CPU Basics Επεξήγηση πολλών CPUs, πυρήνων και Hyper-Threading

Η κεντρική μονάδα επεξεργασίας (CPU) στον υπολογιστή σας κάνει βασικά τα υπολογιστικά προγράμματα που εκτελούν εργασία. Ωστόσο, οι σύγχρονες CPU προσφέρουν δυνατότητες όπως πολλαπλούς πυρήνες και υπερ-σπειρώματα. Ορισμένοι υπολογιστές χρησιμοποιούν ακόμη και πολλαπλούς επεξεργαστές. Είμαστε εδώ για να βοηθήσουμε να τα ξεπεράσουμε όλα.

Η ταχύτητα του ρολογιού για μια CPU ήταν αρκετή κατά τη σύγκριση της απόδοσης. Τα πράγματα δεν είναι τόσο απλά πια. Μια CPU που προσφέρει πολλαπλούς πυρήνες ή υπερ-σπειρώματα μπορεί να εκτελέσει σημαντικά καλύτερα από μία μονόπλευρη CPU με την ίδια ταχύτητα που δεν διαθέτει υπερ-σπειρώματα. Και οι υπολογιστές με πολλαπλές επεξεργαστές μπορούν να έχουν ακόμα μεγαλύτερο πλεονέκτημα. Όλα αυτά τα χαρακτηριστικά έχουν σχεδιαστεί για να επιτρέπουν στους υπολογιστές να τρέχουν πιο εύκολα πολλές διαδικασίες ταυτόχρονα - αυξάνοντας την απόδοσή σας κατά την εκτέλεση πολλαπλών εργασιών ή κάτω από τις απαιτήσεις ισχυρών εφαρμογών όπως κωδικοποιητές βίντεο και σύγχρονα παιχνίδια. Έτσι, ας ρίξουμε μια ματιά σε κάθε ένα από αυτά τα χαρακτηριστικά και τι μπορεί να σημαίνει για εσάς.

Hyper-Threading

Το Hyper-Threading ήταν η πρώτη προσπάθεια της Intel να επιτύχει παράλληλους υπολογισμούς σε καταναλωτικά PC. Ξεκίνησε στις CPU επιτραπέζιου υπολογιστή με το Pentium 4 HT πίσω το 2002. Το Pentium 4 της ημέρας παρουσίασε μόνο έναν πυρήνα CPU, οπότε μπορούσε πραγματικά να εκτελέσει μόνο μία εργασία τη φορά - ακόμα κι αν ήταν σε θέση να αλλάξει μεταξύ των εργασιών αρκετά γρήγορα ότι φάνηκε σαν πολλαπλούν. Το υπερσυμβόλων προσπάθησε να αντισταθμίσει αυτό.

Ένας φυσικός κεντρικός πυρήνας CPU με υπερ-σπείρωμα εμφανίζεται ως δύο λογικές CPU σε ένα λειτουργικό σύστημα. Η CPU εξακολουθεί να είναι μια ενιαία CPU, οπότε είναι ένα μικρό κομμάτι. Ενώ το λειτουργικό σύστημα βλέπει δύο επεξεργαστές για κάθε πυρήνα, το πραγματικό υλικό CPU έχει μόνο ένα σύνολο από πόρους εκτέλεσης για κάθε πυρήνα. Η CPU υποδηλώνει ότι έχει περισσότερους πυρήνες από ό, τι κάνει και χρησιμοποιεί τη δική της λογική για να επιταχύνει την εκτέλεση του προγράμματος. Με άλλα λόγια, το λειτουργικό σύστημα εξαπατάται να βλέπει δύο CPUs για κάθε πραγματικό πυρήνα CPU.

Το Hyper-Threading επιτρέπει στους δύο λογικούς πυρήνες της CPU να μοιράζονται τους φυσικούς πόρους εκτέλεσης. Αυτό μπορεί να επιταχύνει τα πράγματα κάπως-αν μια εικονική CPU έχει σταματήσει και περιμένει, η άλλη εικονική CPU μπορεί να δανειστεί τους πόρους εκτέλεσης. Η υπερσύνδεση μπορεί να σας βοηθήσει να επιταχύνετε το σύστημά σας, αλλά δεν είναι καθόλου κοντά στο ίδιο επίπεδο με τους πραγματικούς επιπλέον πυρήνες.

Ευτυχώς, το υπερ-σπείρωμα είναι τώρα ένα "μπόνους". Ενώ οι αρχικοί επεξεργαστές καταναλωτών με υπερ-σπειρώματα είχαν μόνο έναν ενιαίο πυρήνα, ο οποίος μεταμφιέζεται ως πολλαπλοί πυρήνες, οι σύγχρονες επεξεργαστές Intel έχουν τώρα τόσο πολλαπλούς πυρήνες όσο και τεχνολογία υπερβολικού σπειρώματος. Ο επεξεργαστής διπλού πυρήνα με υπερβολική σπείρα εμφανίζεται ως τέσσερις πυρήνες στο λειτουργικό σας σύστημα, ενώ ο επεξεργαστής τετραπλού πυρήνα με υπερβολική σπείρα εμφανίζεται ως οκτώ πυρήνες. Το Hyper-Threading δεν αποτελεί υποκατάστατο για πρόσθετους πυρήνες, αλλά ένας επεξεργαστής διπλού πυρήνα με υπερβολική σπείρα θα πρέπει να έχει καλύτερη απόδοση από έναν CPU διπλού πυρήνα χωρίς υπερβολές σπειρώματος.

Πολλαπλοί πυρήνες

Αρχικά, οι CPU είχαν έναν ενιαίο πυρήνα. Αυτό σήμαινε ότι η φυσική CPU είχε μια κεντρική μονάδα επεξεργασίας σε αυτήν. Για να αυξηθεί η απόδοση, οι κατασκευαστές προσθέτουν επιπλέον "πυρήνες" ή κεντρικές μονάδες επεξεργασίας. Ένας επεξεργαστής διπλού πυρήνα έχει δύο κεντρικές μονάδες επεξεργασίας, έτσι φαίνεται στο λειτουργικό σύστημα ως δύο επεξεργαστές. Μια CPU με δύο πυρήνες, για παράδειγμα, θα μπορούσε να τρέξει δύο διαφορετικές διαδικασίες την ίδια στιγμή. Αυτό επιταχύνει το σύστημά σας, επειδή ο υπολογιστής σας μπορεί να κάνει πολλά πράγματα ταυτόχρονα.

Σε αντίθεση με την υπερσύνδεση, δεν υπάρχουν κόλπα εδώ - μια CPU διπλού πυρήνα κυριολεκτικά έχει δύο κεντρικές μονάδες επεξεργασίας στο τσιπ CPU. Ένας επεξεργαστής τετραπλού πυρήνα έχει τέσσερις κεντρικές μονάδες επεξεργασίας, μια οκταπύρηνη CPU έχει οκτώ κεντρικές μονάδες επεξεργασίας κ.ο.κ..

Αυτό βοηθά δραματικά τη βελτίωση της απόδοσης διατηρώντας παράλληλα τη μονάδα φυσικής μονάδας CPU μικρό ώστε να ταιριάζει σε μία υποδοχή. Πρέπει να υπάρχει μόνο μια υποδοχή CPU με μια μονάδα CPU που έχει εισαχθεί σε αυτήν - όχι τέσσερις διαφορετικές πρίζες CPU με τέσσερις διαφορετικές CPU, καθένα από τα οποία χρειάζεται τη δική τους ισχύ, ψύξη και άλλο υλικό. Υπάρχει λιγότερη καθυστέρηση επειδή οι πυρήνες μπορούν να επικοινωνούν πιο γρήγορα, καθώς είναι όλοι στο ίδιο chip.

Το Task Manager των Windows δείχνει αυτό αρκετά καλά. Εδώ, για παράδειγμα, μπορείτε να δείτε ότι αυτό το σύστημα έχει μια πραγματική CPU (υποδοχή) και τέσσερις πυρήνες. Το Hyperthreading κάνει κάθε πυρήνα να μοιάζει με δύο CPU στο λειτουργικό σύστημα, έτσι δείχνει 8 λογικούς επεξεργαστές.

Πολλαπλές CPU

Οι περισσότεροι υπολογιστές διαθέτουν μόνο έναν CPU. Αυτός ο ενιαίος επεξεργαστής μπορεί να έχει πολλαπλούς πυρήνες ή τεχνολογία υπερβολικού σπειρώματος - αλλά εξακολουθεί να υπάρχει μόνο μία φυσική μονάδα CPU που έχει εισαχθεί σε μία υποδοχή CPU στη μητρική πλακέτα.

Πριν από την εμφάνιση υπερ-σπειρωμάτων και επεξεργαστών πολλαπλών πυρήνων, οι χρήστες προσπάθησαν να προσθέσουν πρόσθετη ισχύ επεξεργασίας στους υπολογιστές προσθέτοντας επιπλέον CPU. Αυτό απαιτεί μια μητρική πλακέτα με πολλαπλές υποδοχές CPU. Η μητρική πλακέτα χρειάζεται επίσης πρόσθετο υλικό για να συνδέσει αυτές τις υποδοχές CPU με τη μνήμη RAM και άλλους πόρους. Υπάρχει πολλή επιβάρυνση σε αυτό το είδος ρύθμισης. Υπάρχει πρόσθετη καθυστέρηση εάν οι CPU πρέπει να επικοινωνούν μεταξύ τους, τα συστήματα με πολλαπλές CPU καταναλώνουν περισσότερη ισχύ και η μητρική πλακέτα χρειάζεται περισσότερες υποδοχές και υλικό.

Τα συστήματα με πολλαπλές CPU δεν είναι πολύ συνηθισμένα μεταξύ των προσωπικών υπολογιστών οικιακών χρηστών σήμερα. Ακόμα και μια επιφάνεια εργασίας παιχνιδιών υψηλής ισχύος με πολλαπλές κάρτες γραφικών θα έχει γενικά μόνο μία CPU. Θα βρείτε πολλά συστήματα CPU μεταξύ υπερυπολογιστών, εξυπηρετητών και παρόμοιων συστημάτων υψηλής τεχνολογίας που χρειάζονται όσο το δυνατό περισσότερη τροφοδοσία από τον αριθμό που μπορούν να πάρουν.

Όσο περισσότεροι CPUs ή πυρήνες έχει ένας υπολογιστής, τόσο περισσότερα πράγματα μπορεί να κάνει ταυτόχρονα, συμβάλλοντας στη βελτίωση της απόδοσης στις περισσότερες εργασίες.Οι περισσότεροι υπολογιστές έχουν τώρα επεξεργαστές με πολλαπλούς πυρήνες - την πιο αποτελεσματική επιλογή που έχουμε συζητήσει. Θα βρείτε ακόμη CPU με πολλούς πυρήνες σε μοντέρνα smartphones και tablet. Οι επεξεργαστές Intel διαθέτουν επίσης υπερ-σπειρώματα, κάτι που αποτελεί ένα είδος μπόνους. Ορισμένοι υπολογιστές που χρειάζονται μεγάλη ισχύ CPU μπορεί να έχουν πολλαπλές επεξεργαστές, αλλά είναι πολύ λιγότερο αποδοτικές από αυτές που ακούγονται.

Πιστωτική εικονοσκόπιση: πνευματικός δίσκος στο Flickr, Mike Babcock στο Flickr, DeclanTM στο Flickr