Mọi thiết bị máy tính từ đồ chơi đơn giản đến các hệ thống kinh doanh lớn đều có một thành phần thiết yếu được gọi là bộ xử lý trung tâm. CPU thực hiện các phép tính, so sánh logic và di chuyển dữ liệu lên đến hàng tỷ lần mỗi giây. Nó hoạt động bằng cách thực hiện các lệnh đơn giản tại một thời điểm, được kích hoạt bởi một tín hiệu định thời chính chạy toàn bộ máy tính.
Sự miêu tả
Bộ xử lý CPU là một con chip máy tính có kích thước bằng một cuốn diêm. Bên trong gói là một hình chữ nhật silicon chứa hàng triệu mạch bán dẫn. Từ thiết bị nhô ra hàng chục chân kim loại, mỗi chân mang tín hiệu điện tử vào và ra từ chip. Chip cắm vào một ổ cắm trên bảng mạch của máy tính và giao tiếp với bộ nhớ, ổ cứng, màn hình hiển thị và các thiết bị khác bên ngoài CPU.
Đồng hồ
Một mạch định thời được gọi là đồng hồ sẽ gửi các xung điện đến CPU. Tùy thuộc vào bộ xử lý, đồng hồ có thể chạy với tốc độ từ hàng trăm nghìn đến hàng tỷ chu kỳ mỗi giây. Xung điều khiển hoạt động bên trong CPU; bởi vì các mạch khác phụ thuộc vào cùng một đồng hồ, nó giữ cho các sự kiện phức tạp trong máy tính được đồng bộ hóa.
Hướng dẫn
Tất cả các CPU đều có tập lệnh - danh sách các hành động mà bộ xử lý thực hiện, bao gồm thêm số, so sánh hai phần dữ liệu và di chuyển dữ liệu vào CPU. Phần mềm bạn chạy trên máy tính của mình bao gồm hàng triệu lệnh của CPU được trình bày theo một trình tự; hướng dẫn là các hoạt động rất đơn giản, vì vậy CPU thực hiện nhiều trong số chúng để hoàn thành các nhiệm vụ có ý nghĩa. Một số họ CPU, chẳng hạn như những họ được sử dụng trong PC để bàn, sử dụng cùng một tập lệnh, cho phép chúng chạy cùng một phần mềm. Các CPU bên ngoài một họ sản phẩm có thể sử dụng các hướng dẫn khác nhau; ví dụ như CPU của iPad có các hướng dẫn khác với CPU chạy trên máy tính xách tay chạy Windows.
ALU
Các bộ xử lý có một mạch được gọi là đơn vị số học và logic thực hiện các phép tính và so sánh. Số học mà hầu hết các CPU thực hiện là nhân, cộng, chia và trừ cơ bản; toán phức tạp như các hàm thống kê là sự kết hợp của nhiều phép toán đơn giản được thực hiện với tốc độ cao. ALU cũng thực hiện so sánh logic giữa hai mục dữ liệu để xác định xem chúng có bằng nhau hay không hoặc một mục có giá trị lớn hơn mục dữ liệu kia.
Đơn vị điều khiển
CPU chứa một bộ phận điều khiển điều phối các hoạt động giữa các bộ phận làm việc khác của bộ xử lý. Khối điều khiển chia nhỏ từng lệnh thành một tập hợp các hành động và chỉ đạo các hệ thống con khác nhau của CPU thực hiện các hành động. Ví dụ: đơn vị điều khiển có thể chỉ đạo ALU nhân hai số với nhau và sau đó thêm số thứ ba vào kết quả.
Ký ức
Chip CPU có một số lượng hạn chế của bộ nhớ rất nhanh. Nó có một tập hợp các vùng lưu trữ được gọi là các thanh ghi mà trên đó ALU hoạt động trực tiếp. Ví dụ, ALU có thể thêm số trong thanh ghi 2 vào nội dung của thanh ghi 1 một cách nhanh chóng. CPU cũng lưu giữ các hướng dẫn và dữ liệu được sử dụng gần đây trong một khu vực được gọi là bộ đệm để cải thiện hiệu suất của máy tính. Ví dụ, trong một chương trình nhân giá với một số lượng, CPU sẽ tìm kiếm những con số này trong bộ nhớ đệm của nó. Nếu nó tìm thấy chúng, điều này giúp bộ xử lý tiết kiệm thêm công việc truy xuất các số từ các chip bộ nhớ bên ngoài CPU.
