У наші дні мінімально допустимою нормою комплектації більш-менш серйозною обчислювальної технікивважається наявність двоядерного процесора. Причому цей параметр актуальний навіть для мобільних комп'ютерних пристроїв, планшетних ПК і солідних смартфонів-комунікаторів. Тому розбиратимемося, що ж це за ядра такі і чому про них важливо знати будь-якому користувачеві.
Блок живлення має високу реальну потужність для компактного комп'ютера – 235 Вт. Якісна потужність забезпечує надмірну потужність обладнання, яке ми демонструємо вам. Потужність при максимальному навантаженні наведена нижче в наших тестах.
Ми бачимо, що наш ігровий міні-комп'ютер, який ми пропонуємо, має неймовірний баланс між процесором та відеокартою, що отримує майже рівний рейтинг. Ми тестували фірмові суперкомп'ютери та логічно отримали відмінні результати при завантаженні операційної системи.
Суть простими словами
Перший двоядерний чіп, призначений саме для масового споживання, з'явився у травні 2005 року. Виріб називався Pentium D (формально ставився до серії Pentium 4). До цього подібні структурні рішення застосовувалися на серверах і для специфічних цілей, персональні комп'ютери не вставлялися.
Такий мегакомп'ютер потребує двох 256-бітних відеокарт, щоб виявити його повний потенціал. Найважливішою частиною цього пакету є тест рендерингу, де 8-ядерний комп'ютер має мастильну перевагу. Як ви можете бачити, це далеко не так, і блок живлення 235 Вт на міні-комп'ютері має понад 100% надмірної потужності.
Віртуальний процесор є основне уявлення фізичного процесора в операційній системі логічного розділу, в якому використовуються загальні процесори. Після встановлення та запуску операційної системи на несегментованому сервері операційна система обчислює кількість дій, які можуть виконуватись одночасно, підраховуючи процесори на сервері. Наприклад, якщо користувач встановив операційну систему на сервері, оснащеному вісьмома процесорами, і кожен процесор може одночасно виконувати дві дії, операційна система може одночасно виконувати 16 дій.
Взагалі, сам собою процесор (мікропроцесор, CPU, Central Processing Unit, центральний процесорний пристрій, ЦПУ) - це кристал, який за допомогою нанотехнологій наносяться мільярди мікроскопічних транзисторів, резисторів і провідників. Потім напилюються золоті контакти, «камінчик» монтується в корпусі мікросхеми, а потім все це інтегрується в чіпсет.
Аналогічно, після встановлення та запуску операційної системи на логічному розділі, який використовує виділені процесори, операційна система обчислює кількість дій, які можуть виконуватись одночасно, підраховуючи виділені процесори, призначені логічним розділом. В обох випадках операційна система може легко обчислити, скільки дій може бути виконано одночасно шляхом підрахунку всіх доступних процесорів.
Однак для операційної системи, встановленої та запущеної на логічному розділі, який використовує спільно використовувані процесори, операційна система не може обчислити кількість дій, які можуть бути виконані одночасно шляхом додавання кількості блоків обробки, призначених логічному розділу. Отже, обчислювальна потужність, доступна операційній системі, має бути представлена вбудованим програмним забезпеченням сервера як ціле число процесорів. Таким чином, операційна система може визначити максимальну кількість одночасних дій.
Тепер уявіть собі, що всередині мікросхеми встановили два такі кристали. На одній підкладці взаємопов'язані і діють як єдиний пристрій. Це є двоядерний предмет обговорення.
Звичайно, два «камінці» - не межа. У момент написання статті сильним вважається ПК, обладнаний чіпом з чотирма ядрами, крім обчислювальних ресурсів відеокарти. Ну, а на серверах стараннями фірми AMD вже використовується аж шістнадцять.
Віртуальний процесор є уявленням фізичного процесора в операційній системі логічного розділу, який використовує загальні процесори. Одиниці обробки розподіляються рівномірно між віртуальними процесорами, призначеними логічним розділом. Наприклад, якщо логічний розділ має 1, 80 процесорів і два віртуальні процесори, кожен із віртуальних процесорів отримує 0, 90 процесорних одиниць для обробки свого навантаження.
Існують обмеження кількості одиниць обробки, доступних для кожного віртуального процесора. Мінімальна кількість процесорів, доступних для кожного з віртуальних процесорів, становить 0, 10. Для вбудованого програмного забезпеченняна рівні 6 або пізніших версій мінімальна кількість блоків обробки ще нижче і становить 0,05. Максимальна кількістьблоків обробки, доступних кожному з віртуальних процесорів, завжди одно 1. Це означає, що кількість блоків обробки, використовуваних логічним розділом, неспроможна перевищувати кількість призначених йому віртуальних процесорів, навіть якщо логічний розділ не обмежений.
Нюанси термінології
Кожен із кристалів зазвичай є своя власна кеш-пам'ять першого рівня. Однак якщо вона другого рівня у них загальна, то все одно один мікропроцесор, а не два (або більше) самостійних.
Повноцінним окремим процесором ядро можна назвати тільки в тому випадку, якщо таке має власний кеш обох рівнів. Але це потрібно лише для застосування на дуже потужних серверах та усіляких суперкомп'ютерах (улюблених іграшках вчених).
Як правило, логічний розділ найкраще працює, якщо кількість віртуальних процесорів є близькою до кількості блоків обробки, доступних для логічного розділу. Таким чином, операційна система може ефективно обробляти навантаження логічного розділу. У деяких ситуаціях користувач може збільшити продуктивність системи за рахунок збільшення числа віртуальних процесорів. Збільшення кількості віртуальних процесорів є синонімом збільшення кількості можливих одночасних дій.
Однак якщо кількість віртуальних процесорів збільшується без збільшення кількості блоків обробки, швидкість кожної дії буде зменшена. Можливості передачі обчислювальної потужності від одного процесу до іншого операційною системою зменшуються пропорційно до збільшення числа віртуальних процесорів.
Втім, "Менеджер завдань" в ОС Windows або "Системний монітор" у GNU/Linux може показувати ядра як CPU. У сенсі CPU 1 (ЦП 1), CPU 2 (ЦП 2) і так далі. Нехай це не вводить вас в оману, адже обов'язок програми - не розбиратися в інженерно-архітектурних нюансах, а лише інтерактивно відображати завантаження кожного з кристалів.
Офіційне пояснення мало пояснює. Найбільший виробник мікропроцесорів заявляє, що він припиняє розкривати такі деталі, оскільки є його власністю. Ви повинні думати про частоти турбонаддуву щодо того, що дозволяє ця конфігурація системи та навантаження – все через необхідність стандартизації зв'язку.
Маркетингове повідомлення не могло задовольнити веб-сайти, що спеціалізуються на технології. Виходячи з цього були прочитані турбочастотні частоти для певного числа активованих ядер. Нічого, чого ми не очікували, більш активних ядер, тим слабше турбо. Насправді, ви нічого не можете сказати тут: більше потужні процесориприскорюються більш агресивно, ніж слабкіші, але ви не можете припустити, що процесор з сильним турбонаддувом для одного ядра буде мати однаково сильний турбо для багатьох ядер або що два процесори зі схожими характеристиками будуть мати аналогічний розподіл прискорень.
Значить, плавно переходимо до цього самого завантаження і взагалі до питань доцільності явища як такого.
Навіщо це потрібно
Кількість ядер, відрізняється від одиниці, задумано насамперед для розпаралелювання виконуваних завдань.
Припустимо, ви увімкнули ноутбук і читаєте сайти у всесвітній павутині. Скрипти, якими сучасні веб-сторінки перевантажені до непристойності (крім мобільних версій), будуть оброблятися лише одним ядром. На нього і обрушиться стовідсоткове навантаження, якщо щось погане зведе браузер з розуму.
Можливо, деякі з копій з хорошим охолодженнямможуть прийняти це, але, мабуть, не все. Чи приховує в цьому випадку розподіл турбочастотних частот для ядер, які хочуть приховати від клієнтів той факт, що шість ядер генеруватимуть більше тепла, ніж чотири - і частота годинника повинна бути нижчою? У чому суть? Ми повинні повернутися до давніх часів, коли процесори були все одноядерними. Тоді можна було підключити два процесори на одній материнській платі. Система побачила і те, й інше одночасно працювала двома потоками.
Ядро це просто такий процесор, але закритий разом з іншим в одному корпусі. Для системи вони все ще залишаються двома процесорами, незалежно від того, вони знаходяться на одному кремнії або в різних гніздах. Ну процесор використовує свої вільні ресурси для роботи над великою кількістю потоків, ніж результат від кількості ядер. Теоретично прості, і практично, споживчі процесори який завжди вигравали у цьому доповненні. На жаль, ефективність цієї системи не вражає.
Другий кристал продовжить працювати в нормальному режимі і дозволить впоратися з ситуацією - як мінімум, відкрити «Системний монітор» (або емулятор термінала) і примусово завершити програму.
До речі, саме в Системний монітор» Ви зможете на власні очі побачити, який саме софт раптово злетів з котушок і який з «камінчиків» змушує кулер відчайдушно завивати.
Сервіси повідомляють про максимальному прискоренніна 40%, хоча часто набагато менше. Проте чи кожен вважає такий варіант оптимальним. Кеш третього рівня є необов'язковим і становить від 4 до 8 мегабайт. Звичайно, кеш – це не єдине, що кластери мають ділитися. Проте одиниці фіксованої точки - два на модуль. Така система може одночасно обробляти два незалежні потоки, але вона далека від продуктивності повних ядер.
Чому модуль не збігається з двома ядрами чи одним? Це не перший такий випадок в історії сучасних процесорів. Може бути, йдеться не про саму конструкцію та додатки? Ну, він складається з двох 128-бітних блоків, здатних одночасно виконувати 256-бітові інструкції. І тут одиниці з плаваючою комою неможливо знайти детермінантами числа ядер.
Деякі програми спочатку оптимізовані під багатоядерну архітектуру процесорів і відразу надсилають різні потоки даних у різні кристали. Ну а звичайні програми обробляються за принципом «один потік – одне ядро».
Тобто приріст продуктивності стане відчутним, якщо одночасно діє більше одного потоку. Ну а оскільки багато ОС є багатозадачними, позитивний ефект від розпаралелювання буде проявлятися практично постійно.
Кеш другого рівня спільно використовується обома кластерами. Тож це теж не аргумент. Загальний фронт-кінець є унікальним для цієї мікроархітектури. Використання ядер для цієї архітектури - помилка як для восьми, так і для чотирьох. У нас на ринку був окта- ядерний процесор, на якому відразу могли працювати лише чотири ядра.
Був один, який мав лише одне ядро загального користування та кілька спеціалізованих. Віртуальний процесор є уявлення фізичного ядра процесора для операційної системи логічного розділу, у якому використовуються загальні процесори.
Як із цим жити
Що стосується обчислювальної техніки масового споживання, чіпи з одним ядром нині - це, в основному, ARM-процесори в простих телефонах та мініатюрних медіаплеєрах. Видатну продуктивність від таких приладів не потрібно. Максимум - браузер Opera Mini запустити, клієнт ICQ, нескладну гру, інші невибагливі програми на Java.
У разі встановлення та запуску операційної системи на несегментованому сервері операційна система розраховує кількість операцій, які вона може виконувати одночасно, обчислюючи кількість процесорів на сервері. Наприклад, якщо ви встановлюєте операційну систему на сервері з вісьма процесорами і кожен процесор може виконувати одночасно дві операції, операційна система може виконувати 16 операцій за раз. Аналогічно, коли ви встановлюєте та запускаєте операційну систему на логічному розділі з використанням виділених процесорів, операційна система обчислює кількість операцій, які вона може виконувати одночасно, обчислюючи кількість виділених процесорів, призначених розділу.
Все інше, починаючи навіть з найдешевших планшетів, повинно мати в чіпі щонайменше два кристали, як сказано в преамбулі. Такі речі і купуйте. Виходячи хоча б з тих міркувань, що практично весь користувальницький софт стрімко товстіє, споживає все більше системних ресурсів, тому запас потужності не завадить.
В обох випадках операційна система може легко обчислити скільки операцій вона може виконати за один раз, обчисливши загальну кількість доступних процесорів. Однак при встановленні та запуску операційної системи на логічному розділі, в якому використовуються загальні процесори, операційна система не може обчислити цілу кількість операцій із дробового числа блоків обробки, які призначені логічним розділом. Тому прошивка сервера повинна представляти обчислювальну потужність, доступну для операційної системи як ціле число процесорів.
Попередні публікації:
В епоху кремнієвої електроніки, коли виробники мікросхем повною мірою відчувають на собі наслідки закону Мура, багато людей цікавляться будовою мікропроцесорів. Зокрема, багато користувачів персонального комп'ютерацікавиться внутрішньою будовою процесора у тому ПК.
Це дозволяє операційній системі обчислювати кількість конкуруючих операцій, які вона може виконувати. Віртуальний процесор є уявленням фізичного процесора для операційної системи логічного розділу, який використовує загальні процесори.
Прошивка сервера розподіляє одиниці обробки однаково між віртуальними процесорами, призначеними логічним розділом. Наприклад, якщо логічний розділ має 1, 80 процесорів і два віртуальні процесори, кожен віртуальний процесор має 0, 90 одиниць обробки для свого робочого навантаження.
Окремий інтерес для користувача ПК представляє питання - що таке ядро процесора. Щоб відповісти на це питання, ми підготували пізнавальний матеріал про будову процесора та його ядру.
Ядро процесора та трохи історії
Спробуємо відповісти на головне питання, Що таке процесорне ядро Чіткого визначення для різного видумікропроцесорів у ядра немає. Найбільш поширеною моделлю опису вважається, що ядро - це основна частина мікропроцесора, яка містить блоки та модулі на кремнієвому кристалі та відповідає за виконання різних машинних інструкцій. Тобто, власне кажучи, ядро або кілька ядер це і є наш процесор.
Існують обмеження кількості одиниць обробки, які ви можете мати для кожного віртуального процесора. Мінімальна кількість блоків обробки, яку ви можете мати для кожного віртуального процесора, дорівнює 0, 10. Коли прошивка знаходиться на рівні 6 або пізнішої, мінімальна кількість процесорів знижується до 05. Максимальна кількість блоків обробки, яку ви можете мати для кожного віртуального процесора, завжди одно 1. Це означає, що логічний розділ не може використовувати кілька процесорів, ніж кількість призначених йому віртуальних процесорів, навіть якщо цей розділ виявлено.
Основоположниками будови ядра є архітектура фону Нейманаі Гарвардська. В наш час в основному використовується архітектура фон Неймана. Завдяки спільному збереженню та читанню команд та інформації з пам'яті, архітектура фон Неймана набула широкого поширення.
На основі архітектури фон Неймана створено такі процесорні архітектури, що використовуються в наш час:
- CISC;
- RISC;
- MISC;
- VLIW.
Всі описані вище архітектури використовуються зараз у виробництві процесорів для персональних комп'ютерів, відеокарт, смартфонів і різної електроніки, в якій використовуються мікропроцесори.
Види сучасних процесорів
Найбільш популярні в наш час процесори виробляються CISCі RISCархітектури. На CISCстворюють свої процесорні ядра компанії Intelі AMD. У мікросхемах Intel та AMD використовують модифіковану CISC архітектуру, яка має назву x86. Наступною популярною архітектурою є ARM. Ця архітектура створена на базі RISCта використовується в проектуванні мікросхем компанією ARM Limited.
Процесори компаній Intelта AMD можна зустріти практично у будь-якому комп'ютері. Компанія Intel випускає процесори для таких систем, як:
- процесори для настільних ПК;
- процесори для мобільних ПК;
- Серверні процесори;
- Компоненти рішень, що вбудовуються.
На Наразікомпанія Intelмає самий продуктивний процесорзі всіх випущених на ринку. Цей процесор призначений для роз'єму материнської плати LGA2011-v3і маркується, як Intel® Core™ i7-5960X Processor Extreme Edition.
Процесор 8-миядерний та завдяки технології Hyper-Threadingвін здатний працювати в 16 потоків. По суті, це 8-ми ядерний процесор, здатний працювати як 16-ти ядерний процесор. Цей процесор зможе впоратися з будь-яким завданням на ПК, але за таку продуктивність доведеться заплатити 1060 доларів за боксовий варіант.
На даний момент Intel освоїла 14-нмтехпроцес і випускає CPU з ядрами на мікроархітектурі Skylake. Найцікавішими чотирьох ядерними CPU мікроархітектури Skylakeє чіпи шостого покоління Intel Core i7, i5, i3, Pentium і Celeron. Найбільш популярними CPU шостого покоління є:
- Intel Core i7-6700K - чотири ядерні ЦПУ;
- Intel Core i5-6600K – чотири ядерний ЦПУ;
- Intel Core i3-6100 – двоядерний ЦПУ.
Також чіпи шостого покоління мають досить продуктивне графічне ядро, яке може замінити безліч дискретних відеокартпочаткового та середнього рівня.
Ознайомитись з усіма видами процесорів компанії Intelможна на офіційній сторінці http://ark.intel.com/ru.
Процесори компанії AMDтакож виробляються для таких систем як:
- процесори для настільних ПК;
- Процесори для ноутбуків;
- Процесори для серверів.
Найбільш цікавими рішеннямикомпанії AMDє гібридні AMD А-серіїта процесори AMD FX, що володіють чотирма ядрами та двома ядрами на кристалі. Перші володіють високою продуктивністю і мають продуктивне графічне ядро, а також можуть включати чотири ядерні і двоядерні процесори
У других немає графічного ядра, але вони можуть включати 8-ми ядерні, чотирьох ядерні і двоядерні процесори, що істотно збільшує продуктивність. Для своїх мікропроцесорів компанія AMDвикористовує 28-нмтехпроцес, що не дає компанії нарівні конкурувати з компанією Intel. Але завдяки розвитку гібридних APU, її 8-ми ядерні чіпи прописалися у сучасних ігрових консолях Sony Playstation 4 і Xbox One.
Якщо говорити про сучасних процесорах ARM, то їх не можна зустріти як CPU Intel і AMD коробкових версіях, тому що вони поширюються у вигляді SoC-платформдля виробників планшетів, смартфонів, медіапрогравачів, роутерів та іншої різної електроніки.
Взаємодія багатоядерних комп'ютерів із старими програмами
Бувають ситуації, коли багатоядерний комп'ютер на Windows не дозволяє коректно запускати старі програми чи ігри. Для того щоб вирішити цю проблему, ми підготували приклад із запуском старої гри на багатоядерної системи.
Наприклад ми взяли комп'ютер з урахуванням чотирьох ядерного процесора Intel Core i7-6700Kпід управлінням Windows 10. Грам для запуску на Intel Core i7-6700K ми вибрали досить популярну гру 1998 року Fallout 2. Встановивши гру, запустіть її з ярлика на Робочому столі та поверніть її комбінацією Alt+Tab. Після цього перейдіть до « Диспетчер завдань» та знайдіть процес гри Fallout 2. Натисніть на нього правою кнопкою миші та виберіть « Детально».
Після цього ми перейдіть на вкладку « Деталі» з процесом. Тепер натисніть праву кнопкумиші на процесі та переходьте до пункту «».
Повинне з'явитись таке вікно.
У цьому вікні необхідно відключити всі ядра і залишити лише « ЦП 0» та натиснути кнопку OK.
Також хочеться відзначити, що для цієї гри необхідно виставити режим сумісності з Windows XP. Поставити режим сумісності з Windows XPможна на вкладці « Сумісність» у властивостях виконуваного файлу. У нашому випадку, виконуваним файломє « fallout2.exe».
Після цих дій можна перейти до вікна Fallout 2. Всі ці дії ми проробили для того, щоб запустити гру Fallout 2з одним ядром Intel Core i7-6700K, так як гра заточена під одноядерніпроцесори, де багатоядерність негативно впливає її роботу.
Таку процедуру можна зробити з будь-якої старою програмоюабо грою, заточеною під одноядерні системи Windows.
Використовуємо певну кількість ядер у віртуальній машині
Для прикладу, ми також будемо використовувати комп'ютер на базі чотирьох ядерних процесора Intel Core i7-6700K під керуванням Windows 10. Створити віртуальну машину можна за допомогою програми VirtualBox. Програма абсолютно безкоштовна та завантажити її можна з офіційного сайту www.virtualbox.org. Створимо віртуальну машину для Windows XP. Для цього запустіть VirtualBoxта натисніть кнопку Створити.
У вікні виберіть ім'я віртуальної машини, тип ОС і натисніть кнопку Next .
Тепер виберіть кількість ОЗУ та натисніть кнопку Next. Після чого з'явиться вікно створення віртуального жорсткого диска.
Створення жорсткого диска – це останній етап, і після нього віртуальна машина буде готова. Тепер нам необхідно перейти до налаштувань нашої віртуальної машини. Для цього натисніть кнопку « Налаштування».
У меню налаштувань перейдемо на вкладки « Система / Процесор».
Як видно з малюнку, для нашої віртуалки використовуються всі активні ядра Intel Core i7-6700K. Щоб віртуальна машина трохи завантажувала основну систему, можна вибрати певну кількість ядерїї роботи.
Для нормальної роботивіртуалки Windows XP цілком вистачить трьох ядер.
Такі маніпуляції з ядрами віртуальній машиніможна виробляти у різних операційні системи, будь то Linuxабо Mac OS.
Охолодження сучасних CPU
Якщо ви захочете підвищити продуктивність системиза рахунок розгону ЦПУ, штатна система охолодження може не впоратися з температурою ядра. Щоб вирішити проблему з температурою ЦПУ та не допустити перегріву ядер при його розгоні, необхідно скористатися системами охолодження температуривід сторонніх виробників. Найбільш найкращими виробникамикулерів, які впораються з температурою будь-якого розігнаного ЦПУ, є:
- Cooler Master;
- DeepCool;
- Noctua;
- Thermalright;
- Zalman.
Щоб впоратися з температурним охолодженням розігнаного Intel Core i7-6700K, ці компанії пропонують такі кулери:
- Zalman CNPS10X Performa;
- Noctua NH-D15;
- DeepCool GAMMAXX S40;
- Thermalright SilverArrow IB-E Extreme;
- Cooler Master TPC 812 PWM.
Їх зовнішній виглядможна побачити на малюнку:
Розглянуті кулери можуть впоратися не лише з температурним охолодженням Intel Core i7-6700K, а й іншими ЦПУ для різних платформ. Використовуючи кулери цих фірм, ви ніколи не допустите температурного перегріву свого CPU.
Підсумок
У цьому матеріалі ми розглянули що таке ядро процесора, а також розглянули види сучасних ЦПУ з різним числом ядер від 1-го до 8-ми та області їх застосування. Крім того, ми розглянули приклади використання багатоядерних систем на базі процесора Intel Core i7-6700Kа також системи охолодження температури для нього.
Як видно з цих моделей можна зустріти 8-ми ядерні процесори. З цього можна зробити висновок, що нові моделі будуть мати ще більшу кількість ядер. Можливо, у майбутньому ми зустрінемо 32-х або 64-х ядерні процесори для персонального комп'ютера від компаній Intel та AMD.
Відео: як виробляють процесори
Складання
