CPU là gì? Hoạt động và thành phần của CPU trong máy tính

Cpu là gì? Nó hoạt động ra làm sao và thành phần bao gồm có các loại nào? tất cả những câu hỏi đó sẽ được chúng tôi giải đáp qua nội dung trong bài viết dưới đây.

1. CPU là gì?

CPU là từ được viết tắt của chữ Central Processing Unit trong tiếng Anh, có ý nghĩa là bộ xử lý trung tâm, nói về các mạch điện tử có trong máy tính. Nó có nhiệm vụ, thực hiện những câu lệnh mà chương trình máy tính đưa ra như thực hiện phép tính về số học, so sánh, có tính logic và các hoạt động của việc nhập/xuất các dữ liệu (I/O) về cơ bản mà mã lệnh đã chỉ ra trước.

Thuật ngữ CPU, xuất hiện và được sử dụng từ những năm 1960, trong ngành công nghiệp máy tính.

CPU có thiết kế, hình thức và các thức thực hiện thay đổi theo sự phát triển của lịch sử, nhưng cơ chế hoạt động của nó về cơ bản là không có thay đổi gì. Thành phần của CPU chủ yếu sẽ bao gồm: bộ phận số học logic được viết tắt ALU, có nhiệm vụ làm công việc thực hiện các phép tính về số học và logic. Trong đó, sẽ có các thanh ghi làm nhiệm vụ lưu lại tham số để ALU thực hiện tính toán, lưu trữ các kết quả để trả về cho một bộ phận kiểm soát thực hiện nhiệm vụ là nạp mã lệnh có trong bộ nhớ để thực hiện chúng từ những chỉ đạo trong hoạt động phối hợp với ALU, của thanh ghi và những thành phần khác.

Các CPU hiện đại, hầu hết đều có những vi xử lý và nó có ý nghĩa chính là đặt thêm vào trong máy một chip vi mạch có ký hiệu là IC đơn. Đối với một IC, nếu có chứa một CPU thì nó có thể chứa thêm bộ nhớ, giao diện của các thiết bị ở ngoại vi, cũng như những thành phần khác có trong một máy tính. Việc tích hợp nhiều thiết như vậy, người ta có nhiều tên gọi khác nhau có thể là vi điều khiển, cũng có thể được gọi là hệ thống có trên một vi mạch ký hiệu là SoC.

Đối với một số máy tính, có thể sử dụng một CPU đa nhân. Bạn có thể hiểu CPU đa nhân chính là có một con chip duy nhất và nó chứa từ hai hoặc là nhiều CPU trở lên có tên gọi “dõi”. Nếu như, có những máy tính như vậy thì các chip đơn trong máy sẽ có tên gọi là “khe cắm”. Khi đó, những bộ xử lý vector và vi xử lý sẽ nhiều bộ xử lý được hoạt động song song và sẽ không có xử lý nào là trung tâm.

CPU có sự phát triển nhanh chóng, khi mà trong năm 1972 chỉ có 2.300 transitor thì đến năm 2016 đã là 7,2 tỉ transitor. Trong sự tiến bộ về công nghệ thông tin hiện nay, người ta tin tưởng rằng trong tương lai CPU sẽ còn phát triển và đang dần hướng tới công nghệ sản xuất 7nm và 5nm cho CPU, khi đó CPU sẽ có hiệu suất và khả năng tiết kiệm năng lượng tốt hơn.

2. Hoạt động của CPU trong máy tính

Đối với các CPU, nó sẽ có các hoạt động cơ bản riêng và không phụ thuộc vào bất cứ hình thức vật lý nào mà nó sẽ có nhiệm vụ là thực hiện một chuỗi những tập lệnh đã được lưu trữ trước đó với tên gọi là chương trình.

Các mã lệnh trong thời gian chờ thực hiện sẽ được lưu giữa ở trong một số bộ nhớ của máy tính, phần lớn các CPU sẽ có một chu kỳ hoạt động chính theo các bước như: lấy thông tin, thực hiện giải mã và làm theo những lệnh trong quá trình hoạt động.

Đối với hoạt động của CPU, sau khi đã thực hiện một lệnh thì quá trình đó sẽ được lặp đi lặp lại với một chu kỳ của lệnh liên tiếp và các lệnh đó sẽ được lấy tiếp theo ở trong chuỗi theo giá trị tăng lên có trong thanh ghi của con trỏ lệnh. Khi một con trỏ lệnh đã thực hiện, con trỏ lệnh đó sẽ được sửa đổi để lưu lại chứa địa chỉ mà lệnh đã thực hiện bị thay đổi và sau đó sẽ thực hiện những chương trình khác tiếp tục như thường. Đối với một phức hợp CPU thì quá trình hoạt động của nó sẽ phức tạp hơn, trong đó nhiều lệnh sẽ được tải xuống, cùng giải mã và thực hiện với nhau đồng thời.

Đó là những mô tả thường có tên gọi “đường ống RISC cổ điển” được biết đến là khá phổ biến ở trong các CPU dạng đơn giản và có mặt ở trong nhiều các thiết bị điện tử (thường gọi với cái tên vi điều khiển). Loại CPU này, nó bỏ qua những vai trò quan trọng trong CPU cache nên cũng bỏ qua luôn giai đoạn tiếp cận với các đường ống.

3. Thành phần của CPU

Thành phần của CPU sẽ bao gồm có khối điều khiển, khối tính toán ALU, các thanh ghi, opcode và phần điều khiển. Đây chính là những công cụ giúp cho việc hoạt động của CPU hiệu quả hơn, thể hiện được hết nhiệm vụ và vai trò của nó trong cấu tạo của máy tính.

a, Khối điều khiển (viết tắt của Control Unit – CU)

Khối điều khiển có nhiệm vụ chính trong CPU là làm thông dịch về các lệnh có trong chương trình, thực hiện điều khiển các hoạt động đã được xử lý và được điều tiết một cách chính xác nhất bởi xung nhịp của đồng hồ hệ thống.

CU chính là phần cốt lõi cho một bộ xử lý đã được cấu tạo, tạo thành từ những mạch logic có khả năng so sánh được với những linh kiện có thể bán dẫn được tạo thành từ transistor.

b, Arithmetic Logic Unit (Khối tính toán ALU)

Khối tính toán ALU có nhiệm vụ chính trong CPU là thực hiện các chức năng của phép toán số học, của logic rồi sau đó sẽ phải trả lại kết quả đã được phân tích cho bộ nhớ hoặc các thanh ghi.

c, Registers (các thanh ghi)

Các thanh ghi là những bộ nhớ tuy có dung lượng nhỏ nhưng lại có được tốc độ truy cập cao, nó được lắp đặt ngay trong CPU. Nhiệm vụ chính của thành ghi là lưu giữ tạm thời các kết quả tính toán, toán hạng, thông tin điều khiển hoặc là địa chỉ của các ô nhớ trong CPU.

Mỗi một thanh ghi nó sẽ có một chức năng hoạt động cụ thể riêng, trong đó thanh ghi có chức năng quan trọng nhất của CPU là bộ đếm chương trình (Program Counter-CP) có nhiệm vụ chỉ những lệnh sẽ được thi hành tiếp theo trong một chương trình hoạt động.

d, Opcode

Opcode là phần bộ nhớ có chứa các mã máy của CPU, nhưng không phải là bắt buộc phải thực thi những lệnh đã có trong file để thực thi.

e, Phần điều khiển

Phần điều khiển của CPU, có trách nhiệm thực hiện điều khiển tần số của xung nhịp và các khối. Trong đó, đồng hồ của mạnh xung nhịp là hệ thống dùng cho việc đồng bộ những thao tác được xử lý ở ngoài và trong CPU với những khoảng thời gian của nó là không đổi.

Khoảng thời gian để chờ giữa xung có tên gọi là chu kỳ của xung nhịp. Theo đó, tốc độ của xung nhịp sẽ là hệ thống để tạo ra các xung của tín hiệu chuẩn về thời gian và có tên gọi là tốc độ xung nhịp. Tốc độ của đồng hồ sẽ tính bằng đơn vị triệu mỗi giây (MHz), tuy nhiên thì phần này lại không cần thiết phải có trong CPU.

Tin liên quan:

Ram là gì ? Những thông tin cơ bản về Ram

SSD là gì? So Sánh SSD và HDD

Mainboard là gì ? Những thông tin cơ bản cần biết

Trên đây là những thông tin để trả lời cho câu hỏi CPU là gì? cũng như những thành phần và hoạt động của nó. Mong rằng, đó là những thông tin bổ ích và cần thiết cho bạn đọc hiểu thêm về hoạt động của những bộ phận trong một máy tính mà chúng ta đang sử dụng hằng ngày.

CPU là gì? Hoạt động và thành phần của CPU trong máy tính
Rate this post

Trả lời