В епоху кремнієвої електроніки, коли виробники мікросхем повною мірою відчувають на собі наслідки закону Мура, багато людей цікавляться будовою мікропроцесорів. Зокрема, багато користувачів персонального комп'ютерацікавиться внутрішньою будовою процесора у тому ПК.
Окремий інтерес для користувача ПК представляє питання – що таке ядро процесора. Щоб відповісти на це питання, ми підготували пізнавальний матеріал про будову процесора та його ядру.
Ядро процесора та трохи історії
Спробуємо відповісти на основне питання, що таке процесорне ядро. Чіткого визначення різного виду мікропроцесорів у ядра немає. Найбільш поширеною моделлю опису вважається, що ядро - це основна частина мікропроцесора, яка містить блоки та модулі на кремнієвому кристалі та відповідає за виконання різних машинних інструкцій. Тобто, грубо кажучи, ядро чи кілька ядер це є наш процесор.
Основоположниками будови ядра є архітектура фону Нейманаі Гарвардська. В наш час в основному використовується архітектура фон Неймана. Завдяки спільному зберіганню та читанню команд та інформації з пам'яті, архітектура фон Неймана набула широкого поширення.
На основі архітектури фон Неймана створено такі процесорні архітектури, які використовуються в наш час:
- CISC;
- RISC;
- MISC;
- VLIW.
Всі вищеописані архітектури використовуються зараз у виробництві процесорів для персональних комп'ютерів, відеокарт, смартфонів та різної електроніки, в якій використовуються мікропроцесори.
Види сучасних процесорів
Найбільш популярні в наш час процесори виробляються на CISCі RISCархітектури. на CISCстворюють свої процесорні ядра компанії Intelі AMD. У мікросхемах Intel та AMD використовують модифіковану CISC архітектуру, яка має назву x86. Наступною популярною архітектурою є ARM. Ця архітектура створена на базі RISCта використовується в проектуванні мікросхем компанією ARM Limited.
Процесори компаній Intel та AMD можна зустріти практично у будь-якому комп'ютері. Компанія Intel випускає процесори для таких систем, як:
- процесори для настільних ПК;
- процесори для мобільних ПК;
- Серверні процесори;
- Компоненти рішень, що вбудовуються.
на Наразікомпанія Intelмає найпродуктивніший процесор із усіх випущених на ринку. Цей процесор призначений для роз'єму материнської плати LGA2011-v3і маркується, як Intel® Core™ i7-5960X Processor Extreme Edition.
Процесор 8-миядерний та завдяки технології Hyper-Threadingвін здатний працювати в 16 потоків. По суті, це 8-ми ядерний процесор, здатний працювати як 16-ти ядерний процесор. Цей процесор зможе впоратися з будь-яким завданням на ПК, але за таку продуктивність доведеться заплатити 1060 доларів за боксовий варіант.
На даний момент Intel освоїла 14-нмтехпроцес і випускає CPU з ядрами на мікроархітектурі Skylake. Найцікавішими чотирьох ядерними CPU мікроархітектури Skylakeє чіпи шостого покоління Intel® Core™ i7, i5, i3, Pentium та Celeron. Найбільш популярними CPU шостого покоління є:
- Intel Core i7-6700K – чотирьох ядерний ЦПУ;
- Intel Core i5-6600K – чотири ядерний ЦПУ;
- Intel Core i3-6100 – двоядерний ЦПУ.
Також чіпи шостого покоління мають досить продуктивне графічне ядро, яке може замінити безліч дискретних відеокартпочаткового та середнього рівня.
Ознайомитись з усіма видами процесорів компанії Intelможна на офіційній сторінці http://ark.intel.com/ua.
Процесори компанії AMDтакож виробляються для таких систем як:
- процесори для настільних ПК;
- Процесори для ноутбуків;
- Процесори для серверів.
Найцікавішими рішеннями компанії AMDє гібридні AMD А-серіїта процесори AMD FX, що володіють чотирма ядрами та двома ядрами на кристалі. Перші мають високу продуктивність і мають продуктивне графічне ядро, а також можуть включати чотири ядерні і двох ядерні процесори
У других немає графічного ядра, але вони можуть включати 8-ми ядерні, чотирьох ядерні і двоядерні процесори, що істотно збільшує продуктивність. Для своїх мікропроцесорів компанія AMDвикористовує 28-нмтехпроцес, що не дає компанії нарівні конкурувати з компанією Intel. Але завдяки розвитку гібридних APU, її 8-ми ядерні чіпи прописалися в сучасних ігрових консолях Sony Playstation 4і Xbox One.
Якщо говорити про сучасні процесори ARM, то їх не можна зустріти як CPU Intelі AMD у коробкових версіях, оскільки вони поширюються як SoC-платформдля виробників планшетів, смартфонів, медіапрогравачів, роутерів та іншої різної електроніки.
Взаємодія багатоядерних комп'ютерів із старими програмами
Бувають ситуації, коли багатоядерний комп'ютер на Windows не дозволяє коректно запускати старі програми чи ігри. Для того щоб вирішити цю проблему, ми підготували приклад із запуском старої гри на багатоядерної системи.
Наприклад ми взяли комп'ютер з урахуванням чотирьох ядерного процесора Intel Core i7-6700Kпід керуванням Windows 10. Грам для запуску на Intel Core i7-6700K ми вибрали достатньо популярну гру 1998 року Fallout 2. Встановивши гру, запустіть її з ярлика на робочому столі та поверніть її комбінацією Alt + Tab . Після цього перейдіть до « Диспетчер завдань» та знайдіть процес гри Fallout 2. Натисніть на нього правою кнопкою миші та виберіть « Детально».
Після цього ми перейдіть на вкладку « Подробиці» з процесом. Тепер натисніть праву кнопкумиші на процесі та переходьте до пункту «».
Має з'явитися таке вікно.
У цьому вікні необхідно відключити всі ядра і залишити лише « ЦП 0» та натиснути кнопку OK.
Також хочеться відзначити, що для цієї гри необхідно виставити режим сумісності з Windows XP. Поставити режим сумісності з Windows XPможна на вкладці « Сумісність» у властивостях файлу, що виконується. У нашому випадку, виконуваним файлом є « fallout2.exe».
Після цих дій можна перейти до вікна Fallout 2. Всі ці дії ми проробили для того, щоб запустити гру Fallout 2з одним ядром Intel Core i7-6700K, так як гра заточена під одноядерніпроцесори, де багатоядерність негативно впливає її роботу.
Таку процедуру можна зробити з будь-якої старою програмоюабо грою, заточеною під одноядерні системи Windows.
Використовуємо певну кількість ядер у віртуальній машині
Для прикладу, ми також будемо використовувати комп'ютер на базі чотирьох ядерних процесора Intel Core i7-6700K під керуванням Windows 10. Створити віртуальну машину можна за допомогою програми VirtualBox. Програма абсолютно безкоштовна та завантажити її можна з офіційного сайту www.virtualbox.org. Створимо віртуальну машину для Windows XP. Для цього запустіть VirtualBoxі натисніть кнопку Створити.
У вікні виберіть ім'я віртуальної машини, тип ОС і натисніть кнопку Next .
Тепер виберіть кількість ОЗУ та натисніть кнопку Next. Після чого з'явиться вікно створення віртуального жорсткого диска.
Створення жорсткого диска – це останній етап, і після нього віртуальна машина буде готова. Тепер нам необхідно перейти до налаштувань нашої віртуальної машини. Для цього натисніть кнопку « Налаштування».
У меню налаштувань перейдемо на вкладки « Система / Процесор».
Як бачимо з малюнка, для нашої віртуалки використовуються всі активні ядра Intel Core i7-6700K. Щоб віртуальна машина трохи завантажувала основну систему, можна вибрати певну кількість ядердля її роботи.
Для нормальної роботи віртуалки Windows XP цілком вистачить трьох ядер.
Такі маніпуляції з ядрами в віртуальній машиніможна виробляти в різних операційних системах, будь то Linuxабо Mac OS.
Охолодження сучасних CPU
Якщо ви захочете підвищити продуктивність системиза рахунок розгону ЦПУ, штатна система охолодження може не впоратися з температурою ядра. Щоб вирішити проблему з температурою ЦПУ та не допустити перегріву ядер при його розгоні, необхідно скористатися системами охолодження температуривід сторонніх виробників. Найбільш найкращими виробникамикулерів, які впораються з температурою будь-якого розігнаного ЦПУ, є:
- Cooler Master;
- DeepCool;
- Noctua;
- Thermalright;
- Zalman.
Щоб впоратися з температурним охолодженням розігнаного Intel Core i7-6700K, ці компанії пропонують такі кулери:
- Zalman CNPS10X Performa;
- Noctua NH-D15;
- DeepCool GAMMAXX S40;
- Thermalright SilverArrow IB-E Extreme;
- Cooler Master TPC 812 PWM.
Їх зовнішній виглядможна побачити на малюнку:
Розглянуті кулери можуть впоратися не лише з температурним охолодженням Intel Core i7-6700K, а й іншими ЦПУ для різних платформ. Використовуючи кулери від цих фірм, ви ніколи не допустите температурного перегріву свого CPU.
Підсумок
У цьому матеріалі ми розглянули що таке ядро процесора, а також розглянули види сучасних ЦПУ з різним числом ядер від 1-го до 8-ми та їх застосування. Крім того, ми розглянули приклади використання багатоядерних систем на базі процесора. Intel Core i7-6700K, і навіть системи охолодження температури йому.
Як видно з цих моделей можна зустріти 8-ми ядерні процесори. З цього можна зробити висновок, що нові моделі будуть мати ще більшу кількість ядер. Можливо в майбутньому ми зустрінемо 32-х чи 64-х ядерні процесори для персонального комп'ютера від компаній Intel та AMD.
Відео: як виробляють процесори
У наші дні мінімально допустимою нормою комплектації більш-менш серйозною обчислювальної технікивважається наявність двоядерного процесора. Причому даний параметр актуальний навіть для мобільних комп'ютерних пристроїв, планшетних ПК і солідних смартфонів-комунікаторів. Тому розбиратимемося, що ж це за ядра такі і чому про них важливо знати будь-якому користувачеві.
Суть простими словами
Перший двоядерний чіп, призначений саме для масового споживання, з'явився у травні 2005 року. Виріб називався Pentium D (формально ставився до серії Pentium 4). До цього подібні структурні рішення застосовувалися на серверах і для специфічних цілей, персональні комп'ютери не вставлялися.
Взагалі, сам собою процесор (мікропроцесор, CPU, Central Processing Unit, центральний процесорний пристрій, ЦПУ) - це кристал, який за допомогою нанотехнологій наносяться мільярди мікроскопічних транзисторів, резисторів і провідників. Потім напилюються золоті контакти, «камінчик» монтується в корпусі мікросхеми, а потім все це інтегрується в чіпсет.
Тепер уявіть собі, що всередині мікросхеми встановили два таких кристали. На одній підкладці взаємопов'язані і діють як єдиний пристрій. Це є двоядерний предмет обговорення.
Звичайно, два «камінці» - не межа. У момент написання статті сильним вважається ПК, обладнаний чіпом з чотирма ядрами, крім обчислювальних ресурсів відеокарти. Ну а на серверах стараннями компанії AMD вже вживається аж шістнадцять.
Нюанси термінології
Кожен із кристалів зазвичай є своя власна кеш-пам'ять першого рівня. Однак якщо вона другого рівня у них загальна, то все одно один мікропроцесор, а не два (або більше) самостійних.
Повноцінним окремим процесором ядро можна назвати тільки в тому випадку, якщо таке має власний кеш обох рівнів. Але це потрібно лише для застосування на дуже потужних серверах та усіляких суперкомп'ютерах (улюблених іграшках вчених).
Втім, «Менеджер завдань» у Windows або «Системний монітор» у GNU/Linux може показувати ядра як CPU. У сенсі CPU 1 (ЦП 1), CPU 2 (ЦП 2) і так далі. Нехай це не вводить вас в оману, адже обов'язок програми - не розбиратися в інженерно-архітектурних нюансах, а лише інтерактивно відображати завантаження кожного з кристалів.
Значить, плавно переходимо до цієї завантаження і взагалі до питань доцільності явища як такого.
Навіщо це потрібно
Кількість ядер, відрізняється від одиниці, задумана насамперед для розпаралелювання виконуваних завдань.
Припустимо, ви включили ноутбук і читаєте сайти у всесвітньому павутинні . Скрипти, якими сучасні веб-сторінки перевантажені до непристойності (крім мобільних версій), будуть оброблятися лише одним ядром. На нього і обрушиться стовідсоткове навантаження, якщо щось погане зведе браузер з глузду.
Другий кристал продовжить працювати в нормальному режимі і дозволить впоратися з ситуацією - як мінімум, відкрити «Системний монітор» (або емулятор терміналу) і примусово завершити програму, що збожеволіла.
До речі, саме в Системний монітор» Ви зможете на власні очі побачити, який саме софт раптово злетів з котушок і який з «камінців» змушує кулер відчайдушно завивати.
Деякі програми спочатку оптимізовані під багатоядерну архітектуру процесорів і відразу надсилають різні потоки даних у різні кристали. Ну а звичайні програми обробляються за принципом «один потік - одне ядро».
Тобто приріст продуктивності стане відчутним, якщо одночасно діє більше одного потоку. Ну а оскільки багато ОС є багатозадачними, позитивний ефект від розпаралелювання буде проявлятися майже завжди.
Як із цим жити
Що стосується обчислювальної техніки масового споживання, чіпи з одним ядром нині - це, в основному, ARM-процесори в простих телефонах та мініатюрних медіаплеєрах. Видатну продуктивність від таких приладів не потрібно. Максимум - браузер Opera Mini запустити, клієнт ICQ, нескладну гру, інші невибагливі програми на Java.
Решта, починаючи навіть з найдешевших планшетів, повинна мати в чіпі мінімум два кристали, як сказано в преамбулі. Такі речі і купуйте. Виходячи хоча б з тих міркувань, що практично весь софт користувача стрімко товстіє, споживає все більше системних ресурсів, тому запас потужності анітрохи не завадить.
Попередні публікації:
Комп'ютер складається з безлічі різних деталей, кожна з яких виконує певні функції. Усі разом вони забезпечують стабільну працездатність усієї системи загалом. Багато хто каже, що найважливішим елементом є процесор, проте він досить складний. Говорячи про його архітектуру, ми часто розглядаємо ядро процесора, оскільки воно визначає можливості.
Чому варто розглядати процесор, як один із найважливіших елементів, особливо при складанні? Тому що багато в чому саме він визначає якісні та функціональні можливостікомп'ютера як. Непосвяченому користувачеві досить складно розібратися у всіх аспектах, навіть після прочитання відповідної літератури, а форуми взагалі не дають однозначної відповіді, тому що вони заповнені суперечками щодо того, який бренд краще - AMD або Intel. І часом у цих суперечках ядро процесора та її функції та можливості не розглядаються зовсім.
Якщо якісь моменти, пов'язані безпосередньо з експлуатацією того чи іншого процесора, можна дізнатися ще на форумах, то конкретні характеристики необхідно розглядати самому. Виробники завжди надають таку інформацію в подробицях, якщо, звичайно, вона скаже про щось користувачеві.
Характеристики процесора
Зараз на ринку панують Відповідно, ядро процесора, а точніше їхня сукупність, визначають насамперед продуктивність. Основною характеристикою вважається частота роботи процесора, тобто. його швидкодія та оперативність.
Просунуті користувачі знають можливості розгону процесора, тобто. підвищення його частоти. Практично у будь-якої моделі можна збільшити продуктивність, однак не у всіх вона буде ефективною. Іншими словами, якщо взяти два процесори, що працюють приблизно на однаковій частоті, то вони можуть мати різний розгінний потенціал. Отже, перспективи та можливості відрізняються.
Як правило, основним обмеженням стає температура ядра процесора, тому що при підвищенні частоти збільшується навантаження, він починає нагріватися, а це вже згубно позначається на його стані. При тривалій роботі в такому режимі ядро процесора почне руйнуватися і виходити з ладу чіп просто згорить.
Втім, однією орієнтуватися на одну тільки частоту неправильно - кеш і частота шини також впливають на можливості і підсумкові характеристики. Процесор постійно обробляє різну інформацію, проте вона надходить не безпосередньо, а зберігається деякий час у кеші - проміжному ланці між оперативною пам'яттюта процесором. Від швидкості роботи кешу часто-густо залежить швидкодія системи. Частота шини визначає швидкість обміну даними між процесором та материнською платою.
кількість ядер
Горезвісна кількість ядер зараз активно обговорюється, тому що одні кажуть, що чим більше, тим краще інші навпаки стверджують, що краще не поспішати з великою кількістю ядер.
Найбільш поширеним варіантом є двоядерні моделі. Такі чіпи вже почали впроваджувати навіть у мобільні апарати, тож здивувати когось складно. Виникає питання, чи варто переходити на чотириядерні та процесори? Зараз ситуація повторюється як і з використанням перших багатоядерних моделей - приріст продуктивності насправді виявляється не таким великим. Користувачі не знають, як відключити ядро процесора або змусити ту чи іншу програму використовувати всі можливості, тому що далеко не всі програми оптимізовані під такі моделі. При цьому приріст у ціні досить суттєвий, але іноді варто вибрати простішу, але й швидку і продуктивну модель, ніж гнатися за кількістю ядер.