boost – Boost Clock 4.2 GHz. Tần số turbo tối đa là tần số tối đa của một lõi mà bộ xử lý đạt được để có thể hoạt động bằng công nghệ Turbo Boost Intel.
Card Onboard. Card đồ họa được tích hợp trên CPU dùng để xử lý hình ảnh, chơi game mà không cần đến VGA rời.
Xem thêm: VGA là gì? ( https://lafactoriaweb.com/vga-la-gi-nen-chon-loai-card-vga-nao-cho-do-hoa-may-tinh )
CPU hoạt động như thế nào?

Tìm nạp
Ở khởi động bước đầu tiên, CPU nhận lệnh mà nó cần để chạy từ bộ nhớ chương trình. Mỗi lệnh trong một chương trình (một chương trình bao gồm hàng triệu lệnh) được chứa ở một địa chỉ xác định. CPU có một bộ đếm chương trình (program counter) giúp theo dõi vị trí của CPU trong chương trình – chính xác hơn là địa chỉ của lệnh mà CPU đang truy cập.
Giải mã
Trong bước này dù chương trình được viết bằng mã gì đi nữa thì trình biên dịch sẽ chuyển mã sang hợp ngữ (Assembly Language). Hợp ngữ là ngôn ngữ mà CPU hiểu được, nhưng có thể khác nhau giữa các CPU khác nhau. Từ đó một trình hợp dịch (assembler) dịch hợp ngữ sang mã nhị phân để CPU có thể thao tác và thực thi lệnh mà nó nhận được.
Thực thi

Dựa vào lệnh nhận được, CPU có thể làm một trong ba việc:
- Bằng cách sử dụng đơn vị luận lý số học (Arithmetic Logic Unit – ALU), CPU có thể tính toán những hàm số cực kỳ phức tạp.
- Di chuyển dữ liệu từ một vị trí bộ nhớ sang vị trí khác.
- Nhảy sang các địa chỉ khác trong chương trình do CPU tự quyết định.
Sơ đồ ở trên cho thấy cơ cấu tổ chức của một vi xử lý vô cùng đơn giản có khả năng thực hiện những hành động này.
Ghi lại
Thông thường thì mỗi hoạt động của CPU đều tạo ra một loại dữ liệu ra (output). CPU giữ những dữ liệu này và ghi nó vào bộ nhớ máy tính. Nếu một chương trình thực hiện phép toán cộng hai toán hạng: 3 và 5, đầu ra: 8 sẽ được ghi lại trong một địa chỉ xác định. Tuy nhiên, đối với toán hạng thứ ba (đầu ra: 8), bộ đếm chương trình (đã được biết ở trên, được sử dụng để theo dõi quá trình của CPU xuyên suốt một chương trình) thay đổi để cho biết bắt đầu lệnh tiếp theo.
Khi 4 bước này được hoàn tất thì đếm chương trình di chuyển lên trên lệnh tiếp theo và lặp lại toàn bộ quá trình cho đến khi kết thúc chương trình.
CPU có bao nhiêu lõi?

Mới đầu CPU còn khá đơn giản chỉ có 1 lõi đơn, lúc này các tính toán thường chậm và tốn nhiều thời gian. Sau một thời gian phát triển, các nhà sản xuất bắt đầu tìm cách để cải thiện hiệu suất và sau đó các cụm từ như lõi kép, 4 lõi, đa nhân (đa lõi) bắt đầu xuất hiện phổ biến hơn.
Các bộ vi xử lý lõi đơn, lõi kép đã sớm nhường chỗ cho các bộ vi xử lý 4 lõi và thậm chí 8 lõi. Ngày nay với công nghệ siêu phân luồng các dòng máy tính mới có thể thực hiện các tác vụ như thể chúng có đến 16 lõi, 22 lõi.
Các loại CPU
Hiện nay có 2 nhà sản xuất CPU lớn nhất toàn cầu là AMD và Intel. Sự phát triển của 2 thương hiệu lớn này đã giúp cho người dùng có nhiều sự lựa chọn hơn và so sánh để chọn được sản phẩm tốt nhất.

AMD hiện tại đang phổ biến ở các dòng socket AM4, TR4.Trước đây, bộ vi xử lý máy tính sử dụng số để xác định bộ xử lý và giúp xác định bộ vi xử lý nhanh hơn. Ví dụ, bộ vi xử lý Intel 80486 (486) nhanh hơn bộ vi xử lý 80386 (386). Sau khi giới thiệu bộ vi xử lý Intel Pentium (được coi là 80586), tất cả bộ xử lý máy tính đều bắt đầu sử dụng các tên như Athlon, Duron, Pentium và Celeron.
Ngày nay, ngoài các tên khác nhau của bộ vi xử lý máy tính, có nhiều kiến trúc (32-bit và 64-bit), tốc độ và khả năng khác nhau. Dưới đây là danh sách các loại phổ CPU phổ biến cho máy tính sử dụng gia đình hoặc kinh doanh.
Bộ xử lý AMD
K6-2 K6-III Athlon Duron Athlon XP | Sempron Athlon 64 Mobile Athlon 64 Athlon XP-M Athlon 64 FX | Turion 64 Athlon 64 X2 Turion 64 X2 Phenom FX Phenom X4 | Phenom X3 Athlon 6-series Athlon 4-series Athlon X2 Phenom II | Athlon II E2 series A4 series A6 series A8 series A10 series |
Bộ xử lý Intel
4004 8080 8086 8087 8088 80286 (286) 80386 (386) 80486 (486) | Pentium Pentium w/MMX Pentium Pro Pentium II Celeron Pentium III Pentium M Celeron M | Pentium 4 Mobile Pentium 4-M Pentium D | Pentium Extreme Edition Core Duo Core 2 Duo | Core i3 Core i5 Core i7 |
Tốc độ CPU chuyển dữ liệu nhanh như thế nào?
Tốc độ xung nhịp.
Tốc độ của CPU được quyết định bởi chất lượng và số lượng bóng bán dẫn và bộ nhớ đệm, số nhân, số luồng…. CPU có bóng bán dẫn chất lượng thì sẽ xử lý và đưa ra quyết định nhanh hơn. Từ đó máy tính có CPU tốc độ cao cũng sẽ hoạt động nhanh hơn máy có CPU đời thấp.
Tốc độ của CPU được tính bằng số xung nhịp của con chip, đơn vị là GHz (gigahertz) hoặc MHz (megahertz). Con số này càng cao tức CPU chạy càng nhanh. Hiện nay đa số CPU đều hỗ trợ đa nhân, tức thay vì chỉ có 1 CU, 1 ALU, 1 Memory như trên thì CPU sẽ có 2 hoặc 3 hoặc nhiều hơn. Từ đó tốc độ xử lý được đẩy lên cực cao, gấp đôi gấp 3 lần trong thời gian không đổi.
Cách đọc tốc độ CPU của máy tính khá đơn giản. Bạn lấy xung nhịp CPU thể hiện, nhân cho số nhân mà CPU có sẽ ra tốc độ CPU chính xác. Ví dụ, với dòng chip CPU Intel Core-i5 2.3 GHz thì Khỏe sẽ có 2.3 x 5 = 11.5 GHz.
CPU quan trọng như thế nào với máy tính?

Nếu có bộ vi xử lý CPU tuyệt vời bạn sẽ có thể thỏa sức lướt web, xem video hay làm những công việc mà mình ưa thích một cách nhanh chóng nhất. CPU sẽ xử lý tất cả những yêu cầu mà bạn đưa ra một cách dễ dàng.
Một tính năng hết sức đặc biệt của bộ vi xử lý CPU nữa đó chính là tính năng bảo mật an toàn giúp cho người dùng có thể yên tâm hơn khi sử dụng. Tất cả những dữ liệu của người dùng sẽ được bảo mật tuyệt đối nên bạn hoàn toàn có thể yên tâm khi sử dụng chiếc máy tính với bộ vi xử lý vượt trội này.
GPU có thể được sử dụng thay cho CPU?

GPU (Graphics Processing Unit) là bộ xử lý những tác vụ liên quan đến đồ hoạ cho vi xử lý trung tâm CPU. Rất nhiều tính năng trên GPU vượt xa so với trình điều khiển đồ họa cơ bản như GPU của Intel.
GPU được dùng trong các hệ thống nhúng, máy tính cá nhân, máy trạm workstation, máy tính chơi game…GPU dễ nhận biết nhất là trong máy tính cá nhân, CPU xuất hiện ở Card màn hình hoặc có thể gắn trên bo mạch chủ.
GPU không thể thay thế CPU vì:
- GPU có nhiều lõi xử lý hơn CPU nhưng vì mỗi lõi GPU chạy chậm hơn đáng kể so với lõi CPU và không có các tính năng cần thiết cho các hệ điều hành hiện đại, chúng không phù hợp để thực hiện hầu hết việc xử lý hàng ngày điện toán. Chúng phù hợp nhất với các hoạt động chuyên sâu tính toán như xử lý video và mô phỏng vật lý.
- Mặc dù GPU có thể có hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn bộ xử lý luồng, mỗi bộ xử lý chạy chậm hơn lõi CPU và có ít tính năng hơn (ngay cả khi chúng hoàn thành Turing và có thể được lập trình để chạy bất kỳ chương trình nào CPU có thể chạy). Các tính năng bị thiếu trong GPU bao gồm các ngắt và bộ nhớ ảo, được yêu cầu để thực hiện một hệ điều hành hiện đại.
- GPU có thể xử lý một lượng lớn dữ liệu trong nhiều luồng, thực hiện các thao tác tương đối đơn giản trên chúng, nhưng không phù hợp với xử lý nặng hoặc phức tạp trên một hoặc một vài luồng dữ liệu. CPU nhanh hơn nhiều trên cơ sở mỗi lõi (về hướng dẫn mỗi giây) và có thể thực hiện các thao tác phức tạp trên một hoặc một vài luồng dữ liệu dễ dàng hơn, nhưng không thể xử lý hiệu quả nhiều luồng đồng thời.
- GPU không phù hợp để xử lý các tác vụ không được hưởng lợi đáng kể hoặc không thể song song, bao gồm nhiều ứng dụng tiêu dùng phổ biến như bộ xử lý văn bản. Hơn nữa, GPU sử dụng kiến trúc cơ bản khác nhau; người ta sẽ phải lập trình một ứng dụng dành riêng cho GPU để nó hoạt động và cần có các kỹ thuật khác nhau đáng kể để lập trình GPU.
- …..
Như vậy CPU là không thể thay thế và là một bộ phận nhất định phải có trong máy vi tính, laptop.
Bài viết đã cung cấp nhiều thông tin quan trọng về CPU từ khái niệm, lịch sử, cấu tạo, chức năng và cả cách thức hoạt động. Chủ đề CPU là gì là một chủ đề được nhiều người quan tâm, trong đó có bạn. Vậy thì hãy lưu lại thông tin bổ ích và cùng chia sẻ nó cho bạn bè nhé.