Что такое многоядерный процессор

Обновлено: 02.07.2024

<р>1. Многоядерная система.
Процессор с более чем одним ядром называется многоядерным процессором, а процессор с одним ядром называется одноядерным процессором или однопроцессорным. В настоящее время большинство систем имеют четыре ядра (четырехъядерные) или восемь ядер (восьмиъядерные). Эти ядра могут индивидуально читать и выполнять программные инструкции, создавая ощущение, что компьютерная система имеет несколько процессоров, но на самом деле они являются ядрами, а не процессорами. Инструкции могут быть вычислениями, инструкцией по передаче данных, инструкцией ветвления и т. д. Процессор может выполнять инструкции на отдельных ядрах одновременно. Это увеличивает общую скорость выполнения программы в системе. Таким образом снижается тепловыделение процессора и увеличивается общая скорость выполнения.

Многоядерные системы поддерживают многопоточность и параллельные вычисления. Многоядерные процессоры широко используются во многих областях приложений, включая универсальные, встроенные, сетевые, цифровые процессоры обработки сигналов (DSP) и графические процессоры (GPU). Для реализации ядер следует использовать эффективные программные алгоритмы для достижения более высокой производительности. Программное обеспечение, которое может работать параллельно, предпочтительнее, потому что мы хотим добиться параллельного выполнения с помощью нескольких ядер.

Эти ядра обычно интегрируются в один кристалл ИС (интегральная схема) или в несколько кристаллов, но в одном корпусе микросхемы. Таким образом обеспечивается более высокая согласованность кэша.
Эти системы являются энергоэффективными, поскольку они обеспечивают более высокую производительность при меньшем потреблении энергии. Однако проблема заключается в дополнительных накладных расходах на написание параллельного кода.
У него будет меньше трафика (ядра интегрированы в один чип и потребуется меньше времени).

Двухъядерный процессор не работает с удвоенной скоростью по сравнению с однопроцессорным. Они получают только на 60–80 % больше скорости.
В некоторых операционных системах до сих пор используется одноядерный процессор.
ОС, скомпилированная для многоядерного процессора, будет работать немного медленнее на одноядерном процессоре.

<р>2. Многопроцессорная система:
Два или более процессоров или центральных процессоров, установленных на одном компьютере, совместно использующих системную шину, память и ввод-вывод, называется многопроцессорной системой. Это позволяет параллельное выполнение различных процессоров. Эти системы надежны, поскольку отказ любого отдельного процессора не влияет на другие процессоры. Четырехпроцессорная система может выполнять четыре процесса одновременно, а восьмипроцессорная система может выполнять восемь процессов одновременно. Память и другие ресурсы могут быть общими или распределенными между процессами.

Поскольку одновременно работает более одного процессора, пропускная способность увеличится.
Более надежный, поскольку сбой в одном ЦП не влияет на другой.
Необходима небольшая сложная настройка.
Параллельная обработка (одновременное выполнение нескольких процессов) достигается за счет многопроцессорности.

У него будет больше трафика (расстояния между двумя местами потребуют больше времени).
Пропускная способность может снизиться в системе с общими ресурсами, где один процессор использует часть операций ввода-вывода, а другой процессор должен ждать своей очереди.
По мере того, как в конкретный момент времени работает больше процессоров. Таким образом, координация между ними очень сложна.

Разница между многоядерной и многопроцессорной системой:

Многоядерность — модное словечко для аппаратного обеспечения. Такие компании, как AMD и Intel, выпускают процессоры с большим количеством ядер, чем когда-либо. Они захватывающие, особенно в игровом мире, но нужны ли они вам? Мы изучаем, что именно делают многоядерные процессоры и действительно ли они могут улучшить ваш бизнес.

Что такое многоядерный процессор?

Многоядерный процессор – это компьютерный процессор с двумя или более отдельными процессорными блоками (ЦП), называемыми ядрами, каждый из которых считывает и выполняет программные инструкции, как если бы в компьютере было несколько процессоров.

В одноядерном процессоре производительность ЦП ограничена временем, затрачиваемым на обмен данными с кешем и оперативной памятью. Приблизительно 75% процессорного времени используется для ожидания результатов доступа к памяти. Чтобы повысить производительность своих процессоров, производители выпускают больше многоядерных машин. ЦП с несколькими ядрами может работать значительно лучше, чем одноядерный ЦП с той же скоростью.

Многоядерность позволяет ПК с большей легкостью запускать несколько процессов одновременно, повышая производительность при многозадачности или при работе с мощными приложениями и программами.

Обработка потоков

Поток — это строка данных из программы, которая проходит через процессор компьютера. Каждое приложение создает свои потоки. Когда компьютер выполняет несколько задач, поскольку одноядерный процессор может одновременно управлять одним потоком, система должна быстро переключаться между потоками для обработки данных.

Преимущество наличия нескольких ядер заключается в том, что каждое ядро может одновременно обрабатывать разные потоки данных, что позволяет гораздо быстрее передавать данные в любой момент времени.

Тактовые частоты

Высокая тактовая частота означает более быстрый процессор. Например, четырехъядерный процессор может поддерживать тактовую частоту 3,0 ГГц, а двухъядерный процессор может поддерживать тактовую частоту 3,5 ГГц для каждого процессора. Это означает, что двухъядерный процессор может работать на 14 % быстрее.

Итак, если у вас однопоточная программа, двухъядерный процессор действительно более эффективен. С другой стороны, если ваша программа может использовать все 4 процессора, четырехъядерный процессор будет примерно на 70 % быстрее двухъядерного.

Как это связано с бизнесом?

Когда несколько ядер одновременно работают над инструкциями с более низкой скоростью, чем одно ядро, они достигают неизмеримой скорости обработки. Многоядерные процессоры обеспечивают высокопроизводительные вычисления (HPC). HPC будет выполнять сложные вычисления и разбивать их на более мелкие части. Используя программное обеспечение, каждая часть вычислений может быть решена несколькими ядрами ЦП. Думайте об этом как о разбиении суперкомпьютера на более мелкие, более управляемые строительные блоки, которые затем можно использовать для решения сложных научных задач.

Таким образом, высокопроизводительные вычисления позволяют пользователям выполнять сложные задачи с относительно низким энергопотреблением, что является важным фактором для таких устройств, как ноутбуки, мобильные телефоны или портативные компьютеры, работающие от аккумуляторов. Такой вид энергосбережения и, в конечном счете, снижения затрат — один из способов, который может принести пользу вашему бизнесу.

Если ваш бизнес связан с виртуализацией, базами данных и облаком, вам также могут подойти многоядерные процессоры.

Например, большинству программ для компьютерного рендеринга графики требуется механизм рендеринга, чтобы показать, что происходит в анимации. Тип искусственного интеллекта управляет персонажами, симуляциями и событиями в виртуальной среде. Используя одно ядро, все события должны работать, чередуясь между каждым процессом. Многоядерная обработка необходима для того, чтобы эти инструкции работали без дрожания или чрезвычайно длительного времени обработки.

Это относится не только к виртуализации. Если вы работаете с видео, программы кодирования видео получат существенные преимущества, поскольку рендеринг одного кадра может выполняться отдельными ядрами, а затем объединяться в поток посредством многоядерного процесса.

Для управления базами данных, научного анализа или любых других задач, требующих обработки огромных объемов данных на высоких скоростях, также необходимы высокопроизводительные вычисления, обеспечиваемые многоядерной обработкой.

В принципе, лучше иметь многоядерный процессор, если программа его поддерживает. Обычному пользователю компьютера достаточно четырехъядерного или двухъядерного процессора. Многие бизнес-компьютеры теперь поставляются с ними в стандартной комплектации, хотя большинство пользователей и владельцев бизнеса не увидят реальных преимуществ от использования четырех ядер процессора, поскольку для их использования недостаточно неспециализированного программного обеспечения.

Однако, если вы выполняете сложные задачи, такие как визуализация сложного дизайна, научный анализ, математические программы или редактирование видео на компьютере, вы можете рассмотреть возможность использования процессоров с большим количеством ядер.

Если вам нужна консультация по поводу вашего оборудования и программного обеспечения, свяжитесь с нами сегодня.

О CMI

Мы позаботимся о ваших ИТ, чтобы вы могли сосредоточиться на управлении своим бизнесом. Независимо от того, ищете ли вы комплексную аутсорсинговую услугу ИТ-поддержки или что-то более гибкое, CMI может помочь. Являясь ведущим специалистом в области сетевой безопасности, непрерывности бизнеса, предоставления аппаратного и программного обеспечения, облачных вычислений и интернет-услуг, CMI вот уже 25 лет помогает предприятиям получить конкурентное преимущество с помощью технологий. Позвоните сегодня по телефону 020 8875 7676, чтобы узнать больше и записаться на бесплатную консультацию.

Автор: Даррон Миллар

Даррон ранее был техническим директором BTA, которую CMI приобрела в 2019 году, и является нашим директором по техническим решениям. Он отвечает за реализацию проектов изменений для наших клиентов; что угодно, от небольших проектов модернизации до крупномасштабных проектов трансформации современного рабочего места. Даррон также работает с рядом наших клиентов в качестве их ИТ-директора, предоставляя им свое уникальное сочетание технического и коммерческого опыта. Как заядлый игрок в гольф, его часто можно увидеть на поле для гольфа по выходным (мы думаем, Виктории достаточно его в офисе в течение недели!)

Предыдущее сообщение

Многоядерный процессор — это однопроцессорная микросхема, в которой имеется более одного процессора на одной микросхеме, содержащейся в одном корпусе. Процессор, иногда называемый «ядром», представляет собой схему, которая выполняет инструкции или вычисления.Поскольку многоядерный процессор имеет более одного процессорного блока, он может выполнять вычисления и запускать программы на более высоких скоростях, чем один процессорный чип. Многоядерные процессоры широко используются во многих современных компьютерах, смартфонах и планшетах, благодаря чему наши устройства работают быстрее, чем с одноядерным процессором.

Процессор – это физическая электронная схема, которая запускает или "выполняет" инструкции программ. Содержащийся в компьютере, смартфоне, ноутбуке или другом устройстве процессор является «мозгом» устройства и выполняет математические вычисления, необходимые для функционирования программ и выполнения их работы. Больше процессоров на чипе позволяет производителям устройств разместить большую вычислительную мощность нескольких ядер на пространстве, которое занимает одноядерный процессор, и повысить производительность электронного устройства, будь то компьютер, ноутбук, смартфон или планшет.< /p>

Когда производились первые процессоры на основе микросхем, компании, производившие эти микросхемы, могли разместить только один процессор на одной микросхеме. По мере совершенствования технологии изготовления микросхем производители микросхем получили возможность производить микросхемы с большим количеством схем, и в конечном итоге технология производства достигла точки, когда производители микросхем могли производить микросхемы с более чем одним процессором и создавать многоядерные микросхемы. /p>

Кунле Олукотун, профессор электротехники Стэнфордского университета, и его студенты разработали первый многоядерный чип в 1998 году. Advanced Micro Devices (AMD) и Intel выпустили коммерчески доступные многоядерные чипы в 2005 году. С тех пор практически все производители чипов начали их производство. многоядерные чипы.

Производители процессорных чипов часто используют количество ядер в описательных материалах и спецификациях, чтобы клиенты имели некоторое представление о том, насколько производительны процессоры внутри устройства. Многоядерные процессоры обычно обозначаются количеством ядер, содержащихся в схеме. Двухъядерный процессор называется двухъядерным, трехъядерный процессор называется трехъядерным, четырехъядерный процессор называется четырехъядерным и т. д.

В целом, чем больше ядер у процессора, тем быстрее он будет запускать программы. Но есть и другие факторы, влияющие на способность многоядерного процессора ускорить выполнение программы. Один из них - фактическая скорость, с которой процессор выполняет свои вычисления, а другой - могут ли программы использовать преимущества возможности запуска программного обеспечения. Давайте сначала обсудим скорость процессора.

Процессоры — это электронные схемы, выполняющие математические вычисления. Эти расчеты происходят за доли секунды. Время, необходимое процессору для завершения вычисления, называется циклом. Чем больше циклов в секунду, тем быстрее процессор может выполнять свои вычисления. Большинство современных процессоров измеряются в гигагерцах или миллиардах циклов в секунду. Процессор на два гигагерца выполняет два миллиарда циклов в секунду, а процессор на два с половиной гигагерца выполняет два с половиной миллиарда циклов в секунду.

Двухъядерный процессор с частотой два гигагерца может выполнить в общей сложности четыре миллиарда циклов, по два миллиарда на каждый процессор. Однако, чтобы воспользоваться преимуществами двух ядер, программа должна иметь возможность разделить свою работу между двумя процессорами, чтобы она могла работать на обоих ядрах одновременно. Каждое ядро будет выполнять различные программные вычисления, поэтому остальные будут программой, работающей в два раза быстрее.

Когда в начале 2000-х появились первые многоядерные процессоры, программы просто не были готовы использовать преимущества более быстрых многоядерных процессоров. Однако теперь эти многоядерные процессоры являются распространенным типом процессоров, используемых во многих устройствах, большинство программ и операционных систем были обновлены, чтобы использовать преимущества более высокой скорости, которую обеспечивает многоядерный процессор.

В большинстве современных моделей смартфонов, ноутбуков, настольных компьютеров, планшетов и игровых систем используются многоядерные процессоры.

Два доступных варианта ядер являются примером того, что модель процессора не дает полного представления о производительности. Четырехъядерный i5 будет работать значительно быстрее, чем двухъядерный i5, и эта производительность отразится на цене компьютера. В случае с моделью i5 все текущие модели ноутбуков на момент написания этой статьи являются двухъядерными, а все модели настольных компьютеров — четырехъядерными. Таким образом, i5 в ноутбуке будет иметь более низкую производительность, чем i5 в настольном компьютере, потому что модели ноутбуков только двухъядерные, а не четырехъядерные. Двухъядерная модель потребляет меньше энергии и оптимизирована для портативных ноутбуков, которым требуется более длительное время автономной работы, в то время как настольному компьютеру не нужно беспокоиться о времени автономной работы, и он может использовать процессор, который потребляет больше энергии, например четырехъядерную модель.< /p>

Многоядерные процессоры предлагают пользователям компьютеров и техники более мощные процессоры в меньшем корпусе и по более низкой цене. Их преимущества сделали использование всех типов технологических устройств повсеместным в нашей повседневной жизни.По мере совершенствования методов производства мы, несомненно, увидим больше ядер и более быстрых вычислительных устройств и меньшего размера.

Число ядер – это лишь один из факторов, который следует учитывать при поиске эффективного компьютера

Марк Кирнин — бывший писатель Lifewire, эксперт по компьютерным сетям и Интернету, который также специализируется на компьютерном оборудовании.

Крис Селф (Chris Selph) — сертифицированный CompTIA преподаватель технологии и профессиональный преподаватель информационных технологий. Он также работает администратором сети и сервера и выполняет обслуживание и ремонт компьютеров для многочисленных клиентов.

В этой статье

Перейти к разделу

Добавление нескольких ядер к одному процессору дает значительные преимущества благодаря многозадачности современных операционных систем. Однако в некоторых случаях существует верхний практический предел количества ядер, обеспечивающих улучшения, относительно стоимости их добавления.

Многоядерные технологии

Многоядерные процессоры используются в персональных компьютерах с начала 2000-х годов. Многоядерные конструкции решали проблему процессоров, достигающих потолка своих физических ограничений с точки зрения их тактовой частоты и того, насколько эффективно они могут охлаждаться и при этом сохранять точность. Переместив дополнительные ядра на один чип процессора, производители избежали проблем с тактовой частотой, эффективно умножив объем данных, которые мог обрабатывать ЦП.

Когда они изначально были выпущены, производители предлагали всего два ядра в одном процессоре, но теперь есть варианты с четырьмя, шестью и даже 10 и более. Помимо добавления ядер, технологии одновременной многопоточности, такие как Intel Hyper-Threading, могут удвоить количество виртуальных ядер, которые видит операционная система.

Процессы и потоки

Процесс — это конкретная задача, например программа, работающая на компьютере. Процесс состоит из одного или нескольких потоков.

поток — это просто отдельный поток данных от программы, проходящий через процессор компьютера. Каждое приложение генерирует свои собственные потоки «один или несколько» в зависимости от того, как оно работает. Без многозадачности одноядерный процессор может одновременно обрабатывать только один поток, поэтому система быстро переключается между потоками для обработки данных, казалось бы, параллельным образом.

Преимущество наличия нескольких ядер заключается в том, что система может обрабатывать более одного потока одновременно. Каждое ядро может обрабатывать отдельный поток данных. Эта архитектура значительно повышает производительность системы, в которой выполняются параллельные приложения. Поскольку серверы, как правило, одновременно запускают множество приложений, технология изначально разрабатывалась для корпоративных клиентов, но по мере того, как персональные компьютеры становились все более сложными и многозадачными, они также выигрывали от наличия дополнительных ядер.

Однако каждый процесс управляется основным потоком, который может занимать только одно ядро. Таким образом, относительная скорость такой программы, как игра или средство визуализации видео, жестко ограничена возможностями ядра, потребляемого основным потоком. Первичный поток может полностью делегировать вторичные потоки другим ядрам, но игра не станет в два раза быстрее, если вы удвоите количество ядер. Таким образом, нет ничего необычного в том, что игра полностью использует одно ядро (первичный поток), но видит лишь частичное использование других ядер для вторичных потоков. Никакое удвоение ядер не может обойти тот факт, что основное ядро является ограничителем скорости для вашего приложения, а приложения, чувствительные к этой архитектуре, будут работать лучше, чем приложения, которые этого не делают.

Зависимость от программного обеспечения

Несмотря на то, что концепция многоядерных процессоров кажется привлекательной, в этой технологии есть существенная оговорка. Чтобы воспользоваться всеми преимуществами использования нескольких процессоров, программное обеспечение, работающее на компьютере, должно быть написано с поддержкой многопоточности. Без программного обеспечения, поддерживающего такую функцию, потоки будут в основном выполняться через одно ядро, что снижает общую эффективность компьютера. В конце концов, если он может работать только на одном ядре четырехъядерного процессора, на самом деле может быть быстрее запустить его на двухъядерном процессоре с более высокой базовой тактовой частотой.

Все основные современные операционные системы поддерживают многопоточность. Но многопоточность также должна быть прописана в прикладном программном обеспечении. Поддержка многопоточности в потребительском программном обеспечении с годами улучшилась, но для многих простых программ поддержка многопоточности все еще не реализована из-за сложности сборки программного обеспечения. Например, почтовая программа или веб-браузер вряд ли увидят такие огромные преимущества многопоточности, как программа для редактирования графики или видео, где компьютер выполняет сложные вычисления.

Хорошим примером, объясняющим эту тенденцию, является обычная компьютерная игра. Большинству игр требуется какой-либо механизм рендеринга для отображения того, что происходит в игре. Кроме того, некий искусственный интеллект управляет событиями и персонажами в игре. В случае одноядерного процессора обе задачи выполняются путем переключения между ними. Такой подход неэффективен. Если бы в системе было несколько процессоров, рендеринг и ИИ могли бы выполняться на отдельном ядре — идеальная ситуация для многоядерного процессора.

8 > 4 > 2?

Выход за пределы двух ядер дает смешанные преимущества, учитывая, что ответ для любого конкретного покупателя компьютера зависит от программного обеспечения, которое он или она обычно использует. Например, многие классические игры по-прежнему имеют небольшую разницу в производительности между двумя и четырьмя ядрами. Даже современные игры, некоторые из которых якобы требуют или поддерживают восемь ядер, могут работать не лучше, чем шестиядерная машина с более высокой базовой тактовой частотой, учитывая, что эффективность основного потока определяет эффективность многопоточной производительности.

С другой стороны, программа кодирования видео, которая перекодирует видео, скорее всего, получит огромные преимущества, поскольку рендеринг отдельных кадров может передаваться на разные ядра, а затем программным обеспечением объединяться в единый поток. Таким образом, наличие восьми ядер будет еще более выгодным, чем наличие четырех. В сущности, основной поток не нуждается в сравнительно больших ресурсах; вместо этого он может передать тяжелую работу дочерним потокам, которые максимально используют ядра процессора.

Тактовые частоты

В общих чертах, более высокая тактовая частота означает более быстрый процессор. Тактовые частоты становятся более туманными, если рассматривать скорости относительно нескольких ядер, потому что процессоры обрабатывают несколько потоков данных благодаря дополнительным ядрам, но каждое из этих ядер будет работать на более низких скоростях из-за тепловых ограничений.

Например, двухъядерный процессор может поддерживать базовую тактовую частоту 3,5 ГГц для каждого процессора, а четырехъядерный процессор может работать только на частоте 3,0 ГГц. Просто взглянув на одно ядро на каждом из них, двухъядерный процессор на 14 процентов быстрее, чем четырехъядерный. Таким образом, если у вас есть программа, которая является только однопоточной, двухъядерный процессор на самом деле более эффективен. Опять же, если ваше программное обеспечение может использовать все четыре процессора, четырехъядерный процессор фактически будет примерно на 70 процентов быстрее, чем двухъядерный процессор.

Выводы

В большинстве случаев лучше иметь процессор с большим числом ядер, если ваше программное обеспечение и типичные варианты использования поддерживают его. По большей части двухъядерного или четырехъядерного процессора будет более чем достаточно для обычного пользователя компьютера. Большинство потребителей не увидят ощутимых преимуществ от выхода за пределы четырех ядер процессора, потому что от этого выигрывает очень мало неспециализированного программного обеспечения. Процессоры с большим числом ядер лучше всего подходят для машин, которые выполняют сложные задачи, такие как редактирование видео на рабочем столе, некоторые формы высокопроизводительных игр или сложные научные и математические программы.

Познакомьтесь с нашими мыслями о том, какая скорость ПК мне нужна? чтобы лучше понять, какой тип процессора лучше всего соответствует вашим вычислительным потребностям.

Читайте также: