Mọi máy tính đều có một bộ xử lý. Dù đó là một bộ xử lý hiệu suất nhỏ hay một bộ xử lý hiệu suất lớn, nếu không máy tính sẽ không thể hoạt động. Bộ xử lý, còn được gọi là CPU hay Bộ xử lý trung tâm, là một phần quan trọng của hệ thống.
Các bộ vi xử lý ngày nay hầu như đều ít nhất là lõi kép, nghĩa là bản thân bộ xử lý chứa hai lõi riêng biệt với khả năng xử lý thông tin. Nhưng core (lõi trong bộ xử lý) là gì và chính xác thì chúng làm nhiệm vụ gì.
Core là đơn vị xử lý đọc các lệnh để thực hiện những hành động cụ thể. Các lệnh được xâu chuỗi với nhau để khi chạy trong thời gian thực, chúng tạo nên trải nghiệm máy tính của người dùng. Theo nghĩa đen, mọi thứ bạn làm trên máy tính phải được xử lý bởi processor (bộ xử lý).
Bất cứ khi nào bạn mở một thư mục, thư mục đó sẽ yêu cầu bộ xử lý. Khi bạn nhập vào một tài liệu word, điều đó cũng yêu cầu bộ xử lý. Những thứ như tạo môi trường desktop, cửa sổ và đồ họa game là công việc của card đồ họa, chứa hàng trăm bộ xử lý để nhanh chóng làm việc đồng thời trên dữ liệu. Tuy nhiên, ở một mức độ nào đó, chúng vẫn yêu cầu bộ xử lý.
Các thiết kế của bộ vi xử lý cực kỳ phức tạp và rất khác nhau tùy theo từng công ty và model. Kiến trúc bộ xử lý không ngừng được cải tiến để tạo ra hiệu suất cao nhất trong khoảng không gian và tiêu thụ năng lượng ít nhất có thể.
Nhưng bất chấp sự khác biệt về kiến trúc, các bộ xử lý phải trải qua 4 bước chính bất cứ khi nào chúng xử lý các lệnh: Tìm nạp, giải mã, thực thi và writeback.
Tìm nạp
Bước tìm nạp là những gì bạn mong đợi. Tại đây, core truy xuất các lệnh đang đợi, thường là từ một số loại bộ nhớ, có thể bao gồm RAM, nhưng các lệnh thường đã đợi core bên trong cache của bộ xử lý (đối với những core trong bộ xử lý hiện đại).
Bộ xử lý có một khu vực được gọi là bộ đếm chương trình, về cơ bản hoạt động như một bookmark, cho bộ xử lý biết nơi lệnh cuối cùng kết thúc và lệnh tiếp theo bắt đầu.
Giải mã
Khi đã tìm nạp được lệnh, core sẽ tiếp tục giải mã lệnh đó. Các lệnh thường liên quan đến nhiều khu vực của core trong bộ xử lý và core cần tìm ra điều này.
Mỗi phần có một thứ gọi là opcode cho core trong bộ xử lý biết phải làm gì với thông tin theo sau nó. Khi đã nắm được hết thông tin, các khu vực khác nhau của core có thể hoạt động.
Thực thi
Bước thực thi là nơi bộ xử lý biết nó cần phải làm gì và thực sự tiến hành thực hiện nó. Điều gì xảy ra ở đây thay đổi tùy thuộc vào khu vực nào của core trong bộ xử lý được sử dụng và thông tin được đưa vào.
Ví dụ, bộ xử lý có thể thực hiện thuật toán bên trong ALU (Arithmetic Logic Unit). Thiết bị này có thể kết nối với các đầu vào và đầu ra khác nhau để xử lý những con số và thu được kết quả mong muốn.
Writeback
Bước cuối cùng, được gọi là writeback, chỉ đơn giản là đặt kết quả của những gì đã thực hiện vào bộ nhớ. Đầu ra chính xác đi đến đâu tùy thuộc vào nhu cầu của ứng dụng đang chạy, nhưng nó thường nằm trong các thanh ghi của bộ xử lý để truy cập nhanh.
Đầu ra sẽ được lấy từ đó cho đến khi các phần của nó cần được xử lý lại một lần nữa, điều này có nghĩa là nó sẽ đi vào RAM.
Toàn bộ là một chu trình
Toàn bộ quá trình này được gọi là một chu trình lệnh. Các chu trình lệnh này diễn ra cực kỳ nhanh, đặc biệt là với một bộ vi xử lý mạnh mẽ có tần số cao. Ngoài ra, toàn bộ CPU đa lõi thực hiện điều này trên mọi lõi, vì vậy dữ liệu có thể được xử lý nhanh hơn gấp nhiều lần so với chỉ một lõi có hiệu suất tương tự.
CPU cũng có các tập lệnh được tối ưu hóa gắn vào mạch để tăng tốc các lệnh quen thuộc gửi đến chúng. Một ví dụ phổ biến là SSE.
Đây là một mô tả rất đơn giản về cách hoạt động của lõi trong bộ xử lý. Trên thực tế, chúng phức tạp hơn nhiều. Xu hướng hiện nay là các nhà sản xuất vi xử lý đang cố gắng làm cho chip của họ hiệu quả nhất có thể, bao gồm cả việc thu nhỏ các bóng bán dẫn. Điều này dẫn đến mật độ bóng bán dẫn tăng lên và tiêu thụ năng lượng ít hơn.