Kad su osobna računala prvi put izumljena, njihova središnja procesorska jedinica (CPU) stajala je sama i imala je samo jedno jezgro procesora. Sam procesor bio je jezgra; ideja da ima višejezgreni procesor bila je još uvijek nečuvena. Danas nije nimalo neuobičajeno vidjeti računala, telefone i druge uređaje s više jezgara - doista, gotovo svako komercijalno dostupno računalo bilo koje vrste ima više jezgara. Te jezgre se nalaze u istoj, pojedinačnoj, procesorskoj jedinici ili u centralnoj procesnoj jedinici.
Velika prednost je imati više jezgara. Sa samo jednom jezgrom, računalo može raditi samo na jednom zadatku, a mora dovršiti zadatak prije nego što pređe na drugi. Međutim, s više jezgara, računalo može raditi na više zadataka odjednom, što je posebno korisno za one koji rade mnogo zadataka.
Prije nego što se udubite u to kako funkcioniraju višejezgreni procesori, važno je malo porazgovarati o povijesnoj tehnologiji obrade, nakon čega ćemo razgovarati o tome što rade višejezgreni procesori.
Povijest
Prije nego što su izgrađeni procesori s više jezgara, ljudi i tvrtke poput Intel i AMD pokušali su izgraditi računala s više CPU-a. To je značilo da je potrebna matična ploča s više CPU utičnica. Ne samo da je ovo skuplje zbog fizičkog hardvera potrebnog za drugu CPU utičnicu, nego je i povećalo kašnjenje zbog povećane komunikacije koja je bila potrebna za održavanje između dva procesora. Matična ploča je morala podijeliti podatke na dva potpuno odvojena mjesta u računalu, a ne jednostavno slati sve procesoru. Fizička udaljenost zapravo znači da je proces sporiji. Stavljanje tih procesa na jedan čip s više jezgara ne samo da znači da je manja udaljenost za putovanje, već također znači i da različite jezgre mogu dijeliti resurse za obavljanje posebno teških zadataka. Na primjer, Intelovi Pentium II i Pentium III čipovi implementirani su u verzijama s dva procesora na jednoj matičnoj ploči.
Nakon nekog vremena, procesori su trebali biti snažniji, pa su proizvođači računala smislili koncept hiper-navoja. Sam koncept došao je iz Intela, a prvo je zamišljen 2002. godine na poslužiteljskim procesorima Xeon tvrtke, a kasnije i na desktop procesorima Pentium 4. Hyper-threading se i danas koristi u procesorima, a čak je i glavna razlika između Intelovih i5 čipova i njegovih i7 čipova. U osnovi koristi činjenica da se u procesoru često koriste neiskorišteni resursi, posebno kada zadaci ne zahtijevaju mnogo snage za obradu, što bi se moglo koristiti za druge programe. Procesor koji koristi hiperrezivanje na osnovi predstavlja se u operativnom sustavu kao da ima dvije jezgre. Naravno, u stvari nema dvije jezgre, no za dva programa koji koriste polovinu dostupne procesne snage ili manje, mogu postojati i dvije jezgre zbog činjenice da zajedno mogu iskoristiti svu snagu koju procesor može ponuditi. Međutim, Hyper-threading će biti nešto sporiji od procesora s dvije jezgre kada nema dovoljno procesorske snage za podjelu između dva programa pomoću jezgre.
Ovdje možete pronaći pronicljiv videozapis koji ovdje daje kratko, detaljnije objašnjenje hiper-navoja.
Multi-Procesori
Nakon mnogo eksperimentiranja, konačno su mogli biti izgrađeni CPU-i s više jezgara. To je značilo da jedan pojedinačni procesor u osnovi ima više od jedne procesorske jedinice. Na primjer, dvojezgreni procesor ima dvije procesne jedinice, četverojezgarni ima četiri i tako dalje.
Pa zašto su tvrtke razvile procesore s više jezgara? Pa, potreba za bržim procesorima postajala je sve očitija, međutim, razvoj jednojezgrenih procesora usporavao je. Od 1980-ih do 2000-ih inženjeri su mogli povećati brzinu obrade s nekoliko megaherca na nekoliko gigaherca. Tvrtke poput Intel i AMD učinile su to smanjivanjem veličine tranzistora, što je omogućilo više tranzistora u istoj količini, poboljšavajući time performanse.
Zbog činjenice da je brzina takta procesora vrlo povezana s koliko tranzistora može stati na čip, kad je tehnologija smanjenja tranzistora počela usporavati, razvoj povećanih brzina procesora također je počeo usporavati. Iako to nije slučaj kada tvrtke prvi put znaju za višejezgrene procesore, to je kada su počeli eksperimentirati s višejezgrenim procesorima u komercijalne svrhe. Iako su višejezgreni procesori prvi put razvijeni sredinom 1980-ih, oni su dizajnirani za velike korporacije i nisu ih doista preispitali sve dok jednojezgrena tehnologija nije počela usporavati. Prvi višejezgreni procesor razvio je Rockwell International i predstavljao je inačicu 6501 čipa s dva 6502 procesora na jednom čipu (više detalja dostupno je ovdje u ovom Wikipedia unosu).
Što radi višejezgreni procesor?
Pa, stvarno je sve prilično jednostavno. Imajući više jezgara omogućava da se odjednom radi više stvari. Na primjer, ako radite na porukama e-pošte, otvorite internetski preglednik, radite u excel proračunskoj tablici i slušate glazbu u iTunesu, tada četverojezgreni procesor može raditi na svim tim stvarima odjednom. Ili, ako korisnik ima zadatak koji treba odmah dovršiti, može ga se podijeliti na manje, lakše obraditi zadatke.
Upotreba više jezgara također nije ograničena na više programa. Na primjer, Google Chrome prikazuje svaku novu stranicu različitim postupkom, što znači da može koristiti više jezgara odjednom. Neki se programi, međutim, nazivaju jednostrukim navojem, što znači da nisu napisani da bi mogli koristiti više jezgara i kao takvi to ne mogu. Hyper-threading ponovo se pojavljuje ovdje, omogućujući Chromeu da na jednu stvarnu jezgru pošalje više stranica u dvije „logičke jezgre“.
Ide u ruku s višejezgrenim procesorima i hiper-navojem koncept je koji se naziva višestruko strujanje. Multithreading je u osnovi mogućnost operativnog sustava da iskoristi više jezgara tako da podijeli kod na njegov najosnovniji oblik ili niti i istovremeno ga napaja u različite jezgre. To je, naravno, važno kod multiprocesora, kao i kod višejednog procesora. Multi-navoja je malo zamršenija nego što zvuči, jer zahtijeva da operativni sustavi pravilno naručuju kod na način da se program i dalje može učinkovito izvoditi.
Sami operativni sustavi rade slične procese sa vlastitim procesima - nije ograničeno samo na aplikacije. Procesi operativnog sustava su stvari koje operativni sustav radi u pozadini, a da korisnik to nužno ne zna. Zbog činjenice da se ovi procesi stalno odvijaju, hiper-navoj i / ili više jezgara mogu biti od velike pomoći jer oslobađa procesor da može raditi na drugim stvarima poput onoga što se događa u aplikacijama.
Kako rade višejezgreni procesori?
Prvo, matična ploča i operativni sustav trebaju prepoznati procesor i postoji više jezgara. Starija računala imala su samo jednu jezgru, tako da stariji operativni sustav možda neće raditi previše ako ga je korisnik pokušao instalirati na novije računalo s više jezgara. Windows 95, na primjer, ne podržava hiper niti ili više jezgara. Svi noviji operativni sustavi podržavaju višejezgrene procesore, uključujući Windows 7, 8, novoizdani 10 i Appleov OS X 10.10.
U osnovi, operativni sustav tada matičnoj ploči govori da je potrebno napraviti postupak. Matična ploča tada govori procesoru. U višejezgrenom procesoru operativni sustav može reći procesoru da radi više stvari odjednom. U osnovi se kroz smjer operativnog sustava podaci prenose s tvrdog diska ili RAM-a, preko matične ploče, u procesor.
Višejezgreni procesor
Unutar procesora postoji više razina predmemorijske memorije koja sadrži podatke za sljedeću operaciju ili operacije procesora. Ove razine predmemorijske memorije osiguravaju da procesor ne mora tražiti jako daleko da bi pronašao svoj sljedeći postupak, štedeći puno vremena. Prva razina predmemorijske memorije je L1 predmemorija. Ako procesor ne može pronaći podatke koji su mu potrebni za sljedeći proces u L1 predmemoriji, gleda u L2 cache. L2 cache je veći u memoriji, ali je sporiji od L1 cache.
Jednojezgarni procesor
Ako procesor ne može pronaći ono što traži u L2 predmemoriji, nastavlja se niz liniju do L3, a ako procesor ima, L4. Nakon toga izgledat će u glavnoj memoriji, ili RAM-u računala.
Postoje i različiti načini na koje različiti procesori upravljaju predmemorijom razlike. Na primjer, neki dupliciraju podatke iz L1 predmemorije u L2 cache, što je u osnovi način da se osigura da procesor može pronaći ono što traži. Ovo zauzima, naravno, više memorije u L2 predmemoriji.
Različite razine predmemorije također se igraju u procesorima s više jezgara. Svaka jezgra imat će svoj L1 cache, ali oni će dijeliti L2 cache. Ovo se razlikuje od postojanja više procesora, jer svaki procesor ima svoj L1, L2 i bilo koju drugu razinu predmemorije. S više jednojezgrenih procesora dijeljenje predmemorije jednostavno nije moguće. Jedna od glavnih prednosti zajedničkog predmemoriranja je mogućnost korištenja cachea u najvećoj mjeri, zbog činjenice da ako jedna jezgra ne koristi cache, druga može.
U višejezgrenom procesoru prilikom pretraživanja podataka jezgra može potražiti vlastiti jedinstveni L1 predmemoriju, a zatim će se razgraditi na zajedničku L2 predmemoriju, RAM i na kraju tvrdi disk.
Vjerojatno je da ćemo i dalje vidjeti razvoj više jezgara. Brzina takta procesora zasigurno će se i dalje poboljšavati, iako sporijim brzinama nego prije. Iako sada nije neuobičajeno da octa-core procesore vidimo u stvarima poput pametnih telefona, dovoljno brzo smo mogli vidjeti procesore s desecima jezgara.
Što mislite, gdje slijedi višeslojna tehnologija obrade? Javite nam u komentarima ispod ili pokretanjem nove teme na forumu zajednice.
