Viacjadrový procesor: čo to je a na čo slúži

Všeobecným trendom je nájsť viacjadrový procesor vo vnútri osobného počítača, takže ak stále neviete, o čom hovoríme, je čas, aby ste sa s týmito procesormi stretli. V skutočnosti sú s nami takmer desať rokov a dávajú nám stále viac energie a väčšiu kapacitu na spracovanie informácií, vďaka čomu sa náš stroj stáva skutočným dátovým strediskom so stolovými počítačmi.

Index obsahu

Viacjadrové procesory priniesli revolúciu na trh, najskôr v oblasti spotreby veľkých spoločností a dátových centier a potom v prípade bežných používateľov, čím sa preskočil do novej éry vysokovýkonných zariadení. Dokonca aj náš Smartphone má viacjadrové procesory.

Aká je funkcia procesora v počítači

Ale predtým, ako začneme vidieť, o čo ide o viacjadrových procesoroch, stojí za to obnoviť trochu pamäte a definovať, pre čo je procesor skutočne určený. Možno sa zdá, že v tejto chvíli je hlúpe, ale nie každý pozná túto podstatnú zložku súčasnej doby a je čas.

Procesor, CPU alebo centrálna procesorová jednotka, pozostáva z elektronického obvodu navrhnutého z tranzistorov, logických brán a vedení s elektrickými signálmi schopnými vykonávať úlohy a pokyny. Tieto pokyny generuje počítačový program a interakcia (alebo nie) človeka alebo dokonca iných programov. Týmto spôsobom dokážeme prostredníctvom počítačov vykonávať produktívne úlohy založené na údajoch.

Počítač a akékoľvek iné elektronické zariadenie nebolo možné vytvoriť bez prítomnosti procesora. Môže to byť viac alebo menej zložité, ale akékoľvek zariadenie schopné vykonávať špecifickú úlohu potrebuje túto jednotku na konverziu elektrických signálov na údaje a dokonca na fyzické úlohy, ako sú napríklad montážne linky užitočné pre ľudí.

Čo je jadrom procesora

Podobne ako všetky ostatné komponenty, aj procesor sa skladá z rôznych prvkov. Túto kombináciu prvkov nazývame architektúra, a tá, ktorú momentálne máme vo vnútri procesora nášho počítača, je x86, sada kódov, parametrov a elektronických komponentov, ktoré v kombinácii dokážu vypočítať tieto pokyny jednoducho vykonaním logické a aritmetické operácie.

Vnútorná štruktúra CPU

Jadro alebo jadro procesora je jednotka alebo integrovaný obvod, ktorý je zodpovedný za spracovanie všetkých týchto informácií. Skladá sa z miliónov tranzistorov vybavených funkčnou logickou štruktúrou a je schopná spracovávať informácie, ktoré vstupujú, vo forme operandov a operátorov na generovanie výsledkov, ktoré umožňujú programom pracovať. Je to teda základná entita procesora.

Jadro procesora sa skladá z týchto hlavných prvkov:

• Riadiaca jednotka (UC): je zodpovedná za synchrónne riadenie činnosti procesora, v tomto prípade jadra. Rozdeľuje rôzne komponenty (CPU, RAM, periférie) vo forme elektrických signálov, aby fungovali synchrónne. Aritmeticko-logická jednotka (ALU): zodpovedá za vykonávanie všetkých logických a aritmetických operácií pomocou celých čísel s údajmi, ktoré prijíma. Registre: registre sú bunky, ktoré umožňujú ukladať vykonávané inštrukcie a výsledky vykonanej operácie.,

Čo je viac jadier?

Závod výrobcov o najmocnejší a najrýchlejší produkt, aký kedy existoval, av elektronike sa nelíši. Vo svojej dobe to bol míľnik na vytvorenie procesora s frekvenciou viac ako 1 GHz. V prípade, že neviete, GHz meria počet operácií, ktoré procesor dokáže vykonať

GHz: čo je a čo je gigahertz v oblasti výpočtovej techniky

Preteky majú viac GHz

Prvým procesorom, ktorý dosiahol 1 GHz, bol DEC Alpha v roku 1992, ale pokiaľ ide o CPU pre osobné počítače, až tieto čísla dosiahli procesor Intel s procesormi Pentium III a AMD a procesormi postavenými na atlone., V tejto dobe mali výrobcovia na mysli iba jednu vec, „čím viac GHz, tým lepšie “, pretože za jednotku času bolo možné vykonať viac operácií.

Po niekoľkých rokoch výrobcovia našli limit na počet GHz svojich procesorov, prečo? pretože kvôli enormnému množstvu tepla, ktoré bolo generované v jeho jadre, sa obmedzila integrita použitých materiálov a chladičov. Podobne sa spustila spotreba pre každú Hz, aby sa zvýšila frekvencia.

Preteky majú viac jadier

Na tomto limite museli výrobcovia urobiť zmenu paradigmy, a tak sa objavil nový cieľ, „čím viac jadier, tým lepšie “. Poďme si myslieť, že ak je jadro zodpovedné za vykonávanie operácií, potom sa zvyšuje počet jadier, ktoré môžeme zdvojnásobiť, strojnásobiť,… počet operácií, ktoré je možné vykonať. Je zrejmé, že je to tak, s dvoma jadrami môžeme vykonávať dve operácie súčasne a so štyrmi jadrami môžeme vykonať 4 z týchto operácií.

Vydanie Intel Pentium Extreme 840

Cieľ stanovený spoločnosťou Intel dosiahnuť 10 GHz so svojou architektúrou NetBurst bol pozadu, niečo, čo sa doteraz nedosiahlo, aspoň nie s chladiacimi systémami dostupnými pre bežných používateľov. Najlepším spôsobom, ako dosiahnuť dobrú škálovateľnosť výkonu a kapacity spracovania, bolo toto, mať procesory s určitým počtom jadier a tiež s určitou frekvenciou.

Začali sa implementovať dvojjadrové procesory, buď vyrábajúce dva jednotlivé procesory, alebo oveľa lepšie, integrujúce dva DIE (obvody) na jeden čip. Tým sa šetrí veľa miesta na základných doskách, aj keď si vyžaduje implementáciu komunikačnej štruktúry s ostatnými komponentmi, ako sú vyrovnávacia pamäť, zbernice atď., Väčšiu zložitosť.

Prví spracovatelia s viac ako jedným jadrom

V tomto bode je celkom zaujímavé vedieť, ktoré boli prvými viacjadrovými procesormi, ktoré sa objavili na trhu. A ako si dokážete predstaviť, začiatky boli ako vždy, pre podnikové použitie na serveroch a tiež ako vždy IBM. Prvým viacjadrovým procesorom bol IBM POWER4 s dvoma jadrami na jednom DIE a základnou frekvenciou 1, 1 GHz, ktorá bola vyrobená v roku 2001.

Ale až v roku 2005 sa na ich stolových počítačoch objavili prvé dvojjadrové procesory pre masovú spotrebu používateľmi. Spoločnosť Intel ukradla peňaženku spoločnosti AMD niekoľko týždňov vopred pomocou svojho procesora Intel Pentium Extreme Edition 840 s HiperThreading, ktorý neskôr vydal AMD Athlon X2.

Potom sa výrobcovia rozbehli a začali zavádzať jadrá bez rozdielu s následnou miniaturizáciou tranzistorov. V súčasnosti je výrobný proces založený na tranzistoroch iba 7 nm implementovaných spoločnosťou AMD vo svojej tretej generácii Ryzenu a 12 nm implementovaných spoločnosťou Intel. Vďaka tomu sa nám podarilo zaviesť väčší počet jadier a obvodov do jedného čipu, čím sme zvýšili výkon spracovania a znížili spotrebu. V skutočnosti máme na trhu až 32-jadrových procesorov, ktoré sú Threadrippers AMD.

Čo musíme využiť na jadrách procesora

Logika sa zdá byť veľmi jednoduchá, vkladá jadrá a zvyšuje počet simultánnych procesov. Najskôr to bola skutočná bolesť hlavy výrobcov hardvéru a najmä tvorcov softvéru.

A je to, že programy boli navrhnuté (zostavené) iba pre prácu s jadrom. Potrebujeme nielen procesor, ktorý je fyzicky schopný vykonávať viac simultánnych operácií, ale tiež potrebujeme, aby program, ktorý generuje tieto inštrukcie, to dokázal komunikáciou s každým z dostupných jadier. Dokonca aj operačné systémy museli zmeniť svoju architektúru, aby mohli efektívne používať viac jadier súčasne.

Týmto spôsobom sa programátori pustili do práce a začali kompilovať nové programy s podporou viacerých jadier, takže v súčasnosti je program schopný efektívne využívať všetky jadrá, ktoré sú dostupné na počítači. Takto sa znásobia nite vykonávania na potrebné množstvo. Pretože keby sa popri jadrách objavil aj koncept exekúcie.

Vo viacjadrovom procesore je nevyhnutné paralelizovať procesy, ktoré program vykonáva, z čoho vyplýva, že každé jadro dokáže vykonať úlohu paralelne s iným a následne jeden po druhom. Táto metóda vytvárania rôznych úloh súčasne z programu sa nazýva procesné vlákna, pracovné vlákna, vlákna alebo jednoducho vlákna v angličtine. Operačný systém aj programy musia byť schopné vytvoriť paralelné procesné vlákna, aby mohli využívať plný výkon procesora. To je vysoké, že dizajn CAD, strih videa alebo programy sa darí veľmi dobre, zatiaľ čo hry majú spôsob, ako ísť.

Čo sú vlákna procesora? Rozdiely v jadrách

HyperThreading a SMT

V dôsledku vyššie uvedeného sa objavujú technológie výrobcov procesorov. Najznámejšou z nich je technológia HyperThreading, ktorú spoločnosť Intel začala používať vo svojich procesoroch, a neskôr by to spoločnosť AMD urobila v ich technológiách CMT a potom s vývojom na SMT (Simultaneous Multi-Threading).

Táto technológia pozostáva z existencie dvoch jadier v jednom, ale nebudú to skutočné jadrá, ale logické, niečo , čo sa v programovaní nazýva procesné vlákna alebo vlákna. O tom sme už hovorili už predtým. Cieľom je opäť rozdeliť pracovné zaťaženie medzi jadrá a rozdeliť jednotlivé úlohy, ktoré sa majú vykonať, do vlákien tak, aby sa vykonávali, keď je jadro voľné.

Existujú napríklad procesory, ktoré majú napríklad iba dve jadrá, ale vďaka týmto technológiám majú 4 vlákna. Spoločnosť Intel ju používa predovšetkým vo svojich vysokovýkonných procesoroch Intel Core a prenosných procesoroch, zatiaľ čo spoločnosť AMD ju implementovala do celého radu procesorov Ryzen.

Čo je to HyperThreading?

Ako zistiť, koľko jadier má môj procesor

Už vieme, aké jadrá sú a aké vlákna sú a ich význam pre viacjadrový procesor. Posledná vec, ktorú nám zostáva, je vedieť, ako zistiť, koľko jadier má náš procesor.

Mali by ste vedieť, že Windows niekedy nerozlišujú jadrá a vlákna, pretože sa objavia s názvom jadier alebo procesorov, napríklad v nástroji „msiconfig“. Ak otvoríme Správcu úloh a prejdeme do výkonnostnej časti, zobrazí sa zoznam, v ktorom sa zobrazuje počet jadier a logických procesorov CPU. Grafika, ktorá sa nám zobrazí, bude však priamo logikou logických jadier, rovnako ako grafika, ktorá sa zobrazí v nástroji Sledovanie výkonu, ak ju otvoríme.

Ako zistiť, koľko jadier má môj procesor

Záver a zaujímavé odkazy

Došli sme ku koncu a dúfame, že sme dôkladne vysvetlili, čo je viacjadrový procesor a najdôležitejšie pojmy súvisiace s touto témou. V súčasnosti existujú skutočné príšery s až 32 jadrámi a 64 vláknami. Ale na to, aby bol procesor efektívny, je dôležitý nielen počet jadier a ich frekvencia, ale aj to, ako je zostavený, účinnosť jeho dátových zberníc a komunikácia a spôsob práce jeho jadier. Intel tu sleduje o krok pred AMD. Čoskoro uvidíme nové modely Ryzen 3000, ktoré sľubujú výkon najvýkonnejších stolných procesorov spoločnosti Intel, takže sledujte naše recenzie.

Ak máte nejaké otázky alebo pripomienky k téme, alebo ak chcete niečo objasniť, vyzývame vás, aby ste to urobili pomocou nižšie uvedeného okienka s komentármi.