Bộ vi xử lý hoặc cpu dùng để làm gì?

Còn được gọi là CPU hoặc bộ xử lý trung tâm, bộ vi xử lý là một công cụ tính toán hoàn chỉnh được sản xuất trên một chip silicon duy nhất. Nó còn được gọi là trái tim của bất kỳ máy tính bình thường nào, có thể là máy tính để bàn, máy chủ hoặc máy tính xách tay.

Bạn có muốn tìm hiểu thêm về nó? Đừng bỏ lỡ bài viết thú vị của chúng tôi!

Chỉ số nội dung

Bộ vi xử lý là gì?

Chắc chắn bộ vi xử lý bạn đang sử dụng trên máy tính của bạn là Pentium, AMD Ryzen hoặc một trong những thế hệ của Intel Core i3, i5, i7 hoặc i9. Đây là những bộ xử lý phổ biến nhất, nhưng thực sự tất cả chúng đều làm giống nhau (tôi để nó trong ngoặc kép, vì có những công nghệ phân biệt nó) và theo cùng một cách.

Bộ vi xử lý đầu tiên là Intel 4004, được giới thiệu vào năm 1971. Nó không mạnh lắm, vì tất cả những gì nó có thể làm là cộng và trừ, và nó chỉ có thể làm điều đó với 4 bit mỗi lần. Nhưng thật tuyệt vời khi mọi thứ đều nằm trên một con chip.

Bộ vi xử lý thường được đặt thông qua một ổ cắm cụ thể trên bo mạch chủ của máy tính; và được bổ sung, để hoạt động ổn định và chính xác, một hệ thống làm mát, bao gồm một bộ tản nhiệt và quạt, chịu trách nhiệm loại bỏ tất cả nhiệt lượng dư thừa mà tản nhiệt hấp thụ.

Giữa viên nang vi xử lý và tản nhiệt, dán nhiệt thường được sử dụng để làm cho việc dẫn nhiệt hiệu quả hơn. Ngoài ra, có nhiều phương pháp hiện đại và hiệu quả hơn trên thị trường, chẳng hạn như làm mát bằng chất lỏng hoặc sử dụng tế bào peltier để làm mát tốt hơn, mặc dù những cách này được sử dụng hầu như chỉ để ép xung.

Một bộ vi xử lý để làm gì?

Bộ vi xử lý là một thành phần thực hiện các hướng dẫn và tác vụ liên quan đến xử lý máy tính và là "công cụ" khởi động khi bạn bật máy tính. Trong một hệ thống máy tính, bộ vi xử lý là đơn vị trung tâm thực thi và quản lý các hướng dẫn logic được truyền đến nó.

Một bộ vi xử lý được thiết kế để thực hiện các hoạt động điển hình như cộng, trừ, chia, nhân, liên kết và giao tiếp thiết bị, đầu vào, quản lý đầu ra, v.v.

Nó được tạo thành từ các mạch tích hợp có chứa hàng ngàn bóng bán dẫn, tùy thuộc vào sức mạnh của thiết bị.

Bộ vi xử lý thường được phân loại theo số lượng lệnh mà chúng có thể xử lý trong một thời gian nhất định, tần số xung nhịp được đo bằng megahertz và số bit được sử dụng cho mỗi lệnh.

Một bộ vi xử lý được thiết kế để thực hiện các phép toán số học và logic sử dụng các vùng lưu giữ số lượng nhỏ gọi là các thanh ghi.

Khi máy tính của bạn được bật, bộ vi xử lý sẽ nhận được hướng dẫn hệ thống đầu vào / đầu ra (BIOS) cơ bản đầu tiên đi kèm với máy tính như một phần của bộ nhớ.

Sau đó, BIOS hoặc hệ điều hành mà BIOS tải vào bộ nhớ của máy tính, "điều khiển" bộ vi xử lý, hướng dẫn nó làm điều đó. Một bộ vi xử lý chấp nhận dữ liệu nhị phân làm đầu vào và cung cấp đầu ra sau khi xử lý, theo các hướng dẫn được lưu trong bộ nhớ.

Chip là gì?

Một con chip cũng được gọi là một mạch tích hợp. Nó thường là một miếng silicon nhỏ, mỏng mà trên đó các bóng bán dẫn tạo nên bộ vi xử lý đã được khắc.

Một con chip có thể lớn bằng một inch ở một bên và có thể chứa hàng chục triệu bóng bán dẫn. Các bộ xử lý đơn giản nhất có thể bao gồm một vài nghìn bóng bán dẫn được khắc trên chip có kích thước vài milimet vuông.

Làm thế nào để một bộ vi xử lý làm việc?

Hình ảnh từ wikipedia

Bộ xử lý là bộ não của một máy tính về cơ bản bao gồm một đơn vị số học và logic (ALU), một đơn vị điều khiển và ma trận đăng ký.

Như tên gọi của nó, ALU thực hiện tất cả các phép toán số học và logic trên dữ liệu nhận được từ bộ nhớ hoặc các thiết bị đầu vào.

Ma trận thanh ghi bao gồm một loạt các thanh ghi như bộ tích lũy (A), B, C, D, v.v., hoạt động như các vị trí tạm thời của bộ nhớ truy cập nhanh để xử lý dữ liệu.

Về phần mình, bộ điều khiển quản lý luồng hướng dẫn và dữ liệu trên toàn hệ thống.

Về cơ bản, một bộ vi xử lý lấy đầu vào từ các thiết bị được kết nối, xử lý nó theo các hướng dẫn được đưa ra trong bộ nhớ và tạo ra đầu ra.

Ưu điểm của bộ vi xử lý

• Chi phí thấp : bộ vi xử lý có sẵn với chi phí thấp nhờ công nghệ mạch tích hợp. Điều này làm giảm chi phí của một hệ thống máy tính. Tốc độ cao : Chip vi xử lý có thể hoạt động ở tốc độ rất cao nhờ vào công nghệ được sử dụng trong chúng. Nó có khả năng thực hiện hàng triệu hướng dẫn mỗi giây. Kích thước nhỏ : Do công nghệ tích hợp quy mô lớn và cực lớn, bộ vi xử lý được sản xuất với kích thước bề mặt giảm đáng kể. Điều này sẽ làm giảm kích thước của toàn bộ hệ thống máy tính. Đa năng : Bộ vi xử lý rất linh hoạt, cùng loại chip có thể được sử dụng cho một số ứng dụng chỉ bằng cách thay đổi chương trình (hướng dẫn được lưu trong bộ nhớ). Tiêu thụ điện năng thấp : Các bộ vi xử lý thường được sản xuất bằng công nghệ bán dẫn oxit kim loại bổ sung (CMOS), trong đó MOSFET (bóng bán dẫn hiệu ứng trường bán dẫn oxit kim loại) hoạt động ở chế độ bão hòa và cắt. Do đó, tiêu thụ điện năng rất thấp.

CHÚNG TÔI KIẾN NGHỊ BẠN Vcore là gì và cách bạn có thể điều chỉnh nó để giảm mức tiêu thụ bộ xử lý

• Sinh nhiệt ít hơn : So với các thiết bị ống chân không (van nhiệt-ion), các thiết bị bán dẫn không phát ra nhiều nhiệt. Đáng tin cậy : Bộ vi xử lý rất đáng tin cậy và tỷ lệ thất bại thấp hơn nhiều khi sử dụng công nghệ bán dẫn. Di động : Các thiết bị máy tính hoặc hệ thống được làm từ bộ vi xử lý có thể được tạo thành di động do kích thước nhỏ và tiêu thụ điện năng thấp.

Các thuật ngữ phổ biến được sử dụng trong bộ vi xử lý

Để hiểu cách thức bộ vi xử lý hoạt động, thật hữu ích khi nhìn vào bên trong và tìm hiểu về logic được sử dụng để tạo một bộ vi xử lý. Trong quá trình bạn cũng có thể tìm hiểu về ngôn ngữ bản địa của bộ vi xử lý và nhiều điều mà các kỹ sư có thể làm để tăng tốc độ của bộ xử lý.

Dưới đây là một số thuật ngữ phổ biến được sử dụng trong lĩnh vực vi xử lý:

Xe buýt

Bus là một tập hợp các dây dẫn nhằm truyền dữ liệu, địa chỉ hoặc điều khiển thông tin đến các yếu tố khác nhau của bộ vi xử lý. Thông thường, một bộ vi xử lý sẽ có 3 loại bus: Bus dữ liệu, Bus điều khiển và Bus địa chỉ. Bộ xử lý 8 bit sẽ sử dụng bus rộng 8 bit.

Tập lệnh

Tập lệnh là nhóm các lệnh mà bộ vi xử lý có thể hiểu. Bộ hướng dẫn là một giao diện giữa phần cứng và phần mềm. Một hướng dẫn hướng dẫn bộ xử lý thay đổi các bóng bán dẫn có liên quan để thực hiện một số xử lý dữ liệu. Ví dụ THÊM A, B; được sử dụng để thêm hai số được lưu trong thanh ghi A và B.

Độ dài từ

Độ dài từ là số bit trên bus dữ liệu bên trong của bộ xử lý hoặc là số bit mà bộ xử lý có thể xử lý cùng một lúc.

Ví dụ, bộ xử lý 8 bit sẽ có bus dữ liệu 8 bit, thanh ghi 8 bit và sẽ xử lý 8 bit mỗi lần. Để thực hiện các hoạt động bit cao hơn (32 hoặc 16 bit), bạn sẽ chia nó thành một chuỗi các hoạt động 8 bit.

Bộ nhớ cache

Bộ nhớ cache là bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên được tích hợp trong bộ xử lý. Bằng cách này, bộ xử lý có thể truy cập dữ liệu trong bộ nhớ cache nhanh hơn so với RAM thông thường. Còn được gọi là "bộ nhớ CPU." Bộ nhớ cache được sử dụng để lưu trữ dữ liệu hoặc hướng dẫn thường được phần mềm hoặc chương trình tham chiếu trong quá trình hoạt động. Điều này sẽ tăng tốc độ tổng thể của hoạt động.

Tần số đồng hồ

Bộ vi xử lý sử dụng tín hiệu đồng hồ để điều khiển tốc độ thực hiện các lệnh, đồng bộ hóa các thành phần bên trong khác và kiểm soát việc truyền dữ liệu giữa chúng. Do đó, tốc độ xung nhịp đề cập đến tốc độ mà bộ vi xử lý thực hiện các hướng dẫn. Nói chung, nó được đo bằng hertz và được biểu thị bằng megahertz (MHz), gigahertz (GHz), v.v.

Phân loại vi xử lý

Bộ vi xử lý có thể được phân loại như sau:

Độ dài từ

Dựa trên độ dài từ của bộ xử lý, chúng ta có thể có bộ xử lý 8 bit, 16 bit, 32 bit và 64 bit.

RISC - Tập lệnh giảm

RISC là một kiểu kiến trúc vi xử lý sử dụng một tập lệnh nhỏ, đa mục đích, được tối ưu hóa cao, thay vì một tập lệnh chuyên dụng hơn như trong các thành phần khác.

CHÚNG TÔI KIẾN NGHỊ BẠN Cách kiểm tra nhiệt độ bộ xử lý

RISC cung cấp hiệu suất cao so với kiến ​​trúc CISC đối diện của nó. Trong một bộ xử lý, việc thực hiện mỗi lệnh yêu cầu một mạch đặc biệt để tải và xử lý dữ liệu. Do đó, bằng cách giảm các hướng dẫn, bộ xử lý sẽ sử dụng các mạch đơn giản và hoạt động nhanh hơn.

Những bộ vi xử lý này có:

• Tập lệnh đơn giản Các chương trình lớn hơn Bao gồm một số lượng lớn các thanh ghi Mạch xử lý đơn giản (số lượng bóng bán dẫn nhỏ) Sử dụng nhiều RAM Hướng dẫn độ dài cố định Các chế độ địa chỉ đơn giản Thông thường số chu kỳ đồng hồ để thực hiện một lệnh được đặt

CISC - Tập lệnh phức tạp

CISC là kiến ​​trúc vi xử lý trái ngược với RISC. Nó được thực hiện để giảm số lượng hướng dẫn cho mỗi chương trình, bỏ qua số lượng chu kỳ cho mỗi hướng dẫn. Theo cách này, các hướng dẫn phức tạp được chuyển đổi trực tiếp thành phần cứng, khiến bộ xử lý phức tạp hơn và hoạt động chậm hơn.

Kiến trúc này được thiết kế để giảm chi phí bộ nhớ, giảm thời lượng của chương trình.

Những bộ vi xử lý này có:

• Tập lệnh phức tạp Chương trình nhỏ nhất Số lượng thanh ghi ít hơn Mạch xử lý phức (nhiều bóng bán dẫn) Ít sử dụng RAM Hướng dẫn độ dài thay đổi Đa dạng các chế độ địa chỉ Số lượng chu kỳ xung nhịp cho mỗi lệnh

Bộ xử lý đặc biệt

Có một số bộ xử lý được thiết kế để xử lý một số chức năng cụ thể:

• Bộ đồng xử lý DSP (Bộ xử lý tín hiệu số): Bộ xử lý được sử dụng cùng với bộ xử lý chính (bộ đồng xử lý toán học 8087 được sử dụng với 8086) Bộ xử lý I / OTransputer: bộ vi xử lý với bộ nhớ cục bộ của riêng nó

CHÚNG TÔI ĐỀ NGHỊ BẠN Chọn bộ xử lý nào cho PC mới của tôi?

Cuối cùng, bộ vi xử lý là bộ phận quan trọng nhất trong hệ thống máy tính và chịu trách nhiệm xử lý bộ hướng dẫn và quy trình duy nhất, do đó, điều cần thiết là phân tích đâu là bộ vi xử lý tốt nhất hiện nay để đưa ra lựa chọn tốt. Những chi tiết mà chúng tôi đã nhận xét là của một bộ xử lý, nhưng cơ bản để hiểu cách thức bộ xử lý của 20 - 30 năm trước hoạt động. Hiện tại có nhiều tính năng khác, chúng tôi mời bạn điều tra. Bạn nghĩ gì về bài viết của chúng tôi? Chúng tôi mong nhận được ý kiến ​​của bạn!