Phần quan trọng nhất của máy tính, nếu bạn chỉ phải chọn một, sẽ là bộ xử lý trung tâm (CPU). Đây là trung tâm chính (hoặc “bộ não”) xử lý các hướng dẫn đến từ các chương trình, hệ điều hành hoặc các thành phần máy tính khác.
1 và 0 như
Nhờ các bộ xử lý mạnh mẽ hơn, chúng tôi đã chuyển từ việc chỉ hiển thị hình ảnh trên màn hình máy tính sang Netflix, trò chuyện video, phát trực tuyến và các trò chơi video ngày càng chân thực hơn.
Bộ xử lý là một tuyệt tác kỹ thuật, nhưng cốt lõi của nó vẫn dựa trên khái niệm cơ bản về diễn giải các tín hiệu nhị phân (1 và 0). Sự khác biệt bây giờ là thay vì đọc thẻ đục lỗ hoặc xử lý hướng dẫn bằng bộ ống chân không, các CPU hiện đại sử dụng các bóng bán dẫn nhỏ để tạo video TikTok hoặc điền số vào bảng tính.
Khái niệm cơ bản về bộ xử lý
Sản xuất bộ vi xử lý là phức tạp. Điều quan trọng là mọi bộ xử lý đều có silicon (một hoặc nhiều), trong đó có hàng tỷ bóng bán dẫn cực nhỏ.
Như đã đề cập ở trên, các bóng bán dẫn này sử dụng một loạt tín hiệu điện (dòng điện “bật” và dòng điện “tắt”) để biểu thị mã nhị phân của máy gồm các số 1 và 0. Vì có rất nhiều bóng bán dẫn nên CPU có thể thực hiện các tác vụ ngày càng phức tạp với tốc độ nhanh hơn trước.
Số lượng bóng bán dẫn không nhất thiết có nghĩa là bộ xử lý sẽ nhanh hơn. Tuy nhiên, đây vẫn là lý do cơ bản giải thích tại sao chiếc điện thoại bạn mang trong túi có sức mạnh tính toán cao hơn nhiều so với toàn bộ hành tinh khi chúng ta lần đầu tiên đặt chân lên mặt trăng.
Trước khi chúng ta tiếp tục nâng cao khái niệm về bộ xử lý, hãy nói về cách bộ xử lý thực thi các lệnh dựa trên mã máy, được gọi là “bộ lệnh”. Bộ xử lý từ các công ty khác nhau có thể có các bộ hướng dẫn khác nhau, nhưng không phải lúc nào cũng vậy.
Ví dụ, hầu hết các máy tính chạy Windows và các bộ xử lý Mac hiện tại sử dụng phần mở rộng tập lệnh x86-64, cho dù chúng là bộ xử lý Intel hay AMD. Tuy nhiên, máy Mac ra mắt vào cuối năm 2020 sẽ có bộ xử lý dựa trên ARM sử dụng một tập lệnh khác. Ngoài ra còn có một số ít máy tính đang chạy Windows 10 sử dụng bộ vi xử lý ARM.
Lõi, bộ đệm và đồ họa
Bây giờ hãy nhìn vào chính silicon. Sơ đồ trên là từ sách trắng của Intel xuất bản năm 2014 liên quan đến kiến trúc bộ xử lý Core i7-4770S của công ty. Đây chỉ là một ví dụ về giao diện của một bộ xử lý – các bộ xử lý khác có bố cục khác.
Chúng ta có thể thấy rằng nó là một bộ xử lý lõi tứ. Đã có lúc CPU chỉ có một lõi. Bây giờ chúng ta có nhiều lõi, chúng xử lý các lệnh nhanh hơn nhiều. Các lõi cũng có thể có một thứ gọi là siêu phân luồng hoặc đa luồng đồng thời (SMT), khiến một lõi giống như hai lõi đối với máy tính. Điều này, như bạn có thể tưởng tượng, giúp tăng tốc thời gian xử lý hơn nữa.
Các lõi trong sơ đồ này chia sẻ một thứ gọi là bộ đệm L3. Nó là một dạng bộ nhớ nhúng bên trong bộ xử lý. Bộ xử lý cũng có bộ đệm L1 và L2 chứa trong mỗi lõi, cũng như các thanh ghi, là một dạng bộ nhớ cấp thấp. Nếu bạn muốn hiểu sự khác biệt giữa thanh ghi, bộ đệm và RAM hệ thống, hãy xem câu trả lời này trên StackExchange.
Bộ xử lý hiển thị ở trên cũng chứa tác nhân hệ thống, bộ điều khiển bộ nhớ và các bộ phận chip khác quản lý thông tin vào và ra khỏi bộ xử lý.
Cuối cùng, có đồ họa tích hợp của CPU tạo ra tất cả những hình ảnh tuyệt vời mà bạn nhìn thấy trên màn hình. Không phải tất cả các bộ xử lý đều có khả năng đồ họa riêng. Ví dụ: bộ xử lý máy tính để bàn AMD Zen yêu cầu một card đồ họa riêng để hiển thị mọi thứ trên màn hình. Một số bộ xử lý máy tính để bàn Intel Core cũng không có đồ họa tích hợp.
Bộ vi xử lý trên bo mạch chủ
Bây giờ chúng ta đã xem xét những gì đang diễn ra bên dưới nắp CPU, hãy xem cách nó tích hợp với phần còn lại của PC của bạn. Bộ xử lý được đặt trong cái gọi là ổ cắm trên bo mạch chủ của máy tính.
Sau khi được đặt vào ổ cắm, các bộ phận khác của máy tính có thể kết nối với bộ xử lý thông qua một thứ gọi là “xe buýt”. Ví dụ, RAM kết nối với CPU thông qua bus riêng của nó, trong khi nhiều thành phần PC sử dụng một loại bus cụ thể, được gọi là “PCIe”.
Mỗi bộ xử lý có một bộ “làn PCIe” mà nó có thể sử dụng. Ví dụ, bộ vi xử lý AMD Zen 2 chúng có 24 đường kết nối trực tiếp với CPU. Các làn này sau đó được chia sẻ bởi các nhà sản xuất bo mạch chủ theo chỉ dẫn của AMD.
Ví dụ: 16 dòng thường được sử dụng cho khe cắm cạc đồ họa x16. Sau đó, có bốn đường dẫn lưu trữ, ví dụ: một thiết bị lưu trữ tốc độ cao như M.2. Ngoài ra, bốn làn đường này cũng có thể được chia ra. Hai làn đường có thể được sử dụng cho một M.2và hai cho ổ đĩa SATA chậm hơn như ổ cứng hoặc 2,5SSD inch.
Đó là 20 làn và 4 làn còn lại được dành riêng cho chipset, là trung tâm liên lạc và bộ điều khiển chuyển động cho bo mạch chủ. Sau đó, chipset có bộ kết nối bus riêng, cho phép bạn thêm nhiều thành phần hơn nữa vào máy tính của mình. Như bạn có thể mong đợi, các thành phần mạnh hơn có kết nối trực tiếp hơn với bộ xử lý.
Như bạn có thể thấy, CPU thực thi hầu hết các lệnh và đôi khi cả đồ họa cũng hoạt động (nếu nó được chế tạo cho nó). Tuy nhiên, bộ xử lý không phải là cách duy nhất để xử lý hướng dẫn. Các thành phần khác, chẳng hạn như card đồ họa, có khả năng xử lý tích hợp riêng. GPU cũng sử dụng các khả năng xử lý riêng của nó để làm việc với CPU và chạy trò chơi hoặc thực hiện các tác vụ chuyên sâu về đồ họa khác.
Sự khác biệt lớn là các bộ xử lý thành phần được xây dựng với các nhiệm vụ cụ thể. Tuy nhiên, bộ xử lý là một thiết bị đa năng có khả năng thực hiện bất kỳ tác vụ tính toán nào mà nó được yêu cầu thực hiện. Đây là lý do tại sao bộ xử lý điều khiển máy tính của bạn và phần còn lại của hệ thống dựa vào nó để chạy.
