Его компонент загружает процессор

Обновлено: 03.07.2024

Помимо рендеринга графики и обработки видео, игры являются одной из самых ресурсоемких задач, которые вы можете выполнять на своем компьютере. Современные игры — это прекрасные произведения искусства, наполненные захватывающей дух графикой, плавной анимацией и множеством мельчайших деталей для создания идеальной вымышленной среды. Независимо от того, какой жанр больше всего интересует игроков, есть большая вероятность, что ваши любимые игры потребуют значительных ресурсов, чтобы доставить незабываемые впечатления.

В то время как ваш GPU возьмет на себя большую часть тяжелой работы с графикой, CPU управляет логикой. Это жизненно важный компонент, который влияет на общую производительность вашего компьютера. Отслеживание использования ЦП имеет первостепенное значение.

Чрезмерно высокая загрузка ЦП может привести к серьезным проблемам с производительностью во время игры. Кроме того, слишком большая нагрузка на этот критический компонент может привести к перегреву, долговременному повреждению внутренних компонентов и многим другим проблемам.

В связи с этим возникает вопрос: какова должна быть загрузка процессора во время игры? В этом руководстве мы разберем эту сложную проблему и дадим вам важную информацию, которая поможет обеспечить бесперебойную работу вашего компьютера независимо от того, во что вы играете.

Основы использования ЦП

ЦП, пожалуй, самый важный компонент вашего компьютера. Это не единственный процессор. Современные устройства переполнены процессорными блоками для решения широкого круга задач. Однако важность процессора заключена в его названии. Это центральный процессор, который позволяет вашему компьютеру взаимодействовать со всеми установленными приложениями и программами.

Думайте об этом как о мозге операции. Он управляет сложными задачами за кулисами, обеспечивая удобство работы с внешним интерфейсом.

Термин «Использование ЦП» относится к возможностям его производительности. Обычно представленное в процентах, цифра указывает степень вычислительной мощности компонента в любой момент времени.

Коэффициент использования зависит от того, чем вы занимаетесь. Например, простаивающий компьютер обычно имеет какие-то фоновые процессы. Но поскольку вы ничего не делаете активно, загрузка ЦП обычно составляет от двух до четырех процентов. Если открыть свой любимый интернет-браузер и посетить сайты социальных сетей, эта цифра может возрасти примерно до 15 %.

Более интенсивные задачи требуют большей загрузки ЦП. Игры — это лишь один из примеров ресурсоемкой работы, но вы также будете испытывать всплески при редактировании фотографий, запуске рабочих приложений и т. д.

Важно помнить, что процессоры бывают самых разных спецификаций и конструкций. Компьютеры могут иметь компоненты с низкими характеристиками, которые могут выполнять только основные задачи. В качестве альтернативы они могут использовать новейшие многоядерные устройства, которые справятся с любыми задачами!

Из-за большого разнообразия загрузка ЦП у всех разная. Вот почему мы используем проценты использования вместо количественных показателей. Например, 80-процентная загрузка процессора с низкими характеристиками — это не то же самое, что 80-процентная загрузка многоядерного процессора. Тем не менее коэффициент использования ЦП по-прежнему дает вам хорошее представление о том, насколько вы нагружаете аппаратное обеспечение.

Технологический ландшафт постоянно меняется, и мы видим новые способы, с помощью которых процессоры могут полностью раскрыть свой потенциал. От многоядерных конструкций до поддержки многопоточности — процессоры стали более производительными, чем когда-либо. Но, как и все остальное на вашем ПК, у них есть свои ограничения! Независимо от того, насколько мощными являются ваши ЦП, мониторинг использования имеет первостепенное значение.

Идеальная загрузка ЦП для игр

С технической точки зрения процессоры вполне способны довести коэффициент использования до 100 %. Жестких ограничений производительности не существует, что позволяет вам в полной мере использовать каждую каплю вычислительной мощности, которая у вас есть. На самом деле, многие современные процессоры имеют набор отказоустойчивых мер для предотвращения повреждений.

При всем при этом нецелесообразно доводить загрузку процессора до 100 %. Для графического процессора или графического процессора это совершенно нормально. Но ваш процессор выполняет гораздо больше, чем просто игровые функции. Все вращается вокруг центрального процессора. Компонент командного центра отвечает за доступ к памяти, сообщает графическому процессору, что делать, и многое другое. Он также должен запускать фоновые процессы, чтобы ваш компьютер работал.

Если 100 % вычислительной мощности уходит исключительно на вашу игру, на все остальное ничего не остается. Это может стать настоящей привязкой к вашему устройству.

Какова наибольшая загрузка ЦП для игр? В конечном счете все зависит от типа игры, в которую вы играете.

Для менее требовательных игр от 30 до 50 % – хороший примерный показатель. Но для ресурсоемких игр класса ААА? Мы рекомендуем доходить до 80 процентов макс. Можно выйти за рамки этого, но оставление около 20 процентов для других процессов поможет предотвратить проблемы с производительностью и головную боль в будущем.

Риски высокой загрузки ЦП

Вы не хотите, чтобы процессор выходил за его пределы.Большинство опытных геймеров и компьютерных специалистов не просто так рекомендуют 80-процентную загрузку процессора. Эти дополнительные 20 процентов обеспечивают достаточно места для маневра для любых фоновых процессов и периодической загрузки ЦП.

Что произойдет, если использование достигнет 100 процентов? Сначала у вас может не возникнуть никаких проблем! В конце концов, максимальная вычислительная мощность догонит компонент. Неэффективность станет очевидной. В конечном итоге ваш компьютер может зависнуть или вообще выйти из строя. При 100-процентном значении вы можете даже начать наблюдать падение качества графики, поскольку в работе GPU полагается на CPU.

Еще одна важная проблема – температура.

ЦП очень быстро нагреваются. Электрические сигналы проходят через процессоры и превращаются в тепловую энергию. Как вы понимаете, тепло напрямую связано с вычислительной мощностью. Поскольку устройство усерднее выполняет задачи, оно потребляет гораздо больше электроэнергии!

Вопреки распространенному мнению, процессоры не так легко повредить из-за перегрева. Они более чем способны выдерживать экстремальные температуры. Но, как всегда, есть ограничения. Ожидается все, что ниже 60 градусов по Цельсию или 140 градусов по Фаренгейту. Однако проблемы могут возникать по мере того, как ситуация накаляется.

От 70 до 80 градусов по Цельсию (от 158 до 175 градусов по Фаренгейту) является безопасным диапазоном для игр. Это указывает на то, что процессор усердно работает, но не стоит беспокоиться о длительных проблемах. Ситуация меняется, когда температура поднимается выше 80 градусов по Цельсию. При температуре 90 градусов Цельсия (194 градуса по Фаренгейту) вы попадаете в опасную зону.

На данный момент повреждение процессора неизбежно. Вы можете столкнуться с внезапным сбоем, который сделает ваш компьютер бесполезным. С другой стороны, высокие температуры могут снизить общий срок службы компонента. В любом случае, сильная жара — это не то, что вам нужно.

На вашем компьютере, вероятно, предусмотрены меры по охлаждению процессора. Если вы начнете замечать, что температуры поднимаются до подозрительно высоких уровней без существенных изменений в уровнях ЦП, вам необходимо проверить эти методы охлаждения. Повторное нанесение термопасты или инвестиции в более эффективную систему охлаждения могут помочь снизить температуру процессора.

Рекомендуется не отключать наложение мониторинга во время игры. Он должен измерять загрузку и температуру процессора. Использование ОЗУ и графического процессора также может быть полезным.

Узкие места ЦП

Узкие места возникают в результате высокой загрузки ЦП. Когда возникает узкое место, ЦП перегружается и не имеет средств для достаточно быстрой обработки и передачи данных. В свою очередь, вся система работает медленнее.

Обычно вы можете сказать, что ваш ЦП перегружен из-за низкой производительности. Взгляд на коэффициенты использования также отражает эту проблему. Показатель использования ЦП будет очень высоким, намного превосходя ГП.

Интересно, что узкое место может возникнуть даже после того, как вы перестанете играть! Одним из механизмов защиты ЦП от повреждений является регулирование производительности. При повышении температуры процессор автоматически снижает свою производительность, чтобы дать ему время на восстановление. Узкие места после закрытия игры, вероятно, являются побочным продуктом этого процесса.

Важно избегать узких мест. Они могут привести не только к резкому падению производительности, но и к внезапным сбоям, которые могут повредить вашу систему.

Советы по снижению загрузки ЦП во время игры

Были ли у вас проблемы с удержанием загрузки ЦП ниже 80-процентного порога? Перед обновлением вашего устройства, вот несколько вещей, которые вы можете сделать, чтобы обеспечить бесперебойную работу вашего компьютера.

Уменьшить количество фоновых процессов

Прежде чем начать играть, подготовьте свой процессор к предстоящей задаче. Откройте диспетчер задач. Вы можете найти его в панели управления или щелкнув правой кнопкой мыши на панели задач. После открытия перейдите на вкладку «Процессы» вверху.

В этом окне вы можете видеть все, что делает ваш компьютер. Столбец «ЦП» показывает общее использование. Прокручивая вниз, вы можете увидеть, какие приложения используют ЦП и сколько энергии они потребляют. Когда вы открываете новое приложение, оно появляется по мере увеличения загрузки ЦП.

Чтобы свести к минимуму нагрузку на процессор, закройте все ненужные программы. Вы можете сделать это прямо из диспетчера задач.

Обратите пристальное внимание на любые фоновые ресурсы. Вы можете увидеть значительное использование интернет-браузера. Фоновая реклама или скрытые видео печально известны тем, что потребляют вычислительную мощность. Закройте все это и максимально уменьшите общую загрузку процессора. Это дает достаточно места для маневра, чтобы справиться с игрой, не выходя за пределы максимума.

Изменить настройки графики и производительности

Действительно ли вам нужно, чтобы все игровые настройки были максимальными? Есть большая вероятность, что игра по-прежнему будет выглядеть потрясающе, если вы отключите некоторые из более посторонних функций.

Графический процессор обеспечивает большую часть графической точности, но центральный процессор по-прежнему играет большую роль. Осветительные двигатели особенно обременительны. То же самое касается чрезмерных текстур и мельчайших деталей.

Подумайте о том, чтобы немного уменьшить некоторые из этих игровых настроек. Вы можете даже не заметить разницы. Однако загрузка ЦП может немного снизиться, что избавит вас от чрезмерной нагрузки на процессор.

Проверьте драйвер графического процессора

Наконец, обратите внимание на драйвер графического процессора. Устаревшие драйверы часто вызывают всплеск загрузки ЦП. Если их не устранить, они также могут быть причиной сбоев и зависаний.

Обновите драйверы до последней версии. Если это не вариант, удалите и переустановите их. Виновником могут быть поврежденные файлы драйверов.

Заключение

Управление использованием ЦП вашего компьютера во время игры может иметь большое значение. Даже если вы не самый технически подкованный человек, простые наложения мониторинга помогут вам отслеживать этот важнейший параметр производительности.

Это поможет вам в полной мере использовать возможности ЦП, не выходя за его пределы и не раздвигая его слишком далеко. Игры иногда требуют балансировки ресурсов. Из всех ресурсов, на которые следует обратить внимание, использование ЦП находится в верхней части списка.

Есть ли один процесс, потребляющий почти все ресурсы ЦП? Вот как исправить высокую загрузку ЦП.

Центральный процессор (ЦП) — это мозг ПК. Все основные компоненты системы, такие как видеокарта и оперативная память, зависят от инструкций ЦП. Это делает правильно функционирующий процессор важной частью каждого игрового ПК.

Когда игра зависает или вылетает, открытые приложения перестают реагировать на новые действия или программы открываются с черепашьей скоростью, причиной может быть ненормально высокая загрузка ЦП. Давайте рассмотрим, как исправить высокую загрузку ЦП в Windows* 10.

1. Перезагрузить

Первый шаг: сохраните свою работу и перезагрузите компьютер. «Выключите и снова включите» — классический совет по устранению неполадок не просто так. Это может решить проблему, особенно если с момента последней перезагрузки прошло много времени — перезагрузка может очистить временные файлы и потенциально устранить замедление в длительно выполняющихся процессах.

2. Завершить или перезапустить процессы

Откройте диспетчер задач (CTRL+SHIFT+ESCAPE). Если программа снова начала увеличивать загрузку ЦП даже после перезапуска, Диспетчер задач предлагает один из самых простых способов отследить это.

Обратите внимание, что полноэкранные программы, такие как игры, иногда отвлекают внимание от диспетчера задач (скрывая его за собственным окном). Чтобы предотвратить это, нажмите «Параметры» в верхней строке меню, затем выберите «Всегда сверху». Если у вас есть второй монитор, вы также можете просто перетащить на него окно диспетчера задач.

Открыв Диспетчер задач, нажмите вкладку «Процессы» вверху. Нажмите «Подробнее» внизу этой вкладки, чтобы открыть фоновые процессы Windows. Найдите столбец «ЦП» в верхней части вкладки «Процессы» и щелкните его, чтобы упорядочить по загрузке ЦП:

Вы можете ожидать высокой загрузки ЦП при игре в некоторые игры, запуске приложения для редактирования видео или потоковой передачи, выполнении антивирусного сканирования или жонглировании многими вкладками браузера. Если вы сталкиваетесь с такой ежедневной нагрузкой на ЦП, вам следует закрыть все фоновые программы и вкладки, которые вы не используете, а затем вернуться в Диспетчер задач и посмотреть, не изменилась ли ситуация.

Важно помнить, что высокая загрузка ЦП при многозадачности может быть нормальным явлением. Современные процессоры справляются с многозадачными ситуациями, разделяя процессы между несколькими процессорными ядрами, которые одновременно выполняют разные наборы инструкций. Технология Intel® Hyper-Threading (технология Intel® HT) делает еще один шаг вперед, создавая несколько «потоков» выполнения в каждом ядре, каждый из которых обрабатывает разные процессы. Если ресурсоемкая программа, такая как Adobe Premiere, использует высокую загрузку ЦП, возможно, она просто эффективно использует доступные ядра ЦП.

Технология Intel® Turbo Boost также может помочь в обработке тяжелых рабочих нагрузок за счет динамического увеличения частоты ЦП. В семействе процессоров Intel® Core™ серии X есть еще один инструмент, помогающий избежать замедления работы, поскольку их технология Intel® Turbo Boost Max 3.0 автоматически назначает самые сложные задачи самым быстрым процессорным ядрам, а также повышает частоту этих ядер.

Эти процессорные технологии могут значительно повысить скорость многозадачности и использования ресурсоемких программ, но все же могут возникать ситуации с ненормальной загрузкой ЦП. Если вы видите фоновый процесс с именем, например Runtime Broker, Windows Session Manager или Cortana, в верхней части столбца ЦП, когда вы достигаете 100% загрузки ЦП, у вас возникла проблема.

Эти процессы Windows предназначены для использования очень небольшого количества вашей вычислительной мощности или памяти в обычных условиях — вы часто увидите, что они используют 0 % или 1 % в диспетчере задач. Когда ваш компьютер простаивает, все эти процессы вместе обычно используют менее 10% мощности вашего процессора.Однако ошибочное или неожиданное поведение — например, один процесс Windows пытается и повторяет попытку выполнить действие поиска, которое было отключено в другом месте — иногда может привести к тому, что процесс съест почти все ресурсы вашей системы.

После того, как вы открыли Диспетчер задач и обнаружили, что процесс неожиданно использует часть процессорного времени, выполните поиск в Интернете, чтобы идентифицировать его. Вы не хотите останавливать такие процессы, как explorer.exe (который управляет многими графическими элементами, такими как рабочий стол и меню «Пуск») или winlogon.exe (задачи запуска и экран CTRL+ALT+DEL), если у вас нет веской причины.

После того как вы определили процесс как некритичный (и, опять же, проверили, что вы сохранили все, над чем работали), нажмите на процесс, чтобы выбрать его, затем нажмите «Завершить процесс» в правом нижнем углу «Задачи». Управляющий делами. End Process приведет к завершению программы без сохранения.

Наследие более ранних разработок, таких как разностная машина Бэббиджа и перфокартные системы мейнфреймов 1970-х годов, оказывают значительное влияние на современные компьютерные системы. В своей первой статье из этой исторической серии «История компьютеров и современные компьютеры для системных администраторов» я обсудил несколько предшественников современного компьютера и перечислил характеристики, определяющие то, что мы сегодня называем компьютером.

В этой статье я расскажу о центральном процессоре (ЦП), включая его компоненты и функциональные возможности. Многие темы относятся к первой статье, поэтому обязательно прочитайте ее, если вы еще этого не сделали.

Центральный процессор (ЦП)

ЦП современных компьютеров — это воплощение «мельницы» в разностной машине Бэббиджа. Термин центральный процессор возник еще в далекие компьютерные времена, когда в одном массивном корпусе содержалась схема, необходимая для интерпретации программных инструкций машинного уровня и выполнения операций с предоставленными данными. Центральный процессор также завершил всю обработку всех подключенных периферийных устройств. Периферийные устройства включали принтеры, устройства чтения карт и ранние устройства хранения, такие как барабаны и дисководы. Современные периферийные устройства сами обладают значительной вычислительной мощностью и разгружают некоторые задачи обработки с ЦП. Это освобождает ЦП от задач ввода-вывода, так что его мощность применяется к основной задаче под рукой.

Ранние компьютеры имели только один ЦП и могли выполнять только одну задачу за раз.

Сегодня мы сохраняем термин ЦП, но теперь он относится к процессорному пакету на типичной материнской плате. На рис. 1 показан стандартный пакет процессоров Intel.

Рис. 1. Процессор Intel Core i5 (Джуд МакКрени, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0).

Здесь действительно не на что смотреть, кроме самого пакета процессора. Пакет процессора представляет собой микросхему, содержащую процессор(ы), запечатанную внутри металлического контейнера и установленную на небольшой печатной плате (ПК). Пакет просто вставляется в гнездо ЦП на материнской плате и фиксируется с помощью фиксирующего рычага. Процессорный кулер крепится к корпусу процессора. Существует несколько различных физических разъемов с определенным количеством контактов, поэтому, если вы собираете свои собственные компьютеры, очень важно подобрать правильный корпус, подходящий для разъема материнской платы.

Как работает процессор

Давайте рассмотрим ЦП более подробно. На рис. 2 представлена концептуальная схема гипотетического ЦП, позволяющая упростить визуализацию компонентов. ОЗУ и системные часы заштрихованы, поскольку они не являются частью ЦП и показаны только для ясности. Кроме того, никакие связи между тактовым генератором ЦП и блоком управления и компонентами ЦП не используются. Достаточно сказать, что сигналы от тактового генератора и блока управления являются неотъемлемой частью любого другого компонента.

Рисунок 2. Упрощенная концептуальная схема типичного процессора.

Этот дизайн не выглядит особенно простым, но на самом деле все еще сложнее. Этой цифры достаточно для наших целей, но она не слишком сложная.

Арифметико-логическое устройство

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) выполняет арифметические и логические функции, за которые отвечает компьютер.A и B регистры содержат входные данные, а накопитель получает результат операции. Регистр инструкций содержит инструкцию, которую должен выполнить АЛУ.

Например, при добавлении двух чисел одно число помещается в регистр A, а другое — в регистр B. АЛУ выполняет сложение и помещает результат в аккумулятор. Если операция логическая, сравниваемые данные помещаются в регистры ввода. Результат сравнения, 1 или 0, помещается в аккумулятор. Независимо от того, является ли это логической или арифметической операцией, содержимое накопителя затем помещается в ячейку кэша, зарезервированную программой для результата.

Существует еще один тип операций, выполняемых ALU. Результатом является адрес в памяти, который используется для вычисления нового местоположения в памяти, чтобы начать загрузку инструкций. Результат помещается в регистр указателя команд.

Регистр инструкций и указатель

Указатель инструкции указывает место в памяти, содержащее следующую инструкцию, которую должен выполнить ЦП. Когда ЦП завершает выполнение текущей инструкции, следующая инструкция загружается в регистр инструкций из ячейки памяти, на которую указывает указатель инструкции.

После загрузки инструкции в регистр инструкций указатель регистра инструкций увеличивается на один адрес инструкции. Увеличение позволяет ему быть готовым к перемещению следующей инструкции в регистр инструкций.

Кэш

ЦП никогда не обращается напрямую к ОЗУ. Современные процессоры имеют один или несколько уровней кеша. Способность ЦП выполнять вычисления намного быстрее, чем способность ОЗУ передавать данные ЦП. Причины этого выходят за рамки этой статьи, но я расскажу об этом подробнее в следующей статье.

Кэш-память быстрее системной ОЗУ и ближе к ЦП, поскольку находится на кристалле процессора. Кэш обеспечивает хранение данных и инструкции, чтобы ЦП не ждал, пока данные будут извлечены из ОЗУ. Когда центральному процессору нужны данные (а инструкции программы также считаются данными), кэш определяет, имеются ли уже данные, и предоставляет их центральному процессору.

Если запрошенных данных нет в кеше, они извлекаются из ОЗУ и с помощью алгоритмов прогнозирования перемещают больше данных из ОЗУ в кеш. Контроллер кэша анализирует запрошенные данные и пытается предсказать, какие дополнительные данные потребуются из оперативной памяти. Он загружает ожидаемые данные в кеш. Храня некоторые данные ближе к ЦП в кеше, который быстрее, чем ОЗУ, ЦП может оставаться занятым и не тратить циклы на ожидание данных.

Наш простой ЦП имеет три уровня кэша. Уровни 2 и 3 предназначены для прогнозирования того, какие данные и программные инструкции потребуются в следующий раз, для перемещения этих данных из ОЗУ и перемещения их как можно ближе к ЦП, чтобы они были готовы, когда это необходимо. Эти размеры кэша обычно варьируются от 1 МБ до 32 МБ в зависимости от скорости и предполагаемого использования процессора.

Кэш уровня 1 расположен ближе всего к центральному процессору. В нашем процессоре есть два типа кеша L1. L1i — это кэш инструкций, а L1d — кэш данных. Размер кэша уровня 1 обычно составляет от 64 КБ до 512 КБ.

Блок управления памятью

Блок управления памятью (MMU) управляет потоком данных между основной памятью (ОЗУ) и ЦП. Он также обеспечивает защиту памяти, необходимую в многозадачных средах, и преобразование адресов виртуальной памяти в физические адреса.

Часы процессора и блок управления

Все компоненты ЦП должны быть синхронизированы для бесперебойной совместной работы. блок управления выполняет эту функцию со скоростью, определяемой тактовой частотой, и отвечает за управление операциями других блоков с помощью сигналов синхронизации, которые распространяются на ЦП.< /p>

Оперативная память (ОЗУ)

Хотя ОЗУ или основное хранилище показаны на этой и следующей диаграммах, на самом деле они не являются частью ЦП. Его функция заключается в хранении программ и данных, чтобы они были готовы к использованию, когда они потребуются процессору.

Как это работает

ЦП работают по циклу, который управляется блоком управления и синхронизируется с часами ЦП. Этот цикл называется циклом инструкций ЦП и состоит из ряда компонентов выборки/декодирования/выполнения. Инструкция, которая может содержать статические данные или указатели на переменные данные, извлекается и помещается в регистр инструкций. Команда декодируется, и любые данные помещаются в регистры данных A и B. Инструкция выполняется с использованием регистров A и B, а результат помещается в аккумулятор. Затем ЦП увеличивает значение указателя инструкции на длину предыдущего и начинает заново.

Базовый цикл инструкций ЦП выглядит следующим образом.

Рисунок 3. Базовый цикл инструкций ЦП.

Потребность в скорости

Хотя базовый ЦП работает хорошо, ЦП, работающие в этом простом цикле, можно использовать еще эффективнее. Существует несколько стратегий повышения производительности ЦП, и здесь мы рассмотрим две из них.

Ускорение цикла инструкций

Одной из проблем, с которой столкнулись первые разработчики ЦП, была трата времени на различные компоненты ЦП. Одной из первых стратегий повышения производительности ЦП было перекрытие частей цикла инструкций ЦП для более полного использования различных частей ЦП.

Например, когда текущая инструкция декодирована, следующая извлекается и помещается в регистр инструкций. Как только это произошло, указатель инструкции обновляется адресом памяти следующей инструкции. Использование перекрывающихся циклов команд показано на рисунке 4.

Рисунок 4. Цикл инструкций ЦП с перекрытием.

Этот дизайн выглядит красиво и плавно, но такие факторы, как ожидание ввода-вывода, могут нарушить поток. Отсутствие правильных данных или инструкций в кэше требует, чтобы MMU находил правильные данные и перемещал их в ЦП, а это может занять некоторое время. Для выполнения некоторых инструкций также требуется больше циклов ЦП, чем для других, что мешает плавному перекрытию.

Тем не менее, это мощная стратегия повышения производительности ЦП.

Гиперпоточность

Еще одна стратегия повышения производительности ЦП — гиперпоточность. Гиперпоточность заставляет одно ядро процессора работать как два процессора, предоставляя два потока данных и инструкций. Добавление второго указателя инструкций и регистра инструкций к нашему гипотетическому ЦП, как показано на рис. 5, заставляет его функционировать как два ЦП, выполняя два отдельных потока инструкций в течение каждого командного цикла. Кроме того, когда один поток выполнения останавливается в ожидании данных (опять же, инструкции также являются данными), второй поток выполнения продолжает обработку. Каждое ядро, реализующее гиперпоточность, эквивалентно двум ЦП по способности обрабатывать инструкции.

Рис. 5. Концептуальная схема ЦП с технологией Hyper-Threading.

Помните, что это очень упрощенная схема и объяснение нашего гипотетического процессора. Реальность гораздо сложнее.

Дополнительная терминология

Я столкнулся с множеством различных терминов ЦП. Чтобы более точно определить терминологию, давайте рассмотрим сам ЦП с помощью команды lscpu.

Процессор Intel, показанный выше, представляет собой корпус, который подключается к одному разъему на материнской плате. Пакет процессора содержит шесть ядер. Каждое ядро поддерживает гиперпоточность, поэтому каждое из них может одновременно запускать два потока, что в сумме дает 12 ЦП.

Ядро. Ядро — это наименьшая единица физического оборудования, способная выполнять задачу обработки. Он содержит одно АЛУ и один или два набора вспомогательных регистров. Второй набор регистров и поддерживающих схем обеспечивает гиперпоточность. Одно или несколько ядер можно объединить в один физический пакет.
ЦП. Логический аппаратный блок, способный обрабатывать один поток выполнения. Современное использование термина центральный процессор относится к общему количеству потоков, которые процессорный пакет может выполнять одновременно. Одноядерный процессор, не поддерживающий гиперпоточность, эквивалентен одному процессору. В этом случае ЦП и ядро являются синонимами. Процессор Hyper-Threading с одним ядром является функциональным эквивалентом двух процессоров. Процессор с поддержкой технологии Hyper-Threading с восемью ядрами функционально эквивалентен 16 процессорам.
Пакет – физический компонент, содержащий одно или несколько ядер, как показано на рис. 1 выше.
Процессор. 1) Устройство, которое обрабатывает инструкции программы для обработки данных. 2) Часто используется как синоним пакета.
Сокет. Иногда используется как синоним пакета, но более точно относится к физическому сокету на материнской плате, в который вставляется корпус процессора.

Термины сокет, процессор и пакет часто используются взаимозаменяемо, что может вызвать некоторую путаницу.Как видно из приведенных выше результатов команды lscpu, Intel предоставляет нам собственную терминологию, и я считаю ее авторитетным источником. На самом деле мы все используем эти термины по-разному, но если мы понимаем друг друга в любой момент времени, это действительно важно.

Обратите внимание, что указанный выше процессор имеет два кэша уровня 1 по 512 КиБ каждый: один для инструкций (L1i) и один для данных (L1d). Кэш уровня 1 находится ближе всего к ЦП, и он ускоряет работу, разделяя инструкции и данные на этом этапе. Кэши уровня 2 и уровня 3 больше, но инструкции и данные сосуществуют в каждом из них.

Что все это значит?

Хороший вопрос. На заре мейнфреймов каждый компьютер имел только один ЦП и не мог одновременно запускать более одной программы. Мейнфрейм может выполнять расчет заработной платы, затем учет запасов, затем выставление счетов клиентам и т. д., но одновременно может выполняться только одно приложение. Каждая программа должна была завершиться, прежде чем системный оператор мог запустить следующую.

В некоторых ранних попытках одновременного запуска нескольких программ применялся простой подход, направленный на более эффективное использование одного процессора. Например, программа1 и программа2 были загружены, а программа1 выполнялась до тех пор, пока не была заблокирована в ожидании ввода-вывода. В этот момент программа2 работала до тех пор, пока не была заблокирована. Такой подход назывался многопроцессорной обработкой и позволял полностью использовать ценное компьютерное время.

Все ранние попытки многозадачности включали очень быстрое переключение контекста выполнения одного ЦП между потоками выполнения нескольких задач. Эта практика не является настоящей многозадачностью, как мы ее понимаем, потому что в действительности одновременно обрабатывается только один поток выполнения. Правильнее будет назвать это разделением времени.

Все современные компьютеры, от смарт-часов и планшетов до суперкомпьютеров, поддерживают настоящую многозадачность с несколькими процессорами. Наличие нескольких процессоров позволяет компьютерам выполнять множество задач одновременно. Каждый ЦП выполняет свои функции одновременно со всеми остальными ЦП. Восьмиъядерный процессор с технологией Hyper-Threading (т. е. 16 ЦП) может одновременно выполнять 16 задач.

Заключительные мысли

Мы рассмотрели концептуальный и упрощенный ЦП, чтобы немного узнать о структурах. В этой статье я лишь поверхностно коснулся функциональности процессора. Вы можете узнать больше, воспользовавшись встроенными ссылками на изученные нами темы.

Помните, что схемы и описания в этой статье носят чисто концептуальный характер и не представляют реальный ЦП.

В следующей части этой серии статей я рассмотрю оперативную память и дисковые накопители как разные типы хранилищ и поясню, почему каждый из них необходим современным компьютерам.

Есть ли один процесс, потребляющий почти все ресурсы ЦП? Вот как исправить высокую загрузку ЦП.

1. Перезагрузить

2. Завершить или перезапустить процессы

Важно помнить, что высокая загрузка ЦП при многозадачности может быть нормальным явлением.Современные процессоры справляются с многозадачными ситуациями, разделяя процессы между несколькими процессорными ядрами, которые одновременно выполняют разные наборы инструкций. Технология Intel® Hyper-Threading (технология Intel® HT) делает еще один шаг вперед, создавая несколько «потоков» выполнения в каждом ядре, каждый из которых обрабатывает разные процессы. Если ресурсоемкая программа, такая как Adobe Premiere, использует высокую загрузку ЦП, возможно, она просто эффективно использует доступные ядра ЦП.

Эти процессы Windows предназначены для использования очень небольшого количества вашей вычислительной мощности или памяти в обычных условиях — вы часто увидите, что они используют 0 % или 1 % в диспетчере задач. Когда ваш компьютер простаивает, все эти процессы вместе обычно используют менее 10% мощности вашего процессора. Однако ошибочное или неожиданное поведение — например, один процесс Windows пытается и повторяет попытку выполнить действие поиска, которое было отключено в другом месте — иногда может привести к тому, что процесс съест почти все ресурсы вашей системы.

Читайте также: