Trước khi chọn mua bất kỳ sản phẩm công nghệ nào, người ta đều sẽ xem xét cẩn thận các thông số quan trọng như CPU. Vậy CPU là gì? CPU hoạt động như thế nào và đâu mới là top 5 CPU mạnh nhất thế giới trong năm 2024? Hãy cùng Gofiber tìm kiếm câu trả lời qua bài viết được chia sẻ dưới đây!
CPU là gì?
CPU (Central Processing Unit), hay còn được gọi là Bộ xử lý trung tâm, là một trong những thành phần chính đóng vai trò quan trọng như trong quá trình xử lý chương trình và dữ liệu trên các thiết bị máy tính, điện thoại di động, máy tính bảng… Thậm chí, CPU được ví như “bộ não” của một hệ thống.
Cấu trúc của một CPU không chỉ đơn giản là một bảng mạch điện, mà là một tổ hợp phức tạp của hàng triệu transistor - những linh kiện bán dẫn chủ động. Các transistor này được kết hợp thành một mạng lưới phức tạp để thực hiện các yêu cầu tính toán một cách nhanh chóng và tối ưu nhất.
Hiện nay, Intel và AMD là hai cái tên đi đầu trong lĩnh vực sản xuất CPU. Cả hai công ty này đóng vai trò quan trọng trong việc định hình xu hướng công nghệ và đưa ra những đổi mới tiên tiến qua mỗi thế hệ chip. Các CPU mới nhất của họ mang đến sự cải tiến đáng kể về hiệu suất và tính năng, từ đó đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của người dùng trong các ứng dụng đòi hỏi nặng về tính toán và đồ họa.
Lịch sử hình thành và phát triển của CPU máy tính
CPU (Central Processing Unit) đã trải qua một hành trình phát triển đáng kể. Vào những năm 1940, sự ra đời của máy tính ENIAC và việc ứng dụng bóng điện tử để thực hiện các phép tính phức tạp đã đánh dấu bước đệm đầu tiên trong lịch sử phát triển của CPU. Đến thập kỷ 1950, máy tính UNIVAC I xuất hiện và đã thay thế bóng điện tử bằng transistor để máy tính trở nên gọn nhẹ với khả năng xử lý vượt trội hơn.
Năm 1960, máy tính đa nhiệm (multiprocessing) ra đời và cho phép máy tính thực hiện nhiều tác vụ đồng thời. 1970, CPU chính thức được tích hợp trên 1 chip duy nhất và sự kiện này đã làm thay đổi đáng kể cấu trúc máy tính ở thời điểm lúc bấy giờ.
Những năm 1980 chứng kiến sự phát triển nhanh chóng của CPU với loạt vi xử lý (x86) của Intel, thậm chí mở ra một kỷ nguyên mới cho máy tính cá nhân. Đến năm 1990, CPU bắt đầu sử dụng đơn vị siêu phalarithmic (superscalar) để xử lý nhiều lệnh cùng lúc với tốc độ và hiệu suất vượt trội.
Vào năm 2000, CPU đạt được bước tiến mới với công nghệ đa lõi (multicore) có khả năng xử lý đa nhiệm cực kỳ mạnh mẽ. Bước sang 2010, CPU dần nhỏ gọn và tiết kiệm năng lượng hơn nhờ vào công nghệ tiến trình sản xuất tiên tiến.
Có thể nói rằng, thế kỷ 21 chính là thời điểm tăng trưởng vượt bậc của CPU. Đặc biệt, sự ra đời của CPU chuyên dành cho AI và được tích hợp AIoT đã mở ra một kỷ nguyên mới trong công nghệ máy tính, giúp người dùng tối ưu công việc và tạo ra các quy trình tự động hóa trong các lĩnh vực khác nhau.
Thành phần cấu tạo nên CPU là gì?
CPU được cấu tạo từ những thành phần quan trọng sau:
-
ALU (Arithmetic Logic Unit): Có nhiệm vụ thực hiện các phép toán số học và logic cơ bản như cộng, trừ, nhân, chia, AND, OR.
-
CU (Control Unit): Có trách nhiệm đọc và điều khiển quá trình thực hiện các lệnh từ bộ nhớ, giải mã các lệnh và điều phối tín hiệu điều khiển đến toàn hệ thống.
-
Register (Thanh ghi): Register được dùng để lưu trữ dữ liệu tạm thời trong quá trình thực hiện các phép toán, bao gồm đăng ký dữ liệu, đăng ký địa chỉ và các đăng ký điều khiển.
-
Cache Memory (Bộ nhớ đệm): Thành phần này có nhiệm vụ lưu trữ dữ liệu và lệnh mà CPU thường xuyên sử dụng để nâng cao tốc độ truy xuất cho hệ thống khi xử lý các yêu cầu.
-
Tốc độ xung nhịp (Clock Speed): Clock Speed là thông số ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất CPU. Thành phần này được đo lường bằng đơn vị hertz (Hz), có nhiệm vụ xác định số lượng chu kỳ CPU có thể xử lý trong mỗi giây.
-
Bus Interface (Giao diện Bus): Đây là hệ thống giao tiếp giữa các thành phần của CPU và các thành phần khác trong hệ thống, bao gồm bus dữ liệu, bus địa chỉ và bus điều khiển.
Cách thức hoạt động của CPU là gì?
Để hiểu cách CPU hoạt động, chúng ta có thể tưởng tượng quá trình xử lý lệnh và tính toán trong CPU sẽ diễn ra như sau:
-
Lấy lệnh (Fetch): Đầu tiên, CPU sẽ nhận biết lệnh nào cần thực hiện bằng cách lấy lệnh từ bộ lưu trữ lệnh (Instruction Memory) và đưa lệnh đó vào bộ xử lý lệnh (Instruction Decoder).
-
Dịch lệnh (Decode): Tại bước này, CPU sẽ phân tích ý nghĩa của lệnh và những gì cần phải thực hiện để đáp ứng yêu cầu mà lệnh đặt ra. Lệnh đó có thể là các phép toán như cộng, trừ, nhân, chia, di chuyển dữ liệu…
-
Thực hiện lệnh (Execute): CPU sẽ tiến hành thực hiện lệnh đã được dịch. Đây là giai đoạn CPU sử dụng Arithmetic Logic Unit (ALU) để tính toán và thực hiện các phép toán logic. Kết quả của lệnh thường được lưu vào các thanh ghi (Register).
-
Lưu trữ kết quả (Store): Kết quả của lệnh được lưu trữ lại, trong trường hợp lệnh yêu cầu, chúng có thể được gửi đến các bộ lưu trữ dữ liệu khác (hay Data Memory) hoặc gửi trở lại bộ nhớ chính là RAM.
Dưới đây là ví dụ về cách hoạt động của CPU khi bạn trải nghiệm một trò chơi bất kỳ:
-
Lấy lệnh (Fetch): Khi bạn nhấn một phím trên bàn phím để di chuyển nhân vật trong trò chơi, CPU sẽ lấy lệnh tương ứng từ bộ lưu trữ lệnh.
-
Dịch lệnh (Decode): CPU sẽ bắt đầu dịch lệnh để hiểu ý nghĩa của nó, ví dụ như di chuyển nhân vật lên, xuống, trái, phải hoặc nhảy lên…
-
Thực hiện lệnh (Execute): CPU sử dụng ALU để tính toán và thực hiện hành động tương ứng, chẳng hạn như cập nhật vị trí của nhân vật trên màn hình.
-
Lưu trữ kết quả (Store): Kết quả của lệnh - chẳng hạn như vị trí mới của nhân vật, sẽ được lưu vào bộ đăng ký để có sẵn khi cần.
CPU có khả năng xử lý tất cả các yêu cầu và tác vụ với tốc độ cực nhanh với số lượng lên đến hàng triệu lệnh trên mỗi giây. Không chỉ thế, CPU còn có thể đồng thời quản lý hàng loạt luồng dữ liệu khủng khác nhau. Điều này đảm bảo rằng bạn sẽ có những trải nghiệm mượt mà, ổn định cùng tựa game mà mình yêu thích.
CPU có tốc độ xử lý như thế nào mới gọi là nhanh?
Tốc độ xử lý của CPU được đo bằng tần số xung hay clock speed. Cụ thể, tần số xung (được tính bằng đơn vị Hz) sẽ quyết định số lần CPU có thể thực hiện tác vụ trong một giây. Tuy nhiên, chỉ thông qua dữ liệu về tần số xung để đánh giá hiệu suất tổng thể của CPU là không đủ.
Ngoài tần số xung, hiệu suất CPU còn phụ thuộc vào các yếu tố sau:
-
Kiến trúc CPU: Cấu trúc bên trong CPU ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất. Các kiến trúc tiên tiến, hiện đại thường có khả năng thực hiện cùng lúc nhiều phép toán hơn trong một chu kỳ xung, từ đó gia tăng hiệu suất tổng thể cho CPU.
-
Số lõi và luồng: CPU đa lõi và hỗ trợ đa luồng có khả năng xử lý nhiều tác vụ đồng thời hơn so với các CPU thông thường. Như vậy, số lõi và luồng càng nhiều thì khả năng xử lý đa nhiệm của CPU lại càng vượt trội.
-
Bộ đệm: Khả năng truy xuất dữ liệu của hệ thống thường chịu tác động bởi kích thước và tốc độ của bộ đệm trong CPU. Bộ đệm lớn và nhanh sẽ góp phần nâng cao hiệu suất của CPU.
-
Kiến thức kỹ thuật và khả năng ép xung: Tối ưu hóa phần mềm và ép xung cũng là một cách hiệu quả để cải thiện tốc độ xử lý và hiệu suất hoạt động cho CPU.
Tốc độ xử lý của CPU thường gắn liền với đơn vị Megahertz (MHz) hoặc Gigahertz (GHz), trong đó 1GHz = 1 tỷ Hz. Hiện nay, các dòng CPU thông thường sẽ có tốc độ xử lý nằm trong khoảng từ vài GHz cho đến vài chục GHz, đối với dòng CPU cho laptop sẽ dao động từ 2- 5 GHz hoặc cao hơn.
Tuy nhiên, cần lưu ý là hiệu suất của CPU không chỉ phụ thuộc vào tần số xung. Bạn nên xem xét toàn bộ hệ thống máy tính từ bộ nhớ đệm, chip đồ họa, RAM, cho đến ổ cứng và các thành phần khác để đánh giá và tối ưu hoá hiệu suất tổng thể của máy tính.
Các loại CPU phổ biến hiện nay
Dưới đây là một số loại CPU được sử dụng phổ biến hàng đầu hiện nay:
CPU Intel
Intel là một trong những nhà sản xuất CPU lớn mạnh hàng đầu trên thế giới. Các dòng CPU mà thương hiệu này cung cấp thường gây ấn tượng bởi tốc độ cực đỉnh cùng khả năng xử lý đa nhiệm vượt trội. Bạn có thể dễ dàng nhìn thấy sự hiện diện của CPU Intel như Intel Core i3, i5, i7 và i9 trong các dòng laptop, PC trên thị trường hiện nay.
CPU AMD
CPU AMD là một trong những đối thủ đáng gờm của Intel trên thị trường vi xử lý hiện nay. Các dòng CPU AMD Ryzen thu hút sự chú ý của đông đảo người dùng bởi hiệu suất vượt trội cùng mức giá thành rẻ hơn so với Intel. Bạn có thể tham khảo một số sản phẩm nổi bật của AMD như Ryzen 3, Ryzen 5, Ryzen 7, Ryzen 9 để lựa chọn được CPU phù hợp với nhu cầu của mình.
CPU ARM
CPU ARM thường được sử dụng trong các thiết bị di động như smartphone, tablet… Trong đó, có thể kể đến các dòng chip Apple A14 Bionic và Apple M1 được Apple áp dụng vào các dòng iPhone, iPad và MacOS của họ. CPU ARM nổi bật hơn các đối thủ còn lại ở khả năng tiết kiệm năng lượng và có thể tương thích tốt trong môi trường di động.
CPU Apple Silicon
Apple đã chuyển từ việc sử dụng CPU Intel sang dòng CPU mà họ tự phát triển - được gọi là Apple Silicon. Apple Silicon không chỉ mang lại hiệu suất vượt trội, mà còn có khả năng tiết kiệm năng lượng và tối ưu cho hệ điều hành MacOS. Trong đó, không thể không thể đến dòng Apple M1 đã được họ áp dụng vào trong các dòng máy tính Mac của mình.
CPU nhúng
CPU nhúng được tích hợp trực tiếp vào các thiết bị nhúng như máy giặt, lò vi sóng, điều khiển tự động,... Chúng có kích thước nhỏ gọn, tiêu thụ ít năng lượng và chủ yếu được thiết kế để xử lý các tác vụ cụ thể trong các ứng dụng nhúng.
CPU máy chủ
CPU máy chủ, chẳng hạn như Intel Xeon và AMD EPYC, được sử dụng rộng rãi trong các máy chủ và trung tâm dữ liệu hiện nay. Chúng được thiết kế để đáp ứng nhu cầu nâng cao của các ứng dụng máy chủ với hiệu suất cùng khả năng xử lý vượt trội.
CPU di động
Đúng với cái tên, CPU di động được sử dụng chủ yếu trong các thiết bị di động như đồng hồ thông minh, tablet, smartphone… Dòng CPU này không chỉ cung cấp hiệu suất phù hợp cho các ứng dụng di động, mà còn tiết kiệm năng lượng và góp phần nâng cao thời lượng sử dụng pin của các thiết bị.
>> Xem thêm: CPU, GPU, DPU và NPU có gì khác biệt?
TOP CPU mạnh nhất thế giới 2024
Dưới đây là danh sách 5 CPU mạnh nhất trong năm 2024:
Intel Core i7-13700K
Với 16 nhân, Intel Core i7-13700K là một trong những CPU mạnh mẽ nhất được tích hợp rộng rãi trong các dòng máy tính để bàn hiện nay. Dòng CPU này có thể đáp ứng hầu hết các nhu cầu từ cơ bản đến nâng cao của người dùng, nhất là đối với những ai đang tìm kiếm một thiết bị có khả năng đa nhiệm và xử lý tốt các tựa game đồ họa nặng.
AMD Ryzen 9 7950X
AMD Ryzen 9 7950X được bình chọn là một trong những CPU mạnh nhất đến từ nhà AMD. Dòng sản phẩm này có thể phù hợp cho cả công việc sáng tạo và chơi game. Với hiệu suất ấn tượng cùng số lượng nhân đáng kinh ngạc, AMD Ryzen 9 7950X sẽ đáp ứng mọi yêu cầu dù là khắt khe nhất của người dùng đa năng.
AMD Ryzen 7 7800X3D
AMD Ryzen 7 7800X3D được nhiều game thủ ưu tiên lựa chọn bởi hiệu suất vượt trội cùng mức giá cực kỳ hợp lý. Với sản phẩm này, bạn có thể thỏa sức chơi game, xử lý đồ họa hay thực hiện các tác vụ tính toán nâng cao mà không cần lo sợ bị giật lag hay quá tải.
Intel Core i9-14900K
Intel Core i9-14900K là một lựa chọn cao cấp đến từ thương hiệu hàng đầu hiện nay - Intel. Sản phẩm này nổi tiếng bởi hiệu suất mạnh mẽ, sự đa nhiệm và khả năng tính toán chuyên sâu. Tin chắc rằng, Intel Core i9-14900K sẽ khiến bạn hài lòng khi có thể đáp ứng được mọi nhu cầu dù là cơ bản hay nâng cao nhất của người dùng.
AMD Ryzen 9 7900X
AMD Ryzen 9 7900X cũng thuộc dòng Ryzen 9 cao cấp của AMD. Sản phẩm này sẽ khiến bạn kinh ngạc bởi hiệu suất vượt trội, có thể “cân” cả nhu cầu xử lý công việc và chơi game, giải trí. Nếu bạn đang tìm kiếm một dòng CPU mạnh nhất hiện nay, đây sẽ là cái tên hàng đầu mà bạn không thể bỏ lỡ.
Bên trên là câu trả lời cho thắc mắc CPU là gì và một số CPU mạnh nhất thế giới trong năm 2024. Hy vọng nội dung trên sẽ hữu ích và đừng quên chia sẻ bài viết để mọi người cùng tham khảo, bạn nhé!
