Podstawy procesora Wiele wyjaśnień na temat procesorów, rdzeni i hiper-wątków

Centralna jednostka przetwarzania (CPU) w komputerze wykonuje zasadniczo obliczeniowe programy robocze. Ale nowoczesne procesory oferują funkcje takie jak wiele rdzeni i hiper-wątkowania. Niektóre komputery korzystają nawet z wielu procesorów. Jesteśmy tutaj, aby pomóc rozwiązać problem.

Prędkość zegara procesora była wystarczająca przy porównywaniu wydajności. Sprawy nie są już takie proste. Procesor oferujący wiele rdzeni lub hyper-threading może działać znacznie lepiej niż jednordzeniowy procesor o tej samej prędkości, który nie zawiera hiper-wątków. Komputery z wieloma procesorami mogą mieć jeszcze większą przewagę. Wszystkie te funkcje zostały zaprojektowane, aby umożliwić komputerom łatwiejsze uruchamianie wielu procesów jednocześnie - zwiększając wydajność podczas pracy wielozadaniowej lub pod wpływem wymagających aplikacji, takich jak kodery wideo i nowoczesne gry. Przyjrzyjmy się zatem każdej z tych funkcji i temu, co mogą dla Ciebie znaczyć.

Hyper Threading

Hyper-threading był pierwszą próbą firmy Intel, która przyniosła równoległe obliczenia do komputerów osobistych. Zadebiutował na procesorach stacjonarnych z Pentium 4 HT w 2002 roku. Pentium 4 tego dnia zawierał tylko jeden rdzeń procesora, więc mógł wykonywać tylko jedno zadanie na raz - nawet gdyby mógł szybko przełączać się między zadaniami. że wydawało się, że to wielozadaniowość. Hyper-threading próbował to nadrobić.

Pojedynczy fizyczny rdzeń procesora z hyper-threading pojawia się jako dwa logiczne procesory w systemie operacyjnym. Procesor jest nadal pojedynczym procesorem, więc jest to trochę oszustwo. Podczas gdy system operacyjny widzi dwa procesory dla każdego rdzenia, rzeczywisty sprzęt procesora ma tylko jeden zestaw zasobów wykonawczych dla każdego rdzenia. Procesor udaje, że ma więcej rdzeni niż on, i wykorzystuje swoją własną logikę do przyspieszenia wykonywania programu. Innymi słowy, system operacyjny jest oszukiwany, widząc dwa procesory dla każdego rzeczywistego rdzenia procesora.

Funkcja Hyper-threading pozwala dwóm logicznym rdzeniom procesora na współdzielenie fizycznych zasobów wykonawczych. To może nieco przyspieszyć - jeśli jeden wirtualny procesor jest zatrzymany i czeka, drugi wirtualny procesor może pożyczyć jego zasoby wykonawcze. Funkcja Hyper-threading może przyspieszyć działanie systemu, ale nie jest tak dobra, jak faktyczne dodatkowe rdzenie.

Na szczęście hiperwątkowość jest teraz "bonusem". Podczas gdy oryginalne procesory konsumenckie z hiper-wątkiem miały tylko jeden rdzeń, który maskował się jako wiele rdzeni, współczesne procesory Intela mają teraz zarówno wiele rdzeni, jak i technologię hyper-threading. Twój dwurdzeniowy procesor z hyper-threading pojawia się w systemie operacyjnym jako cztery rdzenie, a czterordzeniowy procesor z hiper-threading ma osiem rdzeni. Hyper-threading nie zastępuje dodatkowych rdzeni, ale dwurdzeniowy procesor z hyper-threading powinien działać lepiej niż dwurdzeniowy procesor bez hiper-wątków.

Wiele rdzeni

Pierwotnie procesory miały jeden rdzeń. Oznaczało to, że fizyczny procesor miał na sobie jedną centralną jednostkę przetwarzania. Aby zwiększyć wydajność, producenci dodają dodatkowe "rdzenie" lub centralne jednostki przetwarzania. Dwurdzeniowy procesor ma dwie jednostki centralne, więc wydaje się systemowi operacyjnemu dwa procesory. Procesor z dwoma rdzeniami może na przykład uruchamiać dwa różne procesy w tym samym czasie. Przyspiesza to twój system, ponieważ twój komputer może robić wiele rzeczy naraz.

W przeciwieństwie do hiper-wątku, nie ma tu żadnych sztuczek - dwurdzeniowy procesor dosłownie ma dwie jednostki centralne na układzie procesora. Czterordzeniowy procesor ma cztery centralne jednostki przetwarzania, ośmiordzeniowy procesor ma osiem jednostek centralnych i tak dalej.

Pomaga to radykalnie poprawić wydajność, jednocześnie utrzymując mały procesor fizyczny, dzięki czemu mieści się w jednym gnieździe. Konieczne jest tylko jedno gniazdo procesora z włożoną jednostką CPU - nie cztery różne gniazda procesora z czterema różnymi procesorami, z których każdy potrzebuje własnej mocy, chłodzenia i innego sprzętu. Nie ma opóźnień, ponieważ rdzenie mogą komunikować się szybciej, ponieważ wszystkie są na tym samym chipie.

Menedżer zadań Windows pokazuje to całkiem dobrze. Tutaj na przykład widać, że ten system ma jeden rzeczywisty procesor (gniazdo) i cztery rdzenie. Hiperwątkowość sprawia, że ​​każdy rdzeń wygląda jak dwa procesory w systemie operacyjnym, więc pokazuje 8 procesorów logicznych.

Wiele procesorów

Większość komputerów ma tylko jeden procesor. Ten pojedynczy procesor może mieć wiele rdzeni lub technologię hyper-threading, ale wciąż jest tylko jedna fizyczna jednostka CPU umieszczona w pojedynczym gniazdu procesora na płycie głównej.

Zanim pojawiły się super-wątki i wielordzeniowe procesory, ludzie próbowali dodać dodatkową moc obliczeniową do komputerów, dodając dodatkowe procesory. Wymaga to płyty głównej z wieloma gniazdami procesora. Płyta główna potrzebuje również dodatkowego sprzętu, aby połączyć te gniazda procesora z pamięcią RAM i innymi zasobami. W tego rodzaju konfiguracjach jest dużo wysiłku. Dodatkowe opóźnienia, jeśli procesory muszą się ze sobą komunikować, systemy z wieloma procesorami zużywają więcej energii, a płyta główna potrzebuje więcej gniazd i sprzętu.

Systemy z wieloma procesorami nie są dziś powszechne wśród komputerów domowych użytkowników domowych. Nawet wysoko wydajny pulpit do gier z wieloma kartami graficznymi ma zazwyczaj tylko jeden procesor. Znajdziesz wiele systemów CPU wśród superkomputerów, serwerów i podobnych systemów high-end, które wymagają tak dużej mocy obliczeniowej, jak tylko mogą uzyskać.

Im więcej procesorów lub rdzeni ma komputer, tym więcej rzeczy może zrobić na raz, pomagając zwiększyć wydajność większości zadań. Większość komputerów ma obecnie procesory z wieloma rdzeniami - najskuteczniejszą opcją, którą omówiliśmy. Znajdziesz nawet procesory z wieloma rdzeniami na nowoczesnych smartfonach i tabletach. Procesory Intela oferują także hiper-wątki, co jest swego rodzaju dodatkiem. Niektóre komputery wymagające dużej mocy procesora mogą mieć wiele procesorów, ale są znacznie mniej wydajne niż się wydaje.

Image Credit: Lungstruck na Flickr, Mike Babcock na Flickr, DeclanTM na Flickr