Када су први пут пронађени лични рачунари, њихова централна процесорска јединица (ЦПУ) стајала је самостално и имала је само једно језгро процесора. Сам процесор је био језгро; идеја о постојању вишеједрних процесора била је још непозната. Данас није ретко када видите рачунаре, телефоне и друге уређаје са више језгара - заиста, сваки комерцијално доступан било који рачунар има више језгара. Ова језгра се налазе у истој, појединачној, централној или централној процесорској јединици.
Имати више језгара је велика предност. Са само једном језгром, рачунар може радити само на једном задатку, а мора да доврши задатак пре него што пређе на други. Међутим, с више језгара, рачунар може радити на више задатака одједном, што је посебно корисно за оне који раде много задатака.
Пре него што се удубите у то како вишејезгрени процесори раде, важно је мало разговарати о историји технологије обраде, након чега ћемо разговарати о томе што раде вишејезгрени процесори.
Неке историје
Пре него што су изграђени процесори са више језгара, људи и компаније попут Интел и АМД покушали су да направе рачунаре са више процесора. То је значило да је потребна матична плоча с више ЦПУ утичница. Не само да је ово било скупље због физичког хардвера потребног за другу ЦПУ утичницу, већ је и повећало кашњење због повећане комуникације која је била потребна за одржавање између два процесора. Матична плоча је морала да подели податке на две потпуно одвојене локације у рачунару, а не да их све једноставно шаље процесору. Физичка удаљеност у ствари значи да је процес спорији. Стављање ових процеса на један чип са више језгара не само да значи да је мања удаљеност за путовање, већ и значи да различита језгра могу делити ресурсе за обављање посебно тешких задатака. На пример, Интелови Пентиум ИИ и Пентиум ИИИ чипови су имплементирани у верзијама са два процесора на једној матичној плочи.
Након неког времена процесори су требали бити снажнији, па су произвођачи рачунара смислили концепт хипер-навоја. Сам концепт потекао је из компаније Интел, а прво је замишљен 2002. године на серверским процесорима компаније Ксеон, а касније и на десктоп процесорима Пентиум 4. Хипер-навој се и данас користи у процесорима, и чак је главна разлика између Интелових и5 чипова и и7 чипова. У основи се користи чињеница да се у процесору често користе неискоришћени ресурси, тачније када за задатке није потребна велика моћ обраде, која би се могла користити за друге програме. Процесор који користи хипер-навоје у основи се представља оперативном систему као да има две језгре. Наравно, у ствари нема две језгре, али за два програма који користе половину доступне процесне снаге или мање, могу постојати и две језгре због чињенице да заједно могу искористити сву снагу коју процесор може да понуди. Међутим, хипер-навој ће бити нешто спорији од процесора са две језгре када нема довољно процесорске снаге за поделу између два програма помоћу језгре.
Овде можете пронаћи проницљив видео који даје кратко, детаљније објашњење хипер-навоја.
Мултипроцесори
Након дужег експериментирања, коначно су могли да буду изграђени ЦПУ-и са више језгара. То је значило да један појединачни процесор у основи има више од једне процесорске јединице. На пример, двојезгарни процесор има две процесорске јединице, четворојезгарни има четири, и тако даље.
Па зашто су компаније развиле процесоре са више језгара? Па, потреба за бржим процесорима постајала је све очигледнија, међутим кретања у процесорима са једним језгром су успоравала. Од 1980-их до 2000-их инжењери су могли да повећају брзину обраде са неколико мегахерца на неколико гигахерца. Компаније попут Интел и АМД то су учиниле смањивањем величине транзистора, што је омогућило више транзистора у истој количини, побољшавајући тиме перформансе.
Због чињенице да је брзина такта процесора веома везана за то колико транзистора може да стане на чип, када је технологија за смањивање транзистора почела да успорава, развој повећаних брзина процесора такође је почео да успорава. Иако то није случај када компаније први пут знају за вишејезгрене процесоре, то је када су започеле експеримент са вишеједрним процесорима у комерцијалне сврхе. Иако су вишејезгрени процесори први пут развијени средином 1980-их, они су дизајнирани за велике корпорације и нису заиста преиспитани све док једнојезгрена технологија није почела да успорава. Први вишејезгрени процесор развио је Роцквелл Интернатионал и представљао је верзију 6501 чипа са два 6502 процесора на једном чипу (више детаља је доступно овде у овом уносу на Википедији).
Шта ради вишејезгарни процесор?
Па, заиста је све прилично једноставно. Имајући више језгара омогућава да се одједном ураде више ствари. На пример, ако радите на е-порукама, имате отворени Интернет претраживач, радите у екцел табели и слушате музику у иТунес-у, тада четверојезгарни процесор може радити на свим тим стварима одједном. Или, ако корисник има задатак који мора бити довршен одмах, он се може поделити на мање, лакше обрадити задатке.
Употреба више језгара такође није ограничена на више програма. На пример, Гоогле Цхроме приказује сваку нову страницу другачијим поступком, што значи да може да искористи више језгара одједном. Неки програми се, међутим, називају једноструким навојем, што значи да нису написани да би могли да користе више језгара и као такви то не могу. Овде се поново појављује хипервизијска нит која омогућава Цхроме-у да пошаље више страница у две „логичке језгре“ на једном стварном језгру.
Иде у руку са вишејезгреним процесорима и хипер-навојем је концепт који се назива мултиитхинг. Мултитхреадинг је у суштини могућност оперативног система да искористи више језгара тако што цепа код на његов најосновнији облик, односно нити, и истовремено га напаја у различита језгра. Ово је, наравно, важно код мултипроцесора и процесора са више језгара. Мулти-навоја је мало замршенија него што звучи, јер захтијева да оперативни системи правилно наручују код на начин да би програм могао и даље ефикасно да се изводи.
Сами оперативни системи раде сличне ствари са властитим процесима - није ограничено само на апликације. Процеси оперативног система су ствари које оперативни систем увек ради у позадини, а да корисник то нужно не зна. Због чињенице да се ови процеси увек одвијају, хипер-навој и / или више језгара могу бити од велике помоћи, јер ослобађа процесор да може радити на другим стварима, попут онога што се дешава у апликацијама.
Како раде вишејезгрени процесори?
Прво, матична плоча и оперативни систем морају да препознају процесор и да постоји више језгара. Старији рачунари имали су само једно језгро, тако да старији оперативни систем можда неће радити превише ако га корисник покуша инсталирати на новији рачунар са више језгара. Виндовс 95, на пример, не подржава хипер-навоје или више језгара. Сви новији оперативни системи подржавају вишејезгрене процесоре, укључујући Виндовс 7, 8, новоизбачени 10 и Аппле-ов ОС Кс 10.10.
У основи, оперативни систем тада матичној плочи говори да је потребно урадити процес. Матична плоча тада каже процесору. У вишеједрном процесору, оперативни систем може рећи процесору да ради више ствари одједном. У основи, кроз смер оперативног система, подаци се премештају са хард диска или РАМ-а, преко матичне плоче, на процесор.
Вишејезгрени процесор
Унутар процесора постоји више нивоа кеш меморије који садрже податке за наредну операцију или операције процесора. Ови нивои кеш меморије осигуравају да процесор не мора тражити јако далеко да би пронашао свој следећи процес, штедећи пуно времена. Први ниво кеш меморије је Л1 кеш меморија. Ако процесор не може да пронађе податке који су му потребни за следећи процес у Л1 кешу, он изгледа у Л2 кеш меморију. Л2 кеш меморија је већа у меморији, али је спорија од Л1 кеш меморије.
Једнојезгарни процесор
Ако процесор не може пронаћи оно што тражи у кешу Л2, наставља се низ линију до Л3, а ако процесор има, Л4. Након тога то ће изгледати у главној меморији, или РАМ-у рачунара.
Постоје и различити начини на који различити процесори управљају кеш-ом разлике. На примјер, неки дуплицирају податке из Л1 кеша у Л2 кешу, што је у основи начин да осигурају да процесор може пронаћи оно што тражи. Ово, наравно, заузима више меморије у Л2 кеш меморији.
Различити нивои предмеморије такође се играју код вишејезгарних процесора. Свако језгро ће имати своју Л1 кеш меморију, али ће делити Л2 кеш меморију. Ово се разликује од постојања више процесора, јер сваки процесор има свој Л1, Л2 и било који други кеш нивоа. Са више једнојезгреним процесорима, дељење кеша једноставно није могуће. Једна од главних предности заједничког предмеморирања је могућност да се кеш користи у највећој могућој мери, из разлога што једна језгра не користи кеш меморију, друга може.
У вишејезгреном процесору приликом претраживања података језгро може потражити свој властити јединствени Л1 кеш меморију, а затим ће се разградити на заједничку Л2 кеш меморију, РАМ и на крају чврсти диск.
Вероватно је да ћемо и даље видети развој више језгара. Брзина такта процесора сигурно ће наставити да се побољшава, мада с споријим брзинама него раније. Иако сада није неуобичајено да видим оцта-цоре процесоре у стварима попут паметних телефона, довољно брзо смо могли да угледамо процесоре са десетинама језгара.
Шта мислите, где иде следећа технологија са више језгара? Јавите нам у коментарима испод или покретањем нове теме на форуму наше заједнице.
