CPU là gì? CPU hoặc Bộ xử lý trung tâmlà bộ não xử lý số của máy tính. Mọi thứ máy tính làm, từ chơi trò chơi điện tử đến giúp bạn viết một bài luận, được chia thành một tập các hướng dẫn toán học. CPU lấy các hướng dẫn đó và thực hiện chúng.
Tất nhiên, chi tiết về cách thức thực hiện việc này là nhiềuphức tạp hơn lời giải thích đơn giản đó. Điều quan trọng nhất bạn cần biết là CPU là công cụ toán học chính của máy tính.
Lịch sử ngắn (cực kỳ) của CPU
Lịch sử điện toán dài và phức tạp. Nó cũng đi sâu vào lịch sử hơn là công nghệ kỹ thuật số, điện tử hay thậm chí là điện. Bàn tính là một loại bộ xử lý. Máy tính cơ cũng vậy. Sự khác biệt lớn là các máy này chỉ có thể thực hiện một hoặc một vài nhiệm vụ toán học. Chúng là bộ xử lý mục đích chung, mà CPU hiện đại là một ví dụ về.
Điều gì làm cho CPU trở thành một thiết bị tính toán cho mục đích chung là sử dụng logic. Năm 1903 Nikola Tesla được cấp bằng sáng chế các mạch điện được gọi là cổng và công tắc. Sử dụng các mạch này, bạn có thể xây dựng các thiết bị thực hiện các hoạt động logic, trong đó bạn có thể để máy hoạt động theo các điều kiện nhất định.
Vào giữa những năm cuối thập niên 1940, William Shockley, John Bardeen và Walter Brattain đã phát minh và cấp bằng sáng chế cho một thiết bị gọi là bóng bán dẫn, khi làm việc tại Phòng thí nghiệm Bell. Transitor là khối xây dựng cơ bản của CPU. Transitor là linh kiện máy tính tương đối nhỏ. Transitor là một phát minh quan trọng đến mức ba nhà phát minh đã được trao giải thưởng Nobel cho nó.
Vào cuối những năm 1950, Robert Noyce và Jack Kilby đã tiến thêm một bước lớn và tạo ra mạch tích hợphoạt động đầu tiên. Một mạch tích hợp là một tập hợp các mạch điện tử được tích hợp vào một phần duy nhất của vật liệu bán dẫn. Trong hầu hết các trường hợp, vật liệu đó là silicon. Đây là những gì mọi người muốn nói khi họ nói micro microipip.
In_content_1 tất cả: [300x250] / dfp: [640x360]->CPU bao gồm một hoặc nhiều vi mạch. Đây là một phát minh quan trọng vì hàng tỷ bóng bán dẫn có thể được đóng gói vào một CPU. Điều này tạo ra các công cụ toán học cực kỳ mạnh mẽ.
Sử dụng các phát minh về cổng logic, bóng bán dẫn và mạch tích hợp, toàn bộ thế giới đã được thay đổi. Vi mạch có mặt trong mọi thứ hiện nay, không chỉ máy tính của bạn. Và CPU là các vi mạch đa năng tiên tiến nhất mà chúng ta có thể tạo ra.
CPU hoạt động như thế nào?
Toàn bộ nguyên tắc của CPU dựa trên mã nhị phân. Con người có xu hướng đại diện cho các số bằng cách sử dụng một hệ thống gọi là cơ sở 10hoặc hệ thập phân. Các giá trị vị trí của mỗi chữ số trong một số tăng lên theo hệ số mười. Vì vậy, 111 111 chứa một trăm, mười và một.
Máy tính và CPU của chúng hoàn toàn không thể hiểu cơ sở 10. Các bóng bán dẫn hoạt động theo nguyên tắc bật hoặc tắt. Điều đó có nghĩa là các cổng logic bạn xây dựng từ chúng cũng chỉ có thể hoạt động với hai trạng thái này. Đây là lý do tại sao, về cơ bản, CPU chạy trên mã nhị phân. Hệ thống số này có giá trị địa điểm khác nhau. Thay vào đó, nếu 1, 10, 100, 1000, v.v., các giá trị địa điểm là 1,2,4,8,16,32,64,128, v.v.
Vì vậy, trong nhị phân 111 111 sẽ có 7 số thập phân Vì bạn cộng 1,2 và 4 lại với nhau. Nếu bất kỳ số nào là số 0, bạn chỉ cần bỏ qua nó và thêm giá trị vị trí của số tiếp theo 1. Bằng cách này bạn có thể biểu thị bất kỳ giá trị thập phân nào. Chỉ cần lưu ý rằng các số nhị phân thường được đọc từ phải sang trái, vì vậy giá trị vị trí của 1 1 sẽ ở phía bên phải.
Hãy đặt nó vào một bảng để làm cho nó rõ ràng:
Bạn có thể thấy lý do tại sao nó cộng với số 7 trong số thập phân không? Hãy làm số 23:
Vì vậy, 111 là 7 7, nhưng 111 111 23 vì giá trị vị trí thứ năm trong nhị phân là 16. Khá tuyệt phải không? Bạn có thể diễn đạt bất kỳ số nào có thể được viết bằng số thập phân theo cách này. Điều đó có nghĩa là các máy tính được chế tạo từ bóng bán dẫn cũng có thể hoạt động với bất kỳ số nào.
CPU được tạo ra như thế nào?
Quá trình sản xuất CPU hiện đại cũng như bạn mong đợi, khá phức tạp . Quá trình cơ bản liên quan đến việc phát triển các xi lanh silicon lớn. Đặc tính bán dẫn của nó làm cho nó lý tưởng để xây dựng một mạch tích hợp nhị phân.
Những tinh thể lớn này được cắt thành các tấm mỏng. Các tấm wafer sau đó được pha tạp với một hóa chất khác để tinh chỉnh các thuộc tính của nó. Mạch quy mô nano sau đó được khắc vào bề mặt wafer bằng ánh sáng sử dụng một quá trình được gọi là quang khắc.
Thiết kế và hiệu suất CPU
CPU không phải là tất cả làm bằng nhau. Tổ tiên thích hợp đầu tiên của CPU hiện đại, Intel 8086, có khoảng 29 000 bóng bán dẫn trong mạch tích hợp của nó. Ngày nay, một bộ xử lý như Intel i99900K chỉ có hơn 1,7 tỷbóng bán dẫn. Các mạch logic của CPU càng dày đặc, số lượng lệnh có thể thực hiện trên mỗi chu kỳ xung nhịp càng phức tạp và cao hơn.
Đợi đã, Chu kỳ đồng hồ có gì? Vâng, đó là thành phần chính khác của hiệu năng CPU. Một CPU chạy ở một tần số cụ thể, với mỗi xung của xung nhịp CPU, một chu trình tính toán được thực hiện. Nếu bạn lấy cùng một CPU và tăng gấp đôi tốc độ xung nhịp thì theo lý thuyết, nó sẽ hoạt động nhanh gấp đôi.
Đó là năm 1978 Intel 8086 chạy ở tốc độ 5Mhz khi nó được ra mắt. Đó là năm triệu chu kỳ đồng hồ mỗi giây. Intel i9-9900K? Nó bắt đầuở mức 3,6 Ghz. Đó là 3600 Mhz, với tùy chọn tăng tốc mọi thứ lên tới 5000 Mhz khi có thể.
Để thêm một nếp nhăn khác cho hiệu suất của CPU, CPU hiện đại thực sự có chứa nhiều lõi lõi. Mỗi lõi thực sự là một CPU độc lập. Ngày nay, điển hình là có ít nhất bốn lõi như vậy, nhưng gần đây, chuẩn mực dành cho các máy tính chính có sáu hoặc tám lõi. Các máy tính chuyên nghiệp cao cấp có thể có trong vùng 100 lõi CPU.
Có nhiều lõi có nghĩa là CPU có thể thực hiện song song nhiều bộ hướng dẫn. Điều đó có nghĩa là máy tính của chúng tôi có thể làm nhiều việc cùng một lúc mà không gặp vấn đề gì. Một số CPU có lõi lõi đa luồng. Các lõi này có thể tự xử lý hai nhiệm vụ riêng biệt. Trong CPU Intel, nhãn hiệu này được gắn nhãn là siêu âm '.
Vì vậy, tổng hiệu suất của CPU giảm xuống kết hợp:
Tất nhiên, có nhiều hơn so với bốn điểm chính này. Tuy nhiên, đó là bốn cân nhắc chính để làm cho CPU hoạt động tốt.
Vai trò của CPU trong Máy tính của bạn
Điều cuối cùng chúng ta phải trình bày là gì công việc CPU chơi trong máy tính của bạn. Rốt cuộc, nó không phải là vi mạch tích hợp duy nhất trong máy tính của bạn. Ví dụ, GPU (đơn vị xử lý đồ họa) thường dày đặc hơn bóng bán dẫn so với CPU.
Họ cần nguồn cung cấp năng lượng và làm mát riêng, cũng như bộ nhớ. Nó giống như một máy tính nhỏ! Điều tương tự cũng có thể nói đối với các chip điều khiển lưu lượng âm thanh, USB và ổ cứng của bạn. Vậy tại sao CPU lại đặc biệt? Đây là những lý do chính:
Tóm lại, CPU là mục đích chung quan trọng nhất thành phần hiệu suất trong máy tính của bạn. Donith coi đó là quyền!