Под ядром процессора чаще всего понимается совокупность его блоков (узлов), осуществляющих основные операции при исполнении команд, включая, так называемый, предпроцессор выборки команд (FrontEnd). По сути дела, ядро процессора включает в себя аппаратную часть всех ступеней его конвейера команд, арифметико-логическое устройство (блок исполнения команд), а также кэш-память декодированных команд первого уровня (кэш L1). В процессорах микроархитектуры Nehalem в ядро процессора включают и кэш второго уровня (кэш L2).
Многоядерные процессоры позволяют повышать производительность за счет увеличения IPC (Instructions Per Clock), то есть количества инструкций программного кода, обрабатываемых за каждый такт работы процессора.
Выигрыш в производительности, например, двуядерных процессоров достигается за счет того, что вычислительные команды исполняются двумя ядрами одновременно. Этот принцип называется многопоточным режимом исполнения программы. Специально оптимизированные программы направляют на каждое ядро отдельные потоки команд (threads), которые обрабатываются параллельно. Теоретически это может повысить производительность компьютера до 70%.
Но даже если программное обеспечение и не способно поддерживать многопоточный режим работы, то повышение производительности двуядерных процессоров становится заметным при одновременном использовании нескольких программ. Так, например, основная программа осуществляет обработку текста, а это время в фоновом режиме бесперебойно реализуется антивирусная программа. Такой режим носит название многозадачного режима работы процессора.
Строго говоря, мультипроцессорные вычисления известны уже давно и широко используются при реализации суперкомпьютеров и даже в мощных серверах. Многопроцессорные системы имеют ряд очевидных преимуществ перед однопроцессорными. Во-первых, несколько процессоров, работающих параллельно, принципиально могут за единицу времени обработать большее количество команд программы, или же обработать то же количество команд, но быстрее. Во-вторых, многопроцессорная система, как правило, будет более надежна, поскольку в случае выхода одного из параллельно работающих процессоров, его могут автоматически заменить другие, не прибегая к остановке всей системы в целом. В-третьих, многопроцессорные системы могут обслуживать одновременно большее количество пользователей с меньшим временем ожидания.
Новинки от фирм Intel и AMD отличаются от существующих многопроцессорных систем только тем, что ядра их процессоров объединены в одном корпусе и требуют лишь один разъем на материнской плате. Основным преимуществом многоядерных процессоров при этом является: во-первых, существенное удешевление вычислительных систем, а во-вторых, уменьшение времен задержки передачи информации между процессорами в многопроцессорных системах. (Если процессоры находятся друг от друга на расстоянии всего 15 см, то при максимальной современной тактовой частоте, обмен данными между ними займет четыре периода тактовой частоты).
Первоначально, двуядерные процессоры Intel и AMD во многом похожи, но в них были реализованы разные технологии.
Первые двуядерные процессоры фирмы Intel на рынке появились в апреле 2005 г. Это был процессор IntelPentiumExtreme Edition 840 с параметрами: fт=3,2 ГГц; FSB = 800МГц; Pпот= 130 Вт; N=230 мил. транзисторов.
(Заметьте, что в обозначениях двуядерных процессоров Intel, пропала цифра 4 после марки Pentium. Это означает, что эти процессоры Intel перестала относить к процессорам типа Pentium 4).
Процессоры поддерживают технологию Hyper-Threading, что в совокупности обеспечивают обработку до 4 потоков, поэтому один такой физический процессор, с позиции операционной системы, определяется как 4 логических процессора. Каждый имел собственный кэш L2, объемом 2 Мбайт.
Второй линейкой двуядерных процессоров фирмы Intel являлись процессоры IntelPentium D 8xx (820 – c fт=2,8 ГГц; 830 – с fт=3,0 ГГц и 840 – с fт=3,2 ГГц). У всех FSB = 800 МГц, но технология Hyper Treading не предусмотрена. В остальном, эти линейки похожи полностью и обе поддерживают систему команд IntelEM64T (64-разрядное расширение).
Все эти двуядерные процессоры изготовлялись по технологическому процессу 90 нм.
Правда, в начале января 2006 года Intel объявила о выходе нового двуядерного процессора на ядре Presler под названием Intel Pentium Processor Extreme Edition 955 уже по технологическому процессу 65 нм. Его тактовая частота составляла 3,46 ГГц, частота FSB = 1066 МГц и используется кэш-2 память по 2 Мбайт на каждом ядре.
Фирма AMD свои двуядерные процессоры выдала на рынок практически одновременно, в мае 2005 г. Они были представлены серией AMD Athlon 64×2 (типы: 4200+; 4400+; 4600+ и 4800+).
Говоря о многоядерных процессорах надо иметь в виду, что при этом меняется не только микроархитектура процессоров, но и требуется изменить всю инфраструктуру, включая программное обеспечение. Дело в том, что многоядерные процессоры могут дать выигрыш по производительности только в том случае, если используется оптимизированное под многоядерность, хорошо распараллеливаемое, программное обеспечение (операционная система и приложения). Если же программный код написан таким образом, что подразумевает только последовательное выполнение инструкций, то от многоядерности проку не будет.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.