Điều gì ảnh hưởng đến hiệu suất CPU? Đây là tất cả những gì bạn cần biết

Đúng là nếu bạn chi hàng nghìn đô la để mua CPU đắt nhất hiện có trên thị trường vào bất kỳ thời điểm nào, nó sẽ hoạt động tốt hơn các lựa chọn thay thế. Tuy nhiên, nó có thể chỉ hoạt động tốt hơn từ 5 đến 10% so với CPU cấp tiếp theo, rẻ hơn vài trăm đô la. Do đó, điều quan trọng là phải biết các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất CPU để bạn có thể đưa ra quyết định mua hàng tốt hơn.

CPU là gì

CPU (Bộ xử lý trung tâm), đôi khi được gọi là “bộ xử lý”, là một trong những thành phần quan trọng nhất trong hệ thống máy tính. Là bộ não của hệ thống máy tính, nhiệm vụ của nó là đảm nhận tất cả các tính toán dữ liệu và đảm bảo chúng được xử lý trong thời gian nhanh nhất có thể.

CPU không phải là thứ bạn có thể nhìn thấy từ bên ngoài máy tính. Trên thực tế, bạn sẽ không thể nhìn thấy CPU trên PC được lắp ráp hoàn chỉnh. Để xem nó, bạn phải tháo vỏ máy tính, rút dây và tháo bộ tản nhiệt (và quạt), và chỉ khi đó bạn mới có thể nhìn thấy bề mặt của CPU. Hình dạng của CPU là một con chip nhỏ hình vuông với nhiều chân kết nối bên dưới.

Các hình ảnh dưới đây cho thấy mặt sau và mặt trên của CPU.

Cách CPU hoạt động

Để đơn giản, cách thức hoạt động của CPU có thể được minh họa bằng ba bước sau:

Khi bạn nhấp để thực thi một ứng dụng, trước tiên, lệnh thô sẽ được tìm nạp từ đĩa cứng (đôi khi từ bộ nhớ) và được gửi đến CPU để xử lý.
Khi CPU nhận được lệnh, nó sẽ thực thi logic và tính toán kết quả.
Khi CPU xử lý xong, nó sẽ gửi kết quả đến thiết bị tương ứng để xuất cho người dùng.

Mặc dù có vẻ dễ dàng, nhưng cả ba bước này phải được hoàn thành trong vài giây. Sự chậm trễ trong bất kỳ bước nào trong số này sẽ dẫn đến máy tính bị trễ.

Tốc độ đồng hồ

Mỗi CPU đều được trang bị một đồng hồ bên trong để cung cấp cho nó một “nhịp điệu” hoạt động. "Tốc độ đồng hồ", còn được gọi là "Tốc độ đồng hồ", đề cập đến số lượng hoạt động mà CPU có thể thực hiện trong một giây.

Đây là số tính bằng Hz (Hertz và, theo phần mở rộng, megaHertz và gigaHertz được coi là MHz và GHz) mà bạn thường thấy bên cạnh tên của CPU.

Vấn đề là, để chạy nhanh hơn, bạn phải đẩy nhiều điện hơn qua CPU, và điều đó tạo ra nhiệt. Sau mức trần cao nhất là 4 GHz, thật khó để giữ cho CPU được làm mát một cách thích hợp.

Hiệu suất của CPU tính bằng Hz chủ yếu ảnh hưởng đến các ứng dụng đơn luồng. Hầu hết các phần mềm hiện đại, như trình duyệt Chrome và Firefox phổ biến, được thiết kế để tận dụng lợi thế của nhiều lõi (sẽ nói thêm về điều này trong phần tiếp theo) và các luồng, thay vì chỉ phụ thuộc vào tốc độ đồng hồ. Thông thường, máy tính sẽ hoạt động tốt hơn trên CPU có nhiều lõi nhưng tốc độ xung nhịp chậm hơn so với CPU nhanh hơn nhưng chỉ có một lõi.

Số lõi

Vì việc tăng tốc độ thực tế ngày càng khó thực hiện, các nhà sản xuất CPU đã quyết định bổ sung khả năng đa nhiệm bằng cách thêm nhiều lõi hơn vào CPU.

Việc mô tả các CPU đa lõi tương đương với việc “ghép hai hoặc nhiều CPU lại với nhau trong cùng một gói” là một sự phản cảm. Chúng có thể trông như vậy đối với người tiêu dùng bình thường, nhưng thiết kế thực tế của chúng thông minh hơn nhiều so với việc chỉ dán hai CPU cạnh nhau.

Bằng cách cùng tồn tại trên cùng một khuôn, các lõi riêng lẻ của một CPU đa lõi chia sẻ một số tài nguyên, cả hai đều để cắt giảm chi phí sản xuất và cải thiện hiệu suất. Ví dụ:chúng có thể chia sẻ một phần bộ nhớ đệm, kết nối với các phần tử khác trên bo mạch chủ, v.v.

CPU nhiều lõi có thể đồng nhất hoặc không đồng nhất. Các CPU đồng nhất chứa hai hoặc nhiều lõi giống hệt nhau. Các CPU không đồng nhất chứa các lõi khác nhau. Ví dụ:các CPU trong điện thoại thông minh hiện đại thường bao gồm một lõi trung tâm tốt hơn trong các hoạt động chung và nhiều lõi nhỏ hơn giúp chụp ảnh, A.I., v.v.

Với việc các nhà sản xuất CPU chú ý đến việc bổ sung nhiều lõi hơn thay vì đẩy mạnh hơn nữa giới hạn GHz, phần mềm và hệ điều hành hiện đại cũng theo đó mà ra đời. Hầu hết các phần mềm hiện đại đều đã tận dụng lợi thế của nhiều lõi, nhưng bạn vẫn có thể tìm thấy nhiều công cụ, ứng dụng và thậm chí cả trò chơi, hoạt động tốt hơn với tốc độ lõi đơn cao hơn so với đa lõi. Điều này xảy ra vì một số khối lượng công việc đơn giản là không thể song song, chia thành các phần nhỏ hơn và trải rộng trên nhiều lõi.

Bộ nhớ đệm và kiến trúc

Quay lại những ngày 8-bit, RAM của máy tính đủ nhanh để cung cấp cho CPU mọi thứ mà nó cần. Khi CPU tiếp tục tăng tốc, RAM bắt đầu bắt kịp. Đó là khi bộ nhớ đệm được đưa vào hỗn hợp.

Bộ nhớ đệm, thực sự là một bộ nhớ nhỏ và cực kỳ nhanh, được thêm vào CPU để lưu trữ lệnh ngay lập tức từ RAM. Vì bộ nhớ đệm chạy cùng tốc độ với CPU nên nó có thể nhanh chóng cung cấp thông tin cho CPU trong thời gian ngắn nhất mà không có bất kỳ độ trễ nào.

Có nhiều cấp độ khác nhau của bộ nhớ cache. Bộ đệm cấp 1 (L1) là dạng bộ đệm cơ bản nhất và được tìm thấy trên mọi CPU. Bộ đệm cấp 2 (L2) có kích thước bộ nhớ lớn hơn và được sử dụng để lưu trữ nhiều lệnh tức thì hơn. Nói chung, bộ nhớ đệm L1 lưu vào bộ nhớ đệm L2, bộ nhớ đệm này sẽ lưu vào bộ nhớ đệm RAM, từ đó lưu trữ dữ liệu trên đĩa cứng. Với công nghệ đa lõi mới hơn, thậm chí còn có bộ nhớ đệm L3 hoặc L4 có kích thước lớn hơn và được chia sẻ giữa các lõi khác nhau.

Cần lưu ý rằng những điều đó có thể trở nên ít quan trọng hơn trong tương lai nếu ai đó tìm ra cách tăng tốc kết nối giữa CPU và RAM một cách đáng kể. Chúng tôi đề cập đến vấn đề này vì AMD có thể bằng cách nào đó đã giải quyết được vấn đề này và đó là một trong những lý do khiến thế hệ bộ xử lý kiến trúc Zen tiếp theo của họ trở nên thú vị.