CPU so với vCPU và Luồng so với Core

Các đơn vị xử lý trung tâm (CPU) là bộ não của máy tính của chúng ta. Họ xử lý mọi thứ chúng tôi làm hàng ngày, từ mở ứng dụng đến xem phim. Nhưng chính xác thì CPU là gì? Làm thế nào nó hoạt động? Và sự khác biệt giữa CPU và vCPU ngày càng phổ biến là gì?

Hiểu bộ não của máy tính

Các máy tính điện tử đầu tiên được tạo ra vào đầu những năm 1800, theo hướng dẫn lịch sử hoàn chỉnh do G2 xuất bản. Tuy nhiên, những máy tính này rất lớn và đắt tiền, và chúng chỉ có thể được sử dụng bởi các nhà toán học và khoa học được đào tạo.

Charles Babbage được ghi nhận vì đã phát minh ra chiếc máy tính toán đầu tiên, Difference Engine, có thể được lập trình để thực hiện bất kỳ phép tính nào có thể được thực hiện bằng tay. Tuy nhiên, dự án Difference Engine đã không bao giờ được hoàn thành do thiếu kinh phí, theo Bảo tàng Lịch sử Máy tính.

Năm 1937, Babbage lần đầu tiên đề cập đến Máy phân tích, nó sẽ trở thành máy tính cơ học đa năng đầu tiên trên thế giới. “Công cụ phân tích kết hợp tất cả các yếu tố của một máy tính hiện đại: một đơn vị logic số học, luồng điều khiển ở dạng phân nhánh và vòng lặp có điều kiện, và bộ nhớ tích hợp,” (Ghi chú Điện tử).

Một thành phần quan trọng của máy tính ngày nay là CPU hoặc bộ xử lý trung tâm. CPU chịu trách nhiệm thực hiện các hướng dẫn được cung cấp bởi phần mềm như hệ điều hành hoặc ứng dụng. Theo thuật ngữ của giáo dân, bạn có thể coi CPU là bộ não của máy tính. CPU được tạo thành từ hai bộ phận chính: khối điều khiển và khối logic số học (ALU). Nếu những từ viết tắt này khiến bạn nhầm lẫn, hãy xem tổng quan của chúng tôi về sự khác biệt của APU, CPU và GPU.

Khối điều khiển chịu trách nhiệm tìm nạp các lệnh từ bộ nhớ, giải mã chúng, sau đó gửi chúng đến khối logic số học để thực thi. ALU thực hiện các phép toán số học và logic trên dữ liệu được lưu trữ trong các thanh ghi, là các đơn vị lưu trữ nội bộ bên trong CPU.

Các CPU hiện đại cũng chứa một bộ nhớ đệm, là một lượng nhỏ bộ nhớ tốc độ cao để lưu trữ các hướng dẫn và dữ liệu được sử dụng thường xuyên. Bộ nhớ đệm được chia thành các cấp độ; Bộ đệm cấp 1 (L1) được tích hợp trong chính khuôn CPU, bộ đệm cấp 2 (L2) nằm trên một chip riêng biệt gần CPU và bộ đệm cấp 3 (L3) nằm xa CPU trên chip của chính nó hoặc thậm chí trên bảng mạch riêng của nó.

CPU so với vCPU

Với sự gia tăng của các dịch vụ đám mây, sự ra đời của đơn vị xử lý trung tâm ảo, gọi tắt là vCPU. TechTarget định nghĩa vCPU là “một đơn vị xử lý trung tâm vật lý (CPU) được gán cho một máy ảo (VM).”

Máy ảo về cơ bản là hệ điều hành độc lập chạy bên trong một hệ điều hành khác như thể chúng là các ứng dụng. Máy ảo được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau như thử nghiệm phần mềm mới trong môi trường an toàn, chạy nhiều hệ điều hành (ví dụ: Windows và Linux) trên cùng một máy tính hoặc hợp nhất nhiều máy chủ vật lý thành một máy chủ duy nhất để tiết kiệm không gian và giảm chi phí.

Vì vậy, vCPU là một triển khai phần mềm của CPU; nó không tồn tại vật lý bên trong máy tính của bạn như một CPU thực sự. Hypervisor, là phần mềm tạo và quản lý máy ảo, gán vCPU cho máy ảo. Mỗi vCPU được hệ điều hành bên trong VM xem như một lõi CPU thực sự. Xem giải thích của chúng tôi về người giám sát để tìm hiểu thêm.

Tuy nhiên, vì vCPU dựa trên phần mềm nên chúng không hiệu quả như CPU ​​thực. Do đó, điều quan trọng là phải chỉ định bộ xử lý của bạn có bao nhiêu lõi khi bạn mua máy tính (ví dụ: “quad-core” có nghĩa là bốn lõi). Quy tắc tương tự cũng áp dụng khi chọn máy chủ riêng ảo (VPS) hoặc gói lưu trữ máy chủ chuyên dụng.

Sự khác biệt chính giữa CPU và vCPU là CPU dựa trên phần cứng trong khi vCPU dựa trên phần mềm. Điều này có nghĩa là CPU tồn tại vật lý bên trong máy tính của bạn trong khi vCPU thì không; thay vào đó, chúng được tạo bởi người giám sát khi cần thiết. Do sự khác biệt trong việc triển khai này, CPU hiệu quả hơn nhiều so với vCPU; chúng không có chi phí liên quan đến việc chạy trong phần mềm.

Kể từ đầu những năm 2000, vCPU ngày càng trở nên phổ biến vì chúng rẻ hơn và dễ phân bổ hơn so với CPU vật lý; tuy nhiên, nếu bạn đang tìm kiếm hiệu suất, tốt nhất nên sử dụng máy tính có nhiều lõi CPU vì mỗi lõi có thể xử lý các lệnh một cách độc lập.

Cores so với Threads

CPU có thể có một hoặc nhiều lõi, là đơn vị xử lý thực hiện các tác vụ tại một thời điểm xác định. Phần lõi sẽ duy trì thứ tự thực thi tác vụ, các thanh ghi và bộ đệm (nếu có) và thực hiện các hoạt động thông qua ALU. CPU kiểm soát các lõi, nhưng lõi thực thi từng quy trình hoặc luồng phần mềm mà hệ điều hành lập lịch. Một luồng là một chuỗi các lệnh độc lập có thể được xử lý bởi một CPU.

Nhiều luồng có thể tồn tại trong cùng một quy trình và chia sẻ cùng một không gian bộ nhớ. Điều này cho phép họ giao tiếp với nhau dễ dàng hơn so với khi họ đang chạy trong các quy trình riêng biệt. Các luồng thường được sử dụng để cải thiện hiệu suất của các ứng dụng đa luồng bằng cách cho phép các phần khác nhau của chương trình chạy đồng thời trên các lõi hoặc bộ xử lý khác nhau.

Thuật ngữ “luồng” đã được sử dụng trong thuật ngữ máy tính trong nhiều năm; tuy nhiên, phải đến đầu những năm 2000, hỗ trợ mức phần cứng cho các luồng mới được giới thiệu trong bộ vi xử lý. Điều này cho phép nhiều luồng được thực thi đồng thời trên các lõi riêng biệt. Trước đây, chỉ một luồng có thể được thực thi tại một thời điểm trên một lõi đơn, bất kể có bao nhiêu lõi trong bộ xử lý. Các bộ xử lý đa lõi hiện nay đã trở nên phổ biến và hầu hết các hệ điều hành đều cung cấp một số mức hỗ trợ để chạy các chương trình dưới dạng nhiều luồng.

Tóm tắt các vấn đề cốt lõi

Tóm lại, CPU là bộ não dựa trên phần cứng của máy tính của chúng ta, trong khi đối tác ảo của chúng, vCPU, dựa trên phần mềm và được tạo bởi các siêu giám sát để chạy trong các máy ảo. Lõi là các đơn vị xử lý dựa trên phần cứng trong CPU, trong khi luồng là các lệnh dựa trên phần mềm có thể được xử lý bởi CPU.

Các luồng có thể được thực thi đồng thời trên các lõi riêng biệt, điều này cho phép các phần khác nhau của chương trình chạy cùng một lúc. Điều này có thể cải thiện hiệu suất phần cứng vì nhiều tác vụ có thể được xử lý đồng thời thay vì tuần tự.

Bây giờ bạn đã hiểu sự khác biệt giữa CPU, vCPU, lõi và luồng, bạn có thể đưa ra quyết định sáng suốt khi chọn máy tính hoặc máy chủ. Nếu bạn đang tìm kiếm hiệu suất, tốt nhất nên chọn một máy tính có nhiều lõi CPU vì mỗi lõi có thể xử lý các lệnh một cách độc lập. Tuy nhiên, nếu bạn đang tìm kiếm một giải pháp hiệu quả về chi phí, thì vCPU có thể là cách phù hợp.