Многоядрен процесор е интегрална схема с два или повече процесора, свързани към нея за по-бърза едновременна обработка на няколко задачи, намалена консумация на енергия и за по-голяма производителност. Обикновено се състои от два или повече процесора, които четат и изпълняват програмни инструкции.

С други думи, на един чип многоядреният процесор се състои от многобройни процесорни единици или „ядра“, всяко от които има потенциала да изпълнява отделни задачи. Например, ако изпълнявате много задачи наведнъж, като гледане на филм и използване на WhatsApp, едно ядро ​​ще се справи с дейности като гледане на филм, докато другото ще се справи с други отговорности като WhatsApp.

Двуядрената конфигурация е сравнима с няколко различни процесора, инсталирани на един и същ компютър, но връзката между тях е по-бърза, тъй като двата процесора са включени в един и същ сокет. Няколко инструкции могат да се изпълняват паралелно от отделни ядра, повишавайки скоростта на софтуера, създаден да използва уникалните характеристики на архитектурата.

В сравнение с едноядрен процесор, двуядрен процесор обикновено е два пъти по-мощен при идеални обстоятелства. В действителност се очаква повишаване на производителността от около 50%: двуядрен процесор е приблизително 1,5 пъти по-мощен от едноядрен процесор.

Тъй като едноядрените процесори достигат своите физически граници на сложност и скорост, многоядрените изчисления стават все по-популярни. В съвременните времена повечето системи са многоядрени. Многоядрени или масово многоядрени системи се отнасят до системи с огромен брой CPU ядра, като десетки или стотици.

В началото на 2000-те Intel и AMD пуснаха първите многоядрени процесори. В съвременните времена процесорите се предлагат с две („двуядрен“), четири („четириядрен“), шест („шестоядрен“) и осем („осемядрен“) ядра („осемядрен“ ). FPGA базираните процесори съдържат до 100 физически ядра и 1000 ефективни независими ядра (Field Programmable Gate Arrays).

Архитектура на многоядрен процесор

Дизайнът на многоядрения процесор позволява комуникацията между всички налични ядра и те разделят и възлагат всички задължения за обработка по подходящ начин. Обработените данни от всяко ядро ​​се предават обратно към основната платка на компютъра (дънната платка) чрез един общ шлюз, след като всички операции по обработка са завършени. Този метод побеждава едноядрен процесор по отношение на обща производителност.

Предимства на многоядрения процесор

Многоядрените процесори имат редица предимства (плюсове), включително:

производителност

Многоядреният процесор по природа може да върши повече работа в сравнение с едноядрен процесор. Разстоянието между ядрата на интегралната схема позволява по-високи тактови честоти. В резултат на това сигналите не трябва да изминават голямо разстояние, за да достигнат целта си и също така са постоянни. В сравнение с използването на отделен процесор, скоростите са много по-високи.

Надеждност

В многоядрените процесори софтуерът винаги се присвоява на различни ядра. Когато една част от софтуера се повреди, другите остават незасегнати. Всеки път, когато възникне дефект, той засяга само едно ядро. В резултат на това многоядрените процесори са по-способни да устоят на грешки.

Софтуерни взаимодействия

Дори ако софтуерът работи на няколко ядра, той ще комуникира един с друг. Пространствената и времева изолация е процес, през който преминава един многоядрен процесор. Основните нишки никога не се забавят в резултат на тези процеси.

Многозадачност

Една операционна система може да използва многоядрен процесор, за да изпълнява два или повече процеса едновременно, дори ако много програми могат да се изпълняват едновременно. Приложение на Photoshop, например, може да се използва за извършване на две задачи наведнъж.

компенсирана височина

Консумация на енергия

Многозадачността с многоядрен процесор, от друга страна, изисква по-малко енергия. Ще се използва само частта от процесора, която генерира топлина. Консумацията на енергия в крайна сметка се свежда до минимум, което води до по-малко използване на батерията. Някои операционни системи, от друга страна, се нуждаят от повече ресурси в сравнение с други.

Избягване на остаряването

Архитектите могат да избегнат остаряването на технологиите и да увеличат поддръжката чрез използване на многоядрени процесори. Производителите на чипове използват най-новите технологични постижения в своите многоядрени процесори. Едноядрените чипове стават все по-трудни за намиране, тъй като броят на ядрата се увеличава.

Изолация

Многоядрените процесори могат да увеличат (но не гарантират) географската и времева изолация в сравнение с едноядрените системи. Софтуерът на едното ядро ​​е по-малко вероятно да повлияе на софтуера на другото, ако и двете ядра се изпълняват на едно и също едно ядро. Това отделяне се случва поради географска и времева изолация (нишките на едно ядро ​​не се забавят от нишките на друго ядро). С помощта на ограничаване на въздействието на грешките до едно ядро, многоядрената обработка може да увеличи устойчивостта. Когато се изпълняват отделно програми със смесена критичност, тази подобрена изолация е много важна (критична за безопасността, критична за мисията и критична за сигурността).

Някои други ключови точки от предимствата на многоядрения процесор:

• В сравнение с едноядрените процесори, многоядреният процесор има потенциала да изпълнява повече задачи.
• Ниска консумация на енергия при извършване на много дейности наведнъж.
• Данните отнемат по-малко време, за да достигнат местоназначението си, тъй като двете ядра са интегрирани в един чип.
• С използването на малка верига скоростта може да се увеличи.
• Откриването на инфекции с антивирусен софтуер по време на игра е пример за многозадачност.
• С използването на ниска честота той може да изпълнява множество задачи едновременно.
• В сравнение с едноядрен процесор, той е способен да обработва големи количества данни.

Недостатъци на многоядрените процесори

Ще разгледаме някои от ограниченията (недостатъците) на многоядрения процесор, включително:

Скорост на приложението

Въпреки факта, че многоядреният процесор е проектиран за многозадачност, неговата производителност е недостатъчна. Има тенденция да прескача от едно ядро ​​към следващо всеки път, когато дадено приложение се обработва. В резултат на това кешът се запълва, увеличавайки скоростта му.

Трептене

Развиват се повече смущения, тъй като броят на ядрата в многоядрен процесор се увеличава, което води до прекомерно трептене. В резултат на това производителността на програмата на вашата операционна система може да се влоши и да възникнат чести повреди. Само чрез използване на подходяща синхронизация и микроядро потребителят ще може да се справи с трептенето.

Анализ

Когато правите две или повече неща наведнъж, ще трябва да използвате допълнителни модели памет. В многоядрена машина това прави анализа труден. По-специално, времевите ограничения са трудни за определяне и могат да бъдат неточни.

Освен това анализът на смущенията става по-сложен с увеличаване на броя на ядрата. Следователно операционната система няма да може да осигури обещаните резултати.

c# съдържа низ

Споделяне на ресурси

Многоядреният процесор споделя различни ресурси, както вътрешни, така и външни. Мрежите, системните шини и основната памет са сред тези ресурси. Следователно всяка програма, работеща на същото ядро, ще има по-голям шанс да бъде прекъсната. При тази форма на намеса може да възникне както географска, така и времева изолация.

Софтуерна намеса

Поради споделянето на ресурси софтуерната намеса може да причини проблеми с пространствената и времева изолация. Ако има допълнителни ядра, този шанс се увеличава още повече. Наличието на повече ядра предполага по-голям брой маршрути за смущения. Почти невъзможно е да се изследват всички възможни пътища на смущение.

Някои други ключови точки на ограниченията на многоядрения процесор:

• Въпреки че съдържа няколко процесора, той не е два пъти по-бърз от обикновен процесор.
• Задачата за управление е по-сложна в сравнение с управлението на едноядрен процесор.
• Производителността на многоядрения процесор зависи изцяло от задачите, които потребителите изпълняват.
• Ако други процесори изискват линейна/последователна обработка, обработката на многоядрените процесори отнема повече време.
• Батерията се изтощава по-бързо.
• Неговата консумация на енергия е толкова висока в сравнение с по-прост процесор.
• Освен това, в сравнение с едноядрен процесор, той е по-скъп.

Защо се използва многоядрен процесор?

Конфигурацията е подобна на двуядрен процесор. Многоядрените процесори се класифицират според броя на ядрата и видовете ядра. Целта на многоядрения процесор е да постигне голяма производителност. Той е проектиран да преодолее физическите ограничения на едноядрен процесор.

Поддържащите операционни системи за многоядрен процесор включват:

• Linux
• Microsoft Windows (Windows XP или по-нова версия)
• Повечето системи, базирани на BSD
• Соларис
• Mac OS X

Кратка история на многоядрените процесори

Тъй като компаниите, създали първоначалните процесори, базирани на чип, можеха да поставят само един процесор на един чип, те можеха да поставят само един процесор на един чип. Производителите на чипове успяха да конструират чипове с повече вериги с напредването на технологията за производство на чипове и накрая производителите на чипове успяха да направят чипове с повече от един процесор, което доведе до многоядрения чип.

През 1998 г. първият многоядрен процесор е изобретен от Кунле Олукотун, професор по електроинженерство в Станфорд, и неговите ученици. Многоядрените чипове бяха достъпни за първи път в търговската мрежа през 2005 г. от Advanced Micro Devices (AMD) и Intel. Оттогава почти всеки производител на чипове е започнал да създава многоядрени процесори.

Къде се използват многоядрени процесори?

В съвременните времена многоядрените процесори се намират в повечето устройства като таблети, настолни компютри, лаптопи, смартфони и системи за игри.

Предоставените две основни опции демонстрират как моделът на процесора не разказва цялата история по отношение на производителността. В сравнение с двуядрен i5, производителността на четириядрен i5 е значително по-добра и цената на компютъра ще отразява това. Всички настоящи модели лаптопи за модела i5 са двуядрени, докато всички настолни модели са четириядрени към момента на писане. Тъй като версиите за лаптоп са двуядрени, а не четириядрени, i5 в лаптоп ще има по-лоша производителност от i5 на настолен компютър. Двуядреният тип е по-подходящ за преносими лаптопи, които изискват по-дълъг живот на батерията и консумират по-малко енергия, но настолният процесор използва процесор, който използва повече енергия, като четириядрения модел, тъй като не изисква живот на батерията. Някои приложения на многоядрения процесор са както следва:

• Игри с висока графика, като Overwatch и Star Wars Battlefront, както и 3D игри.
• Многоядреният процесор е по-подходящ за Adobe Premiere, Adobe Photoshop, iMovie и друг софтуер за редактиране на видео.
• Solidworks с компютърно проектиране (CAD).
• Висок мрежов трафик и сървъри за бази данни.
• Индустриалните роботи, например, са вградени системи.