Что такое ядро в процессоре и где оно находится


Что такое процессор. Ядро процессора. Частота процессора.

Наверное, каждый пользователь  мало знакомый с компьютером сталкивался с кучей непонятных ему характеристик при выборе центрального процессора: техпроцесс, кэш, сокет; обращался за советом к друзьям и знакомым, компетентным  в вопросе компьютерного железа. Давайте разберемся в многообразии всевозможных параметров, потому как процессор – это важнейшая часть вашего ПК, а понимание его характеристик подарит вам уверенность при покупке и дальнейшем использовании.

Центральный процессор

Процессор персонального компьютера представляет собой микросхему, которая отвечает за выполнение любых операций с данными и управляет периферийными устройствами. Он содержится в специальном кремниевом корпусе, называемом кристаллом. Для краткого обозначения используют аббревиатуру — ЦП (центральный процессор) или CPU (от англ. Central Processing Unit – центральное обрабатывающее устройство). На современном рынке компьютерных комплектующих присутствуют две конкурирующие корпорации, Intel и AMD, которые беспрестанно участвуют в гонке за производительность новых процессоров, постоянно совершенствуя технологический процесс.

Техпроцесс

Техпроцесс — это размер, используемый при производстве процессоров. Он определяет величину транзистора, единицей измерения которого является нм (нанометр). Транзисторы, в свою очередь, составляют внутреннюю основу ЦП. Суть заключается в том, что постоянное совершенствование методики изготовления позволяет  уменьшать размер этих компонентов. В результате на кристалле процессора их размещается гораздо больше. Это способствует улучшению характеристик CPU, поэтому в его параметрах всегда указывают используемый техпроцесс. Например, Intel Core i5-760 выполнен по техпроцессу 45 нм, а Intel Core i5-2500K  по 32 нм, исходя из этой информации, можно судить о том, насколько процессор современен и превосходит по производительности своего предшественника, но при выборе необходимо учитывать и ряд других параметров.

 Архитектура

Также процессорам свойственно такая характеристика, как архитектура — набор свойств, присущий целому семейству процессоров, как правило, выпускаемому в течение многих лет. Говоря другими словами, архитектура – это их организация или внутренняя конструкция ЦП.

Количество ядер

Ядро – самый главный элемент центрального процессора. Оно представляет собой часть процессора, способное выполнять один поток команд. Ядра отличаются по размеру кэш памяти, частоте шины, технологии изготовления и т. д. Производители с каждым последующим техпроцессом присваивают им новые имена (к примеру, ядро процессора AMD – Zambezi, а Intel – Lynnfield). С развитием технологий производства процессоров появилась возможность размещать в одном корпусе более одного ядра, что значительно увеличивает производительность CPU и помогает выполнять несколько задач одновременно, а также использовать несколько ядер в работе программ. Многоядерные процессоры смогут быстрее справиться с архивацией, декодированием видео, работой современных видеоигр и т.д. Например, линейки процессоров Core 2 Duo и Core 2 Quad от Intel, в которых используются двухъядерные и четырехъядерные ЦП, соответственно. На данный момент массово доступны процессоры с 2, 3, 4 и 6 ядрами. Их большее количество используется в серверных решениях и не требуется рядовому пользователю ПК.

Частота

Помимо количества ядер на производительность влияет тактовая частота. Значение этой характеристики отражает производительность CPU в количестве тактов (операций) в секунду. Еще одной немаловажной характеристикой является частота шины (FSB – Front Side Bus) демонстрирующая скорость, с которой происходит обмен данных между процессором и периферией компьютера. Тактовая частота пропорциональна частоте шины.

Сокет

 

 

Чтобы будущий процессор при апгрейде был совместим с имеющейся материнской платой, необходимо знать его сокет. Сокетом называют разъем, в который устанавливается ЦП на материнскую плату компьютера. Тип сокета характеризуется количеством ножек и производителем процессора. Различные сокеты соответствуют определенным типам CPU, таким образом, каждый разъём допускает установку процессора определённого типа. Компания Intel использует сокет LGA1156, LGA1366 и LGA1155, а AMD — AM2+ и AM3.

Кэш

Кэш — объем памяти с очень большой скоростью доступа, необходимый для ускорения обращения к данным, постоянно находящимся в памяти с меньшей скоростью доступа (оперативной памяти). При выборе процессора, помните, что увеличение размера кэш-памяти положительно влияет на производительность большинства приложений. Кэш центрального процессора различается тремя уровнями (L1, L2 и L3), располагаясь непосредственно на ядре процессора. В него попадают данные из оперативной памяти для более высокой скорости обработки. Стоит также учесть, что для многоядерных CPU указывается объем кэш-памяти первого уровня для одного ядра. Кэш второго уровня выполняет аналогичные функции, отличаясь более низкой скоростью и большим объемом. Если вы предполагаете использовать процессор для ресурсоемких задач, то модель с большим объемом кэша второго уровня будет предпочтительнее, учитывая что для многоядерных процессоров указывается суммарный объем кэша L2. Кэшем L3 комплектуются самые производительные процессоры, такие как AMD Phenom, AMD Phenom II, Intel Core i3, Intel Core i5, Intel Core i7, Intel Xeon. Кэш третьего уровня наименее быстродействующий, но он может достигать 30 Мб.

Энергопотребление

Энергопотребление процессора тесно связано с технологией его производства. С уменьшением нанометров техпроцесса,  увеличением количества транзисторов и повышением тактовой частоты процессоров происходит рост потребления электроэнергии CPU. Например, процессоры линейки Core i7 от Intel требуют до 130 и более ватт. Напряжение подающееся на ядро ярко характеризует энергопотребление процессора. Этот параметр особенно важен при выборе ЦП для использования в качестве мультимедиа центра. В современных моделях процессоров используются различные технологии, которые помогают бороться с излишним энергопотреблением: встраиваемые температурные датчики, системы автоматического контроля напряжения и частоты ядер процессора, энергосберегающие режимы при слабой нагрузке на ЦП.

Дополнительные возможности

Современные процессоры приобрели возможности работы в 2-х и 3-х канальных режимах с оперативной памятью, что значительно сказывается на ее производительности, а также поддерживают больший набор инструкций, поднимающий их функциональность на новый уровень. Графические процессоры обрабатывают видео своими силами, тем самым разгружая ЦП, благодаря технологии DXVA (от англ. DirectX Video Acceleration – ускорение видео компонентом DirectX). Компания Intel использует вышеупомянутую технологию Turbo Boost для динамического изменения тактовой частоты центрального процессора. Технология Speed Step управляет энергопотреблением CPU в зависимости от активности процессора, а Intel Virtualization Technology аппаратно создает виртуальную среду для использования нескольких операционных систем. Также современные процессоры могут делиться на виртуальные ядра с помощью технологии Hyper Threading. Например, двухъядерный процессор способен делить тактовую частоту одного ядра на два, что способствует высокой производительности обработки данных с помощью четырех виртуальных ядер.

Размышляя о конфигурации вашего будущего ПК, не забывайте про видеокарту и ее GPU (от англ. Graphics Processing Unit – графическое обрабатывающее устройство) – процессор вашей видеокарты, который отвечает за рендеринг (арифметические операции с геометрическими, физическими объектами и т.п.). Чем больше частота его ядра и частота памяти, тем меньше будет нагрузки на центральный процессор. Особенное внимание к графическому процессору должны проявить геймеры.

mediapure.ru

Ядро микропроцессора — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 16 января 2016; проверки требуют 3 правки. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 16 января 2016; проверки требуют 3 правки.

Термин «ядро микропроцессора» (англ. processor core) не имеет чёткого определения и в зависимости от контекста употребления может обозначать особенности, позволяющие выделить модель[чего?] в отдельный вид:

  • физическую реализацию:
  • набор характеристик организационного, схемотехнического или программного характера:
    • часть процессора, осуществляющая выполнение одного потока команд. Многоядерные процессоры имеют несколько ядер и поэтому способны одновременно выполнять несколько потоков команд;
    • набор параметров, характеризующих микропроцессор.

Ядро микропроцессора обычно имеет собственное кодовое обозначение (например, K7) или имя (например, Deschutes).

Типичными характеристиками ядра являются, например:

В процессе разработки новых ядер микропроцессоров на основе существующих ядер в конструкцию существующих ядер вносятся изменения, часто значительные. Так, например, может быть добавлен дополнительный набор инструкций, могут быть уменьшены проектные нормы техпроцесса, может быть увеличена тактовая частота. Также обычно исправляются найденные ошибки. Подобные ядра называют ревизиями существующего ядра. Например, на основе ядра «Athlon XP Thoroughbred» созданы ядра ревизий «A0» и «B0». Номер ревизии может быть закодирован в маркировке микропроцессора и/или может быть запрограммирован в ядре. В последнем случае код номера ревизии (степпинг) можно узнать с помощью инструкции cpuid (а в MS Windows — с помощью программы CPU-Z или подобных ей).

ru.wikipedia.org

Многоядерный процессор — Википедия

Многоя́дерный проце́ссор — центральный процессор, содержащий два и более вычислительных ядра на одном процессорном кристалле или в одном корпусе.

В английском языке существует два часто употребляемых термина для процессоров, имеющих несколько ядер: multi-core и many-core.

Термин мультиядерный (англ. multi-core[1]) обычно применяется к центральным процессорам, содержащим два и более ядра общего назначения, однако иногда используется и для цифровых сигнальных процессоров (DSP) и однокристальных систем (SoC, СнК). Под многоядерностью процессора понимают, что несколько ядер являются интегрированными на одну интегральную схему (изготовлены на одном кремниевом кристалле). Если же в один корпус были объединены несколько полупроводниковых кристаллов, то конструкцию называют многочиповый модуль (англ. multi-chip module, MCM).

Термином многопроцессорный обозначают компьютеры, имеющие несколько физически раздельных процессоров (например, серверные материнские платы часто имеют 2 или 4 сокета для подключения нескольких чипов), но управляемые одним экземпляром операционной системы (ОС).

Понятие многоядерный[1] (англ. many-core[2] или англ. massively multi-core) может использоваться для описания многоядерных систем, имеющих высокое количество ядер, от десятков до сотен или более. Например, именно название «многоядерный» («many-core») использовалось Intel для вычислителей Intel MIC[3].

Мультипроцессор на кристалле (single-chip multiprocessor, on-chip multiprocessor, chip multiprocessing, CMP) — так ранние исследователи называли свои проекты размещения нескольких процессоров на одной подложке[4][5][6].

Архитектура многоядерных процессоров во многом повторяет архитектуру симметричных мультипроцессоров (SMP-машин) только в меньших масштабах и со своими особенностями.

Первые многоядерные процессоры (first generation CMP) представляли собой самые простые схемы: два процессорных ядра, размещенные на одном кристалле без разделения каких-либо ресурсов, кроме шины памяти (например, Sun UltraSPARC IV и Intel Pentium D). «Настоящим многоядерным» (second generation CMP) процессор считается, когда его вычислительные ядра совместно используют кэш третьего или второго уровня: например, Sun UltraSPARC IV+, Intel Core Duo и все современные многоядерные процессоры.

В многоядерных процессорах тактовая частота, как правило, намеренно снижена. Это позволяет уменьшить энергопотребление процессора без потери производительности: энергопотребление растёт как куб от роста частоты процессора. Удвоив количество ядер процессора и снизив вдвое их тактовую частоту, можно получить практически ту же производительность, при этом энергопотребление такого процессора снизится в 4 раза.

В некоторых процессорах тактовая частота каждого ядра может меняться в зависимости от его индивидуальной нагрузки. Ядро является полноценным микропроцессором, использующим все достижения микропроцессорной техники: конвейеры, внеочередное исполнение кода, многоуровневый кэш, поддержка векторных команд.

Суперскалярность в ядре присутствует не всегда, если, например, производитель процессора стремится максимально упростить ядро.

Каждое ядро может использовать технологию временной многопоточности или, если оно суперскалярное, технологию SMT для одновременного исполнения нескольких потоков, создавая иллюзию нескольких «логических процессоров» на основе каждого ядра. На процессорах компании Intel эта технология носит название Hyper-threading и удваивает число логических процессоров по сравнению с физическими. На процессорах Sun UltraSPARC T2 (2007 г.) такое увеличение может достигать 8 потоков на ядро.

Многоядерные процессоры можно подразделить по наличию поддержки когерентности (общей) кэш-памяти между ядрами. Бывают процессоры с такой поддержкой и без неё. Способ связи между ядрами:

  • разделяемая шина;
  • сеть (Mesh) на каналах точка-точка;
  • сеть с коммутатором;
  • общая кэш-память.

Кэш-память: Во всех существующих на сегодня многоядерных процессорах кэш-памятью 1-го уровня обладает каждое ядро в отдельности, а кэш-память 2-го уровня существует в нескольких вариантах:

  • разделяемая — расположена на одном кристалле с ядрами и доступна каждому из них в полном объёме. Используется в процессорах семейств Intel Core;
  • индивидуальная — отдельные кэши равного объёма, интегрированные в каждое из ядер. Обмен данными из кэшей 2-го уровня между ядрами осуществляется через контроллер памяти — интегрированный (Athlon 64 X2, Turion X2, Phenom) или внешний (использовался в Pentium D, в дальнейшем Intel отказалась от такого подхода).

Многоядерные процессоры также имеют гомогенную или гетерогенную архитектуру:

  • гомогенная архитектура — все ядра процессора одинаковы и выполняют одни и те же задачи. Типичные примеры: Intel Core Duo, Sun SPARC T3, AMD Opteron;
  • гетерогенная архитектура — ядра процессора выполняют разные задачи. Типичный пример: процессор Cell альянса IBM, Sony и Toshiba, у которого из девяти ядер одно является ядром процессора общего назначения PowerPC, а восемь остальных — специализированными процессорами, оптимизированными для векторных операций, которые используются в игровой приставке Sony PlayStation 3.

В приложениях, оптимизированных под многопоточность, наблюдается прирост производительности на многоядерном процессоре. Однако если приложение не оптимизировано, то оно не будет получать практически никакой выгоды от дополнительных ядер, а может даже выполняться медленнее, чем на процессоре с меньшим количеством ядер, но большей тактовой частотой. Это в основном приложения, разработанные до появления многоядерных процессоров, либо приложения, в принципе не использующие многопоточность.

Большинство операционных систем позволяют выполнять несколько приложений одновременно. При этом достигается выигрыш в производительности, даже если приложения однопоточные.

На сегодня многими производителями процессоров, в частности Intel, AMD, IBM, ARM, дальнейшее увеличение числа ядер процессоров признано как одно из приоритетных направлений увеличения производительности.

История массовых многоядерных процессоров[править | править код]

POWER[править | править код]
Основная статья: POWER

Первым процессором, предназначенным для массового использования, а не для встроенных систем, стал POWER4 с двумя ядрами PowerPC на одном кристалле, выпущенный компанией IBM в 2001 году.

2-ядерный IBM PowerPC-970MP (G5) был представлен в 2005 году. Этим процессором оснащались последние Power Mac G5.

SPARC[править | править код]
Основная статья: SPARC

В марте 2004 года компания Sun Microsystems представила первый 2-ядерный процессор архитектуры SPARC: UltraSPARC IV — CMP первого поколения. Процессором второго поколения CMP стал UltraSPARC IV+ (середина 2005 года), где два ядра процессора совместно использовали off-chip кэш 3-го уровня и on-chip кэш 2-го уровня.

Компания Fujitsu в своей линейке SPARC64 представила 2-ядерный процессор SPARC64 VI только в 2007 году.

x86[править | править код]

В апреле 2005 года AMD выпустила 2-ядерный процессор Opteron архитектуры AMD64, предназначенный для серверов.

В мае 2005 года Intel выпустила процессор Pentium D архитектуры x86-64, ставший первым 2-ядерным процессором, предназначенным для персональных компьютеров. Это был «быстрый» ответ компании Intel на вызов компании AMD. По сути Pentium D, созданный на основе ведущей у Intel архитектуры NetBurst, состоял из двух раздельных процессоров, помещённых на одну подложку, без каких-либо общих элементов. Так как компания Intel отказалась от архитектуры NetBurst в конце 2005 года, развитие Pentium D не получил. Настоящий многоядерный процессор Core Duo на более экономичной архитектуре Core был выпущен компанией Intel в январе 2006 года.

В марте 2010 года появились первые 12-ядерные серийные процессоры, которыми стали серверные процессоры Opteron 6100 компании AMD (архитектура x86/x86-64).[7]

В 2011 году компанией AMD освоено производство 8-ядерных процессоров для домашних компьютеров[8] и 16-ядерных для серверных систем[9].

В августе 2011 года компанией AMD были выпущены первые 16-ядерные серийные серверные процессоры Opteron серии 6200 (кодовое наименование Interlagos). Процессор Interlagos объединяет в одном корпусе два 8-ядерных (4-модульных) чипа и является полностью совместимым с существующей платформой AMD Opteron серии 6100 (Socket G34).[10]

По состоянию на 2016 год Intel выпускает процессоры для серверов Xeon E7 — с количеством ядер от 4 до 24.[11][12] (E5 — до 22 ядер).

Сводные данные по истории микропроцессоров и их параметров представлены в обновляющейся английской статье: Хронология микропроцессоров, 2010-е годы. Для получения числа ядер процессора надо умножить поля «Cores per die» и «Dies per module», для получения числа аппаратных потоков — умножить число ядер на число «threads per core». Например, для Xeon E7, Intel: «4, 6, 8, 10» ядер на 1 die на 1-2 аппаратных потоков = максимум 10 ядер и 20 аппаратных потоков, AMD FX «Bulldozer» Interlagos «4-8» на 2 на 1 = максимум 16 ядер и 16 потоков.

История экспериментальных многоядерных процессоров[править | править код]

27 сентября 2006 года на форуме разработчиков «IDF Fall» Intel продемонстрировал экспериментальный 80 ядерный чип с производительностью до 1 TFLOPS. Каждое ядро работало с тактовой частотой 3,16 ГГц, энергопотребление чипа достигало около 100 Вт[13].

20 августа 2007 года компания Tilera, анонсировала чип TILE64 (англ.)русск. с 64 процессорными ядрами и встроенной высокопроизводительной сетью, посредством которой обмен данными между различными ядрами может происходить со скоростью до 32 Тбит/с.[14][15]

26 октября 2009 года Tilera анонсировала[16] 100-ядерный процессор широкого назначения серии TILE-Gx (англ.). Каждое процессорное ядро представляет собой отдельный процессор с кэш-памятью 1 и 2 уровней. Ядра, память и системная шина связаны посредством топологии mesh network. Процессоры производятся по 40-нм техпроцессу и работают на тактовой частоте 1,5 ГГц. Выпуск 100-ядерных процессоров назначен на начало 2011 года.

2 декабря 2009 года Intel представила одночиповый «облачный» Single-chip Cloud Computer (SCC) компьютер, представляющий собой 48-ядерный чип. «Облачность» процессора состоит в том, что все 48 ядер сообщаются между собой как сетевые узлы. SCC — часть проекта, целью которого является создание 100-ядерного процессора[17].

В июне 2011 года Intel раскрыла детали разрабатываемой архитектуры Many Integrated Core (MIC) — эта технология выросла из проекта Larrabee. Микропроцессоры на основе этой архитектуры получат более 50 микроядер архитектуры x86 и начнут производиться в 2012 году по 22-нм техпроцессу. Эти микропроцессоры не могут быть использованы в качестве центрального процессора, но из нескольких чипов этой архитектуры будут строиться вычислительные ускорители в виде отдельной карты расширения и конкурировать на рынках GPGPU и высокопроизводительных вычислений с решениями типа Nvidia Tesla и AMD FireStream.[18] По опубликованному в 2012 году описанию архитектуры, возможны чипы с количеством ядер до 60.

В октябре 2011 года компания Adapteva (англ.)русск. представила 64-ядерные микропроцессоры Epiphany IV (англ.)русск., которые показывают производительность до 70 гигафлопс (SP), при этом потребляя менее 1 Вт электроэнергии. Микропроцессоры спроектированы с использованием RISC-архитектуры и, ознакомительные образцы планировалось произвести в 2012 году по 28-нм техпроцессу GlobalFoundries. Данные процессоры не могут быть использованы в качестве центрального процессора, но компания Adapteva (англ.)русск. предлагает использовать их в качестве сопроцессора для таких сложных задач, как распознавание лиц или жестов пользователя. Компания Adapteva утверждает, что в дальнейшем число ядер данного микропроцессора может быть доведено до 4096 Планируется, что 4096-ядерный процессор в основной версии (700 МГц), по оценкам, позволит получить 5,6 TFLOPS, потребляя всего 80 Ватт.

[19][20].

В январе 2012 года компания ZiiLabs (англ.)русск. (дочернее предприятие Creative Technology) анонсировала 100-ядерную систему на чипе ZMS-40. Эта система, объединяющая 4-ядерный процессор ARM Cortex-A9 1,5 ГГц (с мультимедийными блоками Neon) и массив из 96 более простых и менее универсальных вычислительных ядер StemCell. Ядра StemCell — это энергоэффективная архитектура SIMD, пиковая производительность при вычислениях с плавающей запятой (32 бит) — 50 гигафлопс, ядра которой работают скорее как GPU в других системах на чипе, и могут быть использованы для обработки видео, изображений и аудио, для ускорения 3D- и 2D-графики и других мультимедийных задач (поддерживается OpenGL ES 2.0 и OpenCL 1.1)[21].

В августе 2019 года компания Cerebras представила самый большой в мире многоядерный суперпроцессор Cerebras Wafer Scale Engine. Он имеет более 1,2 триллиона транзисторов и 400 000 ядер и занимает почти всю площадь полупроводниковой пластины диаметром 300 мм.[22]

Существует также тенденция внедрения многоядерных микроконтроллеров в мобильные устройства.

Например:

  • seaForth-24[23] — новая разработка многоядерной MISC-архитектуры Чака Мура: 1 ГГц 24-ядерный асинхронный контроллер.
  • Контроллер от Parallax (англ.)русск.[24] имеет восемь 32-разрядных процессоров (COG) в одном кристалле P8X32A.
  • Kilocore PowerPC-процессор с 1024 8-битными ядрами, работающими на частоте 125 МГц. На данный момент существует 256-ядерный процессор.
  1. 1 2 Кризис параллельного мира, Сергей Кузнецов: Обзор декабрьского 2009 г. номера журнала Computer (IEEE Computer Society, V. 42, No 12, декабрь, 2009): «архитектур мультиядерных (multicore) и многоядерных (many-core) процессоров»
  2. ↑ Programming Many-Core Chips. By András Vajda, page 3
  3. ↑ [1]: " для которого ввели этот новый термин вместо привычного multi-core, "
  4. ↑ The Case for a Single-Chip Multiprocessor — Kunle Olukotun, Basem A. Nayfeh, Lance Hammond, Ken Wilson, and Kunyung Chang — Appears in Proceedings Seventh International Symp. Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems (ASPLOS VII), Cambridge, MA, October 1996
  5. ↑ Stanford Hydra Single-Chip Multiprocessor (неопр.) (недоступная ссылка). Дата обращения 4 сентября 2016. Архивировано 29 августа 2007 года.
  6. ↑ ChipMultiprocessor Architecture: Techniques to Improve Throughput and Latency — Kunle Olukotun, Lance Hammond, James Laudon — 2007
  7. ↑ «AMD дала зелёный свет 8- и 12-ядерным процессорам серии Opteron 6100» — overclockers.ua
  8. ↑ Сайт 3DNews: «Официальный анонс процессоров AMD FX»
  9. ↑ Сайт 3DNews: «AMD начала массовые поставки серверных Bulldozer. Настольные откладываются?».
  10. ↑ Сайт 3DNews: «Появились данные о серверных AMD Bulldozer: 3 ГГц максимум?».
  11. ↑ Intel® Xeon® Processor E7 Family
  12. ↑ Intel unleashes new Xeon E7 v4 CPUs including 24-core monster | TechRadar
  13. ↑ Intel продемонстрировала 80-ядерный суперпроцессор будущего (неопр.). Lenta.ru (27 сентября 2006). Дата обращения 13 августа 2010.
  14. ↑ Статья на сайте 3dnews.ru: «Tilera Tile64 — чип с 64 процессорными ядрами»
  15. ↑ «Tilera Now Shipping the TILE64 Processor: the World’s Highest Performance Embedded Processor» (неопр.) (недоступная ссылка). Дата обращения 19 октября 2018. Архивировано 23 марта 2010 года.
  16. ↑ Modnews
  17. ↑ Статья на сайте lenta.ru: «Intel продемонстрировала 48-ядерный процессор»
  18. ↑ Сайт 3DNews: «Intel MIC: 22-нм Knights Corner — в 2012 году, ExaScale — в 2018 году»
  19. ↑ Сайт 3DNews: «64-ядерный чип от Adapteva может быть использован в смартфонах и планшетах», 05.10.2011
  20. ↑ Adapteva скоро начнет поставки ознакомительных образцов 28-нанометровых 64-ядерных процессоров E64G4 Архивная копия от 11 августа 2016 на Wayback Machine // Ixbt.com, 21 Марта, 2012
  21. ↑ Сайт 3DNews: «ZiiLabs представила „4+96-ядерный“ процессор ZMS-40»
  22. ↑ * The first computer chip with a trillion transistors — обзорная статья The Economist, Dec 7th 2019 (англ.)
  23. ↑ Архивированная копия (неопр.) (недоступная ссылка). Дата обращения 15 апреля 2008. Архивировано 21 июля 2011 года.
  24. ↑ Propeller | Parallax Inc
  • (1999) Processor Architecture — From Dataflow to Superscalar and Beyond (ISBN 3540647988) (англ.)
  • (2009) Microprocessor Architecture — From Simple Pipelines to Chip Multiprocessors (ISBN 0521769922) (англ.)
  • Многоядерные процессоры. Учебный курс. А. В. Калачев ISBN 978-5-9963-0349-6
  • Mario Nemirovsky, Dean M. Tullsen. Multithreading Architecture. — Morgan and Claypool Publishers, 2013. — 1608458555 p. — ISBN 1608458555. (англ.)

ru.wikipedia.org

Что такое ядро в компьютере?

Что такое ядро в компьютере?

Статья для начинающих о том, что понимается под процессорным ядром, а также о том, в чем суть ускорения и синхронизации ядер.
Так же вы узнаете, как выборочно, вам могут отключить ядра процессора.


 

Что такое ядро?

Наверняка многие из вас слышали рекламный лозунг «Купить компьютер 4 ядра 4 гига», где 4 гига, это 4ГБ, оперативной памяти.
Этот лозунг рассчитан на привлечение покупателей красивым словосочетанием.

Однако давайте поговорим о том, что такое ядро в компьютере, ведь очень многие люди имеют расплывчатое представление об этом весьма важном компоненте любой вычислительной системы.
По своей сути высказывание «ядро в компьютере» подразумевает процессорное ядро, на основе которого процессор выполняет свою главную функцию – математические вычисления на базе определенного набора инструкций.
 

Процессор — вид сверху и снизу


(Рисунок 1)

Любое процессорное ядро имеет свое кодовое название.
В качестве примера возьмем известного производителя Nortwood, хотя подобных производителей сегодня существует очень много.
Как мы уже упоминали, процессорное ядро отвечает за математические вычисления, а значит, оно в большей степени влияет на общую производительность компьютера.

Процессорное ядро работает на определенной частоте, которая зависит от техпроцесса (0.13 мкм, 0.18 мкм, и.т.д.), который применялся в ходе изготовления процессорного ядра.

 

Сколько ядер может быть у процессора?

На сегодняшний день рынок компьютерных комплектующих предлагает не только одноядерные процессоры, но и более производительные двухядерные и даже четырехядерные процессоры с поддержкой работы на самых высоких тактовых частотах. Нужно отметить, что количество ядер в одном процессоре зависит от модельного ряда, которые создал производитель, к примеру, семейство i3 (Core 2 Duo) сочетает в себе 2 ядра в одном процессоре, тогда когда линейка процессоров i5 (Core 2 Quad) – это уже четырехядерный процессор для выполнения множества задач.
 

На что влияет количество ядер?

К сожалению, многие люди ложно полагают, что объединение двух ядер в одном процессоре приводит к двукратному увеличению производительности компьютера, но на самом деле все не так. Многоядерные процессоры изначально создавались для многозадачной среды, тогда когда использование всего потенциала двух или четырех ядер в однозадачной среде просто невозможно.
Задача, это запущенная программа, процесс, а многозадачная среда — операционная система, где выполняются несколько задач одновременно. Проще говоря, чтобы вы запустив антивирусник не ходили курить, а могли еще послушать музыку используя незанятые мощности вторго ядра.
Другими словами купить «компьютер 4 ядра 4 гига» имеет смысл для решения сразу множества задач, хотя сегодня такая тенденция прослеживается очень редко.
Стоимость четырех и восьмиядерных компьютеров сегодня может сильно разниться, ведь все зависит от характеристик ядра процессора, а в частности от степени тепловыделения (рабочая температура ядра), уровня FSB, объема кэша на уровнях L1, L2, L3, а так же стоимости других модулей компьютера.

 

Как отключить ядра?

Помимо своей высокой производительности, многоядерные процессоры отличаются возможность активировать и деактивировать отдельно взятые ядра процессора, и вы наверняка спросите «зачем многоядерный процессор делать одноядерным?», но здесь ответ очень простой – для возможности тестирования другого ядра процессора и возможности его адекватной оценки производительности.

Так давайте поговорит о том, как отключить одно ядро компьютера?
1. Для этого нам понадобится открыть панель управления и перейти в раздел «Администрирование».
2. Здесь нас интересует ярлык «Конфигурация системы».
3. Запустив его во вкладке «загрузка», мы видим текущую версию Windows и меню «дополнительные параметры» вы сможем выбрать число активных ядер процессора.

При следующем запуске Windows будет использовать те параметры, которые мы вновь указали, и теперь вы можете тестировать каждое ядро процессора отдельно и в соответствие с этим производить их оптимизацию.
Синхронизация и ускорение ядер – это обычная операция, направленная на ускорение работы процессора посредством увеличения его тактовой частоты, однако здесь важно помнить, что при увеличении тактовой частоты, повышается температура ядра, а значит, прежде чем будет осуществляться синхронизация и ускорения ядер следует позаботиться об эффективной системе охлаждения.
 

Выводы

В итоге данной статьи хотелось бы еще раз отметить, то, что основным назначением многоядерных процессоров является работа в многозадачной среде, в среде, которая поддерживает многопоточность приложений. Если вы решили купить компьютер 4 ядра 4 гига, то вы должны понимать, что такой высокопроизводительный компьютер должен использоваться в соответствующей среде, которая могла бы обеспечить использование всего потенциала четырехядерного процессора, которые, кстати, используют большой объем кэша, что значительно увеличивает производительность ядер и комфортабельность в работе с процессором.

www.lamer-stop.ru

Процессоры, ядра и потоки. Топология систем / Intel corporate blog / Habr

В этой статье я попытаюсь описать терминологию, используемую для описания систем, способных исполнять несколько программ параллельно, то есть многоядерных, многопроцессорных, многопоточных. Разные виды параллелизма в ЦПУ IA-32 появлялись в разное время и в несколько непоследовательном порядке. Во всём этом довольно легко запутаться, особенно учитывая, что операционные системы заботливо прячут детали от не слишком искушённых прикладных программ.

Используемая далее терминология используется в документации процессорам Intel. Другие архитектуры могут иметь другие названия для похожих понятий. Там, где они мне известны, я буду их упоминать.

Цель статьи — показать, что при всём многообразии возможных конфигураций многопроцессорных, многоядерных и многопоточных систем для программ, исполняющихся на них, создаются возможности как для абстракции (игнорирования различий), так и для учёта специфики (возможность программно узнать конфигурацию).

Предупреждение о знаках ®, ™, © в статье Мой комментарий объясняет, почему сотрудники компаний должны в публичных коммуникациях использовать знаки авторского права. В этой статье их пришлось использовать довольно часто.
Процессор

Конечно же, самый древний, чаще всего используемый и неоднозначный термин — это «процессор».

В современном мире процессор — это то (package), что мы покупаем в красивой Retail коробке или не очень красивом OEM-пакетике. Неделимая сущность, вставляемая в разъём (socket) на материнской плате. Даже если никакого разъёма нет и снять его нельзя, то есть если он намертво припаян, это один чип.

Мобильные системы (телефоны, планшеты, ноутбуки) и большинство десктопов имеют один процессор. Рабочие станции и сервера иногда могут похвастаться двумя или больше процессорами на одной материнской плате.

Поддержка нескольких центральных процессоров в одной системе требует многочисленных изменений в её дизайне. Как минимум, необходимо обеспечить их физическое подключение (предусмотреть несколько сокетов на материнской плате), решить вопросы идентификации процессоров (см. далее в этой статье, а также мою предыдущую заметку), согласования доступов к памяти и доставки прерываний (контроллер прерываний должен уметь маршрутизировать прерывания на несколько процессоров) и, конечно же, поддержки со стороны операционной системы. Я, к сожалению, не смог найти документального упоминания момента создания первой многопроцессорной системы на процессорах Intel, однако Википедия утверждает, что Sequent Computer Systems поставляла их уже в 1987 году, используя процессоры Intel 80386. Широко распространённой поддержка же нескольких чипов в одной системе становится доступной, начиная с Intel® Pentium.

Если процессоров несколько, то каждый из них имеет собственный разъём на плате. У каждого из них при этом имеются полные независимые копии всех ресурсов, таких как регистры, исполняющие устройства, кэши. Делят они общую память — RAM. Память может подключаться к ним различными и довольно нетривиальными способами, но это отдельная история, выходящая за рамки этой статьи. Важно то, что при любом раскладе для исполняемых программ должна создаваться иллюзия однородной общей памяти, доступной со всех входящих в систему процессоров.


К взлёту готов! Intel® Desktop Board D5400XS
Ядро

Исторически многоядерность в Intel IA-32 появилась позже Intel® HyperThreading, однако в логической иерархии она идёт следующей.

Казалось бы, если в системе больше процессоров, то выше её производительность (на задачах, способных задействовать все ресурсы). Однако, если стоимость коммуникаций между ними слишком велика, то весь выигрыш от параллелизма убивается длительными задержками на передачу общих данных. Именно это наблюдается в многопроцессорных системах — как физически, так и логически они находятся очень далеко друг от друга. Для эффективной коммуникации в таких условиях приходится придумывать специализированные шины, такие как Intel® QuickPath Interconnect. Энергопотребление, размеры и цена конечного решения, конечно, от всего этого не понижаются. На помощь должна прийти высокая интеграция компонент — схемы, исполняющие части параллельной программы, надо подтащить поближе друг к другу, желательно на один кристалл. Другими словами, в одном процессоре следует организовать несколько ядер, во всём идентичных друг другу, но работающих независимо.

Первые многоядерные процессоры IA-32 от Intel были представлены в 2005 году. С тех пор среднее число ядер в серверных, десктопных, а ныне и мобильных платформах неуклонно растёт.

В отличие от двух одноядерных процессоров в одной системе, разделяющих только память, два ядра могут иметь также общие кэши и другие ресурсы, отвечающие за взаимодействие с памятью. Чаще всего кэши первого уровня остаются приватными (у каждого ядра свой), тогда как второй и третий уровень может быть как общим, так и раздельным. Такая организация системы позволяет сократить задержки доставки данных между соседними ядрами, особенно если они работают над общей задачей.


Микроснимок четырёхядерного процессора Intel с кодовым именем Nehalem. Выделены отдельные ядра, общий кэш третьего уровня, а также линки QPI к другим процессорам и общий контроллер памяти.
Гиперпоток

До примерно 2002 года единственный способ получить систему IA-32, способную параллельно исполнять две или более программы, состоял в использовании именно многопроцессорных систем. В Intel® Pentium® 4, а также линейке Xeon с кодовым именем Foster (Netburst) была представлена новая технология — гипертреды или гиперпотоки, — Intel® HyperThreading (далее HT).

Ничто не ново под луной. HT — это частный случай того, что в литературе именуется одновременной многопоточностью (simultaneous multithreading, SMT). В отличие от «настоящих» ядер, являющихся полными и независимыми копиями, в случае HT в одном процессоре дублируется лишь часть внутренних узлов, в первую очередь отвечающих за хранение архитектурного состояния — регистры. Исполнительные же узлы, ответственные за организацию и обработку данных, остаются в единственном числе, и в любой момент времени используются максимум одним из потоков. Как и ядра, гиперпотоки делят между собой кэши, однако начиная с какого уровня — это зависит от конкретной системы.

Я не буду пытаться объяснить все плюсы и минусы дизайнов с SMT вообще и с HT в частности. Интересующийся читатель может найти довольно подробное обсуждение технологии во многих источниках, и, конечно же, в Википедии. Однако отмечу следующий важный момент, объясняющий текущие ограничения на число гиперпотоков в реальной продукции.

Ограничения потоков

В каких случаях наличие «нечестной» многоядерности в виде HT оправдано? Если один поток приложения не в состоянии загрузить все исполняющие узлы внутри ядра, то их можно «одолжить» другому потоку. Это типично для приложений, имеющих «узкое место» не в вычислениях, а при доступе к данным, то есть часто генерирующих промахи кэша и вынужденных ожидать доставку данных из памяти. В это время ядро без HT будет вынуждено простаивать. Наличие же HT позволяет быстро переключить свободные исполняющие узлы к другому архитектурному состоянию (т.к. оно как раз дублируется) и исполнять его инструкции. Это — частный случай приёма под названием latency hiding, когда одна длительная операция, в течение которой полезные ресурсы простаивают, маскируется параллельным выполнением других задач. Если приложение уже имеет высокую степень утилизации ресурсов ядра, наличие гиперпотоков не позволит получить ускорение — здесь нужны «честные» ядра.

Типичные сценарии работы десктопных и серверных приложений, рассчитанных на машинные архитектуры общего назначения, имеют потенциал к параллелизму, реализуемому с помощью HT. Однако этот потенциал быстро «расходуется». Возможно, по этой причине почти на всех процессорах IA-32 число аппаратных гиперпотоков не превышает двух. На типичных сценариях выигрыш от использования трёх и более гиперпотоков был бы невелик, а вот проигрыш в размере кристалла, его энергопотреблении и стоимости значителен.

Другая ситуация наблюдается на типичных задачах, выполняемых на видеоускорителях. Поэтому для этих архитектур характерно использование техники SMT с бóльшим числом потоков. Так как сопроцессоры Intel® Xeon Phi (представленные в 2010 году) идеологически и генеалогически довольно близки к видеокартам, на них может быть четыре гиперпотока на каждом ядре — уникальная для IA-32 конфигурация.

Логический процессор

Из трёх описанных «уровней» параллелизма (процессоры, ядра, гиперпотоки) в конкретной системе могут отсутствовать некоторые или даже все. На это влияют настройки BIOS (многоядерность и многопоточность отключаются независимо), особенности микроархитектуры (например, HT отсутствовал в Intel® Core™ Duo, но был возвращён с выпуском Nehalem) и события при работе системы (многопроцессорные сервера могут выключать отказавшие процессоры в случае обнаружения неисправностей и продолжать «лететь» на оставшихся). Каким образом этот многоуровневый зоопарк параллелизма виден операционной системе и, в конечном счёте, прикладным приложениям?

Далее для удобства обозначим количества процессоров, ядер и потоков в некоторой системе тройкой (xyz), где x — это число процессоров, y — число ядер в каждом процессоре, а z — число гиперпотоков в каждом ядре. Далее я буду называть эту тройку топологией — устоявшийся термин, мало что имеющий с разделом математики. Произведение p = xyz определяет число сущностей, именуемых логическими процессорами системы. Оно определяет полное число независимых контекстов прикладных процессов в системе с общей памятью, исполняющихся параллельно, которые операционная система вынуждена учитывать. Я говорю «вынуждена», потому что она не может управлять порядком исполнения двух процессов, находящихся на различных логических процессорах. Это относится в том числе к гиперпотокам: хотя они и работают «последовательно» на одном ядре, конкретный порядок диктуется аппаратурой и недоступен для наблюдения или управления программам.

Чаще всего операционная система прячет от конечных приложений особенности физической топологии системы, на которой она запущена. Например, три следующие топологии: (2, 1, 1), (1, 2, 1) и (1, 1, 2) — ОС будет представлять в виде двух логических процессоров, хотя первая из них имеет два процессора, вторая — два ядра, а третья — всего лишь два потока.


Windows Task Manager показывает 8 логических процессоров; но сколько это в процессорах, ядрах и гиперпотоках?


Linux top показывает 4 логических процессора.

Это довольно удобно для создателей прикладных приложений — им не приходится иметь дело с зачастую несущественными для них особенностями аппаратуры.

Программное определение топологии

Конечно, абстрагирование топологии в единственное число логических процессоров в ряде случаев создаёт достаточно оснований для путаницы и недоразумений (в жарких Интернет-спорах). Вычислительные приложения, желающие выжать из железа максимум производительности, требуют детального контроля над тем, где будут размещены их потоки: поближе друг к другу на соседних гиперпотоках или же наоборот, подальше на разных процессорах. Скорость коммуникаций между логическими процессорами в составе одного ядра или процессора значительно выше, чем скорость передачи данных между процессорами. Возможность неоднородности в организации оперативной памяти также усложняет картину.

Информация о топологии системы в целом, а также положении каждого логического процессора в IA-32 доступна с помощью инструкции CPUID. С момента появления первых многопроцессорных систем схема идентификации логических процессоров несколько раз расширялась. К настоящему моменту её части содержатся в листах 1, 4 и 11 CPUID. Какой из листов следует смотреть, можно определить из следующей блок-схемы, взятой из статьи [2]:

Я не буду здесь утомлять всеми подробностями отдельных частей этого алгоритма. Если возникнет интерес, то этому можно посвятить следующую часть этой статьи. Отошлю интересующегося читателя к [2], в которой этот вопрос разбирается максимально подробно. Здесь же я сначала кратко опишу, что такое APIC и как он связан с топологией. Затем рассмотрим работу с листом 0xB (одиннадцать в десятичном счислении), который на настоящий момент является последним словом в «апикостроении».

APIC ID

Local APIC (advanced programmable interrupt controller) — это устройство (ныне входящее в состав процессора), отвечающее за работу с прерываниями, приходящими к конкретному логическому процессору. Свой собственный APIC есть у каждого логического процессора. И каждый из них в системе должен иметь уникальное значение APIC ID. Это число используется контроллерами прерываний для адресации при доставке сообщений, а всеми остальными (например, операционной системой) — для идентификации логических процессоров. Спецификация на этот контроллер прерываний эволюционировала, пройдя от микросхемы Intel 8259 PIC через Dual PIC, APIC и xAPIC к x2APIC.

В настоящий момент ширина числа, хранящегося в APIC ID, достигла полных 32 бит, хотя в прошлом оно было ограничено 16, а ещё раньше — только 8 битами. Нынче остатки старых дней раскиданы по всему CPUID, однако в CPUID.0xB.EDX[31:0] возвращаются все 32 бита APIC ID. На каждом логическом процессоре, независимо исполняющем инструкцию CPUID, возвращаться будет своё значение.

Выяснение родственных связей

Значение APIC ID само по себе ничего не говорит о топологии. Чтобы узнать, какие два логических процессора находятся внутри одного физического (т.е. являются «братьями» гипертредами), какие два — внутри одного процессора, а какие оказались и вовсе в разных процессорах, надо сравнить их значения APIC ID. В зависимости от степени родства некоторые их биты будут совпадать. Эта информация содержится в подлистьях CPUID.0xB, которые кодируются с помощью операнда в ECX. Каждый из них описывает положение битового поля одного из уровней топологии в EAX[5:0] (точнее, число бит, которые нужно сдвинуть в APIC ID вправо, чтобы убрать нижние уровни топологии), а также тип этого уровня — гиперпоток, ядро или процессор, — в ECX[15:8].

У логических процессоров, находящихся внутри одного ядра, будут совпадать все биты APIC ID, кроме принадлежащих полю SMT. Для логических процессоров, находящихся в одном процессоре, — все биты, кроме полей Core и SMT. Поскольку число подлистов у CPUID.0xB может расти, данная схема позволит поддержать описание топологий и с бóльшим числом уровней, если в будущем возникнет необходимость. Более того, можно будет ввести промежуточные уровни между уже существующими.

Важное следствие из организации данной схемы заключается в том, что в наборе всех APIC ID всех логических процессоров системы могут быть «дыры», т.е. они не будут идти последовательно. Например, во многоядерном процессоре с выключенным HT все APIC ID могут оказаться чётными, так как младший бит, отвечающий за кодирование номера гиперпотока, будет всегда нулевым.

Отмечу, что CPUID.0xB — не единственный источник информации о логических процессорах, доступный операционной системе. Список всех процессоров, доступный ей, вместе с их значениями APIC ID, кодируется в таблице MADT ACPI [3, 4].

Операционные системы и топология

Операционные системы предоставляют информацию о топологии логических процессоров приложениям с помощью своих собственных интерфейсов.

В Linux информация о топологии содержится в псевдофайле /proc/cpuinfo, а также выводе команды dmidecode. В примере ниже я фильтрую содержимое cpuinfo на некоторой четырёхядерной системе без HT, оставляя только записи, относящиеся к топологии:

Скрытый текст
[email protected]:~$ cat /proc/cpuinfo |grep 'processor\|physical\ id\|siblings\|core\|cores\|apicid' processor : 0 physical id : 0 siblings : 4 core id : 0 cpu cores : 2 apicid : 0 initial apicid : 0 processor : 1 physical id : 0 siblings : 4 core id : 0 cpu cores : 2 apicid : 1 initial apicid : 1 processor : 2 physical id : 0 siblings : 4 core id : 1 cpu cores : 2 apicid : 2 initial apicid : 2 processor : 3 physical id : 0 siblings : 4 core id : 1 cpu cores : 2 apicid : 3 initial apicid : 3 

В FreeBSD топология сообщается через механизм sysctl в переменной kern.sched.topology_spec в виде XML:

Скрытый текст
[email protected]:~$ sysctl kern.sched.topology_spec kern.sched.topology_spec: <groups> <group level="1" cache-level="0"> <cpu count="8" mask="0xff">0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7</cpu> <children> <group level="2" cache-level="2"> <cpu count="8" mask="0xff">0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7</cpu> <children> <group level="3" cache-level="1"> <cpu count="2" mask="0x3">0, 1</cpu> <flags><flag name="THREAD">THREAD group</flag><flag name="SMT">SMT group</flag></flags> </group> <group level="3" cache-level="1"> <cpu count="2" mask="0xc">2, 3</cpu> <flags><flag name="THREAD">THREAD group</flag><flag name="SMT">SMT group</flag></flags> </group> <group level="3" cache-level="1"> <cpu count="2" mask="0x30">4, 5</cpu> <flags><flag name="THREAD">THREAD group</flag><flag name="SMT">SMT group</flag></flags> </group> <group level="3" cache-level="1"> <cpu count="2" mask="0xc0">6, 7</cpu> <flags><flag name="THREAD">THREAD group</flag><flag name="SMT">SMT group</flag></flags> </group> </children> </group> </children> </group> </groups> 

В MS Windows 8 сведения о топологии можно увидеть в диспетчере задач Task Manager.

Скрытый текст

Также их предоставляет консольная утилита Sysinternals Coreinfo и API вызов GetLogicalProcessorInformation.

Полная картина

Проиллюстрирую ещё раз отношения между понятиями «процессор», «ядро», «гиперпоток» и «логический процессор» на нескольких примерах.
Система (2, 2, 2)

Система (2, 4, 1)

Система (4, 1, 1)

Прочие вопросы

В этот раздел я вынес некоторые курьёзы, возникающие из-за многоуровневой организации логических процессоров.
Кэши

Как я уже упоминал, кэши в процессоре тоже образуют иерархию, и она довольно сильно связано с топологией ядер, однако не определяется ей однозначно. Для определения того, какие кэши для каких логических процессоров общие, а какие нет, используется вывод CPUID.4 и её подлистов.
Лицензирование

Некоторые программные продукты поставляются числом лицензий, определяемых количеством процессоров в системе, на которой они будут использоваться. Другие — числом ядер в системе. Наконец, для определения числа лицензий число процессоров может умножаться на дробный «core factor», зависящий от типа процессора!
Виртуализация

Системы виртуализации, способные моделировать многоядерные системы, могут назначить виртуальным процессорам внутри машины произвольную топологию, не совпадающую с конфигурацией реальной аппаратуры. Так, внутри хозяйской системы (1, 2, 2) некоторые известные системы виртуализации по умолчанию выносят все логические процессоры на верхний уровень, т.е. создают конфигурацию (4, 1, 1). В сочетании с особенностями лицензирования, зависящими от топологии, это может порождать забавные эффекты.

Спасибо за внимание!

Литература

  1. Intel Corporation. Intel® 64 and IA-32 Architectures Software Developer’s Manual. Volumes 1–3, 2014. www.intel.com/content/www/us/en/processors/architectures-software-developer-manuals.html
  2. Shih Kuo. Intel® 64 Architecture Processor Topology Enumeration, 2012 — software.intel.com/en-us/articles/intel-64-architecture-processor-topology-enumeration
  3. OSDevWiki. MADT. wiki.osdev.org/MADT
  4. OSDevWiki. Detecting CPU Topology. wiki.osdev.org/Detecting_CPU_Topology_%2880x86%29

habr.com

Что такое ядро в телефоне? что такое ядра процессора

Автор: Александр Мойсеенко / Опубликовано:20.07.2019 / Последнее обновление: 20.07.2019

Процессор используется в смартфонах, планшетах и другой электронике. Микросхема размером в несколько мм регулирует работу других компонентов, обрабатывает и перераспределяет информацию. Большинство пользователей не заботит вопрос о типе процессора и работающих внутри ядрах. Поэтому мало кто с уверенностью объяснит, что такое ядро процессора и какие функции выполняет. Из-за этого часто возникает ошибочное мнение, что ядра в процессоре смартфона сопоставимы по мощности и возможностям с ядрами, что используются в настольных процессорах на ПК.

В статье мы расскажем, что собой представляет процессорное ядро и какие функции выполняет. Информация будет полезна для общего понимания, а так же пригодится тем, кто выбирает новый телефон и желает подробнее узнать о возможностях, различиях и других особенностях мобильного процессора.

Что такое ядро в процессоре

Ядро – составная часть центрального процессора, что выполняет арифметические и логические операции. Визуально процессорное ядро выглядит в виде блока транзисторов на кристалле, а не сферы, как можно было бы представить из названия.

Снимок процессора под микроскопом.

Конфигурация процессорного ядра определяет вычислительную производительность и мощность процессора, если в составе только один вычислительный блок. В многоядерных процессорах, где 2 и более логических блока, при вычислении мощности учитываются возможности одного блока и суммы используемых блоков.

Как работает ядро процессора

Каждое ядро внутри процессора представляет собой набор микроскопических транзисторов, расположенных на кристалле кремния. Основная работа транзисторов заключается в переключении подаваемой электрической энергии. Если энергия подается – транзистор находится в открытом состоянии. При отсутствии или нехватке подаваемой энергии – в закрытом состоянии.

В понимании человека транзистор находится в состоянии «Вкл» или «Выкл», тогда как в понимании процессора – 1 или 0 соответственно, что вписывается в двоичную систему счисления. Поэтому для обращения к процессору команды кодируются из десятичной системы счисления в двоичную систему, а при получении результата происходит декодирование в обратном порядке.

Соответственно на вычислительную мощь и быстродействие процессорного ядра влияет количество транзисторов в блоке. Не последнюю роль так же выполняет «ширина шины» для передачи данных, а так же кэш-память, для хранения часто используемых инструкций и других данных.

Различия между ядрами в процессоре компьютера и телефона

Некоторые владельцы смартфонов и планшетов ошибочно полагают, что процессор мобильного устройства сопоставим или превосходит аналоги, используемые в настольных ПК и ноутбуках. В качестве приведенных аргументов указывается сопоставимое количество ядер, близкая частота или общие возможности. К примеру, на телефоне видео в разрешении 4К воспроизводится плавно, а на сравнимом ПК или ноутбуке – с задержкой.

Если рассуждать здраво, отдельные задачи на телефоне выполняются быстрее, чем на компьютере. Это объясняется разными факторами, включая задержки в используемом оборудовании, техническое состояние и возраст. А ещё важный фактор – программная оптимизация. В целом же лучшие современные мобильные процессоры с трудом конкурируют с настольными версиями середины прошлого десятилетия. А всё потому, что это два совершенно разных процессора, в плане конструкции и назначения.

Настольные процессоры построены на архитектуре x86, а мобильные на ARM. Под архитектурой процессора стоит понимать определенный набор команд, что способен выполнять процессор. В x86 используется тип процессорной архитектуры – CISC или «компьютер с полным набором команд», а в ARM используется RISC или «компьютер с сокращённым набором команд». В CISC длина набора команд не фиксирована, что позволяет задать для процессора несколько действий сразу. В RISC длина набора команд ограничена, а действия выполняются поочередно. При этом скорость исполнения команд быстрее за счет простоты.

Архитектура х86 изначально разрабатывалась с целью получения максимальной производительности. В ARM при разработке ориентировались на минимальные затраты при производстве, низкое энергопотребление и тепловыделение. Соответственно в ARM используются только необходимые инструкции, примерно 30% в сравнении с х86. Поэтому некоторые расчеты поддерживаемые процессорами на х86, в ARM недоступны. В совокупности с разницей в масштабировании, объеме кэш памяти и частоте, самые лучшие ARM процессоры едва догоняют Intel Celeron начального уровня.

С другой стороны чипы на ARM меньше в размерах, не нуждаются в массивном охлаждении, а ещё дешевле и компактны. В одном корпусе помимо процессорных ядер умещается ещё и графический ускоритель, сигнальный процессор, модемы и модули для управления беспроводных сетей. А энергопотребление минимум в 10 раз ниже самого экономичного настольного аналога.

Результаты теста PC Mark. Источник Habr.com.

Типы ядер и компоновка

Смартфоны и планшеты производятся с использованием многоядерных процессоров на архитектуре ARM Cortex-A, где преимущественно используются 2, 4 или 8 логических блоков. В условиях увеличения требований к мультизадачности и возможности распределения нагрузки на несколько потоков, использование нескольких вычислительных блоков вполне логичный шаг, позволяющий заметно повысить производительность.

Составные части мобильной платформы Snapdragon 810.

При этом важным критерием остается достижение оптимального баланса в энергосбережении и тепловыделении. Поскольку мобильные устройства ограничены в использовании питания встроенных батарей и не рассчитаны на установку массивных систем охлаждений. Поэтому при производстве процессора используется один или два типа ядер – экономичные или экономичные и производительные. Информация о типах ядер обычно указывается на официальном сайте производителя соответственного чипа.

К экономичному типу относятся ядра Cortex-A7 , А35, А53 и А55. Такие вычислительные блоки характеризуются низким энергопотреблением и невысокой производительностью. Наиболее рациональное использование – задачи с низкой нагрузкой: просмотр фотографий, навигация в меню, загрузка страниц в браузере и т.д.

К производительному типу относятся ядра Cortex-A9, А15, А57, А72, А73, А75 и A76. В блоках такого типа в приоритете производительность в ущерб энергопотреблению. Для сравнения один производительный блок превосходит по мощности 4 блока экономичного типа. Такие ядра чаще используются в тяжелых сценариях: игры, запись или воспроизведение 4К видео и т.д.

Для достижения оптимального сочетания производительности и сбережения энергии чаще устанавливаются 8 экономичных блоков либо 4 производительных и 4 экономичных блока. Причем в первом случае чаще используется конфигурация 4+4, где один кластер экономических ядер работает на увеличенной частоте, а второй кластер на сниженной, к примеру, 1500 и 1000 МГц, 2400 и 1600 МГц. В случае с использованием производительного кластера ядер, обычно высокая частота у мощных ядер.

При этом важно достичь оптимальной настройки и регулировки вычислительных блоков. Правильно указать, в каких задачах лучше использовать производительные блоки, а в каких экономичные. С этой задачей справляется планировщик. А компания, что лучше поработала над планировщиком, достигнет качественной производительности и энергосбережения в выпускаемой продукции.

Вывод

Теперь вы знаете, что такое ядро в телефоне и что такое ядра процессора. Статья позволяет поверхностно понять строение и процесс работы вычислительных возможностей процессора. А главное понимать, почему настольные процессоры превосходят по производительности аналоги, установленные в смартфонах и другой мобильной электронике.

Оставляйте свое мнение, вопросы и пожелания в комментариях.

Загрузка...

Поделиться:[addtoany]

androfon.ru

Ядро операционной системы — Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Ядро.

Ядро́ (англ. kernel) — центральная часть операционной системы (ОС), обеспечивающая приложениям координированный доступ к ресурсам компьютера, таким как процессорное время, память, внешнее аппаратное обеспечение, внешнее устройство ввода и вывода информации. Также обычно ядро предоставляет сервисы файловой системы и сетевых протоколов.

Как основополагающий элемент ОС, ядро представляет собой наиболее низкий уровень абстракции для доступа приложений к ресурсам системы, необходимым для их работы. Как правило, ядро предоставляет такой доступ исполняемым процессам соответствующих приложений за счёт использования механизмов межпроцессного взаимодействия и обращения приложений к системным вызовам ОС.

Описанная задача может различаться в зависимости от типа архитектуры ядра и способа её реализации.

Типы архитектур ядер операционных систем[править | править код]

Монолитное ядро[править | править код]

Монолитное ядро предоставляет богатый набор абстракций оборудования. Все части монолитного ядра работают в одном адресном пространстве. Это такая схема операционной системы, при которой все компоненты её ядра являются составными частями одной программы, используют общие структуры данных и взаимодействуют друг с другом путём непосредственного вызова процедур. Монолитное ядро — старейший способ организации операционных систем. Примером систем с монолитным ядром является большинство UNIX-систем.

  • Достоинства: Скорость работы, упрощённая разработка модулей.
  • Недостатки: Поскольку всё ядро работает в одном адресном пространстве, сбой в одном из компонентов может нарушить работоспособность всей системы.

Примеры: Традиционные ядра UNIX (такие как BSD), Linux; ядро MS-DOS, ядро KolibriOS.

Некоторые старые монолитные ядра, в особенности систем класса UNIX/Linux, требовали перекомпиляции при любом изменении состава оборудования. Большинство современных ядер позволяют во время работы подгружать модули, выполняющие часть функций ядра. В этом случае компоненты операционной системы являются не самостоятельными модулями, а составными частями одной большой программы, называемой монолитным ядром (monolithic kernel), которое представляет собой набор процедур, каждая из которых может вызвать каждую. Все процедуры работают в привилегированном режиме.

Модульное ядро[править | править код]

Модульное ядро — современная, усовершенствованная модификация архитектуры монолитных ядер операционных систем.

В отличие от «классических» монолитных ядер, модульные ядра, как правило, не требуют полной перекомпиляции ядра при изменении состава аппаратного обеспечения компьютера. Вместо этого модульные ядра предоставляют тот или иной механизм подгрузки модулей ядра, поддерживающих то или иное аппаратное обеспечение (например, драйверов). При этом подгрузка модулей может быть как динамической (выполняемой «на лету», без перезагрузки ОС, в работающей системе), так и статической (выполняемой при перезагрузке ОС после переконфигурирования системы на загрузку тех или иных модулей).

Микроядро[править | править код]

Микроядро предоставляет только элементарные функции управления процессами и минимальный набор абстракций для работы с оборудованием. Бо́льшая часть работы осуществляется с помощью специальных пользовательских процессов, называемых сервисами. Решающим критерием «микроядерности» является размещение всех или почти всех драйверов и модулей в сервисных процессах, иногда с явной невозможностью загрузки любых модулей расширения в собственно микроядро, а также разработки таких расширений.

  • Достоинства: Устойчивость к сбоям оборудования, ошибкам в компонентах системы. Основное достоинство микроядерной архитектуры — высокая степень модульности ядра операционной системы. Это существенно упрощает добавление в него новых компонентов. В микроядерной операционной системе можно, не прерывая её работы, загружать и выгружать новые драйверы, файловые системы и т. д. Существенно упрощается процесс отладки компонентов ядра, так как новая версия драйвера может загружаться без перезапуска всей операционной системы. Компоненты ядра операционной системы ничем принципиально не отличаются от пользовательских программ, поэтому для их отладки можно применять обычные средства. Микроядерная архитектура повышает надежность системы, поскольку ошибка на уровне непривилегированной программы менее опасна, чем отказ на уровне режима ядра.
  • Недостатки: Передача данных между процессами требует накладных расходов.

Классические микроядра предоставляют лишь очень небольшой набор низкоуровневых примитивов, или системных вызовов, реализующих базовые сервисы операционной системы.

  • Сервисные процессы (в принятой в семействе UNIX терминологии — «демоны») активно используются в самых различных ОС для задач типа запуска программ по расписанию (UNIX и Windows NT), ведения журналов событий (UNIX и Windows NT), централизованной проверки паролей и хранения пароля текущего интерактивного пользователя в специально ограниченной области памяти (Windows NT). Тем не менее, не следует считать ОС микроядерными только из-за использований такой архитектуры.

Примеры: Symbian OS; Windows CE; OpenVMS; Mach, используемый в GNU/Hurd и Mac OS X; QNX; AIX; Minix; ChorusOS; AmigaOS; MorphOS.

Экзоядро[править | править код]

Экзоядро — ядро операционной системы, предоставляющее лишь функции для взаимодействия между процессами, безопасного выделения и освобождения ресурсов. Предполагается, что API для прикладных программ будут предоставляться внешними по отношению к ядру библиотеками (откуда и название архитектуры).

Возможность доступа к устройствам на уровне контроллеров позволит эффективней решать некоторые задачи, которые плохо вписываются в рамки универсальной ОС, например, реализация СУБД будет иметь доступ к диску на уровне секторов диска, а не файлов и кластеров, что положительно скажется на быстродействии.

Наноядро[править | править код]

Наноядро — архитектура ядра операционной системы, в рамках которой крайне упрощённое и минималистичное ядро выполняет лишь одну задачу — обработку аппаратных прерываний, генерируемых устройствами компьютера. После обработки прерываний от аппаратуры наноядро, в свою очередь, посылает информацию о результатах обработки (например, полученные с клавиатуры символы) вышележащему программному обеспечению при помощи того же механизма прерываний. Примером является KeyKOS — самая первая ОС на наноядре. Первая версия вышла ещё в 1983 году.

Гибридное ядро[править | править код]

Гибридные ядра — это модифицированные микроядра, позволяющие для ускорения работы запускать «несущественные» части в пространстве ядра. Пример: ядра ОС Windows семейства NT.

Все рассмотренные подходы к построению операционных систем имеют свои достоинства и недостатки. В большинстве случаев современные операционные системы используют различные комбинации этих подходов. Так, например, сейчас ядро «Linux» представляет собой монолитную систему с отдельными элементами модульного ядра[1]. При компиляции ядра можно разрешить динамическую загрузку и выгрузку очень многих компонентов ядра — так называемых модулей. В момент загрузки модуля его код загружается на уровне системы и связывается с остальной частью ядра. Внутри модуля могут использоваться любые экспортируемые ядром функции.

Существуют варианты ОС GNU, в которых вместо монолитного ядра применяется ядро Mach (такое же, как в Hurd), а поверх него крутятся в пользовательском пространстве те же самые процессы, которые при использовании Linux были бы частью ядра. Другим примером смешанного подхода может служить возможность запуска операционной системы с монолитным ядром под управлением микроядра. Так устроены 4.4BSD и MkLinux, основанные на микроядре Mach. Микроядро обеспечивает управление виртуальной памятью и работу низкоуровневых драйверов. Все остальные функции, в том числе взаимодействие с прикладными программами, осуществляются монолитным ядром. Данный подход сформировался в результате попыток использовать преимущества микроядерной архитектуры, сохраняя по возможности хорошо отлаженный код монолитного ядра.

Смешанное ядро, в принципе, должно объединять преимущества монолитного ядра и микроядра: казалось бы, микроядро и монолитное ядро — крайности, а смешанное — золотая середина. В них возможно добавлять драйвера устройств двумя способами: и внутрь ядра, и в пользовательское пространство. Но на практике концепция смешанного ядра часто подчёркивает не только достоинства, но и недостатки обоих типов ядер.

Примеры: Windows NT, DragonFly BSD.

ru.wikipedia.org

Что такое ядро процессора 🚩 Комплектующие и аксессуары

Ядро – это часть микропроцессора, которое выполняет один поток команд. Оно, являясь главной частью микропроцессора, определяет большинство его параметров. Среди них можно отметить тип сокета, частоту работы внутренней шины передачи данных (FSB), диапазон рабочих частот процессора.
Сокет – это гнездо для монтажа процессора.

Характеристики ядра

Выделяют три основных характеристики ядра: напряжение и теплоотдача, технологический процесс, объем внутреннего кэша первого и второго уровня.

Теплоотдача ядра влияет на нагрев процессора во время работы.

Кэш – это сверхоперативная память. Она используется центральным процессором для ускорения времени доступа к компьютерной памяти. Кэш-память в современных компьютерах имеет два уровня. Каждый процессор имеет собственную кеш-память первого уровня. Она интегрирована в ядро процессора. Если процессор имеет два ядра и память второго уровня у них общая, в таком случае это только один процессор. Ядро процессора может быть полноценным только тогда, когда есть собственная двухуровневая кеш-память. В основном такие процессоры используют на мощных серверах и компьютерах.

Двухъядерный процессор

Для минимальной комплектации достаточно иметь двухъядерный процессор. Причем он используется в планшетах, смартфонах и мобильных компьютерных устройствах.

Впервые двухъядерный чип стал массово использоваться в 2005 году. Он получил название Pentium D. В основном чип использовали на серверах без встраивания в ПК.

Процессор (центральное процессорное устройство) – это кристалл, на поверхности которого расположены микроскопические транзисторы, резисторы и проводники. Также на схеме напылены золотые контакты, которые монтируют в корпус, а затем в чипсет.

Чипсет – это набор взаимодействующих между собой микросхем.
Таким образом можно представить внутри микросхемы два кристалла, взаимосвязанных и действующих как единое целое.

Число ядер, отличающееся от единицы, разработано для распределения выполняемой задачи. Например, пользователь просматривает в интернете сайты, перегруженные скриптами. При работе центрального микропроцессора с двумя ядрами, страницы сайтов не будут сильно нагружать оперативную память, так как обработка идет каждым ядром параллельно и происходит обращение к кэш-памяти.

www.kakprosto.ru

Что такое ядро процессора — Ответы на вопросы

Ядро — кристалл (камень), кремниевый чип, который и является непосредственно процессором.
Ядро — это как бы версия (вариант) процессора.
Процессоры с разными ядрами, это можно сказать разные процессоры.

Разные ядра отличаются по размеру кэш памяти, частоте шины, технологии изготовления и т.п.

Чем новее ядро, тем лучше процессор разгоняется.
В качестве примера можно привести P4, который имеет (на данный момент) два ядра Willamette и Northwood.
Первое ядро производилось по 0.18 мкм технологии и работало исключительно на 400 Mhz шине.

Самые младшие модели имели частоту 1.3 Ghz, максимальные частоты для ядра находились немного выше 2 Ghz.
Своими разгонными качествами эти процессоры особо не славились.
Позже был выпущен Northwood.

Он уже был выполнен по 0.13 мкм технологии и поддерживал шину в 400 и 533 Mhz, а также имел увеличенный объём кэш памяти.
Переход на новое ядро позволил значительно увеличить производительность и максимальную частоту.

Младшие процессоры Northwood с частотой 1.6 Ghz прекрасно разгоняются.
Из данного примера можно делать для себя вывод, что это разные процессоры.

В рамках одной и той же архитектуры различные процессоры могут достаточно сильно отличаться друг от друга.
И различия эти воплощаются в разнообразных процессорных ядрах, обладающих определенным набором строго обусловленных характеристик.

Чаще всего эти отличия воплощаются в различных частотах системной шины (FSB), размерах кэша второго уровня, поддержке тех или иных новых систем команд или технологических процессах, по которым изготавливаются процессоры.

Нередко смена ядра в одном и том же семействе процессоров влечет за собой замену процессорного разъема, из чего вытекают вопросы дальнейшей совместимости материнских плат.

В процессе совершенствования ядра, производителям приходится вносить в него незначительные изменения, которые не могут претендовать на «имя собственное».
Такие изменения называются ревизиями ядра и, чаще всего, обозначаются цифробуквенными комбинациями.

Однако в новых ревизиях одного и того же ядра могут встречаться достаточно заметные нововведения.

Так, компания Intel ввела поддержку 64-битной архитектуры EM64T в отдельные процессоры семейства Pentium 4 именно в процессе изменения ревизии.

faqhard.ru

Вся Правда О Многоядерных Процессорах

Первые компьютерные процессоры с несколькими ядрами появились на потребительском рынке ещё в середине двухтысячных, но множество пользователей до сих пор не совсем понимает — что это такое, многоядерные процессоры, и как разобраться в их характеристиках.

Видео-формат статьи «Вся правда о многоядерных процессорах»

Простое объяснение вопроса «что такое процессор»

Микропроцессор — одно из главных устройств в компьютере. Это сухое официальное название чаще сокращают до просто «процессор») . Процессор — микросхема, по площади сравнимая со спичечным коробком. Если угодно, процессор — это как мотор в автомобиле. Важнейшая часть, но совсем не единственная. Есть у машины ещё и колёса, и кузов, и проигрыватель с фарами. Но именно процессор (как и мотор автомобиля) определяет мощность «машины».

Многие называют процессором системный блок — «ящик», внутри которого находятся все компоненты ПК, но это в корне неверно. Системный блок — это корпус компьютера вместе со всеми составляющими частями — жёстким диском, оперативной памятью и многими другими деталями.

Размер процессора по сравнению с монеткой. Есть процессоры и крупнее, есть и гораздо мельче.

Функция процессора — вычисления. Не столь важно, какие именно. Дело в том, что вся работа компьютера завязана исключительно на арифметических вычислениях. Сложение, умножение, вычитание и прочая алгебра — этим всем занимается микросхема под названием «процессор». А результаты таких вычислений выводятся на экран в виде игры, вордовского файла или просто рабочего стола.

Главная часть компьютера, которая занимается вычислениями — вот, что такое процессор.

вверх

Что такое процессорное ядро и многоядерность

Испокон процессорных «веков» эти микросхемы были одноядерными. Ядро — это, фактически, сам процессор. Его основная и главная часть. Есть у процессоров и другие части — скажем, «ножки»-контакты, микроскопическая «электропроводка» — но именно тот блок, который отвечает за вычисления, называется ядром процессора. Когда процессоры стали совсем небольшими, то инженеры решили совместить внутри одного процессорного «корпуса» сразу несколько ядер.

Если представить процессор в виде квартиры, то ядро — это крупная комната в такой квартире. Однокомнатная квартира — это одно процессорное ядро (крупная комната-зал), кухня, санузел, коридор… Двухкомнатная квартира — это уже как два процессорных ядра вместе с прочими комнатами. Бывают и трёх-, и четырёх, и даже 12-комнатные квартиры. Также и в случае с процессорами: внутри одного кристалла-«квартиры» может быть несколько ядер-«комнат».

Многоядерность — это разделение одного процессора на несколько одинаковых функциональных блоков. Количество блоков — это число ядер внутри одного процессора.

вверх

Разновидности многоядерных процессоров

Бытует заблуждение: «чем больше ядер у процессора — тем лучше». Именно так стараются представить дело маркетологи, которым платят за создание такого рода заблуждений. Их задача — продавать дешёвые процессоры, притом — подороже и в огромных количествах. Но на самом деле количество ядер — далеко не главная характеристика процессоров.

Вернёмся к аналогии процессоров и квартир. Двухкомнатная квартира дороже, удобнее и престижнее однокомнатной. Но только если эти квартиры находятся в одном районе, оборудованы одинаково, да и ремонт у них схожий. Существуют слабенькие четырёхядерные (а то и 6-ядерные) процессоры, которые значительно слабее двухядерных. Но поверить в это сложно: ещё бы, магия крупных чисел 4 или 6 против «какой-то» двойки. Однако именно так и бывает весьма и весьма часто. Вроде как та же четырёхкомнатная квартира, но в убитом состоянии, без ремонта, в совершенно отдалённом районе — да ещё и по цене шикарной «двушки» в самом центре.

вверх

Сколько бывает ядер внутри процессора?

Для персональных компьютеров и ноутбуков одноядерные процессоры толком не выпускаются уже несколько лет, а встретить их в продаже — большая редкость. Число ядер начинается с двух. Четыре ядра — как правило, это более дорогие процессоры, но отдача от них присутствует. Существуют также 6-ядерные процессоры, невероятно дорогие и гораздо менее полезные в практическом плане. Мало какие задачи способны получить прирост производительности на этих монструозных кристаллах.

Был эксперимент компании AMD создавать и 3-ядерные процессоры, но это уже в прошлом. Получилось весьма неплохо, однако их время прошло.

Кстати, компания AMD также производит многоядерные процессоры, но, как правило, они ощутимо слабее конкурентов от Intel. Правда, и цена у них значительно ниже. Просто следует знать, что 4 ядра от AMD почти всегда окажутся заметно слабее, чем те же 4 ядра производства Intel.

Теперь вы знаете, что у процессоров бывает 1, 2, 3, 4, 6 и 12 ядер. Одноядерные и 12-ядерные процессоры — большая редкость. Трёхядерные процессоры — дело прошлого. Шестиядерные процессоры либо очень дороги (Intel), либо не такие уж сильные (AMD), чтобы переплачивать за число. 2 и 4 ядра — самые распространённые и практичные устройства, от самых слабых до весьма мощных.

вверх

Частота многоядерных процессоров

Одна из характеристик компьютерных процессоров — их частота. Те самые мегагерцы (а чаще — гигагерцы). Частота — важная характеристика, но далеко не единственная. Да, пожалуй, ещё и не самая главная. К примеру, двухядерный процессор с частотой 2 гигагерца — более мощное предложение, чем его одноядерный собрат с частотой 3 гигагерца.

Совсем неверно считать, что частота процессора равна частоте его ядер, умноженной на количество ядер. Если проще, то у 2-ядерного процессора с частотой ядра 2 ГГц общая частота ни в коем случае не равна 4 гигагерцам! Даже понятия «общая частота» не существует. В данном случае, частота процессора равна именно 2 ГГц. Никаких умножений, сложений или других операций.

И вновь «превратим» процессоры в квартиры. Если высота потолков в каждой комнате — 3 метра, то общая высота квартиры останется такой же — всё те же три метра, и ни сантиметром выше. Сколько бы комнат не было в такой квартире, высота этих комнат не изменяется. Так же и тактовая частота процессорных ядер. Она не складывается и не умножается.

вверх

Виртуальная многоядерность, или Hyper-Threading

Существуют ещё и виртуальные процессорные ядра. Технология Hyper-Threading в процессорах производства Intel заставляет компьютер «думать», что внутри двухядерного процессора на самом деле 4 ядра. Очень похоже на то, как один-единственный жёсткий диск делится на несколько логических — локальные диски C, D, E и так далее.

Hyper-Threading — весьма полезная в ряде задач технология. Иногда бывает так, что ядро процессора задействовано лишь наполовину, а остальные транзисторы в его составе маются без дела. Инженеры придумали способ заставить работать и этих «бездельников», разделив каждое физическое процессорное ядро на две «виртуальные» части. Как если бы достаточно крупную комнату разделили перегородкой на две.

Имеет ли практический смысл такая уловка с виртуальными ядрами? Чаще всего — да, хотя всё зависит от конкретных задач. Вроде, и комнат стало больше (а главное — они используются рациональнее), но площадь помещения не изменилась. В офисах такие перегородки невероятно полезны, в некоторых жилых квартирах — тоже. В других случаях в перегораживании помещения (разделении ядра процессора на два виртуальных) смысла нет вообще.

Отметим, что наиболее дорогие и производительные процессоры класса Core i7 в обязательном порядке оснащены Hyper-Threading. В них 4 физических ядра и 8 виртуальных. Получается, что одновременно на одном процессоре работают 8 вычислительных потоков. Менее дорогие, но также мощные процессоры Intel класса Core i5 состоят из четырёх ядер, но Hyper Threading там не работает. Получается, что Core i5 работают с 4 потоками вычислений.

Процессоры Core i3 — типичные «середнячки», как по цене, так и по производительности. У них два ядра и никакого намёка на Hyper-Threading. Итого получается, что у Core i3 всего два вычислительных потока. Это же относится и к откровенно бюджетным кристаллам Pentium и Celeron. Два ядра, «гипе-трединг» отсутствует = два потока.

вверх

Нужно ли компьютеру много ядер? Сколько ядер нужно в процессоре?

Все современные процессоры достаточно производительны для обычных задач. Просмотр интернета, переписка в соцсетях и по электронной почте, офисные задачи Word-PowerPoint-Excel: для этой работы подойдут и слабенькие Atom, бюджетные Celeron и Pentium, не говоря уже о более мощных Core i3. Двух ядер для обычной работы более чем достаточно. Процессор с большим количеством ядер не принесёт значительного прироста в скорости.

Для игр следует обратить внимание на процессоры Core i3 или i5. Скорее, производительность в играх будет зависеть не от процессора, а от видеокарты. Редко в какой игре потребуется вся мощь Core i7. Поэтому считается, что игры требуют не более четырёх процессорных ядер, а чаще подойдут и два ядра.

Для серьёзной работы вроде специальных инженерных программ, кодирования видео и прочих ресурсоёмких задач требуется действительно производительная техника. Часто здесь задействуются не только физические, но и виртуальные процессорные ядра. Чем больше вычислительных потоков, тем лучше. И не важно, сколько стоит такой процессор: профессионалам цена не столь важна.

вверх

Есть ли польза от многоядерных процессоров?

Безусловно, да. Одновременно компьютер занимается несколькими задачами — хотя бы работа Windows (кстати, это сотни разных задач) и, в тот же момент, проигрывание фильма. Проигрывание музыки и просмотр интернета. Работа текстового редактора и включённая музыка. Два процессорных ядра — а это, по сути, два процессора, справятся с разными задачами быстрее одного. Два ядра сделают это несколько быстрее. Четыре — ещё быстрее, чем два.

В первые годы существования технологии многоядерности далеко не все программы умели работать даже с двумя ядрами процессора. К 2014 году подавляющее большинство приложений отлично понимают и умеют пользоваться преимуществами нескольких ядер. Скорость обработки задач на двухядерном процессоре редко увеличивается в два раза, но прирост производительности есть почти всегда.

Поэтому укоренившийся миф о том, что, якобы, программы не могут использовать несколько ядер — устаревшая информация. Когда-то действительно было так, сегодня ситуация улучшилась кардинально. Преимущества от нескольких ядер неоспоримы, это факт.

вверх

Когда меньше ядер у процессора — лучше

Не следует покупать процессор по неверной формуле «чем больше ядер — тем лучше». Это не так. Во-первых, 4, 6 и 8-ядерные процессоры ощутимо дороже своих двухядерных собратьев. Значительная прибавка в цене далеко не всегда оправдана с точки зрения в производительности. К примеру, если 8-ядерник окажется лишь на 10% быстрее CPU с меньшим количеством ядер, но будет в 2 раза дороже, то такую покупку сложно оправдать.

Во-вторых, чем больше ядер у процессора, тем он «прожорливее» с точки зрения энергопотребления. Нет никакого смысла покупать гораздо более дорогой ноутбук с 4-ядерным (8-поточным) Core i7, если на этом ноутбуке будут обрабатываться лишь текстовые файлы, просматриваться интернет и так далее. Никакой разницы с двухядерником (4 потока) Core i5 не будет, да и классический Core i3 лишь с двумя вычислительными потоками не уступит более именитому «коллеге». А от батарейки такой мощный ноутбук проработает гораздо меньше, чем экономичный и нетребовательный Core i3.

вверх

Многоядерные процессоры в мобильных телефонах и планшетах

Мода на несколько вычислительных ядер внутри одного процессора касается и мобильных аппаратов. Смартфоны вместе с планшетами с большим количеством ядер почти никогда не используют все возможности своих микропроцессоров. Двухядерные мобильные компьютеры иногда действительно работают чуть быстрее, но 4, а тем более 8 ядер — откровеннейший перебор. Аккумулятор расходуется совершенно безбожно, а мощные вычислительные устройства попросту простаивают без дела. Вывод — многоядерные процессоры в телефонах, смартфонах и планшетах — лишь дань маркетингу, а не насущная необходимость. Компьютеры — более требовательные устройства, чем телефоны. Два процессорных ядра им действительно нужны. Четыре — не помешают. 6 и 8 — излишество в обычных задачах и даже в играх.

вверх

Как выбрать многоядерный процессор и не ошибиться?

Практическая часть сегодняшней статьи актуальна на 2014 год. Вряд ли в ближайшие годы что-то серьёзно поменяется. Речь пойдёт только о процессорах производства Intel. Да, AMD предлагает неплохие решения, но они менее популярны, да и разобраться в них сложнее.

Заметим, что таблица основана на процессорах образца 2012-2014 годов. Более старые образцы имеют другие характеристики. Также мы не стали упоминать редкие варианты CPU, например — одноядерный Celeron (бывают и такие даже сегодня, но это нетипичный вариант, который почти не представлен на рынке). Не следует выбирать процессоры исключительно по количеству ядер внутри них — есть и другие, более важные характеристики. Таблица лишь облегчит выбор многоядерного процессора, но конкретную модель (а их десятки в каждом классе) следует покупать только после тщательного ознакомления с их параметрами: частотой, тепловыделением, поколением, размером кэша и другими характеристиками.

Процессор Количество ядер Вычислительные потоки Типичная область применения
Atom 1-2 1-4 Маломощные компьютеры и нетбуки. Задача процессоров Atom — минимальное энергопотребление. Производительность у них минимальна.
Celeron 2 2 Самые дешёвые процессоры для настольных ПК и ноутбуков. Производительности достаточно для офисных задач, но это совсем не игровые CPU.
Pentium 2 2 Столь же недорогие и малопроизводительные процессоры Intel, как и Celeron. Отличный выбор для офисных компьютеров. Pentium оснащаются чуть более ёмким кэшем, и, иногда, слегка повышенными характеристиками по сравнению с Celeron
Core i3 2 4 Два достаточно мощных ядра, каждое из которых разделено на два виртуальных «процессора» (Hyper-Threading). Это уже довольно мощные CPU при не слишком высоких ценах. Хороший выбор для домашнего или мощного офисного компьютера без особой требовательности к производительности.
Core i5 4 4 Полноценные 4-ядерники Core i5 — довольно дорогие процессоры. Их производительности не хватает лишь в самых требовательных задачах.
Core i7 4-6 8-12 Самые мощные, но особенно дорогие процессоры Intel. Как правило, редко оказываются быстрее Core i5, и лишь в некоторых программах. Альтернатив им просто нет.
вверх

Краткий итог статьи «Вся правда о многоядерных процессорах». Вместо конспекта

  • Ядро процессора — его составная часть. Фактически, самостоятельный процессор внутри корпуса. Двухядерный процессор — два процессора внутри одного.
  • Многоядерность сравнима с количеством комнат внутри квартиры. Двухкомнатные лучше однокомнатных, но лишь при прочих равных характеристиках (расположение квартиры, состояние, площадь, высота потолков).
  • Утверждение о том, что чем больше ядер у процессора, тем он лучше — маркетинговая уловка, совершенно неверное правило. Квартиру ведь выбирают далеко не только по количеству комнат, но и по её расположению, ремонту и другим параметрам. Это же касается и нескольких ядер внутри процессора.
  • Существует «виртуальная» многоядерность — технология Hyper-Threading. Благодаря этой технологии, каждое «физическое» ядро разделяется на два «виртуальных». Получается, что у 2-ядерного процессора с Hyper-Threading лишь два настоящих ядра, но эти процессоры одновременно обрабатывают 4 вычислительных потока. Это действительно полезная «фишка», но 4-поточный процессор нельзя считать четырёхядерным.
  • Для настольных процессоров Intel: Celeron — 2 ядра и 2 потока. Pentium — 2 ядра, 2 потока. Core i3 — 2 ядра, 4 потока. Core i5 — 4 ядра, 4 потока. Core i7 — 4 ядра, 8 потоков. Ноутбучные (мобильные) CPU Intel имеют иное количество ядер/потоков.
  • Для мобильных компьютеров часто важнее экономичность в энергопотреблении (на практике — время работы от батареи), чем количество ядер.

woocomp.ru

Статьи о компьютерном железе и обслуживании техники — xBB.uz

Избранные доки
Подписаться через RSS2Email.ru
Заказ ремонта компьютеров: нужен ли он Вам?
Часто заказчики сталкиваются с тем, что сотрудники компаний по ремонту компьютеров навязывают ненужные услуги и стремятся получить как можно большую сумму за выезд. Такая практика нечестна по отношению к заказчикам и вредна для всего сегмента таких услуг.
Скорая компьютерная помощь от "Доктора компов"
Трудно сделать правильный выбор, когда рынок переполнен предложениями по ремонту вычислительной техники от различных частных мастеров и фирм. Тем более что ремонт персонального компьютера — это не та услуга, в которой можно довериться непрофессионалу.
Что такое СКС?
Структурированная кабельная система или СКС – это система кабелей, панелей, разъемов и распределительных устройств, которая объединяет одно или несколько зданий в общем информационном пространстве. СКС включает в себя телефонные, компьютерные и др. сети.
Диагностика и ремонт ПК своими силами: Аппаратные неисправности
Если компьютер при загрузке не проходит систему самотестирования POST, или если все программы работают без сбоев, но нестабильно, то неполадки явно возникают из-за проблем с “железом”. Первым делом следует создать резервные копии всех важных документов...
Быстрый и хороший ремонт ПК - это реальность!
Если неожиданно наш компьютер выходит из строя, вне зависимости от того, по какой именно причине, мы теряем и сон, и аппетит, стараясь как можно быстрее эту проблему разрешить. А найти человека, который бы оперативно мог исправить положение - это первостепенная задача...
Какие бывают процессоры?
Процессоры бывают цифровые, аналоговые и нечеткие. Цифровой процессор обрабатывает данные, представленные в виде дискретных значений величин. Аналоговый процессор обрабатывает исходные данные, предоставленные в виде непрерывно меняющихся сигналов.
Что такое компьютер
Компьютеры подразделяются на два основных типа: аналоговые и цифровые, которые различаются принципами построения, способами внутреннего представления информации, реакцией на поступающие команды. Кроме того, существуют так называемые гибридные компьютеры...
Что такое DVD
Аббревиатура «DVD» расшифровывается как «Digital Versatile Disc», что в переводе с английского означает «цифровой многоцелевой диск». Иногда эту аббревиатуру расшифровывают как «Digital Video Disc», то есть «цифровой видеодиск». Согласно английским правилам DVD произносится как «ди-ви-ди».
Что такое жесткий диск
Жесткий диск — это устройство для хранения информации, работа которого осуществляется по принципу магнитной записи. Жесткий диск используется в качестве основного накопителя данных в большинстве современных компьютеров. «Жесткий диск» — это сокращение от «Накопитель на жестких магнитных дисках».
О PlayStation Portable (PSP)
PlayStation Portable — портативная игровая консоль, производимая Sony Computer Entertainment. Официальная аббревиатура консоли — PSP. Также известна как PSP FAT и PSP-1000. PlayStation Portable является третьим продуктом компании Sony в популярной линейке игровых консолей PlayStation.
Что такое смарт-карта
Смарт-карта предназначена для одно- и двухфакторной аутентификации пользователей, хранения ключевой информации и проведения криптографических операций в указанных целях. Смарт-карты находят широкое применение в самых различных областях, от дебетовых и кредитных карт до систем накопительных скидок, студенческих билетов и т.п.
Как правильно выбрать универсальный блок питания для ноутбука
Самый легкий вариант проверить БП - проверить индикатор. Им оснащены 90% блоков питания. Если индикатор не горит, то, скорее всего, твой блок питания "приказал долго жить". Но не надо отчаиваться! В этой статье я расскажу, как правильно выбрать подходящий блок питания для ноутбука.
FUJI Electric
Компания FUJI Electric была основана в Токио в 1923 году как завод электрооборудования. Сегодня FUJI Electric занимает позиции одной из ведущих в мире компаний по производству средств автоматизации - сервосистем, контроллеров технологических процессов, систем управления, источников бесперебойного питания и др.
Не верьте никому и выбирайте ноутбук сами
Авторы статей, обладающие приличной квалификацией, смогли наработать ее, только работая на компьютерной фирме, поэтому почти все они содержат скрытую рекламу. Либо они написаны слегка эрудированными любителями, имеющими опыт эксплуатации одного-двух устройств, отзывы нескольких друзей и нефильтрованный вал информации из форумов.
Что такое терминал сбора данных
Терминалами сбора данных (ТСД) называются специализированные портативные устройства, которые представляют собой компьютеры со встроенными сканерами штрих-кода и предназначенные для оперативного сбора информации о тех или иных товарах и передачи этой информации в центральную базу данных (информационную систему).
Выбираем компьютер для дома
Не важно, просиживаете ли вы в сети часами, или подходите к машине время от времени, главное – компьютер дома должен быть. Современный компьютер не только машина для работы или обучения, но и друг, который может вас развлечь и найти любую полезную информацию. Но компьютеры бывают разными, и нужно выбрать для себя самый удобный и эффективный.
Что выбрать: Sony PlayStation 3 или XBOX360?
Конечно же, и у одной, и у другой консоли есть свои плюсы и минусы. Давайте сравним их и выясним как положительные, так и отрицательные характеристики. Консоль приобретается в первую очередь для игр, а такая функция, как мультимидийный центр - второстепенна. В этом-то и вся проблема.
Как правильно обращаться в службу технической поддержки
Благодаря развитию информационных технологий, сейчас, пожалуй, практически у каждого современного человека дома есть компьютер, Интернет, имеется мобильный телефон. Польза подобных устройств бесспорна. Но к сожалению, даже самый надежный компьютер не может функционировать безотказно...
Сервер хранения данных в сети компании
Сервер хранения данных обеспечивает возможность доступа всем сотрудникам компании к сохраненным файлам. Сами пользователи, могут обрабатывать хранимую базу. К функциям сервера, относятся хранение данных, с правом доступа к сохраненным файлам, как всех сотрудников, так и отдельных их представителей.
Какой компьютер приобрести для себя
Сегодня практически невозможно представить дом без компьютера. А для рабочего места компьютер просто необходим. Вместе с постоянным развитием технологий развивается дизайн и системные характеристики компьютеров. Уже нельзя разделить их на понятия домашний компьютер или рабочий, сегодня это одна и та же машина.
Место для вашей статьи (разместить)
Необходимый и эффективный способ продвижения веб-ресурсов в выдаче поисковых систем, – это наращивание ссылочной массы продвигаемого ресурса. А один из самых простых, быстрых и надежных способов нарастить ссылочную массу – это размещение статей на таких трастовых ресурсах, как xBB.uz.

Последнее редактирование: 2010-09-27 10:09:27

Метки материала: расходные материалы, комплектующие, электроника, каталоги статей, сервисный центр, ремонт пк, ремонт компьютеров, продвижение статьями, продвижение сайта статьями, эвм, компьютерный сервис, компьютеризация, вычислительные системы, техническая поддержка

xbb.uz


Смотрите также

Описание: