Základy CPU: Vysvětlení více procesorů, jader a Hyper-Threading

Centrální procesorová jednotka (CPU) ve vašem počítači provádí výpočetní práci - v zásadě běží na programech. Ale moderní CPU nabízejí funkce, jako je více jader a hyper-threading. Některé počítače dokonce používají více procesorů. Jsme tu, abychom to všechno vyřešili.

SOUVISEJÍCÍ: Proč nemůžete použít rychlost hodin CPU k porovnání výkonu počítače

Taktovací frekvence procesoru byla při srovnání výkonu dostačující. Věci už nejsou tak jednoduché. CPU, který nabízí více jader nebo hypervlákno, může fungovat podstatně lépe než jednojádrový procesor stejné rychlosti, který nemá hypervlákno. A počítače s více CPU mohou mít ještě větší výhodu. Všechny tyto funkce jsou navrženy tak, aby umožňovaly počítačům snadněji spouštět více procesů najednou - což zvyšuje váš výkon při multitaskingu nebo při požadavcích výkonných aplikací, jako jsou video kodéry a moderní hry. Pojďme se tedy podívat na každou z těchto funkcí a na to, co pro vás mohou znamenat.

Hyper-Threading

Hyper-threading byl prvním pokusem společnosti Intel přinést paralelní výpočet spotřebitelským počítačům. Debutoval na stolních procesorech s procesorem Pentium 4 HT již v roce 2002. Dnešní procesor Pentium 4 představoval pouze jedno jádro CPU, takže mohl skutečně provádět pouze jeden úkol najednou - i když byl schopen přepínat mezi úkoly dostatečně rychle že to vypadalo jako multitasking. Hyper-threading se to pokusil vynahradit.

Jedno fyzické jádro CPU s hypervlákáním se pro operační systém jeví jako dva logické CPU. CPU je stále jeden CPU, takže je to trochu podvod. Zatímco operační systém vidí dva procesory pro každé jádro, skutečný hardware procesoru má pouze jednu sadu prováděcích prostředků pro každé jádro. CPU předstírá, že má více jader, než má, a používá svou vlastní logiku k urychlení provádění programu. Jinými slovy, operační systém je podveden tak, že vidí dva CPU pro každé skutečné jádro CPU.

Hyper-threading umožňuje dvěma logickým jádrům CPU sdílet prostředky fyzického provádění. To může trochu zrychlit - pokud je jeden virtuální procesor zastaven a čeká, může si druhý virtuální procesor vypůjčit své prováděcí prostředky. Hyper-threading může pomoci zrychlit váš systém, ale není to zdaleka tak dobré jako mít skutečná další jádra.

Naštěstí je hypervlákno nyní „bonusem“. Zatímco původní spotřebitelské procesory s hypervlákáním měly pouze jedno jádro maskované jako více jader, moderní procesory Intel nyní mají více jader i technologii hypervlákání. Váš dvoujádrový procesor s hypervlákáním se pro váš operační systém zobrazí jako čtyři jádra, zatímco čtyřjádrový procesor s hypervlákáním se objeví jako osm jader. Hypervlákno nenahrazuje další jádra, ale dvoujádrový procesor s hypervlákáním by měl fungovat lépe než dvoujádrový procesor bez hypervlákna.

Více jader

Původně měly CPU jedno jádro. To znamenalo, že fyzický procesor měl na sobě jedinou centrální procesorovou jednotku. Pro zvýšení výkonu výrobci přidávají další „jádra“ nebo centrální procesorové jednotky. Dvoujádrový procesor má dvě centrální procesorové jednotky, takže se operačnímu systému jeví jako dva procesory. Například CPU se dvěma jádry může spouštět současně dva různé procesy. To zrychluje váš systém, protože váš počítač může dělat více věcí najednou.

Na rozdíl od hypervlákání zde neexistují žádné triky - dvoujádrový procesor má na čipu CPU doslova dvě centrální procesorové jednotky. Čtyřjádrový procesor má čtyři centrální procesorové jednotky, osmijádrový procesor má osm centrálních procesorových jednotek atd.

To pomáhá dramaticky zlepšit výkon při zachování malé fyzické jednotky CPU, takže se vejde do jedné zásuvky. Musí existovat pouze jedna zásuvka CPU s vloženou jedinou jednotkou CPU - ne čtyři různé zásuvky CPU se čtyřmi různými CPU, z nichž každá potřebuje vlastní napájení, chlazení a další hardware. Existuje menší latence, protože jádra mohou komunikovat rychleji, protože jsou všechna na stejném čipu.

Správce úloh systému Windows to ukazuje docela dobře. Zde například vidíte, že tento systém má jeden skutečný CPU (socket) a čtyři jádra. Díky technologii Hyperthreading vypadá každé jádro operačního systému jako dva procesory, takže ukazuje 8 logických procesorů.

Více procesorů

SOUVISEJÍCÍ: Proč nemůžete použít rychlost hodin CPU k porovnání výkonu počítače

Většina počítačů má pouze jeden procesor. Ten jediný procesor může mít více jader nebo technologii hypervlákání - ale stále je to jen jedna fyzická jednotka CPU vložená do jedné zásuvky CPU na základní desce.

Než se objevily hypervláknové a vícejádrové procesory, lidé se pokusili přidat další výpočetní výkon do počítačů přidáním dalších procesorů. To vyžaduje základní desku s více paticemi CPU. Základní deska také potřebuje další hardware pro připojení těchto patic CPU k RAM a dalším zdrojům. V tomto druhu instalace je spousta režijních nákladů. Pokud CPU potřebují vzájemně komunikovat, systémy s více CPU spotřebovávají více energie a základní deska potřebuje více zásuvek a hardwaru, existuje další latence.

Systémy s více CPU nejsou dnes mezi domácími počítači příliš běžné. Dokonce i vysoce výkonný herní desktop s více grafickými kartami bude mít obvykle pouze jeden procesor. Mezi superpočítači, servery a podobnými špičkovými systémy, které potřebují tolik síly, kolik je možné, najdete několik systémů CPU.

Čím více procesorů nebo jader má počítač, tím více věcí může dělat najednou, což pomáhá zlepšit výkon většiny úkolů. Většina počítačů má nyní procesory s více jádry - nejúčinnější možnost, o které jsme diskutovali. Na moderních smartphonech a tabletech dokonce najdete CPU s více jádry. CPU Intel také obsahují hyper-threading, což je něco jako bonus. Některé počítače, které potřebují velké množství CPU, mohou mít více CPU, ale je to mnohem méně efektivní, než to zní.

Uznání obrázku: lungstruck na Flickru, Mike Babcock na Flickru, DeclanTM na Flickru