Сколько ядер лучше 2 или 4. Одноядерные процессоры. Особенности работы двухъядерных процессоров

Рассмотрим их на примере процессора Intel Pentium 1.

В июне 1989 года Винодом Дэмом (англ. Vinod Dahm) были сделаны первые наброски процессора под кодовым названием P5. В конце 1991 года была завершена разработка макета процессора, и инженеры смогли запустить на нём программное обеспечение. Начался этап оптимизации топологии и повышения эффективности работы. В феврале 1992 года проектирование в основном было завершено, началось всеобъемлющее тестирование опытной партии процессоров. В апреле 1992 года принято решение о начале промышленного производства, в качестве основной промышленной базы была выбрана орегонская фабрика № 5. Началось промышленное освоение производства и окончательная доводка технических характеристик.

Особенности строения одноядерных процессоров

Ниже суммируется то, что вам нужно знать. Двойные процессоры означают, что в машине есть 2 физических процессора. . Теперь, когда мы знаем физическую разницу между ними, давайте рассмотрим некоторые особенности. В первую очередь эти системы построены так, чтобы работать в одном и том же свете. Многозадачность - многозадачность, но для обоих есть некоторые базовые эффекты.

Однако, если у вас есть ваши ресурсы, это не имеет значения, и ваша система будет работать более эффективно, потому что процессы разделяются между процессорами и не ядрами. Двухъядерные машины - новый свет для владельцев малого бизнеса, поскольку они немного дешевле и обеспечивают практически то же самое. Однако многоядерная система имеет возможность обрабатывать несколько потоков отдельно, но одновременно. Это делает многоядерные системы идеальными для многопоточных приложений. . Обе установки способны выполнять одни и те же вещи, но это то, как вы настроите свою систему на эффективную работу, которая имеет значение.

Основные отличия от процессора 486:

а) Суперскалярная архитектура. Благодаря использованию суперскалярной архитектуры процессор может выполнять 2 команды за 1 такт. Такая возможность существует благодаря наличию двух конвейеров - u- и v-. u-конвейер - основной, выполняет все операции над целыми и вещественными числами; v-конвейер - вспомогательный, выполняет только простые операции над целыми и частично над вещественными. Чтобы старые программы (для 486) в полной мере использовали возможности такой архитектуры, необходимо было их перекомпилировать. Pentium - первый CISC-процессор, использующий многоконвейерную архитектуру.

Это может быть на двухпроцессорном или двухъядерном процессоре. Только несколько корпоративных компьютеров или более крупные серверы, которые требовали большей вычислительной мощности, могли позволить себе монтировать 2 или более из этих чипов на одной плате: они были многопроцессорными системами. Эти микросхемы обмениваются с другими элементами материнской платы через разъем или гнездо. Если вы хотите больше вычислительной мощности, вам просто нужно искать материнскую плату с большим количеством этих процессоров или ждать, пока они будут развиваться, чтобы обеспечить более высокую производительность.

б) 64-битная шина данных. Позволяет процессору Pentium за один шинный цикл обмениваться вдвое большим объёмом данных с оперативной памятью, чем 486 (при одинаковой тактовой частоте).

в) Механизм предсказания адресов ветвления. Применяется для сокращения времени простоя конвейеров, вызванного задержками выборки команд при изменении счетчика адреса во время выполнения команд ветвления. Для этого в процессоре используется буфер адреса ветвления BTB (Branch Target Buffer), использующий алгоритмы предсказания адресов ветвления.

Таким образом, удалось ускорить несколько процессов кумуляции и стали предлагать процессоры с большей общей производительностью, чем традиционные. Операционная система была отчасти обманута, потому что ей предлагалось 2 виртуальных или логических процессора вместо одного, поскольку одновременно было разрешено выполнять два процесса «в одно и то же время». Но важно отметить, что невозможно было в два раза увеличить вычислительную мощность традиционного процессора и не было возможности предлагать возможности полной параллельной обработки.

г) Раздельное кэширование программного кода и данных. В процессорах Pentium используется кэш-память первого уровня (кэш L1) объёмом 16 Кб, разделённая на 2 сегмента: 8 Кб для данных и 8 Кб для инструкций. Это улучшает производительность и позволяет делать двойное кэширование доступным чаще, чем это было возможно раньше. Кроме того, изменён механизм кэширования.

Еще один поворот: появление многоядерных архитектур

Но это 2 логических процессора, работающих в одном и том же физическом процессоре. Каждый из этих инкапсулированных процессоров назывался ядром, и это позволило достичь более быстрой связи между ними с помощью внутренней шины, использующей один и тот же кремний. С этого момента больше не нужно было обращаться к системной шине, намного медленнее.

Особенности работы двухъядерных процессоров

Конечно, было бы лучше иметь 2 двухъядерных процессора, чем один, но даже лучше было бы иметь один четырехъядерный процессор. На уровне операционной системы физический четырехъядерный процессор будет показан как компьютер с 4 процессорами. Наконец, часто мы найдем процессоры с 4 потоками, 2 потоками на ядро ​​и все такое. В противном случае нормальное число ядер соответствует потокам.

д) Улучшенный блок вычислений с плавающей запятой (FPU).

е) Симметричная многопроцессорная работа (SMP).

3. Переход к двуядерным процессорам

Рисунок 2 – микрофотография одного из первых двуядерных процессоров

компьютер процессор одноядерный двуядерный

Первой двуядерные чипы для настольных ПК представила корпорация Intel - 11 апреля было официально объявлено о начале поставок процессора Pentium 4 Extreme Edition 840. AMD не заставила себя долго ждать и уже 21 апреля ознакомила публику с тремя серверными двуядерными процессорами Opteron, а также представила новую торговую марку - Athlon 64 X2, под которой уже 9 мая были официально презентованы двуядерные процессоры для настольных ПК.

Обычно 1 логический процессор с хост-сервера сопоставляется с 1 виртуальным процессором внутри виртуальной машины, поэтому они являются почти эквивалентными условиями. Предприниматель, генератор идей и беспокойный ум. Дополнительные ядра были добавлены, когда стало очевидно, что увеличение тактовых частот в компьютере становится слишком сложным. Таким образом, увеличение ядра стало ответом производителя на эту проблему.

Необходимость для многоядерных систем

Раньше считалось, что процессоры определяются их тактовой частотой. В часто цитируемом Законе Мура говорится, что количество транзисторов на интегральных схемах удваивается каждые два года, что многие интерпретируют как означающие, что вычислительная мощность также удвоится, этот закон на самом деле правдивый в течение нескольких десятилетий. Проблема заключалась в том, чипы работали слишком горячими и требовали слишком большой мощности, чтобы быть жизнеспособными. Таким образом, появились двухъядерные чипы, и даже когда это было выпущено, дебют четырехчиповой версии ожидался.

Переход на двуядерную архитектуру обусловлен тем, что традиционные методы по увеличению производительности практически исчерпали себя. Из-за ряда технологических проблем темпы наращивания тактовых частот в последнее время заметно замедлились. К примеру, в последний год перед появлением двуядерных процессоров компания Intel смогла нарастить частоты своих CPU лишь на 400 МГц, а конкуренты от AMD ускорились всего на 200 МГц. Как видим, рост тактовых частот дается нелегко. А другие методы, такие как увеличение скорости шины и размера кэш-памяти, ощутимого прироста производительности не дают.

Преимущества использования двухъядерных процессоров

Работает медленнее: в тех случаях, когда характеристики компьютеров сопоставимы, одноядерные процессоры работают медленнее, чем многоядерные процессоры. Замораживание: многие из сегодняшних программных программ используют много вычислительной мощности. У них просто нет такой вычислительной мощности, как многоядерные системы. . Эти ядра работают как единое целое, но каждый из них имеет собственный контроллер и кеш, что позволяет им работать быстрее, чем одноядерные процессоры.

Когда одноядерный процессор должен делать две разные вещи, он должен остановить то, что он делает, а затем переключиться на следующую задачу. Однако это также означало, что покупка другого компьютера - это покупка отдельного процессора и материнской платы Двухъядерный процессор может встраиваться в одну материнскую плату и компьютер. Проверка электронной почты, просмотр серфинга через текстовые сайты и ввод документов не на самом деле используют много энергии. В зависимости от производителя это может означать, что четыре ядра находятся в одной и той же интегральной схеме или в одном чип-пакете.

Поэтому понятно, почему именно внедрение двуядерных процессоров оказалось наиболее логичным шагом на пути к новым вершинам быстродействия и ознаменовало начало новой эры в развитии процессорного рынка.

Что же представляет собой двуядерный процессор? На первый взгляд это просто два процессора, объединенных в общем корпусе. Но не все так просто. Во-первых, нужно различать термины «процессор» и «процессорное ядро». Во-вторых, существует проблема общих ресурсов, доступ к которым нужно распределять между двумя ядрами. Если же посмотреть с точки зрения программного обеспечения, то двуядерный процессор система рассматривает как два независимых. Понятно, что двуядерный процессор способен одновременно выполнять два потока инструкций, в то время как обычный CPU производит вычисления строго по очереди. До этого уже была произведена попытка разделить выполняемые инструкции - речь идет о технологии Intel Hyper-Threading. Вот только в ней два «виртуальных» процессора почти во всем разделяют между собой ресурсы одного «физического» процессора (кэши, конвейер, исполнительные устройства). Практически все ресурсы общие - и если они уже заняты одним из выполняющихся потоков, то второй будет вынужден ожидать их освобождения.

Например, некоторые чипы могут или не могут совместно использовать ресурсы, такие как кеши. Также возможно иметь четырехъядерный процессор с теми же типами чипов или разных чипов. Многозадачность: четырехъядерная система - одна из лучших систем для многозадачности. С таким количеством ядер он может выполнять сразу несколько процессов, сохраняя при этом целостность системы. Запуск интенсивных приложений: приложения, которые используют множество ресурсов, таких как графические программы, видеоредакторы и антивирусные программы, могут работать бесперебойно одновременно. Меньше потребления тепла и мощности: большинство новых четырехъядерных чипов настолько малы и эффективны; они могут фактически использовать меньшую мощность и выделять меньше тепла, чем одноядерные системы. Использование в долгосрочной перспективе: проблема с законом Мура заключается в том, что он практически гарантировал, что ваш компьютер будет устаревшим примерно через 24 месяца. Поскольку несколько программ запрограммированы на работу на двухъядерных и гораздо менее четырехъядерных процессорах, фактически опережая разработку программного обеспечения. Приобретение новой материнской платы также может потребовать покупки других компонентов, совместимых с материнской платой. Компьютерные процессоры - это специальные компоненты, которые могут быть недоступны в любом месте; поэтому большинство людей предпочитают заказывать его по телефону или в Интернете.

По сути, принцип работы процессора с Hyper-Threading похож на принцип работы многозадачной операционной системы, только происходит это не на программном, а на аппаратном уровне. Разделение потока на две части, как правило, позволяет эффективнее загрузить исполнительные устройства процессора. И при этом немного облегчить операционной системе задачу имитации множества независимых компьютеров на одном существующем процессоре.

Это идеальное место для покупки любого процессора. Прежде чем совершать какие-либо покупки, сэкономьте некоторое время, и если у вас еще нет этого. Просто введите любой термин поиска, который описывает то, что вы ищете, например или «.». Если вы ищете что-то конкретное, вы можете использовать, чтобы помочь сузить результаты поиска. Если вы покупаете процессор, скорее всего, вы также находитесь на рынке для других частей компьютера, например, случаев и. может помочь вам сэкономить время и стоимость доставки.

Попробуйте приобрести в одном магазине, чтобы сэкономить на стоимости доставки. Трудно отрицать, что компьютеры сегодня жизненно важны для всего мира: они поддерживают мир и перестают превращаться в хаос. Компьютеры становятся быстрее каждый год или, по крайней мере, они были. Теперь, помимо одноядерных процессоры, двухъядерные и четырехъядерные процессоры быстро становятся нормой. Каждый тип процессора имеет свои преимущества и недостатки. Одноядерные процессоры обычно имеют меньшую мощность и тепло, чем многоядерные системы, в то время как двухъядерные и четырехъядерные системы могут создавать любые компьютер чувствует себя невероятно быстро.

Полноценный двуядерный процессор - совсем другое дело. В этом случае система определяет действительно два «честных» процессорных ядра. И прирост производительности при этом составляет уже не 10-20% (средний показатель для процессора с технологией Hyper-Threading), а все 80-90% и даже больше (естественно, при использовании обоих ядер). В принципе, двуядерный процессор представляет собой SMP-систему (SMP - Symmetric MultiProcessing, симметричная многопроцессорная обработка; термин, обозначающий систему с несколькими равноправными процессорами). По сути своей он не отличается от обыкновенной двухпроцессорной системы, в которой установлено два независимых процессора. В результате мы получаем все преимущества двухпроцессорных систем без необходимости использования сложных и дорогих двухпроцессорных материнских плат.

Двухъядерный или четырехъядерный, что это может быть?

Кажется, что переход от увеличения тактовых частот к большей параллелизации в процессорах преуспел. На самом деле, очень немногие приложения в настоящее время поддерживают несколько ядер. Но тенденция ясна в том, чтобы лучше поддерживать текущее оборудование.

Понятно, что двойные и даже четырехъядерные ядра зарекомендовали себя на рынке, независимо от их фактических преимуществ. Здесь вы должны отдать должное отделу продаж и маркетинга двух основных производителей процессоров. Они понимают это как никто другой, чтобы привести многоядерные процессоры к человеку или к женщине. Цены не говорят против двухъядерного процессора, поэтому остается только вопрос, есть ли процессор с двумя или четырьмя ядрами.

Один из способов создать энергоэффективный процессор - это переход от одноядерной процессорной архитектуры к многоядерной. Дело в том, что многоядерные процессоры позволяют повышать производительность именно за счет увеличения IPC, то есть количества инструкций программного кода, обрабатываемых за каждый такт работы процессора. В идеале при переходе от одноядерной архитектуры процессора к двуядерной можно сохранить тот же уровень производительности, снизив тактовую частоту каждого из ядер почти вдвое. В реальности, конечно, все несколько сложнее - результат будет зависеть от используемого приложения и его оптимизации к двуядерному процессору. То есть, чтобы приложение могло одновременно задействовать несколько процессорных ядер, оно должно хорошо распараллеливаться. Если же программный код написан таким образом, что подразумевает только последовательное выполнение инструкций, от многоядерности проку не будет. Для того чтобы продемонстрировать, как именно масштабируется производительность многоядерного процессора в зависимости от оптимизации программного кода к многоядерной архитектуре, рассмотрим следующий пример. Имеется многоядерный процессор с количеством ядер равным n. Предположим, что на этом процессоре выполняется программа, включающая N инструкций программного кода, причем S инструкций этого кода может выполняться только последовательно друг за другом, а P (равное N – S) инструкций являются программно независимыми друг от друга и могут выполняться одновременно на всех ядрах процессора. Обозначим через s (равное S / N) - долю инструкций, выполняемых последовательно, а через p (равное 1 – s) - долю инструкций, выполняемых параллельно.

В «истинном» четырехъядерном ядре четыре ядра и их кэш-память упакованы на одном кристалле. Но теперь вернемся к актуальному вопросу о том, может ли производительность четырехъядерного процессора умеренно убедить. Поскольку обычный пользователь компьютера, но, вероятно, вряд ли вступает в контакт с таким специальным исследовательским программным обеспечением, приносит четырехъядерный процессор по сравнению с двухъядерными процессорами, как правило, только с очень небольшой дополнительной мощностью.

Это особенно проблематично в однопоточных приложениях, в которых самые дорогие четырехъядерные ядра избили двойные ядра с более высокой тактовой частотой. В наши дни даже два ядра практически не используются для полной производительности, поэтому еще два ядра полностью лишние. И даже если это должно произойти, то часто неправильные шеи, такие. Производительность четырехъядерных процессоров в настоящее время требуется только для особо энергоемких программ. Таким образом, использование четырехъядерных процессоров в области рабочего стола, особенно в таких приложениях для рабочих станций.

Рисунок 3 - Выполнение программного кода на одноядерном процессоре

В случае применения одноядерного процессора (рисунок 4) время, затрачиваемое на выполнение всего программного кода, составит:

t1 = N / IPS (3.1)

В случае использования n-ядерного процессора (рисунок 1) время, затрачиваемое на выполнение всего программного кода, окажется меньше за счет параллельного выполнения P команд на n ядрах процессора и составит:

Логика делит задачи на так называемые «потоки», которые могут быть назначены одному ядру для выполнения. Невозможно распространять отдельные потоки через несколько ядер, хотя одно ядро ​​может одновременно выполнять несколько потоков. Это одна из причин, по которой время от времени нагрузки между ядрами вашего компьютера могут быть распределены неравномерно. Если поток требует большой вычислительной мощности, исполняющее ядро ​​может иметь значительно большую активность, чем ядра, которые должны выполнять менее сложные задачи.

В окне отображаются индикаторы для каждого ядра. Эта же концепция применяется к канальным полосам. Каждая полоса канала обрабатывается ядром. Если вы используете несколько плагинов на одной полосе канала, требующей большой вычислительной мощности, назначенное ядро ​​может показывать более высокий уровень активности. Это особенно актуально при работе с высокими показателями выборки.

(3.2)

Поскольку приростом производительности в данном случае можно считать сокращение времени выполнения программы при использовании многоядерного процессора по сравнению со временем выполнения той же программы при применении одноядерного процессора, то есть t1 / tn, получим, что прирост производительности составит:

(3.3)

Графическая зависимость прироста производительности от числа ядер процессора показана на рисунке 5.


Рисунок 4 - Выполнение программного кода на многоядерном процессоре

Как видно из приведенной формулы, прирост производительности в случае многоядерной архитектуры процессора в большой степени зависит от оптимизации приложения к многоядерной архитектуре, то есть от его способности распараллеливаться. К примеру, даже в случае, когда 90% программного кода распараллеливается на несколько исполнительных ядер, использование четырехъядерного процессора позволяет получить только трехкратный прирост производительности в сравнении с одноядерной архитектурой процессора.


Рисунок 5 - Зависимость прироста производительности от числа ядер процессора

Рассмотренный пример представляет собой идеальную ситуацию, но в реальности все несколько сложнее, тем не менее, основная идея остается неизменной: использование многоядерных процессоров требует внесения кардинальных изменений в программное обеспечение. До сих пор, обсуждая прирост производительности, который можно получить при переходе от одноядерной к многоядерной архитектуре, мы рассматривали только одно приложение. Тем не менее, многоядерные процессоры позволяют ощутить существенный прирост производительности при одновременной работе нескольких приложений. В идеальном случае каждое приложение может исполняться на отдельном ядре процессора независимо от других приложений. К примеру, можно параллельно конвертировать видеофайлы, играть в игры и т.п. Многоядерная архитектура процессоров позволяет одновременно решать две глобальные задачи: увеличивать производительность процессоров и одновременно создавать энергоэффективные процессоры. Конечно, многоядерная архитектура - это лишь один из рецептов создания высокопроизводительных энергоэффективных процессоров. Для создания действительно энергоэффективного многоядерного процессора необходимо, чтобы каждое его ядро было оптимизировано для многоядерной архитектуры и к тому же было энергоэффективным. К примеру, двухъядерные процессоры Intel, основанные на архитектуре NetBurst (семейство Intel Pentium D), позволяют лишь частично решить проблему повышения энергоэффективности. Дело в том, что микроархитектура каждого ядра процессора семейства Intel Pentium D оптимизирована под масштабирование тактовой частоты и не является энергоэффективной. Другим подходом к повышению производительности в рамках заданного энергопотребления является переход на принципиально иную микроархитектуру ядра. Отметим, что данный подход не противоречит идее многоядерности, а скорее дополняет ее.

Современная компьютерная индустрия не стоит на месте. Уже практически каждый компьютер укомплектован многоядерными процессорами. Но ведь еще не каждый знает, в чем отличие их от одноядерных аналогов, которые остаются в прошлом. Иногда при покупке человек стремится купить новинку, при этом он не осознает ее значимость и тратит деньги на вещь, которая ему не принесет существенной пользы.
Чтобы понять необходимость покупки процессора с одним или двумя ядрами необходимо осознавать разницу двух вариантов, в каких случаях каждый из них лучше.

Особенности строения одноядерных процессоров

Всем известно, что мощность и скорость работы всего персонального компьютера в первую очередь зависит именно от центрального процессора. Поэтому, чем частота работы процессора выше, тем быстрее происходит выполнение команд пользователя. Операции над данными производит именно ядро в процессоре.

При высокой частоте скорость выполнения одной команды существенная, поэтому пользователю даже при одноядерном процессоре кажется, что программы выполняются параллельно. В действительности все программы встают в очередь, которая движется с очень высокой скоростью.

Особенностью одноядерных процессоров по архитектуре можно считать:

  • Структуру с полным разделением команд и данных.
  • Скалярная архитектура, которая позволяет выполнять параллельно несколько команд в различных устройствах.
  • Изменение последовательности команд динамического типа, когда работает принцип опережения.
  • Использование команд происходит по типу конвейера.
  • Направление ветвей выполнения предсказуемо.

Хочется отметить, несмотря на то, что все больше появляется двухъядерных процессоров, одноядерные варианты постоянно дорабатываются и усовершенствуются. Поэтому некоторые модели процессоров с одним ядром по своей производительности не всегда уступают двухъядерному последователю.

Особенности работы двухъядерных процессоров

Если, в общем, рассказывать о работе процессора с двумя ядрами в сравнении с одноядерным собратом, то можно пояснить все простым примером. Например, пользователь копирует файлы, а при этом решил посмотреть фильм. Ему кажется, что обе операции проводятся одновременно, но при работе одноядерного процессора эти действия идут последовательно, так как частота выполнения команд очень высокая, то и создается такое ощущение. Но при наличии двухъядерного процесса эти операции действительно выполняются одновременно.

Стоит отметить, что по своей архитектуре двухъядерный процессор схож со строением симметричных мультипроцессоров, когда на одной плате используется два процессора. Существуют, конечно, определенные отличия, но принцип работы схож.


Наиболее эффективно двухъядерные процессоры показывают себя при работе с многопоточными приложениями, именно здесь получается наивысшая производительность. Так как многочисленные задачи распределяются между двумя ядрами для выполнения. Такое распределение позволяет снизить потребление электроэнергии. Ведь именно этот фактор тормозит развитие одноядерных процессоров.

В чем отличия двухъядерного процессора

При изучении архитектуры строения как одноядерных, так и двухъядерных процессоров можно выделить большой список различий:

  • Если не запускать сложных многопоточных приложений или несколько одновременно, то различия в работе процессора с одним ядром или двумя, будут не так ощутимы и заметны.
  • В процессоре с двумя ядрами присутствует также разделенная кэш память.
  • При наличии двухъядерного процессора существует ощутимый плюс, так как при отказе одного ядра, второе ядро будет забирать всю нагрузку только на себя.
  • Двухъядерный процессор имеет большую кэш память и частоту.

Стоит заметить, что не всегда двухъядерный процессор в домашних условиях может показать себя в полном объеме, так как многие созданные приложения не адаптированы к такому центральному процессору. Следует заметить, что из-за наличия двух ядер процессор имеет 64-битную структуру. А многие современные программы рассчитаны на 32-битную структуру, и повышения скорости работы от них не стоит ожидать.

Преимущества использования двухъядерных процессоров

Зная особенности структуры и существенные отличия процессоров с одним и двумя ядрами можно выделить основные преимущества использования двухъядерных процессоров:

  1. Быстрая работа браузера при загрузке и отображении.
  2. Высокая производительность в игровых приложениях.
  3. При работе в многозначном режиме увеличивается скорость работы нескольких потоков.
  4. Высокое быстродействие и плавность работы.
  5. Снижение энергопотребления при увеличении производительности.

В заключение можно сделать вывод, что процессор с одним ядром или двумя имеет существенные различия, как в результате работы, так и в своей архитектуре.

Конечно, понятно, что процессор с двумя ядрами и более будет более производительным. Для домашнего пользования в принципе не критически приобретать компьютер и с одним процессором. Но если есть финансовые возможности приобрести компьютер, в конфигурации которого два процессора, то стоит покупать. Ведь информационный мир не стоит на месте. Программы дорабатываются, техника усовершенствуется. С каждым днем все большее число программных продуктов ориентировано на работу с 64-битными системами.