Để chọn được CPU phù hợp, bạn phải xết đến các loại bo mạch chủ mà CPU đó sử dụng, các tính năng trong bộ xử lý, và những phần mềm sẽ chạy trên máy tính. Điều quan trọng là nó phải phù hợp với nhu cầu của bạn.  

CPU là gì

CPU là viết tắt của Đơn vị xử lý trung tâm – Central Procesing Unit , và thậm chí sau rất nhiều năm phát triển công nghệ PC thì CPU vẫn là trọng tâm của mọi hoạt động trên chiếc máy tính của bạn. Nó điều khiển dòng dữ liệu trên toàn PC. Quá trình xử lý cũng quan trọng không kém bởi vai trò của CPU là điều khiển – hay xử lý – dữ liệu đi qua máy tính, đọc từ các thiết bị lưu trữ, thay đổi nếu cần, rồi ghi chúng lên thiết bị hiển thị hoặc lưu trữ. 

Từ góc độ vật lý thì CPU được cấu thành từ hàng triệu Transistor siêu nhỏ được khắc axit lên trên lớp Silicon nhờ công nghệ hóa chất và xử lí in ( lithographic) . Bản thân các Transistor là những thiết bị đơn giản để chứa các giá trị nhị phân ( Bật/ Tắt), và từ trạng thái Bật Tắt này sẽ tạo ra các quá trình khác phức tạp hơn. Để thấy sự phức tạp của CPU hiện đại, hãy ví dụ một CPU 2 nhân như Core 2 Duo E6700 của Intel. Nó được cấu thành từ gần 291 triệu Transistor. Còn với một chip 4 nhân như Core 2 Extreme QX6850 thì số lượng Transistor có thể lên đến khoảng 582 triệu.  

Để thực hiện một nhiệm vụ nào đó, CPU cần có một số thành phần nhất định. Tuy quá trình hoạt động của bộ xử lý thay đổi tùy vào cấu trúc của từng model nhưng về cơ bản thì vẫn vậy. CPU cần nhận dữ liệu, xử lý chúng dựa theo câu lệnh rồi gửi vào một nơi lưu trữ phù hợp. Khi này có thể là lưu trữ trung gian như ổ cứng, một thiết bị hiển thị như màn hình, hoặc có thể là bản thân CPU để xử lý tiếp.

Bộ phận tìm nạp câu lệnh ( Instruction Fetch ) để lấy những lệnh từ RAM hoặc một vùng bộ nhớ nằm trong CPU;  

Ngoài việc dùng nhiều ALU, Intel còn đưa cả Đơn vị dấu phẩy động (FPU – Floating Point Unit ) vào CPU. FPU xử lý các số cực lớn và cực nhỏ (với rất nhiều số thập phân). Trong lúc FPU xử lý các phép tính này, ALU tự do làm các việc khác cùng một lúc , giúp tăng tốc độ xử lý. 

AMD và Intel còn tăng tốc độ xử lý lệnh bằng cách xếp hàng ( Pipe ) các câu lệnh, hoặc chạy chúng gần như song song với nhau. Việc thực thi một câu lệnh gồm rất nhiều bước riêng rẽ -- như Tìm nạp rồi Giải mã.

Những CPU trước kia phải hoàn thành toàn bộ một câu lệnh rồi mới bắt đầu chuyển sang câu tiếp. Nhưng giờ đây đã có các mạch riêng biệt để xử lý các bước riêng biệt. Một khi câu lệnh đã được chuyển từ bước đầu xuống bước tiếp theo, các mạch Logic thực hiện bước đầu tiên được tự do có thể chuyển luôn sang câu lệnh tiếp theo, giúp tăng tốc quá trình.  Việc này tương tự như trèo lên bậc thang : ngay khi chân bạn rời bậc thang người phía sau bạn có thể đặt chân lên nấc thang này .

Ngoài ra còn một số bổ sung khác nhằm tăng tốc độ như việc Dự đoán rẽ nhánh – Branch Prediction  ( đoán xem lệnh nhảy của chương trình sẽ làm gì tiếp theo); Thực hiện suy đoán ( Speculative Execution )  , thực hiện nhánh đã dự đoán trước; và thực thi công việc không theo thứ tự ( OOO , Out-of-Order ) , có nghĩa là khả năng hoàn thành một chuỗi câu lệnh không theo thứ tự bình thường của chương trình. 

Cache L1/L2/L3

Mỗi khi CPU cần tìm nạp dữ liệu, tình trạng thắt cổ chai có thể xảy ra nếu dữ liệu ở một nơi quá xa – ví dụ như ở bộ nhớ ngoài, đầu tiên cần truy cập, sau đó quét để tìm kiếm rồi mới Đọc dữ liệu . Từ vâns đề này đã xuất hiện ý tưởng thêm bộ nhớ trực tiếp vào bộ xử lý, tạo ra một không gian lưu trữ nhỏ cho các dữ liệu thường dùng. Nếu CPU không phải di chuyển ra ngoài để lấy dữ liệu, nó có thể hoạt động hiệu quả hơn. Bộ nhớ này thường được gọi là Cache. 

Cache trong CPU được chia thành các cấp độ khác nhau, liên quan tới cả kích thước Cache lẫn tốc độ truy cập. Cache Level 1 (L1) thường nhỏ nhưng chạy rất nhanh, là nơi đầu tiên CPU tìm đến khi cần dữ liệu. Nếu một đoạn dữ liệu cần có xuất hiện trong cache L1 thì bạn sẽ có ngay kết quả, nếu không CPU sẽ phải tìm đến cache Level 2 (L2). Cache L2 thường có kích thước lớn hơn nhiều so với Cache L1, và lý thuyết thiết kế này có một lợi thế đặc biệt. Với Cache L1 nhỏ, việc tìm dữ liệu diễn ra rất nhanh. Cache L2 lớn hơn sẽ chứa được nhiều dữ liệu hơn và quét tìm kiếm cũng lâu hơn, nhưng do đây không phải là nơi đầu tiên CPU tìm đến nên bạn sẽ đánh đổi giữa thời gian trễ (cần thiết để thực hiện phép tính) và tỉ lệ thành công của việc tìm kiếm trong cache. Ví dụ như CPU Core 2 Duo của Intel có Cache Level 1 là 64KB, và cache Level 2 tới 4MB.

Chip silicon được khắc axit bằng tia cực tím, và bước sóng của tia –  ảnh hưởng tới kích thước của Transistor – được tính bằng nanomet, hay một phần tỉ của met. Các CPU cao cấp hiện đại nhất của Intel được sản xuất bằng quy trình 32 nm.

CPU Athlon 64 X2 của AMD thì được sản xuất bằng công nghệ 90nm, còn CPU Phenom cũng của AMD thì bằng công nghệ 65 nm. Bạn cũng có thể gặp các quá trình được đo bằng micron – 1 micron = một phần triệu met, vì thế quy trình 90nm bằng quy trình .09 micron. Phenom II được sản xuất bằng công nghệ 45nm .

Trong một quy trình chế tạo, nhà sản xuất thường dùng cùng một cấu trúc cơ bản và quy trình micron thống nhất cho tất cả kiểu CPU trong cùng họ sản phẩm . Các hãng thường đặt mật danh cho các nhân này trong quá trình phát triển, và tuy những mật danh này không được sử dụng trên thị trường nhưng rất hay xuất hiện trong các cuộc thảo luận về bộ xử lý của cả hai hãng. Ví dụ như Intel có một số lượng lớn bộ xử lý xây dựng trên nhân Prescott, tất cả đều sử dụng một cấu hình cấu trúc tương tự. Nhân Prescott được sản xuất bằng quy trình 90nm, xử lí lệnh bằng 31 giai đoạn ( Stage )  và tập lệnh SSE3, thậm chí một số bộ xử lý 2 nhân của hãng này còn được xây dựng trên một biến thế của nhân Prescott. 

Tốc độ xung nhịp

Để đồng bộ hóa các hoạt động của CPU, một chiếc đồng hồ dạng như máy nhịp sẽ gửi các nhịp được đặt giờ chính xác đến toàn CPU. Đây được gọi là chu kỳ xung nhịp và thường được đo bằng gigahertz (GHz). Độ GHz càng cao, tốc độ xung nhịp CPU càng lớn. Trước đây tốc độ xung nhịp cho biết tốc độ CPU, nhưng càng ngày nó chỉ là một vai trò nhỏ trong bức tranh tổng thể. 

Với người dùng thì mọi việc đã dễ dàng hơn rất nhiều với thời 5-10 năm trước, khi mà tốc độ xung nhịp là thước đo chính cho tốc độ CPU. Với sự xuất hiện của những công nghệ mở rộng và công nghệ tăng tốc như Hyperthreading, bộ xử lý 64-bit có thể chạy ứng dụng 32-bit và việc chuyển một phần công việc sang xử lí ở các GPU riêng biệt, giờ đây tốc độ xung nhịp đóng góp ít hơn vào tốc độ tổng thể của CPU. Tức là CPU ngày nay không chỉ được đo bằng số lượng chu kỳ hoạt động thực hiện được trong một giây, mà còn bằng số phép tính chúng thực hiện được trong mỗi chu kỳ .  

Cả Intel lẫn AMD đều đầu tư rất nhiều vào việc tối ưu hóa kết quả của từng chu kỳ, và điều này càng làm cho tốc độ xung nhịp trở nên kém quan trọng. Nhất là trên thị trường thiết bị di động, nơi mà thời gian dùng pin quan trọng hơn mọi yếu tố khác.   

Front side bus (FSB)

FSB là điểm nối đầu tiên giữa CPU và chipset đầu tiên của bo mạch chủ. Thông số bo mạch chủ gồm có tần số FSB đo bằng MHz, hay thậm chí là Ghz (như chu kỳ xung nhịp CPU). Sự kết hợp giữa tốc độ FSB và số nhân nội bộ của bộ xử lý sẽ quyết định tốc độ cuối cùng của CPU. Với bản thân bộ xử lý, tốc độ FSB đã phát triển rất nhanh, các bo mạch chủ hiện đại hỗ trợ tốc độ FSB từ 533MHz đến 1600MHz.

Intel có Chipset cho bộ xử lý của mình, và sản xuất cả bo mạch chủ, tuy một số hãng thứ ba (như ASUS, Abit, Gigabyte và MSI) cũng được phép sử dụng chipset trên bo mạch chủ của họ . Chipset tích hợp này làm việc cả với CPU để thực hiện một số công việc liên quan đến CPU. Bạn nên mua bo mạch chủ với chipset mới nhất bởi nó sẽ có những tính năng và tốc độ tốt nhát cho dòng CPU rộng nhất. Nhưng nếu ngân sách có hạn thì bạn có thể chọn một bo mạch chủ sử dụng chipset cũ hơn một chút. Cần chú ý rằng bo mạch chủ bạn muốn mua phải có chipset hỗ trợ CPU của bạn.  

Dòng bộ xử lý máy để hiện tại của Intel sử dụng LGA775 , 1156 , 1136 không chân cắm , vì thế cần có bo mạch chủ có Socket  LGA775 , 1156 , 1136 tương ứng . Pentium 4 thì có khe cắm 478 chân. Về phần AMD, gói Socket AM2 đang nổi lên còn Socket 939 thì đã lỗi thời. Các model cũ sử dụng cấu hình Socket 754. Một dạng khe cắm nữa được sử dụng cho các CPU Athlon cao cấp là CPU Athlon 64 FX dùng khe cắm 940 chân  và một chipset cần bộ nhớ đắt tiền hơn. Một số CPU Athlon 64 FX mới nhất thì dùng một gói LGA gọi là Socket F không có chân, chủ yếu dùng cho CPU Opteron của AMD. Opteron là một CPU dành cho máy tính trạm và máy chủ cao cấp. Các bo mạch chủ cho các CPU này có thể sử dụng bộ nhớ thông thường hoặc đặc biệt. Cả Intel và AMD đều cung cấp nguồn web để bạn biết được chipset phù hợp với từng bộ xử lý( Intel: http://indigo.intel.com/mbsg/  AMD:  http://www.amd.com/us-en/Processors/TechnicalResources/0,,30_182_869,00.html).

Bộ vi xử lí nhiều nhân

Trong vài năm gần đây các hãng không ngừng cạnh tranh nhằm tăng sức mạnh xử lí CPU mà không ảnh hưởng đến lượng điện tiêu thụ hay lượng nhiệt tỏa ra. Đơn giản là CPU càng tiêu thụ nhiều điện thì càng tỏa ra nhiều nhiệt, khiến chi phí vận hành tăng lên và làm giảm tuổi thọ của bộ xử lý. 

Cả AMD và Intel đều xử lý vấn đề này bằng CPU đa nhân. Đây là các CPU có thể chứa một, hai, ba  bốn và thậm chí tới 6 lõi , với bộ nhớ cache dành riêng cho từng lõi .

CPU 2 lõi ( Dual-Core )  là loại đầu tiên ra mắt thị trường với dòng chip Athlon 64 X2 của AMD, và Pentium Processor Extreme Edition 840 của Intel. Và phát triển mạnh nhất là Core 2 Duo là CPU 2 nhân phổ biến nhất của Intel, còn dòng X2 của AMD thì vẫn phát triển tốt. Việc đưa 2-lõi lên một PC cũng chẳng có gì mới, mặc dù trước đây chúng chủ yếu dành cho máy tính doanh nghiệp. Tuy nhiên nếu bạn đang chạy các phần mềm tận dụng được nhiều bộ xử lý thì bạn sẽ thấy sự ưu việt rõ rệt của CPU 2 nhân.  

Tương tự, nếu thích dùng nhiều ứng dụng tốn bộ xử lý cùng một lúc – như vừa quét virus vừa mã hóa video và lướt web – thì bạn sẽ thấy lợi ích của CPU 2 nhân. CPU 4 nhân còn đa năng hơn nữa. 

SSE3 là gì?

SSE3 là thế hệ Streaming SIMD Extensions thứ ba của Intel. Cũng như những thế hệ trước đó, đây là một loạt gồm nhiều câu lệnh dành riêng cho việc tăng tốc các ứng dụng tốn bộ xử lý như biên tập video hay chơi game. Công nghệ SSE3 được giới thiệu lần đầu với nhân Prescott, nhưng cũng xuất hiện trong dòng CPU Core 2, và thậm chí cả một số sản phẩm của AMD nhờ hợp đồng chéo giữa hai công ty này. 

Speedstep là gì?

Speedstep là công nghệ tiết kiệm điện và giảm nhiệt của Intel. Ban đầu chỉ xuất hiện trên bộ xử lý di động, nơi mà việc tiết kiệm điện là mối lo hàng đầu. Nhưng giờ đây nó xuất hiện cả trên các bộ xử lý cho máy để bàn. Trên máy để bàn nó có hai vai trò: giảm nhu cầu điện năng và giảm lượng nhiệt tỏa ra trên một số bộ xử lý tỏa nhiệt mạnh hơn. Speedstep đã trải qua vài lần nâng cấp, nhưng việc vận hành cơ bản từ phía người dùng thì vẫn không thay đổi: điều chỉnh tần số bộ xử lý theo nhu cầu người dùng để khi máy tính đang ở trạng thái nghỉ sẽ không bị quá nóng.