Moniytiminen prosessori on integroitu piiri, johon on kytketty kaksi tai useampi prosessori, joka mahdollistaa useiden tehtävien nopeamman samanaikaisen käsittelyn, pienentää virrankulutusta ja parantaa suorituskykyä. Yleensä se koostuu kahdesta tai useammasta prosessorista, jotka lukevat ja suorittavat ohjelmakäskyjä.

Toisin sanoen yhdellä sirulla moniytiminen prosessori sisältää useita prosessointiyksiköitä eli 'ytimiä', joista jokaisella on potentiaalia suorittaa eri tehtäviä. Jos esimerkiksi suoritat useita tehtäviä kerralla, kuten katsot elokuvaa ja käytät WhatsAppia, yksi ydin hoitaa toiminnot, kuten elokuvan katselun, kun taas toinen hoitaa muita tehtäviä, kuten WhatsAppia.

Kaksiytiminen kokoonpano on verrattavissa useiden eri prosessorien asentamiseen samaan tietokoneeseen, mutta yhteys niiden välillä on nopeampi, koska kaksi prosessoria on kytketty samaan pistorasiaan. Yksittäiset ytimet voivat suorittaa useita käskyjä rinnakkain, mikä lisää arkkitehtuurin ainutlaatuisia ominaisuuksia hyödyntävän ohjelmiston nopeutta.

java taukoa varten

Verrattuna yksiytimiseen prosessoriin, kaksiytiminen prosessori on yleensä kaksi kertaa tehokkaampi ihanteellisissa olosuhteissa. Todellisuudessa suorituskyvyn odotetaan paranevan noin 50 %: kaksiytiminen prosessori on noin 1,5 kertaa tehokkaampi kuin yksiytiminen prosessori.

Kun yhden ytimen prosessorit saavuttavat fyysiset monimutkaisuuden ja nopeuden rajansa, moniytiminen tietojenkäsittely on tulossa suositummaksi. Nykyaikana suurin osa järjestelmistä on moniytimiä. Moniytimiset tai massiivisesti moniytimiset järjestelmät viittaavat järjestelmiin, joissa on valtava määrä CPU-ytimiä, kuten kymmeniä tai satoja.

2000-luvun alussa Intel ja AMD julkaisivat ensimmäiset moniytimiset prosessorit. Nykyaikana suorittimissa on kaksi ('kaksiytiminen'), neljä ('neliytiminen'), kuusi ('hexa-core') ja kahdeksan ('octa-core') ydintä ('octo-core'). ). FPGA-pohjaiset prosessorit sisältävät jopa 100 fyysistä ydintä ja 1000 tehokasta itsenäistä ydintä (Field Programmable Gate Arrays).

Moniytimisen prosessorin arkkitehtuuri

Moniytiminen prosessori mahdollistaa tiedonsiirron kaikkien käytettävissä olevien ytimien välillä, ja ne jakavat ja jakavat kaikki prosessointitehtävät asianmukaisesti. Jokaisesta ytimestä käsitellyt tiedot siirretään takaisin tietokoneen emolevylle yhden yhteisen yhdyskäytävän kautta, kun kaikki käsittelytoiminnot on suoritettu. Tämä menetelmä päihittää yhden ytimen suorittimen kokonaissuorituskyvyltään.

Moniytimisen prosessorin edut

Moniytimisillä prosessoreilla on useita etuja (etuja), mukaan lukien:

Esitys

Moniytiminen prosessori voi luonteeltaan tehdä enemmän työtä kuin yksiytiminen prosessori. Integroidun piirin ytimien välinen etäisyys mahdollistaa nopeammat kellotaajuudet. Tämän seurauksena signaalien ei tarvitse kulkea pitkää matkaa saavuttaakseen kohteensa, ja ne ovat myös pysyviä. Verrattuna erillisen prosessorin käyttöön, nopeudet ovat paljon nopeampia.

Luotettavuus

Moniytimisissä prosessoreissa ohjelmisto on aina osoitettu eri ytimille. Kun yksi ohjelmisto epäonnistuu, muut pysyvät ennallaan. Aina kun vika ilmenee, se vaikuttaa vain yhteen ytimeen. Tämän seurauksena moniytimiset prosessorit kestävät paremmin vikoja.

Ohjelmistovuorovaikutukset

Vaikka ohjelmisto toimisi useissa ytimissä, se kommunikoi keskenään. Tila- ja ajallinen eristäminen on prosessi, jonka moniytiminen prosessori käy läpi. Ydinsäikeet eivät koskaan viivästy näiden prosessien seurauksena.

Moniajo

Käyttöjärjestelmä voi käyttää moniytimistä prosessoria ajamaan kahta tai useampaa prosessia samanaikaisesti, vaikka useita ohjelmia voitaisiin suorittaa samanaikaisesti. Esimerkiksi Photoshop-sovelluksella voidaan suorittaa kaksi työtä kerralla.

c joukko merkkijonoja

Tehon kulutus

Moniajo moniytimisellä suorittimella sen sijaan vaatii vähemmän tehoa. Vain lämpöä tuottava osa CPU:sta käytetään. Virrankulutus minimoidaan lopulta, mikä vähentää akun käyttöä. Jotkut käyttöjärjestelmät sen sijaan tarvitsevat enemmän resursseja muihin verrattuna.

Vanhenemisen välttäminen

Arkkitehdit voivat välttää teknologian vanhenemisen ja lisätä ylläpidettävyyttä käyttämällä moniytimiä suorittimia. Siruvalmistajat käyttävät uusinta teknistä kehitystä moniytimisissä prosessoreissaan. Yksiytimistä siruja on yhä vaikeampi saada ytimien määrän kasvaessa.

char int javaan

Eristäytyminen

Moniytimiset prosessorit voivat lisätä (mutta eivät takaa) maantieteellistä ja ajallista eristäytymistä verrattuna yksiytimiin järjestelmiin. Yhden ytimen ohjelmistot eivät todennäköisesti vaikuta toisen ytimen ohjelmistoihin, jos molemmat ytimet toimivat samalla yksiytimisellä. Tämä irrottaminen tapahtuu maantieteellisen ja ajallisen eristäytymisen vuoksi (yhden ytimen säikeet eivät viivästy toisessa ytimessä). Kun virheiden vaikutus rajoitetaan yhteen ytimeen, moniytiminen käsittely voi lisätä kestävyyttä. Kun sekakriittisiä ohjelmia suoritetaan erikseen, tämä parannettu eristys on erittäin tärkeä (turvallisuuskriittinen, tehtäväkriittinen ja turvallisuuskriittinen).

Muutamia muita moniytimisprosessorin etuja:

• Verrattuna yhden ytimen prosessoreihin, moniytiminen prosessori pystyy suorittamaan enemmän tehtäviä.
• Alhainen energiankulutus, kun teet useita toimintoja samanaikaisesti.
• Data vie vähemmän aikaa päästäkseen määränpäähänsä, koska molemmat ytimet on integroitu yhdelle sirulle.
• Pientä piiriä käyttämällä voidaan nopeutta lisätä.
• Infektioiden havaitseminen virustorjuntaohjelmistolla pelin aikana on esimerkki moniajosta.
• Matalataajuutta käyttämällä se voi suorittaa useita tehtäviä samanaikaisesti.
• Yksiytimiseen prosessoriin verrattuna se pystyy käsittelemään suuria tietomääriä.

Moniytimisprosessorien haitat

Käymme läpi joitakin moniytimisen prosessorin rajoituksia (haittoja), mukaan lukien:

Sovelluksen nopeus

Huolimatta siitä, että moniytiminen CPU on suunniteltu moniajoa varten, sen suorituskyky on riittämätön. Sillä on taipumus pomppia ytimestä toiseen joka kerta, kun sovellusta käsitellään. Tämän seurauksena välimuisti täyttyy, mikä lisää sen nopeutta.

Jitter

Häiriöt lisääntyvät, kun ytimien lukumäärä moniytimisessä suorittimessa kasvaa, mikä johtaa liialliseen värinään. Tämän seurauksena käyttöjärjestelmäsi ohjelmien suorituskyky voi heikentyä ja usein voi ilmetä virheitä. Vain käyttämällä asianmukaista synkronointia ja mikroydintä käyttäjä pystyy käsittelemään värinää.

Analyysi

Kun teet kahta tai useampaa asiaa kerralla, sinun on käytettävä muita muistimalleja. Moniytimisessä koneessa tämä tekee analyysistä vaikeaa. Erityisesti aikarajoituksia on vaikea määrittää ja ne voivat olla epätarkkoja.

Lisäksi häiriöanalyysistä tulee monimutkaisempi ytimien lukumäärän kasvaessa. Tämän seurauksena O/S ei pysty toimittamaan luvattuja tuloksia.

Resurssien jakaminen

Moniytiminen prosessori jakaa erilaisia ​​resursseja, sekä sisäisiä että ulkoisia. Verkot, järjestelmäväylät ja keskusmuisti kuuluvat näihin resursseihin. Näin ollen kaikilla samassa ytimessä käynnissä olevilla ohjelmilla on suurempi mahdollisuus keskeytyä. Sekä maantieteellistä että ajallista eristäytymistä voi esiintyä tässä häiriömuodossa.

Ohjelmiston häiriöt

Resurssien jakamisesta johtuen ohjelmistohäiriöt voivat aiheuttaa ongelmia tila- ja ajallisen eristyksen kanssa. Jos ytimiä on lisää, tämä mahdollisuus kasvaa entisestään. Jos ytimiä on enemmän, häiriöreittejä on enemmän. On lähes mahdotonta tutkia kaikkia mahdollisia häiriöreittejä.

Muutamia muita moniytimisprosessorin keskeisiä rajoituksia:

Nimeä hakemisto uudelleen linux

• Vaikka se sisältää useita prosessoreita, se ei ole kaksi kertaa niin nopea kuin yksinkertainen prosessori.
• Hallintatehtävä on monimutkaisempi kuin yhden ytimen suorittimen hallinta.
• Moniytimisen prosessorin suorituskyky riippuu täysin käyttäjien suorittamista tehtävistä.
• Jos muut prosessorit vaativat lineaarista/peräkkäistä käsittelyä, moniytimiset prosessorit kestävät kauemmin.
• Akku tyhjenee nopeammin.
• Sen virrankulutus on niin korkea verrattuna yksinkertaisempaan prosessoriin.
• Lisäksi se on kalliimpi kuin yksiytiminen prosessori.

Miksi käytetään moniytimistä prosessoria?

Kokoonpano on samanlainen kuin kaksiytiminen prosessori. Moniytimiset prosessorit luokitellaan ytimien lukumäärän ja ydintyyppien mukaan. Moniytimisen prosessorin tavoitteena on saavuttaa loistava suorituskyky. Se on suunniteltu ylittämään yksiytimisen suorittimen fyysiset rajoitukset.

Moniytimisen prosessorin tukevia käyttöjärjestelmiä ovat:

python alustusluettelo

• Linux
• Microsoft Windows (Windows XP tai uudempi)
• Useimmat BSD-pohjaiset järjestelmät
• Solaris
• Mac-käyttöjärjestelmän kymmenes versio

Lyhyt historia moniytimisistä prosessoreista

Koska alkuperäiset sirupohjaiset prosessorit loivat yritykset pystyivät sijoittamaan vain yhden prosessorin yhdelle sirulle, he pystyivät sovittamaan vain yhden prosessorin yhdelle sirulle. Sirujen valmistajat pystyivät rakentamaan siruja, joissa oli enemmän piirejä sirunvalmistustekniikan edetessä, ja lopulta siruvalmistajat pystyivät valmistamaan siruja useammalla kuin yhdellä prosessorilla, mikä johti moniytimiseen siruun.

Vuonna 1998 Stanfordin sähkötekniikan professori Kunle Olukotun ja hänen opiskelijansa keksivät ensimmäisen moniytimisen prosessorin. Moniytimiset sirut olivat ensimmäisen kerran kaupallisesti saatavilla vuonna 2005 Advanced Micro Devicesilta (AMD) ja Inteliltä. Lähes kaikki sirujen valmistajat ovat sittemmin alkaneet luoda moniytimisprosessoreita.

Missä moniytimisprosessoreita käytetään?

Nykyaikana moniytimiset prosessorit löytyvät useimmista laitteista, kuten tableteista, pöytätietokoneista, kannettavista tietokoneista, älypuhelimista ja pelijärjestelmistä.

Kaksi tarjottua ydinvaihtoehtoa osoittavat, kuinka prosessorin malli ei kerro koko tarinaa suorituskyvystä. Verrattuna kaksiytimiseen i5:een, neliytimisen i5:n suorituskyky on huomattavasti parempi, ja tietokoneen hinta heijastelee tätä. Kaikki nykyiset i5-mallin kannettavat tietokoneet ovat kaksiytimiä, kun taas kaikki pöytätietokoneiden mallit ovat neliytimiä tästä kirjoituksesta lähtien. Koska kannettavien tietokoneiden versiot ovat pikemminkin kaksiytimiä kuin neliytimiä, kannettavan tietokoneen i5:n suorituskyky on huonompi kuin pöytäkoneen i5:llä. Kaksiytiminen tyyppi sopii paremmin kannettaviin kannettaviin tietokoneisiin, jotka vaativat pidemmän akun käyttöiän ja kuluttavat vähemmän virtaa, mutta pöytätietokoneissa käytetään enemmän tehoa käyttävää prosessoria, kuten neliytiminen malli, koska se ei vaadi akun käyttöikää. Jotkut moniytimisen prosessorin sovellukset ovat seuraavat:

• Pelit korkealla grafiikalla, kuten Overwatch ja Star Wars Battlefront, sekä 3D-pelejä.
• Moniytiminen prosessori sopii paremmin Adobe Premiereen, Adobe Photoshopiin, iMovieen ja muihin videonmuokkausohjelmistoihin.
• Solidworks tietokoneavusteisella suunnittelulla (CAD).
• Korkea verkkoliikenne ja tietokantapalvelimet.
• Esimerkiksi teollisuusrobotit ovat sulautettuja järjestelmiä.