Πολλαπλών επεξεργαστών: τι είναι και τι είναι για

Η γενική τάση είναι να βρείτε έναν επεξεργαστή πολλαπλών χρήσεων μέσα σε έναν προσωπικό υπολογιστή, οπότε αν δεν γνωρίζετε ακόμα τι μιλάμε, είναι καιρός να συναντήσετε αυτούς τους επεξεργαστές. Στην πραγματικότητα, ήταν μαζί μας για σχεδόν μια δεκαετία, δίνοντάς μας όλο και περισσότερη δύναμη και μεγαλύτερη ικανότητα να χειριστεί πληροφορίες, μετατρέποντας την μηχανή μας σε πραγματικά κέντρα δεδομένων με επιτραπέζιους υπολογιστές.

Ευρετήριο περιεχομένων

Οι επεξεργαστές πολλαπλών πυρήνων επανάστασαν την αγορά, πρώτα για την κατανάλωση μεγάλων εταιρειών και κέντρων δεδομένων, και στη συνέχεια για τους κανονικούς χρήστες, μεταφέροντας έτσι σε μια νέα εποχή εξοπλισμό υψηλής απόδοσης. Ακόμα και το Smartphone μας διαθέτει επεξεργαστές πολλαπλών καναλιών.

Ποια είναι η λειτουργία του επεξεργαστή σε έναν υπολογιστή

Αλλά πριν αρχίσουμε να βλέπουμε τι είναι αυτό για τους επεξεργαστές πολλαπλών πυρήνων, αξίζει να ανανεώσουμε λίγο τη μνήμη, καθορίζοντας ποιο είναι πραγματικά ο επεξεργαστής. Ίσως να φαίνεται ανόητο σε αυτό το σημείο, αλλά δεν γνωρίζουν όλοι αυτό το βασικό στοιχείο στην τρέχουσα εποχή και είναι καιρός.

Ο επεξεργαστής, η CPU ή η κεντρική μονάδα επεξεργασίας, αποτελείται από ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα σχεδιασμένο από τρανζίστορ, λογικές πύλες και γραμμές με ηλεκτρικά σήματα ικανά να εκτελούν εργασίες και οδηγίες. Αυτές οι οδηγίες δημιουργούνται από ένα πρόγραμμα υπολογιστή και την αλληλεπίδραση (ή όχι) ενός ανθρώπου ή ακόμη και με άλλα προγράμματα. Με αυτόν τον τρόπο είμαστε σε θέση να εκτελέσουμε παραγωγικές εργασίες βασισμένες σε δεδομένα μέσω υπολογιστών.

Ένας υπολογιστής και οποιαδήποτε άλλη ηλεκτρονική συσκευή δεν μπορούσε να σχεδιαστεί χωρίς την παρουσία ενός επεξεργαστή. Μπορεί να είναι περισσότερο ή λιγότερο περίπλοκο, αλλά οποιαδήποτε συσκευή μπορεί να εκτελέσει μια συγκεκριμένη εργασία, χρειάζεται αυτή η μονάδα να μετατρέψει τα ηλεκτρικά σήματα σε δεδομένα και ακόμη και σε φυσικές εργασίες, όπως γραμμές συναρμολόγησης χρήσιμες για τον άνθρωπο.

Ποιος είναι ο πυρήνας ενός επεξεργαστή

Όπως κάθε άλλο στοιχείο, ένας επεξεργαστής αποτελείται από διαφορετικά στοιχεία μέσα σε αυτό. Ονομάζουμε αυτή την αρχιτεκτονική συνδυασμού στοιχείων και αυτήν που έχουμε σήμερα στον επεξεργαστή του υπολογιστή μας είναι το x86, ένα σύνολο κωδικών, παραμέτρων και ηλεκτρονικών στοιχείων, τα οποία, σε συνδυασμό, είναι σε θέση να υπολογίζουν αυτές τις οδηγίες απλά κάνοντας λογικές και αριθμητικές πράξεις.

Εσωτερική δομή CPU

Ο πυρήνας ή ο πυρήνας ενός επεξεργαστή είναι η μονάδα ή ολοκληρωμένο κύκλωμα που είναι υπεύθυνο για την επεξεργασία όλων αυτών των πληροφοριών. Αποτελείται από εκατομμύρια τρανζίστορ εξοπλισμένα με μια λειτουργική λογική δομή, είναι σε θέση να χειρίζεται τις πληροφορίες που εισέρχονται, με τη μορφή τελεστών και χειριστών, για να παράγουν τα αποτελέσματα που επιτρέπουν στα προγράμματα να λειτουργούν. Είναι, λοιπόν, η βασική οντότητα ενός επεξεργαστή.

Για να σας κάνει να ακούγεται, ο πυρήνας ενός επεξεργαστή αποτελείται από αυτά τα κύρια στοιχεία:

• Μονάδα ελέγχου (UC): είναι υπεύθυνη για την ταυτόχρονη καθοδήγηση της λειτουργίας του επεξεργαστή, στην περίπτωση αυτή του πυρήνα. Δίνει εντολές με τη μορφή ηλεκτρικών σημάτων στα διάφορα εξαρτήματα (CPU, RAM, περιφερειακά) έτσι ώστε να λειτουργούν συγχρόνως. Αριθμητική-λογική μονάδα (ALU): είναι υπεύθυνη για την εκτέλεση όλων των λογικών και αριθμητικών πράξεων με ακέραιους αριθμούς με τα δεδομένα που λαμβάνει. Μητρώα: οι καταχωρητές είναι τα κελιά που επιτρέπουν την αποθήκευση των εντολών που εκτελούνται και τα αποτελέσματα της λειτουργίας.

Γιατί υπάρχουν περισσότεροι πυρήνες;

Η φυλή των κατασκευαστών να έχει το πιο ισχυρό και ταχύτερο προϊόν υπήρξε ποτέ, και στα ηλεκτρονικά δεν είναι διαφορετική. Την ημέρα του, ήταν ένα ορόσημο για τη δημιουργία ενός επεξεργαστή με συχνότητα άνω του 1 GHz. Σε περίπτωση που δεν γνωρίζετε, το GHz μετράει τον αριθμό των λειτουργιών που μπορεί να εκτελέσει ένας επεξεργαστής

GHz: τι είναι και τι είναι ένα gigahertz στον υπολογισμό

Ο αγώνας για να έχει περισσότερα GHz

Ο πρώτος επεξεργαστής που φτάνει το 1 GHz ήταν ο DEC Alpha το 1992, αλλά όταν πρόκειται για CPU για προσωπικούς υπολογιστές, δεν ήταν παρά το 1999, όταν η Intel, με τα Pentium III και AMD, με το Athlon, δημιούργησαν επεξεργαστές που έφθασαν σε αυτά τα στοιχεία.. Αυτή τη στιγμή οι κατασκευαστές είχαν μόνο ένα πράγμα στο μυαλό, "όσο περισσότερο GHz το καλύτερο ", αφού περισσότερες λειτουργίες θα μπορούσαν να πραγματοποιηθούν ανά μονάδα χρόνου.

Μετά από λίγα χρόνια, οι κατασκευαστές βρήκαν ένα όριο στον αριθμό των GHz των επεξεργαστών τους, γιατί; γιατί λόγω της τεράστιας ποσότητας θερμότητας που δημιουργήθηκε στον πυρήνα του, θέτοντας την οριακή ακεραιότητα των υλικών και των ψύκτρων. Ομοίως, η κατανάλωση ενεργοποιήθηκε για κάθε Hz, ώστε η συχνότητα αυξήθηκε.

Ο αγώνας για να έχουν περισσότερους πυρήνες

Στο όριο αυτό, οι κατασκευαστές έπρεπε να κάνουν μια αλλαγή στυλ και έτσι προέκυψε ο νέος στόχος, "όσο περισσότερους πυρήνες τόσο το καλύτερο ". Ας σκεφτούμε, αν ο πυρήνας είναι υπεύθυνος για να κάνει τις επιχειρήσεις, τότε αυξάνοντας τον αριθμό των πυρήνων μπορούμε να διπλασιάσουμε, τριπλασιάσουμε… τον αριθμό των πράξεων που μπορούν να γίνουν. Προφανώς, με δύο πυρήνες μπορούμε να κάνουμε δύο πράξεις ταυτόχρονα και με τέσσερις μπορούμε να κάνουμε 4 από αυτές τις λειτουργίες.

Intel Pentium Extreme Edition 840

Ο στόχος που έθεσε η Intel να φθάσει στα 10 GHz με την αρχιτεκτονική NetBurst, έμεινε πίσω, κάτι που μέχρι τώρα δεν έχει επιτευχθεί, τουλάχιστον όχι με τα συστήματα ψύξης που είναι διαθέσιμα στους κανονικούς χρήστες. Έτσι, ο καλύτερος τρόπος για να επιτευχθεί καλή επεκτασιμότητα στην ισχύ και την ικανότητα επεξεργασίας ήταν αυτό, έχοντας επεξεργαστές με έναν ορισμένο αριθμό πυρήνων και επίσης σε μια ορισμένη συχνότητα.

Οι επεξεργαστές διπλού πυρήνα άρχισαν να υλοποιούνται είτε με την κατασκευή δύο μεμονωμένων επεξεργαστών είτε πολύ καλύτερα, ενσωματώνοντας δύο DIE (κυκλώματα) σε ένα ενιαίο τσιπ. Έτσι εξοικονομείται πολύς χώρος στις μητρικές πλακέτες, αν και απαιτεί μεγαλύτερη πολυπλοκότητα για την υλοποίηση της επικοινωνιακής δομής του με τα υπόλοιπα εξαρτήματα, όπως μνήμη cache, λεωφορεία κλπ.

Οι πρώτοι επεξεργαστές με περισσότερους από έναν πυρήνες

Σε αυτό το σημείο είναι αρκετά ενδιαφέρον να γνωρίζουμε ποιοι ήταν οι πρώτοι πολυεπεξεργαστές που κυκλοφόρησαν στην αγορά. Και όπως μπορείτε να φανταστείτε, οι αρχές ήταν όπως πάντα, για εταιρική χρήση σε διακομιστές, και επίσης όπως πάντα η IBM. Ο πρώτος πολυεπεξεργαστής ήταν ο IBM POWER4 με δύο πυρήνες σε ένα μόνο DIE και μια βασική συχνότητα 1, 1 GHz, που κατασκευάστηκε το 2001.

Αλλά δεν ήταν μέχρι το 2005, όταν οι πρώτοι επεξεργαστές διπλού πυρήνα για μαζική κατανάλωση από τους χρήστες εμφανίστηκαν στους επιτραπέζιους υπολογιστές τους. Η Intel έκλεψε το πορτοφόλι από την AMD μερικές εβδομάδες νωρίτερα με το Intel Pentium Extreme Edition 840 με το HiperThreading, δημοσιεύοντας αργότερα το AMD Athlon X2.

Μετά από αυτό, οι κατασκευαστές έτρεξαν και άρχισαν να εισάγουν πυρήνες αδιάκριτα, με την επακόλουθη μικρογραφία των τρανζίστορ. Επί του παρόντος, η διαδικασία κατασκευής βασίζεται σε τρανζίστορ μόλις 7 nm που εφαρμόζει η AMD στην 3η γενιά της Ryzen και 12 nm στην Intel. Με αυτό τον τρόπο καταφέραμε να εισαγάγουμε μεγαλύτερο αριθμό πυρήνων και κυκλωμάτων στο ίδιο τσιπ, αυξάνοντας έτσι την ισχύ επεξεργασίας και μειώνοντας την κατανάλωση. Στην πραγματικότητα, διαθέτουμε μέχρι και 32 επεξεργαστές πυρήνα στην αγορά, οι οποίοι είναι οι Threadrippers της AMD.

Τι χρειαζόμαστε για να εκμεταλλευτούμε τους πυρήνες ενός επεξεργαστή

Η λογική φαίνεται πολύ απλή, εισάγετε τους πυρήνες και αυξήστε τον αριθμό των ταυτόχρονων διαδικασιών. Αλλά στην αρχή αυτό ήταν ένας πραγματικός πονοκέφαλος για τους κατασκευαστές υλικού και ειδικά για τους δημιουργούς λογισμικού.

Και είναι ότι τα προγράμματα σχεδιάστηκαν (συντάχθηκαν) μόνο για να λειτουργούν με έναν πυρήνα. Όχι μόνο χρειαζόμαστε έναν επεξεργαστή που να είναι ικανός να κάνει πολλαπλές ταυτόχρονες λειτουργίες, αλλά και το πρόγραμμα που δημιουργεί αυτές τις οδηγίες μπορεί να το κάνει επικοινωνώντας με κάθε έναν από τους διαθέσιμους πυρήνες. Ακόμη και τα λειτουργικά συστήματα έπρεπε να αλλάξουν την αρχιτεκτονική τους για να είναι σε θέση να χρησιμοποιούν αποτελεσματικά πολλαπλούς πυρήνες ταυτόχρονα.

Με αυτό τον τρόπο, οι προγραμματιστές κατέβηκαν στη δουλειά και άρχισαν να καταρτίζουν τα νέα προγράμματα με πολυπύρηνη υποστήριξη, έτσι ώστε σήμερα ένα πρόγραμμα είναι ικανό να χρησιμοποιεί αποτελεσματικά όλους τους πυρήνες που είναι διαθέσιμοι στον υπολογιστή. Έτσι, πολλαπλασιάζοντας τα σπειρώματα εκτέλεσης στο απαραίτητο ποσό. Επειδή, εκτός από τους πυρήνες, εμφανίστηκε επίσης η έννοια του νήματος εκτέλεσης.

Σε έναν πολύπλευρο επεξεργαστή είναι απαραίτητο να παραλληλιστούν οι διαδικασίες που εκτελεί ένα πρόγραμμα, αυτό σημαίνει ότι κάθε πυρήνας καταφέρνει να εκτελέσει μια εργασία παράλληλα με μια άλλη και διαδοχικά το ένα μετά το άλλο. Αυτή η μέθοδος δημιουργίας διαφορετικών εργασιών ταυτόχρονα από ένα πρόγραμμα ονομάζεται κλωστές διαδικασίας, κλωστές εργασίας, κλωστές ή απλά νήματα στα αγγλικά. Τόσο το λειτουργικό σύστημα όσο και τα προγράμματα πρέπει να είναι σε θέση να δημιουργούν παράλληλα νήματα διεργασίας για να επωφεληθούν από την πλήρη ισχύ του επεξεργαστή. Αυτό είναι υψηλό που ο σχεδιασμός CAD, η επεξεργασία βίντεο ή τα προγράμματα κάνουν πολύ καλά, ενώ τα παιχνίδια έχουν έναν τρόπο να πάνε.

Ποια είναι τα θέματα ενός επεξεργαστή; Διαφορές με τους πυρήνες

HyperThreading και SMT

Ως αποτέλεσμα των ανωτέρω, εμφανίζονται οι τεχνολογίες των κατασκευαστών επεξεργαστών. Το πιο διάσημο μεταξύ τους είναι το HyperThreading που η Intel άρχισε να χρησιμοποιεί στους επεξεργαστές της, και αργότερα η AMD θα το έκανε με τη δική της τεχνολογία CMT και στη συνέχεια με μια εξέλιξη σε SMT (Simultaneous Multi-Threading).

Αυτή η τεχνολογία συνίσταται στην ύπαρξη δύο πυρήνων σε ένα, αλλά δεν θα είναι πραγματικοί πυρήνες, αλλά λογικοί, κάτι που στον προγραμματισμό ονομάζεται επεξεργασία νημάτων ή νημάτων. Έχουμε ήδη μιλήσει γι 'αυτό πριν. Η ιδέα είναι να διαιρέσουμε για άλλη μια φορά τον φόρτο εργασίας μεταξύ των πυρήνων, χωρίζοντας κάθε μία από τις εργασίες που πρέπει να εκτελεστούν στα νήματα έτσι ώστε να εκτελούνται όταν ένας πυρήνας είναι ελεύθερος.

Υπάρχουν επεξεργαστές που έχουν μόνο δύο πυρήνες, για παράδειγμα, αλλά έχουν 4 κλωστές χάρη στις τεχνολογίες αυτές. Η Intel το χρησιμοποιεί κυρίως στους επεξεργαστές Intel Core και στις φορητές CPU υψηλής απόδοσης, ενώ η AMD την έχει εφαρμόσει σε όλη της τη σειρά επεξεργαστών Ryzen.

Τι είναι το HyperThreading;

Πώς να γνωρίζετε πόσους πυρήνες έχει ο επεξεργαστής μου

Γνωρίζουμε ήδη τι είναι οι πυρήνες και ποια είναι τα θέματα και η σημασία τους για έναν επεξεργαστή πολλαπλών χρήσεων. Έτσι, το τελευταίο πράγμα που έχουμε αφήσει είναι να μάθουμε πώς να γνωρίζουμε πόσους πυρήνες έχει ο επεξεργαστής μας.

Πρέπει να γνωρίζετε ότι τα Windows μερικές φορές δεν κάνουν διάκριση μεταξύ πυρήνων και νημάτων, καθώς θα εμφανίζονται με το όνομα των πυρήνων ή επεξεργαστών, για παράδειγμα στο εργαλείο "msiconfig". Εάν ανοίξουμε το Task Manager και πηγαίνουμε στην ενότητα επιδόσεων, μπορούμε να δούμε μια λίστα όπου εμφανίζεται ο αριθμός των πυρήνων και των λογικών επεξεργαστών της CPU. Αλλά τα γραφικά που θα μας δείξουν θα είναι άμεσα εκείνα των λογικών πυρήνων, ακριβώς όπως εκείνα που εμφανίζονται στο Performance Monitor αν το ανοίξουμε.

Πώς να γνωρίζετε πόσους πυρήνες έχει ο επεξεργαστής μου

Συμπέρασμα και ενδιαφέρουσες συνδέσεις

Φτάνουμε στο τέλος και ελπίζουμε να εξηγήσουμε καλά τι είναι ο πολυεπεξεργαστής και ποιες είναι οι σημαντικότερες έννοιες που σχετίζονται με το θέμα. Επί του παρόντος υπάρχουν πραγματικά τέρατα με έως 32 πυρήνες και 64 κλωστές. Αλλά για να είναι αποτελεσματικός ο επεξεργαστής, δεν είναι μόνο ο αριθμός των πυρήνων και η συχνότητα τους, αλλά και ο τρόπος κατασκευής τους, η αποτελεσματικότητα των λεωφορείων δεδομένων τους και η επικοινωνία και ο τρόπος λειτουργίας των πυρήνων τους. βήμα μπροστά από την AMD. Θα δούμε σύντομα τα νέα Ryzen 3000 που υπόσχονται να ξεπεράσουν τους πιο ισχυρούς επεξεργαστές επιτραπέζιων υπολογιστών της Intel, οπότε μείνετε συντονισμένοι για τις κριτικές μας.

Αν έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις ή σημεία σχετικά με το θέμα ή θέλετε να διευκρινίσετε κάτι, σας προσκαλούμε να χρησιμοποιήσετε το παρακάτω πλαίσιο σχολίων.