Βασικά στοιχεία CPU: Εξηγούνται πολλαπλές CPU, Cores και Hyper-Threading

Η κεντρική μονάδα επεξεργασίας (CPU) στον υπολογιστή σας εκτελεί βασικά την υπολογιστική εργασία - εκτελώντας προγράμματα. Όμως οι σύγχρονοι επεξεργαστές προσφέρουν δυνατότητες όπως πολλαπλούς πυρήνες και υπερ-σπείρωμα. Ορισμένοι υπολογιστές χρησιμοποιούν ακόμη και πολλαπλούς επεξεργαστές. Είμαστε εδώ για να βοηθήσουμε να τα λύσουμε.

ΣΧΕΤΙΖΕΤΑΙ ΜΕ: Γιατί δεν μπορείτε να χρησιμοποιήσετε την ταχύτητα ρολογιού CPU για να συγκρίνετε την απόδοση του υπολογιστή

Η ταχύτητα ρολογιού για έναν επεξεργαστή ήταν αρκετή κατά τη σύγκριση της απόδοσης. Τα πράγματα δεν είναι πλέον τόσο απλά. Μια CPU που προσφέρει πολλαπλούς πυρήνες ή υπερ-σπείρωμα μπορεί να αποδώσει σημαντικά καλύτερη από μια CPU ενός πυρήνα με την ίδια ταχύτητα που δεν διαθέτει υπερ-σπείρωμα. Και οι υπολογιστές με πολλαπλούς επεξεργαστές μπορούν να έχουν ακόμη μεγαλύτερο πλεονέκτημα. Όλες αυτές οι λειτουργίες έχουν σχεδιαστεί για να επιτρέπουν στους υπολογιστές να εκτελούν πιο εύκολα πολλές διαδικασίες ταυτόχρονα - αυξάνοντας την απόδοσή σας όταν κάνετε πολλαπλές εργασίες ή υπό τις απαιτήσεις ισχυρών εφαρμογών, όπως κωδικοποιητές βίντεο και μοντέρνα παιχνίδια. Ας ρίξουμε μια ματιά σε καθένα από αυτά τα χαρακτηριστικά και τι μπορεί να σημαίνει για εσάς.

Υπερ-σπειρώματα

Το Hyper-threading ήταν η πρώτη προσπάθεια της Intel να φέρει παράλληλο υπολογισμό σε καταναλωτικούς υπολογιστές. Πραγματοποίησε το ντεμπούτο του σε επιτραπέζιους επεξεργαστές με το Pentium 4 HT το 2002. Τα Pentium 4 της ημέρας παρουσίαζαν μόνο έναν πυρήνα CPU, οπότε θα μπορούσε πραγματικά να εκτελεί μόνο μία εργασία κάθε φορά - ακόμα και αν ήταν σε θέση να αλλάξει μεταξύ των εργασιών αρκετά γρήγορα ότι φαινόταν σαν πολλαπλών εργασιών. Το Hyper-threading προσπάθησε να αντισταθμίσει αυτό.

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

Το Hyper-threading επιτρέπει στους δύο λογικούς πυρήνες CPU να μοιράζονται φυσικούς πόρους εκτέλεσης. Αυτό μπορεί να επιταχύνει κάπως τα πράγματα - εάν η εικονική CPU έχει σταματήσει και περιμένει, η άλλη εικονική CPU μπορεί να δανειστεί τους πόρους εκτέλεσης. Το υπερ-σπείρωμα μπορεί να σας βοηθήσει να επιταχύνετε το σύστημά σας, αλλά δεν είναι τόσο κοντά όσο να έχετε πραγματικούς πρόσθετους πυρήνες.

Ευτυχώς, το hyper-threading είναι πλέον ένα «μπόνους». Ενώ οι αρχικοί επεξεργαστές καταναλωτών με υπερ-σπείρωμα είχαν μόνο έναν πυρήνα που μεταμφιέστηκε ως πολλαπλοί πυρήνες, οι σύγχρονοι επεξεργαστές Intel έχουν τώρα και πολλούς πυρήνες και τεχνολογία υπερ-σπειρώματος. Η CPU διπλού πυρήνα με υπερ-σπείρωμα εμφανίζεται ως τέσσερις πυρήνες στο λειτουργικό σας σύστημα, ενώ η τετραπύρηνη CPU με υπερ-σπείρωμα εμφανίζεται ως οκτώ πυρήνες. Το υπερ-σπείρωμα δεν είναι υποκατάστατο για πρόσθετους πυρήνες, αλλά μια CPU διπλού πυρήνα με υπερ-σπείρωμα θα πρέπει να αποδίδει καλύτερα από μια διπλού πυρήνα CPU χωρίς υπερ-σπείρωμα.

Πολλαπλοί πυρήνες

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

Σε αντίθεση με το hyper-threading, δεν υπάρχουν κόλπα εδώ - μια CPU διπλού πυρήνα έχει κυριολεκτικά δύο κεντρικές μονάδες επεξεργασίας στο τσιπ CPU. Μια CPU τετραπύρηνου έχει τέσσερις κεντρικές μονάδες επεξεργασίας, μια CPU οκταπύρηνων έχει οκτώ κεντρικές μονάδες επεξεργασίας και ούτω καθεξής.

Αυτό βοηθά δραματικά στη βελτίωση της απόδοσης, διατηρώντας παράλληλα τη φυσική μονάδα CPU μικρή, ώστε να χωράει σε μία μόνο πρίζα. Πρέπει να υπάρχει μόνο μία υποδοχή CPU με μια μόνο μονάδα CPU που έχει εισαχθεί σε αυτήν - όχι τέσσερις διαφορετικές υποδοχές CPU με τέσσερις διαφορετικές CPU, η καθεμία χρειάζεται τη δική της ισχύ, ψύξη και άλλο υλικό. Υπάρχει λιγότερος λανθάνων χρόνος επειδή οι πυρήνες μπορούν να επικοινωνούν πιο γρήγορα, καθώς είναι όλοι στο ίδιο τσιπ.

Η Διαχείριση εργασιών των Windows το δείχνει αρκετά καλά. Εδώ, για παράδειγμα, μπορείτε να δείτε ότι αυτό το σύστημα διαθέτει μία πραγματική CPU (υποδοχή) και τέσσερις πυρήνες. Το Hyperthreading κάνει κάθε πυρήνα να μοιάζει με δύο CPU στο λειτουργικό σύστημα, οπότε δείχνει 8 λογικούς επεξεργαστές.

Πολλαπλές CPU

ΣΧΕΤΙΖΕΤΑΙ ΜΕ: Γιατί δεν μπορείτε να χρησιμοποιήσετε την ταχύτητα ρολογιού CPU για να συγκρίνετε την απόδοση του υπολογιστή

Οι περισσότεροι υπολογιστές διαθέτουν μόνο μία CPU. Αυτή η μεμονωμένη CPU μπορεί να έχει πολλούς πυρήνες ή τεχνολογία υπερ-σπειρώματος - αλλά εξακολουθεί να είναι μόνο μία φυσική μονάδα CPU που έχει εισαχθεί σε μία μόνο υποδοχή CPU στη μητρική πλακέτα.

Πριν εμφανιστούν οι επεξεργαστές υπερ-σπειρώματος και πολλαπλών πυρήνων, οι άνθρωποι προσπάθησαν να προσθέσουν πρόσθετη ισχύ επεξεργασίας σε υπολογιστές προσθέτοντας επιπλέον CPU. Αυτό απαιτεί μητρική πλακέτα με πολλές υποδοχές CPU. Η μητρική πλακέτα χρειάζεται επίσης επιπλέον υλικό για να συνδέσει αυτές τις υποδοχές CPU με τη μνήμη RAM και άλλους πόρους. Υπάρχουν πολλά γενικά έξοδα σε αυτό το είδος εγκατάστασης. Υπάρχει επιπλέον καθυστέρηση εάν οι CPU χρειάζονται επικοινωνία μεταξύ τους, τα συστήματα με πολλαπλούς CPU καταναλώνουν περισσότερη ισχύ και η μητρική κάρτα χρειάζεται περισσότερες πρίζες και υλικό.

Τα συστήματα με πολλαπλούς επεξεργαστές δεν είναι πολύ συνηθισμένα στους υπολογιστές οικιακών χρηστών σήμερα. Ακόμη και ένας επιτραπέζιος υπολογιστής παιχνιδιών υψηλής ισχύος με πολλές κάρτες γραφικών θα έχει γενικά μόνο έναν επεξεργαστή. Θα βρείτε πολλά συστήματα CPU μεταξύ υπερυπολογιστών, διακομιστών και παρόμοιων συστημάτων υψηλών προδιαγραφών που χρειάζονται όσο περισσότερη δύναμη μπορεί να πάρει.

Όσο περισσότεροι επεξεργαστές ή πυρήνες έχει ένας υπολογιστής, τόσο περισσότερα πράγματα μπορεί να κάνει ταυτόχρονα, συμβάλλοντας στη βελτίωση της απόδοσης στις περισσότερες εργασίες. Οι περισσότεροι υπολογιστές διαθέτουν πλέον CPU με πολλαπλούς πυρήνες - την πιο αποτελεσματική επιλογή που έχουμε συζητήσει. Θα βρείτε ακόμη CPU με πολλαπλούς πυρήνες σε μοντέρνα smartphone και tablet. Οι επεξεργαστές Intel διαθέτουν επίσης υπερ-σπείρωμα, το οποίο είναι ένα είδος μπόνους. Ορισμένοι υπολογιστές που χρειάζονται μεγάλη ποσότητα ισχύος CPU ενδέχεται να έχουν πολλούς CPU, αλλά είναι πολύ λιγότερο αποτελεσματικοί από ό, τι ακούγεται.

Πιστωτική εικόνα: lungstruck στο Flickr, Mike Babcock στο Flickr, Declan ™ στο Flickr