رایانه چهار هسته ای. مقایسه پردازنده های چند هسته ای

بسیاری از پردازنده های هسته ای واحدهای پردازش مرکزی هستند که بیش از دو هسته محاسباتی را شامل می شوند. چنین هسته هایی را می توان هم در یک بسته و هم روی یک تراشه پردازنده قرار داد.

پردازنده چند هسته ای چیست؟

بیشتر اوقات ، پردازنده های چند هسته ای به عنوان پردازنده های مرکزی شناخته می شوند که در آنها چندین هسته محاسباتی در یک میکرو مدار ادغام شده اند (یعنی روی یک کریستال سیلیکون قرار دارند).

معمولا فرکانس ساعت در پردازنده های چند هسته ای عمدا دست کم گرفته می شود. این کار به منظور کاهش مصرف برق و در عین حال حفظ عملکرد پردازنده مورد نیاز انجام می شود. در عین حال ، هر هسته یک ریزپردازنده تمام عیار است که با ویژگی های همه مشخص می شود پردازنده های مدرن - از حافظه پنهان طبقه بندی شده استفاده می کند ، از اجرای کد خارج از دستور و دستورات برداری پشتیبانی می کند.

نخ بیش از حد

هسته های موجود در پردازنده های چند هسته ای می توانند از SMT پشتیبانی کنند که به شما امکان می دهد چندین رشته محاسبات و چندین پردازنده منطقی در هر هسته اجرا شوند. در پردازنده های اینتل ، این فناوری "Hyper-threading" نامیده می شود. به شما امکان می دهد تعداد پردازنده های منطقی را دو برابر تعداد تراشه های فیزیکی کنید. در ریزپردازنده هایی که از این فناوری پشتیبانی می کنند ، هر پردازنده فیزیکی قادر است حالت دو رشته را به طور همزمان حفظ کند. برای سیستم عامل به نظر می رسد دو پردازنده منطقی وجود دارد. اگر مکثی در کار یکی از آنها ایجاد شود (به عنوان مثال منتظر دریافت اطلاعات از حافظه است) ، پردازنده منطقی دیگر شروع به اجرای رشته خود می کند.

انواع پردازنده های چند هسته ای

پردازنده های چند هسته ای به چندین نوع طبقه بندی می شوند. آنها ممکن است از استفاده از حافظه پنهان مشترک پشتیبانی کنند یا نکنند. ارتباط بین هسته ها با استفاده از یک گذرگاه مشترک ، یک شبکه نقطه به نقطه ، یک شبکه با یک سوئیچ یا یک حافظه پنهان مشترک اجرا می شود.

اصل عمل

اکثر پردازنده های چند هسته ای مدرن طبق طرح زیر کار می کنند. اگر برنامه در حال اجرا از چند رشته پشتیبانی کند ، می تواند پردازنده را مجبور به انجام همزمان چندین کار کند. به عنوان مثال ، اگر کامپیوتر از پردازنده 4 هسته ای با سرعت کلاک 1.8 گیگاهرتز استفاده می کند ، برنامه می تواند هر چهار هسته را با کار "بارگیری" کند ، در حالی که کل فرکانس پردازنده 7.2 گیگاهرتز خواهد بود. اگر چندین برنامه به طور هم زمان در حال اجرا باشد ، هر یک از آنها می توانند از بخشی از هسته های پردازنده استفاده کنند که این نیز منجر به افزایش عملکرد کامپیوتر می شود.

بسیاری از سیستم عامل ها از چند رشته ای پشتیبانی می کنند ، بنابراین استفاده از پردازنده های چند هسته ای می تواند سرعت رایانه را حتی در مورد برنامه هایی که از چند رشته پشتیبانی نمی کنند ، افزایش دهد. اگر عملکرد فقط یک برنامه را در نظر بگیریم ، استفاده از پردازنده های چند هسته ای تنها در صورتی توجیه خواهد شد که این برنامه برای چند رشته بهینه شود. در غیر این صورت ، سرعت یک پردازنده چند هسته ای با پردازنده معمولی تفاوتی نخواهد کرد و گاهی اوقات حتی کندتر کار می کند.

پردازنده چند هسته ای - پردازندهحاوی دو یا چند هسته محاسباتی در یک تراشه پردازنده یا در یک بسته.

از پردازنده های چند هسته ای در این مرحله ، می توان تشخیص داد

* پردازنده هایی که اساساً برای تعبیه شده و برنامه های موبایل، که در آن توجه زیادی توسط توسعه دهندگان به روشها و روشهای کاهش مصرف انرژی (SEAforth (SEAforth24 ، seaforth40) ، Tile (Tile36 ، Tile64 ، Tile64pro) ، AsAP-II ، CSX700) مورد توجه قرار گرفت.

* پردازنده های محاسبات یا ایستگاه های گرافیکی ، جایی که مشکلات مصرف برق چندان مهم نیست ( پردازنده های گرافیکیبه عنوان مثال پردازنده های سری g80 NVIDIA ، پروژه Larrabee اینتل ، پردازنده Cell از IBM را می توان تا حدودی در اینجا قرار داد ، اگرچه تعداد هسته ها نسبتاً کم است).

* پردازنده ها به اصطلاح جریان اصلی - برای سرور ، ایستگاه های کاری و رایانه های شخصی (AMD ، Intel ، Sun) طراحی شده است.

• تعداد هسته ها (تعداد هسته ها. هسته یک بلور سیلیکونی با مساحت حدود یک سانتی متر مربع است که در آن نمودار شماتیک پردازنده ، اصطلاحاً معماری ، با استفاده از عناصر منطقی میکروسکوپی اجرا می شود. هر هسته توسط سیستم به عنوان یک پردازنده مستقل جداگانه ، با تمام مجموعه عملکردهای لازم درک می شود. )

فرکانس ساعت (یک چرخه یک عملیات ابتدایی است که یک پردازنده می تواند انجام دهد. بنابراین ، تعداد چرخه ها اندازه گیری چند عمل در ثانیه از زمان پردازشگر است. واحد این پارامتر گیگا هرتز گیگاهرتز است.)

حافظه پنهان (حافظه نهفته مستقیم در پردازنده و برای ذخیره و دسترسی به داده هایی که اغلب استفاده می شود استفاده می شود حافظه پنهان است. این حافظه به چندین سطح تقسیم می شود - L1 ، L2 و L3. سطح بالاتر حافظه پنهان مقدار بیشتری دارد اما کمتر دسترسی سریع به داده.)

عمق بیت (مقدار اطلاعاتی را که پردازنده می تواند در یک چرخه با RAM رد و بدل کند تعیین می کند. این پارامتر در بیت اندازه گیری می شود. پارامتر بیت بر مقدار ممکن تأثیر می گذارد حافظه دسترسی تصادفی - پردازنده 32 بیتی فقط با 4 گیگابایت رم کار می کند.)

کارایی

مصرف برق

ابعاد

هزینه

کلاسهایی از وظایف که برای آنها طراحی شده اند

مشخصات مقایسه ای عملکرد پردازنده ، مصرف برق و نرخ تبادل داده در جداول ارائه شده است

(Mflops یک میلیون عملیات نقطه شناور در ثانیه است)

ساختار اتصالات بین هسته ای و سازمان زیر سیستم حافظه ، به ویژه حافظه پنهان ، نیز به عملکرد کلی پردازنده و کارایی آن کمک قابل توجهی می کند.

پردازنده CSX700

معماری پردازنده CSX700 برای رفع مشکل به اصطلاح Size ، Weight and Power (SWAP) طراحی شده است ، که معمولاً در برنامه های با کارایی بالا جاسازی شده نقش اساسی دارد. با ادغام پردازنده ها ، رابط های سیستم و حافظه تصحیح خطا روی صفحه ، CSX700 یک راه حل مقرون به صرفه ، قابل اعتماد و قدرتمند برای پاسخگویی به خواسته های برنامه های امروزی ارائه می دهد.

معماری پردازنده برای موازی سازی گسترده داده بهینه شده و با درجه بالایی از کارایی و اطمینان طراحی شده است. این معماری بر پردازش سیگنال هوشمند و پردازش تصویر در حوزه های زمانی و فرکانسی متمرکز است.

کریستال CSX700 دارای 192 عملکرد بالا است هسته های پردازنده، حافظه بافر داخلی 256 KB (دو بانک 128 KB) ، حافظه نهان داده و حافظه پنهان دستورالعمل ، حفاظت ECC از داخلی و حافظه خارجی، کنترل کننده داخلی DMA. از فناوری NoC ClearConnect برای تهیه شبکه های درون تراشه ای و بین تراشه ای استفاده می شود (شکل 11).

پردازنده از دو ماژول نسبتاً مستقل MTAP (پردازنده آرایه چند رشته ای) شامل حافظه پنهان دستورالعمل ، حافظه پنهان داده ، واحدهای کنترل برای پردازش عناصر و مجموعه ای از 96 هسته محاسباتی تشکیل شده است (شکل 12).

شکل: 12. ساختار بلوک MTAP

هر هسته دارای یک بلوک دوگانه از محاسبات نقطه شناور است (جمع ، ضرب ، تقسیم ، محاسبه ریشه مربع ، اعداد دقیق یک و دو پشتیبانی می شوند) ، 6 کیلوبایت رم با عملکرد بالا ، پرونده ثبت 128 بایت از فضای آدرس مجازی 64 بیتی و 48 بیتی واقعی پشتیبانی می شود.

مشخصات فنی پردازنده:

فرکانس ساعت هسته ها 250 مگاهرتز است.

96 GFlops برای داده های دقیق دو یا یک.

پشتیبانی از 75 GFlops در آزمون ضرب ماتریس دو دقت (DGEMM) ؛

عملکرد عملیات عدد صحیح 48 ShAO؛

اتلاف قدرت 9 وات

پهنای باند اتوبوس های حافظه داخلی 192 گیگابایت بر ثانیه؛

دو اتوبوس حافظه خارجی 4 گیگابایت در ثانیه

نرخ تبادل داده بین پردازنده های جداگانه 4 GB / s؛

رابط های PCIe، 2 DDR2 DRAM (64 بیتی).

طراحی شده برای سیستم های کم قدرت ، پردازنده داده شده با سرعت کلاک نسبتاً کم کار می کند و دارای مکانیزم کنترل فرکانس است که عملکرد برنامه ها را در یک قدرت خاص و محیط گرمایی تنظیم می کند.

CSX700 توسط یک محیط توسعه حرفه ای (SDK) مبتنی بر فناوری Eclipse با ابزار اشکال زدایی بصری مبتنی بر یک کامپایلر ANSI C بهینه شده با پسوندهایی برای برنامه نویسی موازی پشتیبانی می شود. علاوه بر کتابخانه استاندارد C ، مجموعه ای از کتابخانه های بهینه با عملکردهایی مانند FFT ، BLAS ، LAPACK و غیره وجود دارد.

نوین پردازنده های اینتل و AMD

بازار پردازنده های مدرن توسط دو رقیب اصلی - Intel و AMD تقسیم شده است.

به لطف خانواده Core i7 ، پردازنده های اینتل امروزه سازنده ترین پردازنده ها محسوب می شوند نسخه افراطی... بسته به مدل ، آنها می توانند به طور همزمان تا 6 هسته ، سرعت کلاک تا 3300 مگاهرتز و تا 15 مگابایت حافظه نهان داشته باشند. محبوب ترین هسته ها در بخش پردازنده های دسک تاپ بر اساس اینتل - Ivy Bridge و Sandy Bridge ساخته شده اند.

پردازنده های اینتل از فناوری های اختصاصی اختصاصی برای بهبود کارایی سیستم استفاده می کنند.

1. موضوع فوق العاده - با توجه به این فناوری ، هر هسته فیزیکی پردازنده قادر به پردازش همزمان دو رشته محاسبات است ، معلوم می شود که تعداد هسته های منطقی در واقع دو برابر می شود.

2. Turbo Boost - به کاربر امکان می دهد پردازنده را بدون عبور از حداکثر حد مجاز به طور خودکار مسدود کند دمای کار هسته ها

3. Intel QuickPath Interconnect (QPI) - گذرگاه حلقه ای QPI تمام اجزای پردازنده را به هم متصل می کند ، در نتیجه تمام تاخیرهای احتمالی ارتباطی را به حداقل می رساند.

4. فناوری تجسم - پشتیبانی سخت افزاری از راه حل های مجازی سازی.

5. Intel Execute Disable Bit - عملاً برنامه آنتی ویروس، محافظت سخت افزاری را در برابر حملات احتمالی ویروس مبتنی بر فناوری سرریز بافر فراهم می کند.

6. Intel SpeedStep-Tool که به شما امکان می دهد تا سطح ولتاژ و فرکانس را بسته به بار پردازنده تغییر دهید.

Core i7 - در حال حاضر خط اصلی شرکت است

Core i5 - عملکرد بالا

Core i3 - قیمت پایین ، عملکرد بالا / متوسط

اکثر پردازنده های سریع AMD هنوز از سریعترین پردازنده های اینتل کندتر است (داده ها از نوامبر 2010). اما به دلیل ارزش خوب آن برای پول ، پردازنده های AMD، عمدتا برای رایانه های شخصی رومیزی ، گزینه بسیار خوبی برای پردازنده های اینتل است.

برای پردازنده های Athlon II و Phenom II ، نه تنها سرعت کلاک مهم است ، بلکه تعداد هسته های پردازنده نیز مهم است. Athlon II و Phenom II ، بسته به مدل ، می توانند دو ، سه یا چهار هسته داشته باشند. مدل شش هسته ای فقط سری Highend Phenom II است.

اکثر پردازنده های مدرن AMD به طور پیش فرض از فناوری های زیر پشتیبانی می کنند:

1. AMD Turbo CORE - این فناوری برای تنظیم خودکار عملکرد کلیه هسته های پردازنده از طریق اورکلاک کنترل شده طراحی شده است (اینتل از فناوری مشابهی به نام TurboBoost برخوردار است).

2. AVX (Advanced Vector Extensions) ، XOP و FMA4 - ابزاری که دارای مجموعه ای گسترده از دستورات است که به طور خاص برای کار با اعداد نقطه شناور طراحی شده است. یک مجموعه ابزار کاملاً مفید.

3. AES (Advanced Encryption Standard) - در برنامه های نرم افزاری با استفاده از رمزگذاری داده ، عملکرد را بهبود می بخشد.

4. تجسم AMD (AMD-V) - این فناوری مجازی سازی به شما کمک می کند منابع یک رایانه را بین چندین ماشین مجازی به اشتراک بگذارید.

5. AMD PowcrNow! - فناوری مدیریت نیرو. آنها با فعال و غیرفعال کردن پویا قسمتهای پردازنده به کاربر در دستیابی به عملکرد بهتر کمک می کنند.

6. NX Bit - فناوری ضد ویروس منحصر به فرد برای جلوگیری از عفونت کامپیوتر شخصی انواع خاصی از بدافزار.

استفاده در GIS

سیستم های اطلاعات جغرافیایی ابزاری چند منظوره برای تجزیه و تحلیل داده های جدولی ، متنی و نقشه برداری ، اطلاعات جمعیتی ، آماری ، زمین ، شهرداری ، نشانی و سایر اطلاعات هستند. پردازنده های چند هسته ای برای پردازش سریع انواع مختلف اطلاعات ضروری هستند ، زیرا به طور قابل توجهی سرعت کار و توزیع کار برنامه ها را فراهم می کنند.

نتیجه

انتقال به پردازنده های چند هسته ای در حال تبدیل شدن به کانون اصلی بهبود عملکرد است. در حال حاضر متداول ترین پردازنده های 4 و 6 هسته ای در نظر گرفته شده است. هر هسته توسط سیستم به عنوان یک پردازنده مستقل جداگانه ، با تمام مجموعه عملکردهای لازم ، درک می شود. فناوری پردازنده های چند هسته ای امکان موازی سازی عملیات محاسباتی را فراهم می کند ، در نتیجه آن نشانگر سرعت کامپیوتر افزایش می یابد.

http://www.intuit.ru/department/hardware/mcoreproc/15/

http://kit-e.ru/articles/build_in_systems/2010_2_92.php

http://softrew.ru/instructions/266-sovremennye-processory.html

http://it-notes.info/centralnyj-processor/

http://www.mediamarkt.ru/mp/article/AMD،847020.html

مزایای پردازنده های چند هسته ای

توانایی توزیع کار برنامه ها ، به عنوان مثال ، وظایف اصلی برنامه ها و وظایف پس زمینه سیستم عامل ، در چندین هسته.

افزایش سرعت برنامه ها ؛

فرآیندهای فشرده محاسباتی بسیار سریعتر هستند.

استفاده کارآمدتر از برنامه های چندرسانه ای محاسباتی (به عنوان مثال ، ویرایشگرهای ویدئو).

کاهش مصرف انرژی

کار کاربر رایانه راحت تر می شود.