Kelių branduolių procesorius – tai integruota grandinė su dviem ar daugiau prie jo prijungtų procesorių, kad vienu metu būtų galima greičiau apdoroti kelias užduotis, sumažinti energijos sąnaudas ir užtikrinti didesnį našumą. Paprastai jį sudaro du ar daugiau procesorių, kurie nuskaito ir vykdo programos instrukcijas.

Kitaip tariant, viename luste kelių branduolių procesorius sudaro daug apdorojimo blokų arba „branduolių“, kurių kiekvienas gali atlikti skirtingas užduotis. Pavyzdžiui, jei vienu metu atliekate daug užduočių, pvz., žiūrite filmą ir naudojate „WhatsApp“, vienas branduolys atliks tokias veiklas kaip filmo žiūrėjimas, o kitas – kitas pareigas, pvz., „WhatsApp“.

Dviejų branduolių konfigūraciją galima palyginti su kelių skirtingų procesorių įdiegimu tame pačiame kompiuteryje, tačiau ryšys tarp jų yra greitesnis, nes abu CPU yra prijungti prie to paties lizdo. Atskiruose branduoliuose lygiagrečiai gali būti vykdomos kelios instrukcijos, taip padidinant programinės įrangos, sukurtos siekiant išnaudoti unikalias architektūros savybes, greitį.

Palyginti su vieno branduolio procesoriumi, dviejų branduolių procesorius idealiomis aplinkybėmis paprastai yra dvigubai galingesnis. Tiesą sakant, tikimasi, kad našumas padidės maždaug 50 %: dviejų branduolių procesorius yra maždaug 1,5 karto galingesnis nei vieno branduolio procesorius.

Kai vieno branduolio procesoriai pasiekia savo fizines sudėtingumo ir greičio ribas, kelių branduolių kompiuterija tampa vis populiaresnė. Šiais laikais dauguma sistemų yra kelių branduolių. Daugelio branduolių arba masiškai kelių branduolių sistemos reiškia sistemas, kuriose yra daug procesoriaus branduolių, pavyzdžiui, dešimtys ar šimtai.

2000-ųjų pradžioje „Intel“ ir AMD išleido pirmuosius kelių branduolių procesorius. Šiais laikais CPU yra dviejų („dviejų branduolių“), keturių („keturių branduolių“), šešių („šešio branduolių“) ir aštuonių („okta branduolių“) branduolių („okto branduolių“). ). FPGA pagrindu veikiantys procesoriai turi iki 100 fizinių branduolių ir 1000 efektyvių nepriklausomų branduolių (Field Programmable Gate Arrays).

mašinraščio rinkinys

Daugiagyslių procesorių architektūra

Kelių branduolių procesoriaus konstrukcija leidžia palaikyti ryšį tarp visų galimų branduolių, tinkamai padalijant ir paskirstant visas apdorojimo pareigas. Apdoroti duomenys iš kiekvieno branduolio perduodami atgal į kompiuterio pagrindinę plokštę (pagrindinę plokštę) per vieną bendrą šliuzą, kai visos apdorojimo operacijos yra baigtos. Šis metodas pranoksta vieno branduolio centrinį procesorių pagal bendrą našumą.

Kelių branduolių procesoriaus pranašumai

Daugiagysliai procesoriai turi daug privalumų (privalumų), įskaitant:

palyginti java eilutę

Spektaklis

Kelių branduolių procesorius iš prigimties gali atlikti daugiau darbo, palyginti su vieno branduolio procesoriumi. Atstumas tarp integrinio grandyno šerdies leidžia padidinti laikrodžio dažnį. Dėl to signalams nereikia nukeliauti didelio atstumo, kad pasiektų tikslą, be to, jie yra patvarūs. Palyginti su atskiro procesoriaus naudojimu, greitis yra daug didesnis.

Patikimumas

Kelių branduolių procesoriuose programinė įranga visada priskiriama skirtingiems branduoliams. Sugedus vienai programinei įrangai, kitos lieka nepakitusios. Kai atsiranda defektas, jis paveikia tik vieną šerdį. Dėl to kelių branduolių procesoriai geriau atsispiria gedimams.

Programinės įrangos sąveika

Net jei programinė įranga veikia keliuose branduoliuose, ji susisieks viena su kita. Erdvinė ir laiko izoliacija yra procesas, kurį atlieka kelių branduolių procesorius. Dėl šių procesų pagrindinės gijos niekada nevėluojamos.

Daugiafunkcinis darbas

Operacinė sistema gali naudoti kelių branduolių centrinį procesorių, kad vienu metu veiktų du ar daugiau procesų, net jei vienu metu gali būti vykdoma daug programų. Pavyzdžiui, „Photoshop“ programa gali būti naudojama dviem darbams atlikti vienu metu.

Energijos sąnaudos

Kita vertus, atliekant kelias užduotis naudojant kelių branduolių centrinį procesorių, reikia mažiau energijos. Bus naudojama tik ta procesoriaus dalis, kuri generuoja šilumą. Galų gale energijos suvartojimas sumažinamas iki minimumo, todėl akumuliatorius eikvoja mažiau. Kita vertus, kai kurioms operacinėms sistemoms reikia daugiau išteklių, palyginti su kitomis.

Pasenimo vengimas

Naudodami kelių branduolių procesorius architektai gali išvengti technologijų pasenimo ir padidinti priežiūros galimybes. Lustų gamintojai savo kelių branduolių procesoriuose naudoja naujausias technologines pažangas. Didėjant branduolių skaičiui, gauti vieno branduolio lustus darosi vis sunkiau.

Isolation

Kelių branduolių procesoriai gali padidinti (bet negarantuoti) geografinę ir laiko izoliaciją, palyginti su vieno branduolio sistemomis. Mažesnė tikimybė, kad viename branduolyje esanti programinė įranga paveiks kito programinę įrangą, jei abu branduoliai veikia tame pačiame vieno branduolyje. Šis atsiejimas įvyksta dėl geografinės ir laiko izoliacijos (vienos šerdies gijos nėra atidėtos kito šerdies gijomis). Apribojus klaidų poveikį iki vieno branduolio, kelių branduolių apdorojimas gali padidinti patikimumą. Atskirai vykdant mišraus kritiškumo programas, ši padidinta izoliacija yra labai svarbi (saugos, misijos ir saugumo požiūriu).

Kai kurie kiti pagrindiniai kelių branduolių procesoriaus pranašumai:

• Palyginti su vieno branduolio procesoriais, kelių branduolių procesorius gali atlikti daugiau užduočių.
• Mažos energijos sąnaudos atliekant daug veiklų vienu metu.
• Duomenims pasiekti reikia mažiau laiko, nes abu branduoliai yra integruoti į vieną lustą.
• Naudojant nedidelę grandinę, greitį galima padidinti.
• Infekcijų aptikimas naudojant antivirusinę programinę įrangą žaidžiant žaidimą yra kelių užduočių vykdymo pavyzdys.
• Naudodamas žemą dažnį, jis vienu metu gali atlikti daugybę užduočių.
• Palyginti su vieno branduolio procesoriumi, jis gali apdoroti didelius duomenų kiekius.

Daugiagyslių procesorių trūkumai

Išnagrinėsime kai kuriuos kelių branduolių procesoriaus apribojimus (trūkumus), įskaitant:

Taikymo greitis

Nepaisant to, kad kelių branduolių procesorius yra skirtas daugiafunkciniam darbui, jo našumas yra nepakankamas. Ji turi tendenciją peršokti nuo vieno branduolio į kitą kiekvieną kartą, kai apdorojama programa. Dėl to talpykla prisipildo ir padidėja jos greitis.

Drebulys

Didėjant branduolių skaičiui kelių branduolių CPU, atsiranda daugiau trikdžių, todėl atsiranda per daug drebėjimo. Dėl to gali nukentėti jūsų operacinės sistemos programos našumas ir gali atsirasti dažnų gedimų. Tik naudodamas tinkamą sinchronizavimą ir mikrobrandulį vartotojas galės susidoroti su virpesiais.

c# žodynas

Analizė

Kai vienu metu atliekate du ar daugiau dalykų, turėsite naudoti papildomus atminties modelius. Kelių branduolių mašinoje tai apsunkina analizę. Visų pirma sunku nustatyti laiko apribojimus ir jie gali būti netikslūs.

Be to, didėjant branduolių skaičiui, trukdžių analizė tampa sudėtingesnė. Todėl O/S negalės duoti žadėtų rezultatų.

Dalijimasis ištekliais

Kelių branduolių procesorius dalijasi įvairiais ištekliais – tiek vidiniais, tiek išoriniais. Tarp šių išteklių yra tinklai, sistemos magistralės ir pagrindinė atmintis. Todėl bet kuri programa, veikianti tame pačiame branduolyje, turės didesnę tikimybę, kad bus nutraukta. Esant tokiai trukdžių formai, gali atsirasti tiek geografinė, tiek laiko izoliacija.

Programinės įrangos trikdžiai

Dėl dalijimosi ištekliais programinės įrangos trukdžiai gali sukelti erdvinės ir laiko izoliacijos problemų. Jei yra papildomų branduolių, ši galimybė dar labiau padidėja. Jei yra daugiau branduolių, tai reiškia didesnį trukdžių maršrutų skaičių. Beveik neįmanoma ištirti visų galimų trukdžių būdų.

Kai kurie kiti pagrindiniai kelių branduolių procesoriaus apribojimai:

• Nors jame yra keli procesoriai, jis nėra dvigubai greitesnis už paprastą procesorių.
• Valdymo užduotis yra sudėtingesnė, palyginti su vieno branduolio procesoriaus valdymu.
• Kelių branduolių procesoriaus našumas visiškai priklauso nuo užduočių, kurias atlieka vartotojai.
• Jei kiti procesoriai reikalauja linijinio / nuoseklaus apdorojimo, kelių branduolių procesoriai apdorojami ilgiau.
• Akumuliatorius išsikrauna greičiau.
• Jo energijos suvartojimas yra toks didelis, palyginti su paprastesniu procesoriumi.
• Be to, palyginti su vieno branduolio procesoriumi, jis yra brangesnis.

Kodėl naudojamas kelių branduolių procesorius?

Konfigūracija panaši į dviejų branduolių procesorių. Kelių branduolių procesoriai klasifikuojami pagal branduolių skaičių ir branduolių tipus. Kelių branduolių procesoriaus tikslas yra pasiekti puikų našumą. Jis buvo sukurtas siekiant įveikti fizinius vieno branduolio procesoriaus apribojimus.

Palaikomos kelių branduolių procesoriaus operacinės sistemos apima:

• Linux
• „Microsoft Windows“ („Windows XP“ ar naujesnė versija)
• Dauguma BSD pagrįstų sistemų
• Solaris
• Mac OS X

Trumpa kelių branduolių procesorių istorija

Kadangi įmonės, sukūrusios pradinius lustais pagrįstus procesorius, viename luste galėjo įdėti tik vieną procesorių, viename luste jos galėjo tilpti tik vieną procesorių. Tobulėjant lustų gamybos technologijoms, lustų gamintojai sugebėjo sukurti lustus su daugiau grandinių, o galiausiai lustų gamintojai galėjo gaminti lustus su daugiau nei vienu procesoriumi, todėl atsirado kelių branduolių lustas.

nemokama ipconfig

1998 m. pirmąjį kelių branduolių procesorių išrado Stanfordo elektrotechnikos profesorius Kunle Olukotun ir jo mokiniai. Daugiagysliai lustai pirmą kartą buvo komerciškai prieinami 2005 m. iš Advanced Micro Devices (AMD) ir Intel. Nuo to laiko beveik kiekvienas lustų gamintojas pradėjo kurti kelių branduolių procesorius.

Kur naudojami kelių branduolių procesoriai?

Šiais laikais daugelio branduolių procesoriai yra daugumoje įrenginių, tokių kaip planšetiniai kompiuteriai, staliniai kompiuteriai, nešiojamieji kompiuteriai, išmanieji telefonai ir žaidimų sistemos.

Dvi pateiktos pagrindinės parinktys parodo, kaip procesoriaus modelis nepasako visos našumo istorijos. Palyginti su dviejų branduolių i5, keturių branduolių i5 našumas yra iš esmės pranašesnis, o kompiuterio kaina tai atspindės. Visi dabartiniai nešiojamųjų kompiuterių modeliai, skirti i5 modeliui, yra dviejų branduolių, o visi stalinių kompiuterių modeliai yra keturių branduolių. Kadangi nešiojamųjų kompiuterių versijos yra dviejų branduolių, o ne keturių branduolių, nešiojamojo kompiuterio i5 našumas bus prastesnis nei i5 staliniame kompiuteryje. Dviejų branduolių tipas geriau tinka nešiojamiems nešiojamiesiems kompiuteriams, kuriems reikia ilgesnio baterijos veikimo laiko ir jie sunaudoja mažiau energijos, tačiau stalinis kompiuteris naudoja daugiau energijos sunaudojantį procesorių, pavyzdžiui, keturių branduolių modelis, nes jam nereikia baterijos. Kai kurios kelių branduolių procesoriaus programos yra šios:

• Žaidimai su aukšta grafika, pvz., Overwatch ir Star Wars Battlefront, taip pat 3D žaidimai.
• Kelių branduolių procesorius labiau tinka „Adobe Premiere“, „Adobe Photoshop“, „iMovie“ ir kitoms vaizdo įrašų redagavimo programoms.
• Solidworks su kompiuteriniu projektavimu (CAD).
• Didelis tinklo srautas ir duomenų bazių serveriai.
• Pavyzdžiui, pramoniniai robotai yra įterptosios sistemos.