Večjedrni procesor je integrirano vezje, na katerega sta povezana dva ali več procesorjev za hitrejšo hkratno obdelavo več nalog, zmanjšano porabo energije in večjo zmogljivost. Na splošno je sestavljen iz dveh ali več procesorjev, ki berejo in izvajajo programska navodila.
Z drugimi besedami, na enem samem čipu večjedrni procesor obsega številne procesne enote ali 'jedra', od katerih ima vsako potencial za opravljanje različnih nalog. Na primer, če opravljate več nalog hkrati, kot sta gledanje filma in uporaba WhatsAppa, bo eno jedro obravnavalo dejavnosti, kot je gledanje filma, medtem ko bo drugo obravnavalo druge odgovornosti, kot je WhatsApp.
Dvojedrna konfiguracija je primerljiva z več različnimi procesorji, nameščenimi na istem računalniku, vendar je povezava med njimi hitrejša, ker sta oba procesorja priključena v isto vtičnico. Posamezna jedra lahko vzporedno izvajajo več ukazov, kar poveča hitrost programske opreme, zgrajene za uporabo edinstvenih funkcij arhitekture.
povprečje proti povprečju
V primerjavi z enojedrnim procesorjem je dvojedrni procesor v idealnih okoliščinah običajno dvakrat močnejši. V resnici se pričakuje približno 50-odstotno povečanje zmogljivosti: dvojedrni CPE je približno 1,5-krat močnejši od enojedrnega procesorja.
Ker enojedrni procesorji dosegajo svoje fizične meje kompleksnosti in hitrosti, postaja večjedrno računalništvo vse bolj priljubljeno. V sodobnem času je večina sistemov večjedrnih. Večjedrni ali masivno večjedrni sistemi se nanašajo na sisteme z ogromnim številom jeder CPE, na primer na desetine ali stotine.
V začetku leta 2000 sta Intel in AMD izdala prve večjedrne procesorje. V sodobnem času so procesorji opremljeni z dvema ('dvojedrni'), štirimi ('štirijedrni'), šestimi ('šestjedrni') in osmimi ('osemjedrni') jedri ('osemjedrni' ). Procesorji, ki temeljijo na FPGA, vsebujejo do 100 fizičnih jeder in 1000 učinkovitih neodvisnih jeder (Field Programmable Gate Arrays).
Arhitektura večjedrnega procesorja
Zasnova večjedrnega procesorja omogoča komunikacijo med vsemi razpoložljivimi jedri, ki ustrezno razdelijo in dodelijo vse procesne dolžnosti. Obdelani podatki iz vsakega jedra se prenesejo nazaj na glavno ploščo računalnika (matična plošča) prek enega samega skupnega prehoda, ko so vsi postopki obdelave končani. Ta metoda premaga enojedrni procesor v smislu skupne zmogljivosti.
Prednosti večjedrnega procesorja
Večjedrni procesorji imajo številne prednosti (prednosti), vključno z:
Izvedba
Večjedrni procesor lahko po naravi opravi več dela v primerjavi z enojedrnim procesorjem. Razmik med jedri integriranega vezja omogoča hitrejše takte. Posledično signalom ni treba prepotovati velike razdalje, da bi dosegli cilj, in so tudi vztrajni. V primerjavi z uporabo ločenega procesorja so hitrosti veliko višje.
Zanesljivost
Pri večjedrnih procesorjih je programska oprema vedno dodeljena različnim jedrom. Ko en del programske opreme odpove, drugi ostanejo nespremenjeni. Kadarkoli pride do napake, vpliva le na eno jedro. Posledično se večjedrni procesorji bolje upirajo napakam.
Interakcije programske opreme
Tudi če se programska oprema izvaja na več jedrih, bo med seboj komunicirala. Prostorska in časovna izolacija je proces, skozi katerega gre večjedrni procesor. Zaradi teh procesov jedrne niti nikoli ne zamujajo.
Večopravilnost
Operacijski sistem lahko uporablja večjedrni CPU za hkratno izvajanje dveh ali več procesov, tudi če se lahko hkrati izvaja več programov. Aplikacijo Photoshop lahko na primer uporabite za opravljanje dveh opravil hkrati.
c# vadnica
Poraba energije
Po drugi strani pa večopravilnost z večjedrnim procesorjem zahteva manj energije. Uporabljen bo le tisti del procesorja, ki proizvaja toploto. Poraba energije je sčasoma zmanjšana, kar ima za posledico manjšo porabo baterije. Po drugi strani nekateri operacijski sistemi potrebujejo več virov v primerjavi z drugimi.
Izogibanje zastaranju
Arhitekti se lahko izognejo zastarelosti tehnologije in povečajo vzdržljivost z uporabo večjedrnih procesorjev. Proizvajalci čipov uporabljajo najnovejši tehnološki napredek v svojih večjedrnih procesorjih. Ker se število jeder povečuje, je enojedrne čipe vedno težje dobiti.
k-nn algoritem
Izolacija
Večjedrni procesorji lahko povečajo (vendar ne zagotavljajo) geografsko in časovno izolacijo v primerjavi z enojedrnimi sistemi. Manj verjetno je, da bo programska oprema v enem jedru vplivala na programsko opremo v drugem, če se obe jedri izvajata v istem enojedrnem jedru. Do te ločitve pride zaradi geografske in časovne izolacije (niti na enem jedru ne zadržijo niti na drugem jedru). S pomočjo omejevanja vpliva napak na eno jedro lahko večjedrna obdelava poveča robustnost. Pri ločenem izvajanju programov mešane kritičnosti je ta izboljšana izolacija zelo pomembna (kritična za varnost, kritična za nalogo in kritična za varnost).
Nekaj drugih ključnih točk prednosti večjedrnega procesorja:
- V primerjavi z enojedrnimi procesorji lahko večjedrni procesor opravi več nalog.
- Nizka poraba energije pri izvajanju več dejavnosti hkrati.
- Podatki potrebujejo manj časa, da dosežejo cilj, saj sta obe jedri integrirani na enem čipu.
- Z uporabo majhnega tokokroga je mogoče povečati hitrost.
- Odkrivanje okužb s protivirusno programsko opremo med igranjem igre je primer večopravilnosti.
- Z uporabo nizke frekvence lahko opravlja številne naloge hkrati.
- V primerjavi z enojedrnim procesorjem zmore obdelati velike količine podatkov.
Slabosti večjedrnih procesorjev
Pregledali bomo nekatere omejitve (slabosti) večjedrnega procesorja, vključno z:
Hitrost uporabe
Kljub dejstvu, da je večjedrni CPE zasnovan za večopravilnost, je njegova zmogljivost nezadostna. Vsakič, ko se aplikacija obdeluje, se nagiba k preskoku iz enega jedra v drugo. Posledično se predpomnilnik napolni, kar poveča njegovo hitrost.
Tresenje
Več motenj se razvije, ko se poveča število jeder v večjedrnem CPU, kar povzroči čezmerno tresenje. Posledično se lahko poslabša delovanje programa vašega operacijskega sistema in lahko pride do pogostih napak. Le z ustrezno sinhronizacijo in mikrojedrom se bo uporabnik lahko spopadel s tresenjem.
Analiza
Ko delate dve ali več stvari hkrati, boste morali uporabiti dodatne pomnilniške modele. V večjedrnem stroju je zaradi tega analiza težka. Zlasti časovne omejitve je težko določiti in so lahko netočne.
Poleg tega postane analiza motenj bolj zapletena, ko se število jeder poveča. Posledično operacijski sistem ne bo mogel zagotoviti obljubljenih rezultatov.
Skupna raba virov
Večjedrni procesor si deli različne vire, tako notranje kot zunanje. Med temi viri so omrežja, sistemska vodila in glavni pomnilnik. Posledično bo imel kateri koli program, ki se izvaja v istem jedru, večjo možnost prekinitve. Pri tej obliki motenj lahko pride do geografske in časovne izolacije.
Motnje programske opreme
Zaradi souporabe virov lahko motnje programske opreme povzročijo težave s prostorsko in časovno izolacijo. Če obstajajo dodatna jedra, se ta možnost še poveča. Prisotnost več jeder pomeni večje število interferenčnih poti. Skoraj nemogoče je preučiti vse možne poti motenj.
Nekatere druge ključne točke omejitev večjedrnega procesorja:
dobiti povezavo
- Čeprav vsebuje več procesorjev, ni dvakrat hitrejši od navadnega procesorja.
- Naloga upravljanja je bolj zapletena v primerjavi z upravljanjem enojedrnega procesorja.
- Zmogljivost večjedrnega procesorja je v celoti odvisna od nalog, ki jih izvajajo uporabniki.
- Če drugi procesorji zahtevajo linearno/zaporedno obdelavo, obdelava večjedrnih procesorjev traja dlje.
- Baterija se hitreje prazni.
- Njegova poraba energije je tako velika v primerjavi s preprostejšim procesorjem.
- Poleg tega je v primerjavi z enojedrnim procesorjem dražji.
Zakaj se uporablja večjedrni procesor?
Konfiguracija je podobna dvojedrnemu procesorju. Večjedrni procesorji so razvrščeni glede na število jeder in vrste jeder. Cilj večjedrnega procesorja je doseči odlično zmogljivost. Zasnovan je bil tako, da presega fizične omejitve enojedrnega procesorja.
Podporni operacijski sistemi večjedrnega procesorja vključujejo:
java par
- Linux
- Microsoft Windows (Windows XP ali novejši)
- Večina sistemov, ki temeljijo na BSD
- Solaris
- Mac OS X
Kratka zgodovina večjedrnih procesorjev
Ker so podjetja, ki so ustvarila začetne procesorje na osnovi čipov, lahko na en sam čip postavili le en procesor, so lahko na en sam čip namestili samo en procesor. Proizvajalci čipov so lahko izdelali čipe z več vezji, ko je tehnologija izdelave čipov napredovala, in končno so izdelovalci čipov lahko izdelali čipe z več kot enim procesorjem, kar je povzročilo večjedrni čip.
Leta 1998 je Kunle Olukotun, profesor elektrotehnike na Stanfordu, s svojimi študenti izumil prvi večjedrni procesor. Večjedrni čipi so bili prvič komercialno dostopni leta 2005 pri podjetjih Advanced Micro Devices (AMD) in Intel. Skoraj vsak proizvajalec čipov je od takrat začel ustvarjati večjedrne procesorje.
Kje se uporabljajo večjedrni procesorji?
V sodobnem času se večjedrni procesorji nahajajo v večini naprav, kot so tablice, namizni računalniki, prenosni računalniki, pametni telefoni in igralni sistemi.
Dve ponujeni osnovni možnosti prikazujeta, kako model procesorja ne pove celotne zgodbe o zmogljivosti. V primerjavi z dvojedrnim i5 je zmogljivost štirijedrnega i5 bistveno boljša in cena računalnika bo to odražala. Vsi trenutni modeli prenosnikov za model i5 so dvojedrni, medtem ko so vsi namizni modeli štirijedrni od tega pisanja. Ker so različice prenosnikov dvojedrne in ne štirijedrne, bo i5 v prenosniku slabše deloval kot i5 na namizju. Dvojedrni tip je bolj primeren za prenosne prenosne računalnike, ki zahtevajo daljšo življenjsko dobo baterije in porabijo manj energije, vendar namizni računalnik uporablja CPE, ki porabi več energije, kot je štirijedrni model, saj ne potrebuje baterije. Nekatere aplikacije večjedrnega procesorja so naslednje:
- Igre z visoko grafiko, kot sta Overwatch in Star Wars Battlefront, kot tudi 3D igre.
- Večjedrni procesor je primernejši v programih Adobe Premiere, Adobe Photoshop, iMovie in drugih programih za urejanje videa.
- Solidworks z računalniško podprtim načrtovanjem (CAD).
- Visok omrežni promet in strežniki baz podatkov.
- Industrijski roboti so na primer vgrajeni sistemi.