Bộ xử lý trung tâm (CPU) là thành phần của máy tính chịu trách nhiệm diễn giải và thực hiện hầu hết các lệnh từ phần cứng và phần mềm khác của máy tính.
Các loại thiết bị sử dụng CPU
Hầu như mọi thiết bị điện tử hiện đại đều sử dụng CPU, bao gồm máy tính để bàn, laptop, máy tính bảng, smartphone, thậm chí cả tivi màn hình phẳng.
Intel và AMD là hai nhà sản xuất CPU phổ biến nhất cho máy tính để bàn, laptop và máy chủ, trong khi Apple, NVIDIA và Qualcomm là những ông lớn trong lĩnh vực CPU cho smartphone và máy tính bảng.
Bạn có thể thấy nhiều tên gọi khác nhau cho CPU, như: processor, bộ xử lý máy tính, vi xử lý, bộ xử lý trung tâm, và "bộ não của máy tính".
Màn hình máy tính hoặc ổ cứng đôi khi bị nhầm lẫn hoàn toàn là CPU, nhưng những phần cứng này phục vụ mục đích hoàn toàn khác và không hề giống với CPU.
CPU trông như thế nào và nằm ở đâu?
CPU hiện đại thường nhỏ và vuông, với nhiều chân kết nối kim loại ngắn, tròn trên mặt dưới. Một số CPU đời cũ có chân kim loại (pins) thay vì các điểm kết nối phẳng.
CPU gắn trực tiếp vào "khe cắm CPU" (socket) (hoặc đôi khi là "khe cắm" - slot) trên bo mạch chủ. CPU được lắp vào khe cắm với mặt chân hướng xuống, và một đòn bẩy nhỏ giúp cố định vi xử lý.
Sau khi chạy một thời gian ngắn, CPU hiện đại có thể nóng rất nhanh. Để tản nhiệt, gần như luôn cần gắn tản nhiệt (heatsink) và quạt trực tiếp lên đỉnh CPU. Thông thường, chúng đi kèm khi mua CPU.
Lưu ý quan trọng: Không phải CPU nào cũng có chân ở mặt dưới, nhưng đối với những loại có, các chân rất dễ cong. Hãy cẩn thận khi thao tác, đặc biệt khi lắp đặt lên bo mạch chủ.
Các giải pháp tản nhiệt nâng cao khác cũng có sẵn, bao gồm bộ tản nhiệt nước (water cooling) và đơn vị thay đổi pha (phase change units).
Tốc độ xung nhịp CPU (Clock Speed)
Tốc độ xung nhịp của bộ xử lý là số lệnh nó có thể xử lý trong một giây, đo bằng gigahertz (GHz).
Ví dụ: CPU có tốc độ 1 Hz nếu xử lý được một lệnh mỗi giây. Áp dụng thực tế: CPU 3.0 GHz có thể xử lý 3 tỷ lệnh mỗi giây.
Nhân CPU (CPU Cores)
Một số thiết bị dùng bộ xử lý đơn nhân (single-core), trong khi những thiết bị khác có dual-core (song nhân), quad-core (tứ nhân), v.v. Hai đơn vị xử lý song song nghĩa là CPU có thể quản lý gấp đôi số lệnh mỗi giây, cải thiện hiệu suất đáng kể.
Một số CPU có thể ảo hóa hai nhân cho mỗi nhân vật lý, kỹ thuật gọi là Hyper-Threading. Ảo hóa nghĩa là CPU 4 nhân có thể hoạt động như 8 nhân, với các nhân ảo bổ sung gọi là threads (luồng). Tuy nhiên, nhân vật lý vẫn hiệu quả hơn nhân ảo.
Nếu CPU cho phép, một số ứng dụng có thể sử dụng đa luồng (multithreading). Nếu hiểu thread là một phần của tiến trình máy tính, thì việc dùng nhiều luồng trong một nhân CPU nghĩa là nhiều lệnh hơn có thể được hiểu và xử lý cùng lúc. Một số phần mềm tận dụng tính năng này trên nhiều nhân CPU, cho phép xử lý song song nhiều lệnh hơn.
Ví dụ: Intel Core i3 vs i5 vs i7
Để hiểu rõ hơn về cách một số CPU nhanh hơn các loại khác, hãy xem cách Intel phát triển các dòng vi xử lý.
Như tên gọi gợi ý, Intel Core i7 hiệu năng tốt hơn i5, và i5 tốt hơn i3. Lý do hiệu năng khác biệt phức tạp nhưng dễ hiểu.
Intel Core i3 là bộ xử lý song nhân (dual-core), trong khi i5 và i7 là tứ nhân (quad-core).
Turbo Boost là tính năng trên i5 và i7 cho phép tăng tốc độ xung nhịp vượt quá tốc độ cơ bản, ví dụ từ 3.0 GHz lên 3.5 GHz khi cần. Chip i3 không có khả năng này. Các mẫu kết thúc bằng "K" có thể overclock (chạy xung nhịp cao hơn mặc định), ép buộc tốc độ thêm này hoạt động liên tục.
Hyper-Threading cho phép xử lý hai luồng trên mỗi nhân CPU. Nghĩa là i3 (song nhân, có Hyper-Threading) hỗ trợ 4 luồng đồng thời. i5 (tứ nhân, không có Hyper-Threading) cũng xử lý 4 luồng. i7 (tứ nhân, có Hyper-Threading) xử lý 8 luồng cùng lúc.
Do giới hạn năng lượng trên thiết bị dùng pin (smartphone, tablet...), các bộ xử lý di động - dù là i3, i5 hay i7 - khác với CPU desktop ở chỗ phải cân bằng giữa hiệu năng và tiêu thụ điện.
Thông tin thêm về CPU
Không phải tốc độ xung nhịp hay số nhân CPU đơn lẻ quyết định CPU nào "tốt hơn". Thường phụ thuộc vào loại phần mềm chạy trên máy - tức là ứng dụng sẽ sử dụng CPU như thế nào.
Một CPU có xung nhịp thấp nhưng 4 nhân, CPU khác xung nhịp cao nhưng chỉ 2 nhân. CPU nào vượt trội phụ thuộc hoàn toàn vào mục đích sử dụng.
Ví dụ: Chương trình chỉnh sửa video nặng yêu cầu nhiều nhân CPU sẽ chạy tốt hơn trên đa nhân xung nhịp thấp, so với đơn nhân xung nhịp cao. Không phải phần mềm/game nào cũng tận dụng được hơn 1-2 nhân, khiến các nhân thêm trở nên vô nghĩa.
Một thành phần khác của CPU là bộ nhớ đệm (cache). Cache CPU giống nơi lưu trữ tạm cho dữ liệu thường dùng. Thay vì truy xuất RAM, CPU xác định dữ liệu bạn hay dùng, dự đoán bạn sẽ tiếp tục dùng, và lưu vào cache. Cache nhanh hơn RAM vì nó là một phần vật lý của bộ xử lý; cache nhiều hơn nghĩa là không gian lớn hơn cho thông tin này.
Máy tính có thể chạy hệ điều hành 32-bit hay 64-bit tùy thuộc vào kích thước đơn vị dữ liệu CPU xử lý. Bộ xử lý 64-bit truy xuất nhiều bộ nhớ hơn, theo các khối lớn hơn so với 32-bit, nên hệ điều hành/ứng dụng 64-bit không chạy được trên CPU 32-bit.
Bạn có thể xem chi tiết CPU cùng thông tin phần cứng khác bằng các công cụ thông tin hệ thống miễn phí.
Ngoài các bộ xử lý tiêu chuẩn trong máy tính thương mại, vi xử lý lượng tử (quantum processors) đang được phát triển cho máy tính lượng tử dựa trên khoa học cơ học lượng tử.
Mỗi bo mạch chủ chỉ hỗ trợ một نطاق nhất định các loại CPU, vì vậy hãy luôn kiểm tra với nhà sản xuất bo mạch chủ trước khi mua.