Vícejádrový procesor je integrovaný obvod, ke kterému jsou připojeny dva nebo více procesorů pro rychlejší současné zpracování několika úloh, nižší spotřebu energie a vyšší výkon. Obecně se skládá ze dvou nebo více procesorů, které čtou a provádějí instrukce programu.
Jinými slovy, na jediném čipu obsahuje vícejádrový procesor četné procesorové jednotky neboli „jádra“, z nichž každá má potenciál vykonávat odlišné úkoly. Pokud například provádíte mnoho úkolů najednou, jako je sledování filmu a používání WhatsApp, jedno jádro bude zvládat činnosti, jako je sledování filmu, zatímco druhé se stará o další povinnosti, jako je WhatsApp.
Dvoujádrová konfigurace je srovnatelná s několika různými procesory nainstalovanými na stejném počítači, ale spojení mezi nimi je rychlejší, protože dva procesory jsou zapojeny do stejné patice. Jednotlivá jádra mohou provádět několik instrukcí paralelně, což zvyšuje rychlost softwaru vytvořeného za účelem využití jedinečných vlastností architektury.
„co je 10 ze 100“
Ve srovnání s jednojádrovým procesorem je dvoujádrový procesor za ideálních okolností obvykle dvakrát výkonnější. Ve skutečnosti se očekává nárůst výkonu přibližně o 50 %: dvoujádrový procesor je zhruba 1,5krát výkonnější než jednojádrový procesor.
Vzhledem k tomu, že jednojádrové procesory narážejí na své fyzické limity složitosti a rychlosti, stávají se vícejádrové výpočty populárnější. V moderní době je většina systémů vícejádrových. Mnohojádrové nebo masivně vícejádrové systémy označují systémy s velkým počtem jader CPU, jako jsou desítky nebo stovky.
Na počátku roku 2000 vydaly Intel a AMD první vícejádrové procesory. V moderní době se procesory dodávají se dvěma („dvoujádrovými“), čtyřmi („čtyřjádrovými“), šesti („šestijádrovými“) a osmi („osmijádrovými“) jádry („octojádrovým“ ). Procesory založené na FPGA obsahují až 100 fyzických jader a 1000 efektivních nezávislých jader (Field Programmable Gate Arrays).
Architektura vícejádrového procesoru
Konstrukce vícejádrového procesoru umožňuje komunikaci mezi všemi dostupnými jádry, která vhodně rozdělují a přiřazují všechny procesní povinnosti. Jakmile jsou všechny operace zpracování dokončeny, zpracovaná data z každého jádra jsou přenášena zpět na hlavní desku počítače (základní desku) prostřednictvím jediné společné brány. Tato metoda poráží jednojádrový CPU z hlediska celkového výkonu.
Výhody vícejádrového procesoru
Vícejádrové procesory mají řadu výhod (pro), včetně:
Výkon
Vícejádrový procesor může ve srovnání s jednojádrovým procesorem odvést více práce. Rozteč mezi jádry integrovaného obvodu umožňuje rychlejší takt. Výsledkem je, že signály nemusí urazit velkou vzdálenost, aby dosáhly svého cíle, a jsou také trvalé. Ve srovnání s použitím samostatného procesoru jsou rychlosti mnohem vyšší.
java iterátor pro mapu
Spolehlivost
U vícejádrových CPU je software vždy přiřazen k různým jádrům. Když jeden software selže, ostatní zůstanou nedotčeny. Kdykoli vznikne závada, postihne pouze jedno jádro. Výsledkem je, že vícejádrové procesory lépe odolávají poruchám.
Softwarové interakce
I když software běží na více jádrech, bude spolu komunikovat. Prostorová a časová izolace je proces, kterým prochází vícejádrový procesor. Základní vlákna nejsou v důsledku těchto procesů nikdy zpožděna.
Multitasking
Operační systém může používat vícejádrový procesor ke spuštění dvou nebo více procesů současně, i když může být současně spuštěno mnoho programů. Například aplikaci photoshop lze použít k provádění dvou úloh najednou.
Spotřeba energie
Na druhou stranu multitasking s vícejádrovým CPU vyžaduje méně energie. Využije se pouze ta část CPU, která generuje teplo. Spotřeba energie je nakonec minimalizována, což vede k menšímu využití baterie. Některé operační systémy na druhou stranu potřebují více zdrojů než jiné.
Vyhýbání se zastarávání
Architekti se mohou vyhnout zastarávání technologií a zvýšit udržovatelnost pomocí vícejádrových CPU. Výrobci čipů využívají nejnovější technologické pokroky ve svých vícejádrových CPU. Se zvyšujícím se počtem jader je stále obtížnější sehnat jednojádrové čipy.
Izolace
Vícejádrové procesory mohou zvýšit (ale nezaručují) geografickou a časovou izolaci ve srovnání s jednojádrovými systémy. Software na jednom jádru je méně pravděpodobné, že ovlivní software na druhém, pokud jsou obě jádra spuštěna na stejném jediném jádru. K tomuto oddělení dochází v důsledku geografické a časové izolace (vlákna na jednom jádru nejsou zdržována vlákny na jiném jádře). S pomocí omezení dopadu chyb na jedno jádro může vícejádrové zpracování zvýšit robustnost. Při samostatném provádění programů se smíšenou kritickostí je tato vylepšená izolace velmi důležitá (kritické pro bezpečnost, kritické pro misi a kritické z hlediska zabezpečení).
Některé další klíčové body výhod vícejádrového procesoru:
algoritmus řazení vložení
- Ve srovnání s jednojádrovými procesory má vícejádrový procesor potenciál vykonávat více úkolů.
- Nízká spotřeba energie při provádění mnoha činností najednou.
- Data potřebují kratší dobu, než dorazí na místo určení, protože obě jádra jsou integrována na jediném čipu.
- S použitím malého okruhu lze rychlost zvýšit.
- Detekce infekcí pomocí antivirového softwaru při hraní hry je příkladem multitaskingu.
- S použitím nízké frekvence může provádět mnoho úkolů současně.
- Ve srovnání s jednojádrovým procesorem je schopen zpracovat velké množství dat.
Nevýhody vícejádrových procesorů
Projdeme si některá omezení (nevýhody) vícejádrového procesoru, včetně:
Rychlost aplikace
Přestože je vícejádrový CPU určen pro multitasking, jeho výkon je nedostatečný. Při každém zpracovávání aplikace má tendenci přeskakovat z jednoho jádra na druhé. V důsledku toho se mezipaměť zaplní a zvýší se její rychlost.
Jitter
S rostoucím počtem jader ve vícejádrovém CPU dochází k většímu rušení, což má za následek nadměrné chvění. V důsledku toho může utrpět výkon programů vašeho operačního systému a může docházet k častým poruchám. Pouze použitím vhodné synchronizace a mikrokernelu se uživatel bude moci vypořádat s jitterem.
Analýza
Když děláte dvě nebo více věcí najednou, budete muset použít další modely paměti. Ve vícejádrovém stroji to ztěžuje analýzu. Obzvláště časové omezení je obtížné určit a může být nepřesné.
Kromě toho se analýza interference stává složitější s rostoucím počtem jader. V důsledku toho nebude O/S schopen poskytnout slíbené výsledky.
Sdílení zdrojů
Vícejádrový procesor sdílí různé zdroje, interní i externí. Mezi tyto zdroje patří sítě, systémové sběrnice a hlavní paměť. V důsledku toho bude mít jakýkoli program běžící na stejném jádře vyšší šanci, že bude přerušen. Při této formě interference může docházet k geografické i časové izolaci.
Softwarové rušení
Kvůli sdílení zdrojů může softwarová interference způsobit problémy s prostorovou a časovou izolací. Pokud jsou další jádra, tato šance se ještě zvyšuje. Přítomnost více jader znamená větší počet rušivých cest. Je téměř nemožné prozkoumat všechny možné interferenční cesty.
Některé další klíčové body omezení vícejádrového procesoru:
- Přestože obsahuje několik procesorů, není dvakrát rychlejší než jednoduchý procesor.
- Úloha správy je složitější ve srovnání se správou jednojádrového CPU.
- Výkon vícejádrového procesoru zcela závisí na úkolech, které uživatelé provádějí.
- Pokud jiné procesory vyžadují lineární/sekvenční zpracování, vícejádrovým procesorům trvá zpracování déle.
- Baterie se vybíjí rychleji.
- Jeho spotřeba energie je tak vysoká ve srovnání s jednodušším procesorem.
- Navíc je ve srovnání s jednojádrovým procesorem dražší.
Proč se používá vícejádrový procesor?
Konfigurace je podobná jako u dvoujádrového procesoru. Vícejádrové procesory jsou klasifikovány podle počtu jader a typů jader. Cílem vícejádrového CPU je získat skvělý výkon. Byl navržen tak, aby překonal fyzická omezení jednojádrového CPU.
Mezi podpůrné operační systémy vícejádrového procesoru patří:
- Linux
- Microsoft Windows (Windows XP nebo vyšší)
- Většina systémů založených na BSD
- Solaris
- Mac OS X
Stručná historie vícejádrových procesorů
Protože společnosti, které vytvořily počáteční procesory založené na čipu, mohly umístit pouze jeden procesor na jeden čip, mohly umístit pouze jeden procesor na jeden čip. Výrobci čipů byli schopni konstruovat čipy s více obvody, jak technologie výroby čipů postupovala, a nakonec byli výrobci čipů schopni vyrábět čipy s více než jedním procesorem, což vedlo k vícejádrovému čipu.
číslo na řetězec java
V roce 1998 vynalezl Kunle Olukotun, profesor elektrotechniky na Stanfordu, a jeho studenti první vícejádrový procesor. Vícejádrové čipy byly poprvé komerčně dostupné v roce 2005 od společností Advanced Micro Devices (AMD) a Intel. Téměř každý výrobce čipů od té doby začal vytvářet vícejádrové procesory.
Kde se používají vícejádrové procesory?
V moderní době se vícejádrové procesory nacházejí ve většině zařízení, jako jsou tablety, stolní počítače, notebooky, smartphony a herní systémy.
Tyto dvě základní možnosti ukazují, jak model procesoru nevypráví celý příběh o výkonu. Ve srovnání s dvoujádrovým i5 je výkon čtyřjádrového i5 podstatně lepší a tomu se odráží i cena počítače. Všechny současné modely notebooků pro model i5 jsou dvoujádrové, zatímco všechny modely stolních počítačů jsou v době psaní tohoto článku čtyřjádrové. Vzhledem k tomu, že verze pro notebooky jsou spíše dvoujádrové než čtyřjádrové, bude mít i5 v notebooku horší výkon než i5 na stolním počítači. Dvoujádrový typ je vhodnější pro přenosné notebooky, které vyžadují delší životnost baterie a spotřebovávají méně energie, ale stolní počítač používá procesor, který využívá více energie, jako je čtyřjádrový model, protože nevyžaduje životnost baterie. Některé aplikace vícejádrového procesoru jsou následující:
- Hry s vysokou grafikou, jako je Overwatch a Star Wars Battlefront, a také 3D hry.
- Vícejádrový procesor je vhodnější v aplikacích Adobe Premiere, Adobe Photoshop, iMovie a dalším softwaru pro úpravu videa.
- Solidworks s počítačem podporovaným návrhem (CAD).
- Vysoká síťová zátěž a databázové servery.
- Průmyslové roboty jsou například vestavěné systémy.