Основы центральных процессоров: несколько процессоров, ядер и Hyper-Threading

Центральный процессор (ЦП) вашего компьютера выполняет вычислительную работу — в основном, обеспечивает работу программ. Но современные процессоры предлагают такие функции, как несколько ядер и многопоточность. Некоторые ПК даже используют несколько процессоров. Мы здесь, чтобы помочь во всем разобраться.

Связанная статья: Почему нельзя использовать тактовую частоту процессора для сравнения производительности компьютера

Раньше для сравнения производительности процессоров хватало их тактовой частоты. Теперь всё не так просто. ЦП, который предлагает несколько ядер или Hyper-Threading, может работать значительно лучше, чем одноядерный ЦП с такой же скоростью, который не поддерживает Hyper-Threading. А ПК с несколькими процессорами могут иметь ещё большее преимущество. Все эти функции разработаны, чтобы упростить одновременное выполнение на ПК нескольких процессов, увеличивая производительность при многозадачности или в соответствии с требованиями мощных приложений, таких как видеокодеры и современные игры. Итак, давайте посмотрим на каждую из этих функций и на то, что они могут значить для вас.

Смотрите также: Что такое центральный процессор и что он делает?

Hyper-Threading

Hyper-Threading была первой попыткой Intel перенести параллельные вычисления на потребительские ПК. Она дебютировала на настольных процессорах с Pentium 4 HT ещё в 2002 году. Pentium 4 того времени имел только одно ядро ЦП, поэтому он действительно мог выполнять только одну задачу за раз, даже если он мог переключаться между задачами достаточно быстро, что похоже на многозадачность. Hyper-Threading пыталась это компенсировать.

Одно физическое ядро ЦП с Hyper-Threading отображается в операционной системе как два логических ЦП. ЦП по-прежнему является одним ЦП, так что это немного обман. В то время как операционная система видит два процессора для каждого ядра, фактическое оборудование процессора имеет только один набор ресурсов выполнения для каждого ядра. ЦП делает вид, что у него больше ядер, чем есть, и использует собственную логику для ускорения выполнения программы. Другими словами, операционная система обманом видит два процессора для каждого действительного ядра процессора.

Гиперпоточность позволяет двум логическим ядрам ЦП совместно использовать физические ресурсы выполнения. Это может несколько ускорить процесс — если один виртуальный ЦП остановлен и ожидает, другой виртуальный ЦП может занять свои ресурсы выполнения. Гиперпоточность может помочь ускорить вашу систему, но она далеко не так хороша, как наличие дополнительных ядер.

К счастью, гиперпоточность теперь стала «бонусом». В то время как у исходных потребительских процессоров с гиперпоточностью было только одно ядро, которое маскировалось под несколько ядер, современные процессоры Intel теперь имеют и многоядерность, и технологию гиперпоточности. Ваш двухъядерный ЦП с гиперпоточностью отображается в вашей операционной системе как четыре ядра, а четырехъядерный ЦП с гиперпоточностью — как восемь ядер. Гиперпоточность не заменяет дополнительные ядра, но двухъядерный ЦП с гиперпоточностью должен работать лучше, чем двухъядерный ЦП без гиперпоточности.

Несколько ядер

Первоначально процессоры были одноядерными. Это означало, что на физическом процессоре был один центральный процессор. Для повышения производительности производители добавляют дополнительные «ядра» или центральные процессоры. Двухъядерный ЦП имеет два центральных процессора, поэтому для операционной системы он выглядит как два ЦП. Например, процессор с двумя ядрами может одновременно запускать два разных процесса. Это ускоряет вашу систему, потому что ваш компьютер может выполнять несколько задач одновременно.

В отличие от гиперпоточности здесь нет никаких уловок — двухъядерный процессор буквально имеет два центральных процессора на кристалле процессора. Четырехъядерный ЦП имеет четыре центральных процессора, восьмиъядерный ЦП — восемь центральных процессоров и так далее.

Это помогает значительно повысить производительность, сохраняя при этом небольшой размер физического процессора, поэтому он может поместиться в один сокет. Должен быть только один разъем ЦП с одним вставленным в него блоком ЦП, а не четыре разных разъёма ЦП с четырьмя разными ЦП, каждому из которых требуется собственное питание, охлаждение и другое оборудование. Задержка меньше, поскольку ядра могут обмениваться данными быстрее, поскольку все они находятся на одном чипе.

Диспетчер задач Windows достаточно хорошо это показывает. Здесь, например, вы можете видеть, что эта система имеет один фактический процессор (сокет) и шесть ядер. Гиперпоточность делает каждое ядро операционной системой похожим на два процессора, поэтому в нем отображается 12 логических процессоров.

Несколько процессоров

Связанная статья: Почему нельзя использовать тактовую частоту процессора для сравнения производительности компьютера

Большинство компьютеров имеют только один процессор. Этот единственный ЦП может иметь несколько ядер или технологию гиперпоточности, но это по-прежнему всего лишь один физический блок ЦП, вставленный в один разъем ЦП на материнской плате.

До того, как появились гиперпоточность и многоядерные процессоры, люди пытались добавить компьютерам дополнительную вычислительную мощность, добавляя дополнительные процессоры. Для этого требуется материнская плата с несколькими сокетами ЦП. Материнская плата также нуждается в дополнительном оборудовании для подключения этих сокетов ЦП к оперативной памяти и другим ресурсам. Такая установка связана с большими накладными расходами. Дополнительная задержка возникает, если ЦП должны обмениваться данными друг с другом, системы с несколькими ЦП потребляют больше энергии, а материнской плате требуется больше разъёмов и оборудования.

Системы с несколькими процессорами сегодня не очень распространены среди домашних ПК. Даже высокопроизводительный игровой компьютер с несколькими видеокартами обычно имеет только один процессор. Среди суперкомпьютеров, серверов и аналогичных высокопроизводительных систем вы найдёте системы с несколькими процессорами, которым требуется как можно больше вычислительной мощности.

Чем больше процессоров или ядер у компьютера, тем больше функций он может выполнять одновременно, помогая повысить производительность при выполнении большинства задач. Сейчас на большинстве компьютеров установлены многоядерные процессоры — наиболее эффективный вариант, который мы уже обсудили. Вы даже найдёте многоядерные процессоры на современных смартфонах и планшетах. Процессоры Intel также поддерживают гиперпоточность, что является своего рода бонусом. Некоторые компьютеры, которым требуется большое количество ресурсов ЦП, могут иметь несколько ЦП, но это гораздо менее эффективно, чем кажется.