Multicore-Prozessor: Was es ist und wofür es ist

Der allgemeine Trend geht dahin, einen Multicore-Prozessor in einem PC zu finden. Wenn Sie also immer noch nicht wissen, wovon wir sprechen, ist es Zeit, dass Sie diese Prozessoren kennenlernen. Tatsächlich sind sie seit fast einem Jahrzehnt bei uns und geben uns immer mehr Leistung und Kapazität für den Umgang mit Informationen, wodurch unsere Maschine zu echten Rechenzentren mit Desktops wird.

Inhaltsverzeichnis

Multi-Core-Prozessoren revolutionierten den Markt, zuerst für den Verbrauch großer Unternehmen und Rechenzentren , dann für normale Benutzer, und leiteten damit eine neue Ära von Hochleistungsgeräten ein. Sogar unser Smartphone verfügt über Multicore-Prozessoren.

Was ist die Funktion des Prozessors in einem Computer

Bevor wir jedoch sehen, worum es bei Multi-Core-Prozessoren geht, sollten Sie ein wenig Speicher auffrischen und definieren, wofür ein Prozessor wirklich gedacht ist. Vielleicht scheint es an dieser Stelle albern, aber nicht jeder kennt diese wesentliche Komponente in der gegenwärtigen Ära, und es ist Zeit.

Der Prozessor, die CPU oder die Zentraleinheit besteht aus einer elektronischen Schaltung, die aus Transistoren, Logikgattern und Leitungen mit elektrischen Signalen aufgebaut ist , die Aufgaben und Anweisungen ausführen können. Diese Anweisungen werden von einem Computerprogramm und der Interaktion (oder nicht) eines Menschen oder sogar anderer Programme erzeugt. Auf diese Weise können wir produktive Aufgaben basierend auf Daten über Computer ausführen.

Ein Computer und ein anderes elektronisches Gerät könnten ohne die Anwesenheit eines Prozessors nicht konzipiert werden. Es mag mehr oder weniger komplex sein, aber jedes Gerät, das eine bestimmte Aufgabe ausführen kann, benötigt dieses Gerät, um elektrische Signale in Daten und sogar in physische Aufgaben umzuwandeln, wie z. B. für Menschen nützliche Montagelinien.

Was ist der Kern eines Prozessors?

Wie jede andere Komponente besteht ein Prozessor aus verschiedenen Elementen. Wir nennen diese Kombination von Elementarchitekturen, und diejenige, die wir derzeit im Prozessor unseres Computers haben, ist x86, eine Reihe von Codes, Parametern und elektronischen Komponenten, die zusammen diese Anweisungen einfach durch Ausführen berechnen können logische und arithmetische Operationen.

CPU-interne Struktur

Der Kern oder Kern eines Prozessors ist die Einheit oder integrierte Schaltung, die für die Verarbeitung all dieser Informationen verantwortlich ist. Es besteht aus Millionen von Transistoren, die mit einer funktionalen logischen Struktur ausgestattet sind, und kann die eingegebenen Informationen in Form von Operanden und Operatoren verarbeiten, um die Ergebnisse zu generieren, mit denen Programme arbeiten können. Es ist also die Grundeinheit eines Prozessors.

Damit Sie klingen, besteht der Kern eines Prozessors aus folgenden Hauptelementen:

• Steuereinheit (UC): Sie ist dafür verantwortlich , den Betrieb des Prozessors, in diesem Fall des Kerns, synchron zu steuern. Es gibt Befehle in Form von elektrischen Signalen an die verschiedenen Komponenten (CPU, RAM, Peripheriegeräte), damit diese synchron arbeiten. Arithmetisch-logische Einheit (ALU): Sie ist dafür verantwortlich, alle logischen und arithmetischen Operationen mit ganzen Zahlen mit den empfangenen Daten auszuführen. Register: Die Register sind die Zellen, in denen die ausgeführten Anweisungen und die Ergebnisse der ausgeführten Operation gespeichert werden können.

Wofür sind mehr Kerne?

Der Wettlauf der Hersteller um das leistungsstärkste und schnellste Produkt hat es je gegeben, und in der Elektronik ist das nicht anders. Zu seiner Zeit war es ein Meilenstein, einen Prozessor mit einer Frequenz von mehr als 1 GHz zu entwickeln. Falls Sie es nicht wissen, misst GHz die Anzahl der Operationen, die ein Prozessor ausführen kann

GHz: Was ist und was ist ein Gigahertz im Computer?

Das Rennen um mehr GHz

Der erste Prozessor, der 1 GHz erreichte, war 1992 der DEC Alpha. Bei der CPU für PCs war es jedoch erst 1999, als Intel mit seinem Pentium III und AMD mit seinen von Athlon gebauten Prozessoren diese Werte erreichte.. Zu diesem Zeitpunkt hatten die Hersteller nur eines im Sinn: " Je mehr GHz desto besser ", da pro Zeiteinheit mehr Operationen durchgeführt werden konnten.

Nach einigen Jahren fanden die Hersteller eine Begrenzung für die Anzahl der GHz ihrer Prozessoren. Warum? Denn aufgrund der enormen Wärmemenge, die in seinem Kern erzeugt wurde, sind die Integrität der verwendeten Materialien und Kühlkörper begrenzt. Ebenso wurde der Verbrauch für jedes Hz ausgelöst, um das die Frequenz erhöht wurde.

Das Rennen um mehr Kerne

An dieser Grenze mussten die Hersteller einen Paradigmenwechsel vornehmen, und so entstand das neue Ziel: " Je mehr Kerne, desto besser." Nehmen wir an, wenn der Kern für die Ausführung der Operationen verantwortlich ist, können wir durch Erhöhen der Anzahl der Kerne die Anzahl der Operationen verdoppeln, verdreifachen,…, die ausgeführt werden können. Offensichtlich ist es so, dass wir mit zwei Kernen zwei Operationen gleichzeitig ausführen können, und mit vier Kernen können wir vier dieser Operationen ausführen.

Intel Pentium Extreme Edition 840

Das von Intel gesetzte Ziel, mit seiner NetBurst-Architektur 10 GHz zu erreichen, wurde zurückgelassen, was bisher nicht erreicht wurde, zumindest nicht mit den Kühlsystemen, die normalen Benutzern zur Verfügung stehen. Der beste Weg, um eine gute Skalierbarkeit in Bezug auf Leistung und Verarbeitungskapazität zu erreichen, bestand darin , Prozessoren mit einer bestimmten Anzahl von Kernen und auch mit einer bestimmten Frequenz zu haben.

Die Implementierung von Dual-Core-Prozessoren begann entweder mit der Herstellung von zwei einzelnen Prozessoren oder viel besser mit der Integration von zwei DIE (Schaltkreisen) auf einem einzigen Chip. Dies spart viel Platz auf den Motherboards, erfordert jedoch eine größere Komplexität für die Implementierung der Kommunikationsstruktur mit den anderen Komponenten wie Cache-Speicher, Bussen usw.

Die ersten Prozessoren mit mehr als einem Kern

Zu diesem Zeitpunkt ist es sehr interessant zu wissen, welche der ersten Multicore-Prozessoren auf dem Markt waren. Und wie Sie sich vorstellen können, waren die Anfänge wie immer für den Unternehmensgebrauch auf Servern und auch wie immer für IBM. Der erste Multicore-Prozessor war der 2001 hergestellte IBM POWER4 mit zwei Kernen auf einem einzigen DIE und einer Grundfrequenz von 1, 1 GHz.

Erst 2005 tauchten die ersten Dual-Core-Prozessoren für den Massenverbrauch von Benutzern auf ihren Desktop-Computern auf. Intel hat AMD einige Wochen im Voraus die Brieftasche mit seiner Intel Pentium Extreme Edition 840 mit HiperThreading gestohlen und später den AMD Athlon X2 veröffentlicht.

Danach machten die Hersteller einen Lauf und begannen wahllos, Kerne einzuführen, mit der daraus resultierenden Miniaturisierung der Transistoren. Derzeit basiert der Herstellungsprozess auf Transistoren von nur 7 nm, die von AMD in seinem Ryzen der 3. Generation implementiert wurden, und 12 nm, die von Intel implementiert wurden. Damit ist es uns gelungen, eine größere Anzahl von Kernen und Schaltkreisen in denselben Chip einzuführen, wodurch die Verarbeitungsleistung erhöht und der Verbrauch gesenkt wurde. Tatsächlich haben wir bis zu 32 Kernprozessoren auf dem Markt, die AMDs Threadripper sind.

Was brauchen wir, um die Kerne eines Prozessors zu nutzen?

Die Logik scheint sehr einfach zu sein: Kerne einfügen und die Anzahl der gleichzeitigen Prozesse erhöhen. Zunächst war dies jedoch ein echtes Problem für Hardwarehersteller und insbesondere für Softwareentwickler.

Und ist, dass die Programme nur für die Arbeit mit einem Kernel entwickelt (kompiliert) wurden. Wir brauchen nicht nur einen Prozessor, der physisch in der Lage ist, mehrere Operationen gleichzeitig auszuführen, sondern auch, dass das Programm, das diese Anweisungen generiert, dies durch Kommunikation mit jedem der verfügbaren Kerne tun kann. Selbst Betriebssysteme mussten ihre Architektur ändern, um mehrere Kerne gleichzeitig effizient nutzen zu können.

Auf diese Weise machten sich die Programmierer an die Arbeit und begannen, die neuen Programme mit Multicore-Unterstützung zu kompilieren, sodass ein Programm derzeit in der Lage ist, alle auf dem Computer verfügbaren Kerne effizient zu nutzen. Somit werden die Ausführungsthreads mit der erforderlichen Menge multipliziert. Denn wenn neben Kernen auch das Konzept des Ausführungsthreads auftauchte.

In einem Multicore-Prozessor ist es wichtig, die von einem Programm ausgeführten Prozesse zu parallelisieren. Dies bedeutet, dass jeder Kern es schafft, eine Aufgabe parallel und nacheinander nacheinander auszuführen. Diese Methode zum gleichzeitigen Erstellen verschiedener Aufgaben aus einem Programm wird als Prozessthreads, Arbeitsthreads, Threads oder einfach als Threads in Englisch bezeichnet. Sowohl das Betriebssystem als auch die Programme müssen in der Lage sein , parallele Prozessthreads zu erstellen, um die volle Leistung des Prozessors nutzen zu können. Dies ist hoch, dass CAD-Design, Videobearbeitung oder Programme sehr gut funktionieren, während Spiele noch einen weiten Weg vor sich haben.

Was sind die Threads eines Prozessors? Unterschiede zu Kernen

HyperThreading und SMT

Infolgedessen erscheinen die Technologien der Prozessorhersteller. Das bekannteste unter ihnen ist das HyperThreading, das Intel in seinen Prozessoren zu verwenden begann, und später machte AMD es zuerst mit CMT-Technologie und dann mit einer Weiterentwicklung zu SMT (Simultaneous Multi-Threading).

Diese Technologie besteht aus der Existenz von zwei Kernen in einem, aber es handelt sich nicht um echte Kerne, sondern um logische Kerne, die in der Programmierung als Verarbeitungsthreads oder Threads bezeichnet werden. Wir haben bereits darüber gesprochen. Die Idee ist, die Arbeitslast erneut auf die Kerne aufzuteilen und jede der auszuführenden Aufgaben in Threads zu segmentieren, damit sie ausgeführt werden, wenn ein Kern frei ist.

Es gibt Prozessoren, die beispielsweise nur zwei Kerne haben, aber dank dieser Technologien 4 Threads haben. Intel verwendet es hauptsächlich in seinen Hochleistungs-Intel Core-Prozessoren und Laptop-CPUs, während AMD es in seiner gesamten Palette von Ryzen-Prozessoren implementiert hat.

Was ist HyperThreading?

Woher weiß ich, wie viele Kerne mein Prozessor hat?

Wir wissen bereits, was Kerne und Threads sind und welche Bedeutung sie für einen Multicore-Prozessor haben. Das Letzte, was wir noch haben, ist zu wissen , wie viele Kerne unser Prozessor hat.

Sie sollten wissen, dass Windows manchmal nicht zwischen Kernen und Threads unterscheidet, da diese mit dem Namen von Kernen oder Prozessoren angezeigt werden, beispielsweise im Tool "msiconfig". Wenn wir den Task-Manager öffnen und zum Abschnitt Leistung gehen, wird eine Liste angezeigt, in der die Anzahl der Kerne und logischen Prozessoren der CPU angezeigt wird. Die Grafiken, die uns angezeigt werden, sind jedoch direkt die der logischen Kerne, genau wie diejenigen, die im Leistungsmonitor angezeigt werden, wenn wir ihn öffnen.

Woher weiß ich, wie viele Kerne mein Prozessor hat?

Fazit und interessante Links

Wir kommen zum Ende und hoffen, dass wir würdig erklärt haben, was ein Multicore-Prozessor ist und welche Konzepte zu diesem Thema am wichtigsten sind. Derzeit gibt es echte Monster mit bis zu 32 Kernen und 64 Threads. Damit ein Prozessor effektiv ist, ist nicht nur die Anzahl der Kerne und ihre Frequenz wichtig, sondern auch die Art und Weise, wie er aufgebaut ist, die Effizienz seiner Datenbusse und die Kommunikation und die Arbeitsweise seiner Kerne. Hier folgt Intel a AMD einen Schritt voraus. Wir werden bald die neuen Ryzen 3000 sehen, die versprechen, die leistungsstärksten Desktop-Prozessoren von Intel zu übertreffen. Seien Sie also gespannt auf unsere Bewertungen.

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