Viel Kernprozessoren sind Zentralprozessoren, die mehr als zwei Rechenkerne enthalten. Solche Kerne können sich entweder in einem Gehäuse oder auf einem Prozessorchip befinden.
Was ist ein Multicore-Prozessor?
Unter Multicore-Prozessoren versteht man meist Zentralprozessoren, bei denen mehrere Rechenkerne in einem Chip integriert sind (also auf einem einzigen Siliziumchip untergebracht sind).
Typischerweise ist die Taktrate bei Mehrkernprozessoren bewusst niedriger. Dies geschieht, um den Stromverbrauch zu senken und gleichzeitig die erforderliche Prozessorleistung aufrechtzuerhalten. Jeder Kern ist ein vollwertiger Mikroprozessor, der sich durch die Merkmale aller modernen Prozessoren auszeichnet – er verwendet einen mehrstufigen Cache, unterstützt die Ausführung von Out-of-Order-Code und Vektoranweisungen.
Hyper-Threading
Die Kerne in Mehrkernprozessoren können die SMT-Technologie unterstützen, die es Ihnen ermöglicht, mehrere Rechenthreads auszuführen und auf der Grundlage jedes Kerns mehrere logische Prozessoren zu erstellen. Bei Prozessoren von Intel wird diese Technologie „Hyper-Threading“ genannt. Dadurch können Sie die Anzahl der logischen Prozessoren im Vergleich zur Anzahl der physischen Chips verdoppeln. Bei Mikroprozessoren, die diese Technologie unterstützen, ist jeder physische Prozessor in der Lage, den Zustand von zwei Threads gleichzeitig aufrechtzuerhalten. Für das Betriebssystem sieht dies so aus, als ob es zwei logische Prozessoren hätte. Wenn die Arbeit eines von ihnen unterbrochen wird (z. B. wenn er auf den Empfang von Daten aus dem Speicher wartet), beginnt der andere logische Prozessor mit der Ausführung seines eigenen Threads.
Arten von Mehrkernprozessoren
Mehrkernprozessoren werden in verschiedene Typen unterteilt. Sie unterstützen möglicherweise die Verwendung eines gemeinsam genutzten Caches oder nicht. Die Kommunikation zwischen Kernen wird nach den Prinzipien der Verwendung eines gemeinsam genutzten Busses, eines Netzwerks auf Punkt-zu-Punkt-Verbindungen, eines Netzwerks mit einem Switch oder der Verwendung eines gemeinsam genutzten Caches implementiert.
Arbeitsprinzip
Am modernsten Multi-Core-Prozessoren funktioniert nach folgendem Schema. Wenn laufende Anwendung Unterstützt Multithreading und kann den Prozessor dazu zwingen, mehrere Aufgaben gleichzeitig auszuführen. Wenn der Computer beispielsweise einen 4-Kern-Prozessor mit einer Taktfrequenz von 1,8 GHz verwendet, kann das Programm alle vier Kerne gleichzeitig mit Arbeit „belasten“, während die Gesamtfrequenz des Prozessors 7,2 GHz beträgt. Wenn mehrere Programme gleichzeitig laufen, kann jedes von ihnen einen Teil der Prozessorkerne nutzen, was ebenfalls zu einer Steigerung der Computerleistung führt.
Viele Betriebssysteme unterstützen Multithreading, sodass die Verwendung von Multi-Core-Prozessoren Ihren Computer auch in Anwendungen beschleunigen kann, die kein Multithreading unterstützen. Betrachtet man den Betrieb nur einer Anwendung, dann ist der Einsatz von Mehrkernprozessoren nur dann gerechtfertigt, wenn diese Anwendung für Multithreading optimiert ist. Andernfalls unterscheidet sich die Geschwindigkeit eines Multi-Core-Prozessors nicht von der Geschwindigkeit eines normalen Prozessors und arbeitet manchmal sogar langsamer.
Mehrkernprozessor – ein Zentralprozessor, der zwei oder mehr Rechenkerne auf einem Prozessorchip oder in einem Gehäuse enthält.
Unter den Multi-Core-Prozessoren können wir derzeit hervorheben
*Prozessoren, die hauptsächlich für eingebettete und mobile Anwendungen, bei dem die Entwickler großen Wert auf Mittel und Methoden zur Reduzierung des Energieverbrauchs legten (SEAforth (SEAforth24, seaforth40), Tile (Tile36, Tile64, Tile64pro), AsAP-II, CSX700);
*Prozessoren für Rechen- oder Grafikstationen, bei denen der Energieverbrauch nicht so kritisch ist (Grafikprozessoren, z. B. Prozessoren der G80-Serie von NVIDIA, das Larrabee-Projekt von Intel, dazu gehört auch der Cell-Prozessor von IBM, allerdings mit der Anzahl der Rechenkerne ist relativ niedrig);
* sogenannte Auftragsverarbeiter Mainstream – bestimmt für Server, Workstations und Personalcomputer (AMD, Intel, Sun);
- Anzahl der Kerne (Anzahl der Kerne. Kern) – ein Siliziumkristall mit einer Fläche von etwa einem Quadratzentimeter, auf dem mikroskopisch kleine Logikelemente zur Implementierung verwendet werden Schaltplan Prozessor, sogenannte Architektur. Jeder Kern wird vom System als separater, unabhängiger Prozessor mit allen notwendigen Funktionen wahrgenommen.)
Taktfrequenz (Ein Takt ist eine elementare Operation pro Sekunde, die ein Prozessor ausführen kann. Daher ist die Anzahl der Taktzyklen ein Indikator dafür, wie viele Operationen pro Sekunde ein Prozessor verarbeiten kann. Die Maßeinheit für diesen Parameter ist Gigahertz GHz.)
Cache-Speicher (Speicher, der direkt in den Prozessor integriert ist und zum Speichern und Zugreifen auf häufig verwendete Daten verwendet wird) wird Cache-Speicher genannt. Er ist in mehrere Ebenen unterteilt – L1, L2 und L3. Die höhere Ebene des Cache-Speichers hat ein größeres Volumen, ist aber weniger hoch -schneller Datenzugriff.)
Bitkapazität (bestimmt die Menge an Informationen, die zwischen dem Prozessor und ausgetauscht werden können RAM in einem Schlag. Dieser Parameter wird in Bits gemessen. Der Parameter Bittiefe beeinflusst die Menge des möglichen RAM – ein 32-Bit-Prozessor kann nur mit 4 GB RAM arbeiten.)
Leistung
Energieverbrauch
Maße
Preis
Aufgabenklassen, für die sie konzipiert sind
Vergleichsmerkmale Prozessorleistung, Stromverbrauch und Datenaustauschgeschwindigkeiten werden in den Tabellen dargestellt
(Mflops – Millionen Gleitkommaoperationen pro Sekunde)
Einen wesentlichen Beitrag zur Gesamtleistung des Prozessors und zur Effizienz seines Betriebs leisten die Struktur der Inter-Core-Verbindungen und die Organisation des Speichersubsystems, insbesondere des Cache-Speichers
Prozessor CSX700
Die CSX700-Prozessorarchitektur wurde entwickelt, um das sogenannte Size, Weight and Power (SWAP)-Problem zu lösen, das typischerweise bei eingebetteten Hochleistungsanwendungen auftritt. Durch die Integration von Prozessoren, Systemschnittstellen und On-Chip-Fehlerkorrekturspeicher bietet der CSX700 eine kostengünstige, zuverlässige und leistungsstarke Lösung, um den Anforderungen heutiger Anwendungen gerecht zu werden.
Die Prozessorarchitektur ist für massiv parallele Verarbeitung optimiert und auf hohe Effizienz und Zuverlässigkeit ausgelegt. Die Architektur zielt auf eine intelligente Signalverarbeitung und Bildverarbeitung im Zeit- und Frequenzbereich ab.
Der CSX700-Chip enthält 192 Hochleistungsprozessorkerne, integrierten 256-KB-Pufferspeicher (zwei Bänke mit je 128 KB), Daten-Cache und Befehls-Cache sowie ECC-Schutz für interne und externe Daten Externer Speicher, integrierter Controller für direkten Speicherzugriff. Die ClearConnect NoC-Technologie wird zur Bereitstellung von On-Chip- und Inter-Chip-Netzwerken verwendet (Abb. 11).
Der Prozessor besteht aus zwei relativ unabhängigen MTAP-Modulen (MultiThreaded Array Processor), die Befehls- und Datencaches, Steuereinheiten für Prozessorelemente und einen Satz von 96 Rechenkernen enthalten (Abb. 12).
Reis. 12. MTAP-Blockstruktur
Jeder Kern verfügt über eine duale Gleitkommaeinheit (Addition, Multiplikation, Division, Quadratwurzel, Zahlen mit einfacher und doppelter Genauigkeit werden unterstützt), 6 KB Hochleistungs-RAM und eine 128-Byte-Registerdatei. Es werden ein virtueller 64-Bit-Adressraum und ein realer 48-Bit-Adressraum unterstützt.
Technische Eigenschaften Prozessor:
Kerntaktfrequenz 250 MHz;
96 GFlops für Daten mit doppelter oder einfacher Genauigkeit;
unterstützt 75 GFlops für den DGEMM-Benchmark (Double Precision Matrix Multiplication);
Ausführung ganzzahliger Operationen 48 ШАОs;
Verlustleistung 9 W;
Durchsatz interne Speicherbusse 192 GB/s;
zwei externe Speicherbusse 4 GB/s;
Datenaustauschgeschwindigkeit zwischen einzelnen Prozessoren 4 GB/s;
Schnittstellen PCIe, 2 DDR2 DRAM (64 Bit).
Der für Systeme mit geringem Stromverbrauch konzipierte Prozessor arbeitet mit relativ niedrigen Taktraten und verfügt über einen Frequenzsteuerungsmechanismus, der es ermöglicht, die Anwendungsleistung an bestimmte Leistungs- und Wärmeumgebungen anzupassen.
Der CSX700 wird von einer professionellen Entwicklungsumgebung (SDK) auf Basis der Eclipse-Technologie mit visuellen Anwendungs-Debugging-Tools unterstützt, die auf einem optimierten ANSI-C-Compiler mit Erweiterungen für die parallele Programmierung basieren. Zusätzlich zur Standard-C-Bibliothek gibt es eine Reihe optimierter Bibliotheken mit Funktionen wie FFT, BLAS, LAPACK usw.
Modern Intel-Prozessoren und AMD
Der moderne Prozessormarkt ist durch zwei Hauptkonkurrenten geteilt – Intel und AMD.
Prozessoren von Intel gelten heute dank der Core i7 Extreme Edition-Familie als die leistungsstärksten. Je nach Modell können sie bis zu 6 Kerne gleichzeitig haben, Taktfrequenz bis zu 3300 MHz und bis zu 15 MB L3-Cache. Die beliebtesten Kerne im Desktop-Prozessor-Segment basieren auf Intel - Ivy Bridge und Sandy Bridge.
Intel-Prozessoren nutzen proprietäre proprietäre Technologien, um die Systemeffizienz zu verbessern.
1. Hyper-Threading- Aufgrund dieser Technologie ist jeder physische Kern des Prozessors in der Lage, zwei Berechnungsthreads gleichzeitig zu verarbeiten, es stellt sich heraus, dass sich die Anzahl der logischen Kerne tatsächlich verdoppelt.
2. Turbo Boost – Ermöglicht dem Benutzer Leistung automatische Beschleunigung Prozessor, ohne die maximal zulässige Betriebstemperaturgrenze der Kerne zu überschreiten.
3. Intel QuickPath Interconnect (QPI) – Der QPI-Ringbus verbindet alle Prozessorkomponenten und minimiert so alle möglichen Verzögerungen beim Informationsaustausch.
4. Visualisierungstechnologie – Hardwareunterstützung für Virtualisierungslösungen.
5. Intel Execute Disable Bit – Praktisch Antivirus Programm Es bietet Hardware-Schutz vor möglichen Virenangriffen basierend auf der Pufferüberlauftechnologie.
6. Intel SpeedStep – ein Tool, mit dem Sie die Spannungs- und Frequenzpegel abhängig von der auf dem Prozessor erzeugten Belastung ändern können.
Core i7 – an dieser Moment oberste Linie des Unternehmens
Core i5 – hohe Leistung
Core i3 – niedriger Preis, hohe/mittlere Leistung
Am meisten schnelle Prozessoren AMD ist immer noch langsamer als die schnellsten Intel-Prozessoren (Datenstand November 2010). Dank ihres guten Preis-Leistungs-Verhältnisses sind AMD-Prozessoren, vor allem für Desktop-PCs, eine hervorragende Alternative zu Intel-Prozessoren.
Bei Athlon-II- und Phenom-II-Prozessoren ist nicht nur die Taktrate wichtig, sondern auch die Anzahl der Prozessorkerne. Athlon II und Phenom II können je nach Modell über zwei, drei oder vier Kerne verfügen. Sechs-Kern-Modell – nur Highend-Phenom-II-Serie.
Die meisten modernen Prozessoren von AMD unterstützen standardmäßig die folgenden Technologien:
1. AMD Turbo CORE – Diese Technologie wurde entwickelt, um die Leistung aller Prozessorkerne durch kontrollierte Übertaktung automatisch zu regulieren (eine ähnliche Technologie von Intel heißt TurboBoost).
2. AVX (Advanced Vector Extensions), XOP und FMA4 – Ein Tool mit einem erweiterten Befehlssatz, der speziell für die Arbeit mit Gleitkommazahlen entwickelt wurde. Auf jeden Fall ein nützliches Toolkit.
3. AES (Advanced Encryption Standard) – B Softwareanwendungen Die Verwendung der Datenverschlüsselung verbessert die Leistung.
4. AMD Visualization (AMD-V) – Diese Virtualisierungstechnologie trägt dazu bei, die gemeinsame Nutzung der Ressourcen eines Computers zwischen mehreren virtuellen Maschinen sicherzustellen.
5. AMD PowcrNow! - Power-Management-Technologie. Sie verhelfen dem Benutzer zu einer verbesserten Leistung, indem sie Teile des Prozessors dynamisch aktivieren und deaktivieren.
6. NX Bit – Einzigartige Antivirentechnologie, die hilft, Infektionen zu verhindern persönlicher Computer bestimmte Arten von Malware.
Verwendung im GIS
Geografisches Informationssystem- multifunktionale Tools zur Analyse konsolidierter Tabellen-, Text- und kartografischer Daten sowie demografischer, statistischer, Land-, Gemeinde-, Adress- und anderer Informationen. Für eine schnelle Verarbeitung sind Multicore-Prozessoren unerlässlich verschiedene Arten Informationen, da sie die Arbeit von Programmen erheblich beschleunigen und verteilen.
ABSCHLUSS
Die Umstellung auf Multi-Core-Prozessoren rückt immer mehr in den Mittelpunkt der Leistungsverbesserungen. Derzeit gelten 4- und 6-Kern-Prozessoren als am weitesten verbreitet. Jeder Kern wird vom System als separater, unabhängiger Prozessor mit allen notwendigen Funktionen wahrgenommen. Die Technologie der Mehrkernprozessoren ermöglichte die Parallelisierung von Rechenvorgängen, wodurch die Leistung des PCs gesteigert wurde.
http://www.intuit.ru/department/hardware/mcoreproc/15/
http://kit-e.ru/articles/build_in_systems/2010_2_92.php
http://softrew.ru/instructions/266-sovremennye-processory.html
http://it-notes.info/centralnyj-processor/
http://www.mediamarkt.ru/mp/article/AMD,847020.html
Vorteile von Multicore-Prozessoren
Die Fähigkeit, die Arbeit von Programmen, beispielsweise Hauptanwendungsaufgaben und Hintergrundaufgaben des Betriebssystems, auf mehrere Kerne zu verteilen;
Erhöhung der Geschwindigkeit von Programmen;
Rechenintensive Prozesse laufen deutlich schneller;
Effizientere Nutzung rechenintensiver Multimediaanwendungen (z. B. Videoeditoren);
Reduzierter Energieverbrauch;
Die Arbeit des PC-Benutzers wird komfortabler;
Was ist ein Prozessorkern?
Im Zentrum eines modernen zentralen Mikroprozessors (CPU – abgekürzt vom englischen Central Processing Unit – zentrales Rechengerät) befindet sich ein Kern – ein Siliziumkristall mit einer Fläche von etwa einem Quadratzentimeter, auf dem sich der Schaltplan des Prozessors befindet , die sogenannte Architektur, wird mithilfe mikroskopischer Logikelemente implementiert. Chip-Architektur).
Der Kern wird mithilfe der Flip-Chip-Technologie (Flip-Chip-Bonding) mit dem Rest des Chips (CPU-Paket genannt) verbunden. Diese Technologie hat ihren Namen, weil der nach außen gerichtete – sichtbare – Teil des Kerns eigentlich dessen „Unterseite“ ist – um für eine bessere Wärmeübertragung direkten Kontakt mit dem Kühlkörper des Kühlers herzustellen. Auf der Rückseite (unsichtbar) befindet sich die „Schnittstelle“ selbst – die Verbindung zwischen Kristall und Verpackung. Die Verbindung zwischen Prozessorkern und Gehäuse erfolgt über Solder Bumps.
Der Kern befindet sich auf einer Textolith-Basis, entlang der Kontaktpfade zu den „Beinen“ (Kontaktpads) verlaufen, mit einer thermischen Schnittstelle gefüllt und mit einer schützenden Metallabdeckung abgedeckt sind.
Was ist ein Multi-Core-Prozessor?
Ein Mehrkernprozessor ist ein zentraler Mikroprozessor, der zwei oder mehr Rechenkerne auf einem Prozessorchip oder in einem Gehäuse enthält.
Warum wird Multicore benötigt?
Der erste (Single-Core, natürlich!) Intel-Mikroprozessor Der 4004 wurde am 15. November 1971 von der Intel Corporation eingeführt. Es enthielt 2.300 Transistoren, taktete mit 108 kHz und kostete 300 US-Dollar.
Die Anforderungen an die Rechenleistung des zentralen Mikroprozessors sind stetig gewachsen und wachsen weiter. Aber während frühere Prozessorhersteller sich ständig an die aktuell drängenden (ständig wachsenden!) Anforderungen der PC-Benutzer anpassen mussten, sind Chiphersteller jetzt viel weiter vorne!
Leistungsverbesserungen herkömmlicher Single-Core-Prozessoren erfolgten lange Zeit vor allem durch eine konsequente Erhöhung der Taktfrequenz (ca. 80 % der Prozessorleistung wurde durch die Taktfrequenz bestimmt) bei gleichzeitiger Erhöhung der Anzahl der Transistoren auf einem Single-Core Chip. Eine weitere Erhöhung der Taktfrequenz (bei einer Taktfrequenz von mehr als 3,8 GHz überhitzen die Chips einfach!) stößt jedoch auf eine Reihe grundlegender physikalischer Hindernisse (da technologischer Prozess hat fast die Größe eines Atoms erreicht: Heute werden Prozessoren in 45-nm-Technologie hergestellt, und die Größe eines Siliziumatoms beträgt etwa 0,543 nm.
Erstens nimmt der Leckstrom der Transistoren zu, wenn die Kristallgröße abnimmt und die Taktfrequenz zunimmt. Dies führt zu einem erhöhten Stromverbrauch und einer erhöhten Wärmeabgabe;
Zweitens werden die Vorteile höherer Taktraten teilweise durch die Speicherzugriffslatenz zunichte gemacht, da die Speicherzugriffszeiten nicht mit steigenden Taktraten mithalten können.
Drittens werden herkömmliche serielle Architekturen bei einigen Anwendungen mit steigenden Taktraten aufgrund des sogenannten „von-Neumann-Engpasses“, einer Leistungsbeschränkung, die sich aus dem sequentiellen Rechenfluss ergibt, ineffizient. Gleichzeitig nehmen die Verzögerungen bei der RC-Signalübertragung zu, was einen zusätzlichen Engpass im Zusammenhang mit einer Erhöhung der Taktfrequenz darstellt.
Auch der Einsatz von Multiprozessorsystemen ist nicht weit verbreitet, da hierfür komplexe und teure Multiprozessor-Motherboards erforderlich sind. Daher wurde beschlossen, die Leistung von Mikroprozessoren auf andere Weise weiter zu verbessern. Als effektivste Richtung wurde das Konzept des Multithreading erkannt, das seinen Ursprung in der Welt der Supercomputer hat – das ist die gleichzeitige parallele Verarbeitung mehrerer Befehlsströme.
So wurde in den Tiefen von Intel die Hyper-Threading-Technologie (HTT) geboren – eine Super-Threading-Datenverarbeitungstechnologie, die es dem Prozessor ermöglicht, bis zu vier Programm-Threads gleichzeitig in einem Single-Core-Prozessor auszuführen. Hyper-Threading verbessert die Effizienz beim Ausführen ressourcenintensiver Anwendungen (z. B. im Zusammenhang mit Audio- und Videobearbeitung, 3D-Modellierung) sowie den Betrieb des Betriebssystems im Multitasking-Modus erheblich.
Ein Pentium 4-Prozessor mit aktiviertem Hyper-Threading verfügt über einen physischen Kern, der in zwei logische Kerne unterteilt ist, sodass das Betriebssystem ihn als zwei verschiedene Prozessoren (anstelle eines) identifiziert.
Hyper-Threading wurde tatsächlich zum Sprungbrett für die Entwicklung von Prozessoren mit zwei physischen Kernen auf einem Chip. Bei einem 2-Core-Chip arbeiten zwei Kerne (zwei Prozessoren!) parallel, was bei einer niedrigeren Taktfrequenz für mehr Leistung sorgt, da zwei unabhängige Befehlsströme parallel (gleichzeitig!) ausgeführt werden.
Architektur von Multicore-Systemen
Mehrkernprozessoren können danach kategorisiert werden, ob sie (gemeinsam genutzte) Cache-Kohärenz zwischen Kernen unterstützen. Es gibt Prozessoren mit und ohne solche Unterstützung.
Kommunikationsmethode zwischen Kernen: Gemeinsames Busnetzwerk (Mesh) auf Punkt-zu-Punkt-Kanalnetzwerk mit einem Switch, gemeinsam genutztem Cache-Speicher
Die Fähigkeit eines Prozessors, mehrere Programmthreads gleichzeitig auszuführen, wird als Thread-Level-Parallelität (TLP) bezeichnet. Der Bedarf an TLP hängt von der jeweiligen Situation ab (in manchen Fällen ist es einfach nutzlos!).
Die Hauptprobleme bei der Erstellung von Mehrkernprozessoren
Jeder Prozessorkern muss unabhängig sein, einen unabhängigen Stromverbrauch und eine steuerbare Leistung aufweisen.
Markt Software müssen mit Programmen ausgestattet sein, die den Befehlsverzweigungsalgorithmus effektiv in eine gerade (für Prozessoren mit einer geraden Anzahl von Kernen) oder eine ungerade (für Prozessoren mit einer ungeraden Anzahl von Kernen) Anzahl von Threads aufteilen können;
Vorteile von Multicore-Prozessoren
Die Fähigkeit, die Arbeit von Programmen, beispielsweise Hauptanwendungsaufgaben und Hintergrundaufgaben des Betriebssystems, auf mehrere Kerne zu verteilen;
Erhöhung der Geschwindigkeit von Programmen;
Rechenintensive Prozesse laufen deutlich schneller;
Effizientere Nutzung rechenintensiver Multimediaanwendungen (z. B. Videoeditoren);
Reduzierter Energieverbrauch;
Die Arbeit des PC-Benutzers wird komfortabler;
Nachteile von Multicore-Prozessoren
Die erhöhten Produktionskosten von Multi-Core-Prozessoren (im Vergleich zu Single-Core-Prozessoren) zwingen Chiphersteller dazu, ihre Kosten zu erhöhen, was teilweise die Nachfrage bremst;
Da zwei oder mehr Kerne gleichzeitig mit RAM arbeiten, ist es notwendig, ihnen beizubringen, konfliktfrei zu arbeiten;
Ein erhöhter Stromverbrauch erfordert den Einsatz leistungsstarker Stromkreise;
Mehr erforderlich leistungsstarkes System Kühlung;
Der Anteil der für Multi-Cores optimierten Software ist vernachlässigbar (die meisten Programme sind für den Betrieb im klassischen Single-Core-Modus ausgelegt und können daher die Rechenleistung zusätzlicher Kerne einfach nicht nutzen);
Betriebssysteme, die Mehrkernprozessoren unterstützen (z. B. Windows XP SP2 und höher), nutzen die Rechenressourcen zusätzlicher Kerne für den eigenen Systembedarf;
Es sollte anerkannt werden, dass Multi-Core-Prozessoren derzeit äußerst ineffizient genutzt werden. Darüber hinaus führen N-Core-Prozessoren in der Praxis Berechnungen nicht n-mal schneller durch als Single-Core-Prozessoren: Die Leistungssteigerung ist zwar erheblich, hängt jedoch weitgehend von der Art der Anwendung ab. Bei Programmen, die nicht für die Arbeit mit Mehrkernprozessoren ausgelegt sind, steigt die Leistung nur um 5 %. Aber für Multicore-Prozessoren optimierte Programme laufen 50 % schneller.
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Trotz scheinbar allgemeiner Computerkenntnisse können viele Benutzer immer noch nicht eindeutig beantworten, was ein Computerprozessor ist und wofür er benötigt wird. Noch mehr Fragen stellen sich zum Kern dieses Prozessors. Schauen wir uns dieses Problem daher Schritt für Schritt an.
Computerprozessor
Apropos in einfacher Sprache Der Zentralprozessor eines Computers ist der wichtigste Chip, der Informationen verarbeitet, weiterverteilt, den Arbeitsspeicher steuert und die notwendigen Befehle an alle angeschlossenen Geräte und Systemkomponenten gibt. Er bzw. seine Struktur bestimmt die Architektur der Hauptplatine, des Motherboards und des gesamten Computers als Ganzes.
Diese Definition enthält auch die Antwort auf die Frage, wofür ein Prozessor benötigt wird – um die in den Systemen und Komponenten des Computers ablaufenden Aktionen zu steuern und zu verwalten. Neben dem Zentralprozessor gibt es weitere lokal angeordnete Chips, beispielsweise in Video- und Soundkarten.
Eine der häufigsten Fragen, insbesondere unter Einsteigern, lautet übrigens: „Wie finde ich heraus, welchen Prozessor ich habe?“ Die Antwort darauf ist ganz einfach und Sie finden diese Informationen in System Information Betriebssystem. In Windows 7 müssen Sie dazu beispielsweise mit der rechten Maustaste auf das Symbol „Computer“ klicken und im angezeigten Kontextmenü „Eigenschaften“ auswählen. Im sich öffnenden Fenster werden grundlegende Informationen zum Computer, einschließlich des Prozessormodells, angezeigt.
Mit der Weiterentwicklung der Technologie nimmt auch die Geschwindigkeit zu, mit der Prozessoren komplexere Aufgaben verarbeiten können. Daher erweitern Hersteller regelmäßig die Liste ihrer Produkte, indem sie neue Prozessormodelle auf den Markt bringen. So verfügen zwei Computergiganten, Unternehmen und Intel, über Prozessoren: AMD Athlon X4, AMD FX-8350 und andere.
Prozessoren bestehen aus folgenden Hauptkomponenten:
- RAM-Controller.
- Systembus-Schnittstelle.
- Cache-Speicher, der den Datenaustausch mit dem RAM beschleunigt.
- Prozessorkern (oder mehrere Kerne).
Abhängig von spezifisches Modell Der Prozessor kann verschiedene enthalten Funktionsblöcke, seinen Zweck definieren.
CPU-Kern
Damit kommen wir zu einer weiteren Frage: Was ist ein Prozessorkern?
Wenn der Prozessor selbst das Gehirn des Computers ist, dann ist sein Kern das Gehirn des Prozessors selbst. Vielleicht etwas verwirrend, aber jetzt werden wir uns das Thema genauer ansehen.
Der Prozessorkern führt alle Rechen- und Rechenaufgaben aus logische Operationen und enthält außerdem alle notwendigen Funktionsblöcke, darunter:
- Ein Interrupt-Block ist, vereinfacht gesagt, die Fähigkeit, schnell und häufig von einer Aufgabe zur anderen zu wechseln.
- Befehlsabtasteinheit – empfängt und sendet Befehlssignale zur weiteren Verarbeitung.
- Dekodierungsblock – verarbeitet das Befehlssignal, ermittelt, was gerade zu tun ist und ob hierfür zusätzliche Maßnahmen erforderlich sind.
- Steuerblock – überträgt dekodierte Anweisungen zur weiteren Ausführung an andere Blöcke und koordiniert die ihnen zugeführte Last.
- Die Ausführungs- und Speicherblöcke führen jeweils den empfangenen Befehl aus und speichern das Ergebnis an der richtigen Stelle.
Das Kurzbeschreibung Kernstruktur; weitere Einzelheiten zu den Funktionsprinzipien und Beschleunigungsmethoden können in anderen verfügbaren Materialien nachgelesen werden.
IN verschiedene Prozessoren es kann eine unterschiedliche Anzahl an Kernen geben. Dies geschieht, damit der Computer mehrere ähnliche oder im Gegenteil unterschiedliche Aufgaben parallel ausführen kann, wodurch sich die Geschwindigkeit ihrer Verarbeitung und dementsprechend die Geschwindigkeit ihrer Ausführung erhöht.
Wie finde ich heraus, wie viele Kerne ein Prozessor hat? Es gibt zwei einfache Möglichkeiten:
- Die Informationen sind im Dispatcher enthalten Windows-Geräte. Sie müssen auf die Schaltfläche „Start“ klicken und dann „Systemsteuerung“ auswählen. Suchen Sie im sich öffnenden Fenster unter anderem nach „Geräte-Manager“. Wir gehen hinein, suchen die Zeile „Prozessoren“ und klicken darauf. Die Dropdown-Liste zeigt die von uns benötigten Daten.
- Noch einfacher. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf das Panel unten Schnellstart. wird auftauchen Kontextmenü, in dem Sie „Task-Manager starten“ auswählen müssen. Wählen Sie im erscheinenden Fenster „Leistung“ aus. Oben im sich öffnenden Fenster sehen Sie ein oder mehrere Fenster mit Diagrammen mit der Bezeichnung „CPU-Auslastungsverlauf“. Die Anzahl dieser Fenster entspricht der Anzahl der Kerne im Prozessor.
Wahrscheinlich ist jeder Benutzer, der sich mit Computern wenig auskennt, bei der Auswahl eines Zentralprozessors auf eine Reihe unverständlicher Merkmale gestoßen: technischer Prozess, Cache, Socket; Ich wandte mich um Rat an Freunde und Bekannte, die sich in Sachen Computer-Hardware auskannten. Schauen wir uns die Vielfalt der verschiedenen Parameter an, denn der Prozessor ist der wichtigste Teil Ihres PCs und das Verständnis seiner Eigenschaften gibt Ihnen Vertrauen in Ihren Kauf und die weitere Verwendung.
CPU
Der Prozessor eines Personalcomputers ist ein Chip, der für die Durchführung jeglicher Vorgänge mit Daten verantwortlich ist und Peripheriegeräte steuert. Es ist in einem speziellen Siliziumgehäuse enthalten, das als Chip bezeichnet wird. Für Kurzbezeichnungen verwenden Sie die Abkürzung - CPU(Zentraleinheit) oder CPU(von der englischen Central Processing Unit – zentrales Verarbeitungsgerät). Auf dem Markt für moderne Computerkomponenten gibt es zwei konkurrierende Unternehmen: Intel und AMD, die ständig am Wettlauf um die Leistung neuer Prozessoren teilnehmen und den technologischen Prozess ständig verbessern.
Technischer Prozess
Technischer Prozess ist die Größe, die bei der Herstellung von Prozessoren verwendet wird. Sie bestimmt die Größe des Transistors, deren Einheit nm (Nanometer) ist. Transistoren wiederum bilden den internen Kern der CPU. Das Fazit ist, dass eine kontinuierliche Verbesserung der Fertigungstechniken es ermöglicht, die Größe dieser Komponenten zu reduzieren. Dadurch sind deutlich mehr davon auf dem Prozessorchip untergebracht. Dies trägt dazu bei, die Leistung der CPU zu verbessern, sodass ihre Parameter immer die verwendete Technologie anzeigen. Zum Beispiel, Intel Core Prozessor Der i5-760 wird in einer 45-nm-Prozesstechnologie hergestellt, der Intel Core i5-2500K in einem 32-nm-Prozess. Anhand dieser Informationen kann man beurteilen, wie modern der Prozessor ist und seinen Vorgänger in der Leistung übertrifft, aber wann Bei der Auswahl müssen noch eine Reihe weiterer Parameter berücksichtigt werden.
Die Architektur
Prozessoren zeichnen sich auch durch ein Merkmal wie die Architektur aus – eine Reihe von Eigenschaften, die einer ganzen Prozessorfamilie innewohnen und normalerweise über viele Jahre hinweg entwickelt werden. Mit anderen Worten: Architektur ist die Organisation oder das interne Design der CPU.
Anzahl der Kerne
Kern- das wichtigste Element des Zentralprozessors. Es handelt sich um einen Teil des Prozessors, der einen Befehlsthread ausführen kann. Die Kerne unterscheiden sich in der Größe des Cache-Speichers, der Busfrequenz, der Fertigungstechnologie usw. Hersteller vergeben ihnen mit jedem nachfolgenden technischen Prozess neue Namen (z. B. Kern). AMD-Prozessor- Zambezi und Intel - Lynnfield). Mit der Entwicklung der Prozessorproduktionstechnologien ist es möglich geworden, mehr als einen Kern in einem Gehäuse unterzubringen, was die CPU-Leistung erheblich steigert und dabei hilft, mehrere Aufgaben gleichzeitig auszuführen sowie mehrere Kerne in Programmen zu verwenden. Mehrkernprozessoren wird mit der Archivierung, Videodekodierung, dem Betrieb moderner Videospiele usw. schnell zurechtkommen. Zum Beispiel Herrscher Kernprozessoren 2 Duo und Core 2 Quad von Intel, die Dual-Core- bzw. Quad-Core-CPUs verwenden. Derzeit sind Prozessoren mit 2, 3, 4 und 6 Kernen weit verbreitet. Ein größerer Teil davon kommt in Serverlösungen zum Einsatz und wird vom durchschnittlichen PC-Benutzer nicht benötigt.
Frequenz
Neben der Anzahl der Kerne wird auch die Leistung beeinflusst Taktfrequenz. Der Wert dieser Eigenschaft spiegelt die Leistung der CPU in der Anzahl der Taktzyklen (Operationen) pro Sekunde wider. Ein weiteres wichtiges Merkmal ist Busfrequenz(FSB – Front Side Bus) demonstriert die Geschwindigkeit, mit der Daten zwischen dem Prozessor und Computerperipheriegeräten ausgetauscht werden. Die Taktfrequenz ist proportional zur Busfrequenz.
Steckdose
Damit der zukünftige Prozessor bei einem Upgrade mit dem bestehenden kompatibel ist Hauptplatine, müssen Sie den Sockel kennen. Ein Socket wird aufgerufen Verbinder, in dem die CPU verbaut ist Hauptplatine Computer. Der Sockeltyp wird durch die Anzahl der Beine und den Prozessorhersteller charakterisiert. Verschiedene Sockel entsprechen bestimmten CPU-Typen, sodass jeder Sockel den Einbau eines bestimmten Prozessortyps ermöglicht. Intel-Unternehmen verwendet die Sockel LGA1156, LGA1366 und LGA1155, und AMD verwendet AM2+ und AM3.
Zwischenspeicher
Zwischenspeicher- die Menge an Speicher mit sehr hoher Zugriffsgeschwindigkeit, die erforderlich ist, um den Zugriff auf Daten zu beschleunigen, die sich dauerhaft im Speicher mit langsamerer Zugriffsgeschwindigkeit (RAM) befinden. Bedenken Sie bei der Auswahl eines Prozessors, dass sich eine Erhöhung der Cache-Größe positiv auf die Leistung der meisten Anwendungen auswirkt. Der CPU-Cache hat drei Ebenen ( L1, L2 und L3), direkt auf dem Prozessorkern gelegen. Es enthält Daten aus dem RAM für mehr hohe Geschwindigkeit wird bearbeitet. Es ist auch zu bedenken, dass bei Multi-Core-CPUs die Größe des First-Level-Cache-Speichers für einen Kern angegeben wird. Der L2-Cache führt ähnliche Funktionen aus, ist jedoch langsamer und größer. Wenn Sie planen, den Prozessor für ressourcenintensive Aufgaben zu verwenden, ist ein Modell mit einem großen Second-Level-Cache vorzuziehen, da bei Multi-Core-Prozessoren die gesamte L2-Cache-Größe angegeben ist. Die leistungsstärksten Prozessoren sind mit L3-Cache ausgestattet, wie z. B. AMD Phenom, AMD Phenom II, Intel Core i3, Intel Core i5, Intel Core i7, Intel Xeon. Der Cache der dritten Ebene ist am wenigsten schnell, kann aber bis zu 30 MB erreichen.
Energieverbrauch
Der Stromverbrauch eines Prozessors hängt eng mit seiner Herstellungstechnologie zusammen. Mit abnehmenden Nanometern des technischen Prozesses, zunehmender Anzahl von Transistoren und steigender Taktfrequenz von Prozessoren steigt der Stromverbrauch der CPU. Zum Beispiel Prozessoren Kernlinie i7 von Intel benötigen bis zu 130 Watt oder mehr. Die dem Kern zugeführte Spannung charakterisiert eindeutig die Leistungsaufnahme des Prozessors. Dieser Parameter ist besonders wichtig, wenn Sie eine CPU auswählen, die als Multimedia-Center verwendet werden soll. Moderne Prozessormodelle nutzen verschiedene Technologien, die helfen, übermäßigen Stromverbrauch zu bekämpfen: eingebaute Temperatursensoren, automatische Kontrollsysteme für Spannung und Frequenz der Prozessorkerne, Energiesparmodi bei geringer CPU-Last.
Zusatzfunktionen
Moderne Prozessoren haben die Fähigkeit erworben, im 2- und 3-Kanal-Modus mit RAM zu arbeiten, was sich erheblich auf die Leistung auswirkt, und unterstützen außerdem einen größeren Befehlssatz, wodurch ihre Funktionalität auf ein neues Niveau gehoben wird. GPUs verarbeiten Videos selbstständig und entlasten so dank der Technologie die CPU DXVA(aus dem Englischen DirectX Video Acceleration – Videobeschleunigung durch die DirectX-Komponente). Intel nutzt die oben genannte Technologie Turbo Schub um die Taktfrequenz des Zentralprozessors dynamisch zu ändern. Technologie Geschwindigkeitsschritt verwaltet den CPU-Stromverbrauch abhängig von der Prozessoraktivität und Intel Virtualisierungstechnologie Hardware schafft eine virtuelle Umgebung für die Verwendung mehrerer Betriebssysteme. Auch moderne Prozessoren können mithilfe von Technologie in virtuelle Kerne unterteilt werden Hyper-Threading. Zum Beispiel, Dual-Core-Prozessor ist in der Lage, die Taktfrequenz eines Kerns in zwei aufzuteilen, was hilfreich ist Hochleistung Datenverarbeitung mit vier virtuellen Kernen.
Wenn Sie über die Konfiguration Ihres zukünftigen PCs nachdenken, vergessen Sie nicht die Grafikkarte und deren Zubehör GPU(von englisch Graphics Processing Unit – Grafikverarbeitungseinheit) – der Prozessor Ihrer Grafikkarte, der für das Rendern (arithmetische Operationen mit geometrischen, physikalischen Objekten usw.) verantwortlich ist. Je höher die Kernfrequenz und die Speicherfrequenz sind, desto geringer ist die Belastung des Zentralprozessors. Besonderes Augenmerk auf GPU Gamer müssen sich zeigen.
