Rdzeń procesora, wielordzeniowy, wątek, rdzeń kontra wątki, hiperwątkowość

Co to jest współbieżność lub pojedynczy rdzeń?

In Operating Systems, współbieżność definiuje się jako zdolność systemu do uruchamiania dwóch lub więcej programów w nakładających się fazach czasowych.

Współbieżność lub pojedynczy rdzeń
Wykonywanie współbieżne z cięciem czasu

Jak widać, w danym momencie wykonywany jest tylko jeden proces. Dlatego współbieżność jest jedynie uogólnionym przybliżeniem rzeczywistego wykonywania równoległego. Z taką sytuacją można spotkać się w systemach posiadających procesor jednordzeniowy.

Co to jest wykonanie równoległe lub (wielordzeniowe)?

Podczas wykonywania równoległego zadania, które ma wykonać proces, są dzielone na podczęści, a wiele procesorów (lub wiele rdzeni) przetwarza każde podzadanie dokładnie w tym samym czasie.

Wykonywanie równoległe
Wykonywanie równoległe

Jak widać, w dowolnym momencie wszystkie procesy są w trakcie wykonywania. W rzeczywistości są to podzadania procesu, które wykonują się równolegle, ale dla lepszego zrozumienia można je wizualizować jako procesy.

Dlatego równoległość jest prawdziwym sposobem przetwarzania wielu zadań w tym samym czasie. Tego typu sytuację można spotkać w systemach posiadających procesory wielordzeniowe, do czego zaliczają się prawie wszystkie nowoczesne, komercyjne procesory.

KLUCZOWA RÓŻNICA

  • Rdzenie zwiększają ilość pracy wykonywanej jednocześnie, podczas gdy wątki poprawiają przepustowość i przyspieszenie obliczeń.
  • Rdzenie to rzeczywisty komponent sprzętowy, podczas gdy wątek to komponent wirtualny, który zarządza zadaniami.
  • Rdzenie wykorzystują przełączanie treści, natomiast wątki wykorzystują wiele procesorów do obsługi wielu procesów.
  • Rdzenie wymagają tylko jednostki przetwarzania sygnału, podczas gdy wątki wymagają wielu jednostek przetwarzania.

Co to jest wątek?

Wątek jest jednostką wykonania w programowaniu współbieżnym. Wielowątkowość to technika, która pozwala procesorowi wykonywać wiele zadań jednego procesu w tym samym czasie. Wątki te mogą być uruchamiane indywidualnie podczas udostępniania swoich zasobów.

Co to jest wielowątkowość?

Wielowątkowość odnosi się do wspólnego zadania, które uruchamia wiele wątków wykonania w systemie operacyjnym. Może obejmować wiele procesów systemowych.

Jak działa wielowątkowość?

Na przykład większość nowoczesnych procesorów obsługuje wielowątkowość. Prosta aplikacja na smartfonie może zapewnić demonstrację tego samego na żywo.

Gdy otwierasz aplikację, która wymaga pobrania danych z Internetu, obszar zawartości aplikacji zostaje zastąpiony przez spinner. Będzie się on obracał, aż dane zostaną pobrane i wyświetlone.

W tle dwa wątki:

  • Jedno pobieranie danych z sieci i
  • Jeden renderujący GUI wyświetlający pokrętło

Oba te wątki są wykonywane jeden po drugim, aby dać iluzję jednoczesnego wykonania.

Co to jest rdzeń procesora?

Rdzeń procesora jest częścią czegoś kluczowego dla jego istnienia lub charakteru. W ten sam sposób w systemie komputerowym procesor jest również nazywany rdzeniem.

Zasadniczo istnieją dwa typy procesorów rdzeniowych:

  1. Procesor jednordzeniowy
  2. Procesor wielordzeniowy

Jaki jest główny problem związany z pojedynczym rdzeniem?

W przypadku pojedynczego rdzenia występują głównie dwa problemy.

  • Aby szybciej wykonywać zadania, musisz zwiększyć czas zegara.
  • Zwiększanie czasu zegara zwiększa zużycie energii i rozpraszanie ciepła do niezwykle wysokiego poziomu, co powoduje, że procesor staje się nieefektywny.

Rozwiązanie zapewniane przez technologię wielordzeniową:

  • Tworzenie dwóch lub więcej rdzeni na tej samej matrycy w celu zwiększenia mocy obliczeniowej przy jednoczesnym utrzymaniu szybkości zegara na efektywnym poziomie.
  • Procesor z dwoma rdzeniami działający z efektywną szybkością może przetwarzać instrukcje z podobną szybkością jak procesor jednordzeniowy. Jego częstotliwość taktowania jest dwukrotnie większa, a mimo to proces wielordzeniowy zużywa mniej energii.

Zalety procesora wielordzeniowego

Oto niektóre zalety procesora wielordzeniowego:

  • Więcej tranzystorów do wyboru
  • Krótsze połączenia
  • Niższa pojemność
  • Mały obwód może pracować z dużą prędkością

Różnica między rdzeniem a wątkami

parametry rdzeń Wątki
Definicja Rdzenie procesora oznaczają rzeczywisty komponent sprzętowy. Wątki odnoszą się do komponentu wirtualnego, który zarządza zadaniami.
Przetwarzanie Procesor otrzymuje zadania z wątku. Dlatego uzyskuje dostęp do drugiego wątku tylko wtedy, gdy informacje przesłane przez pierwszy wątek nie są wiarygodne. Istnieje wiele różnych wariantów interakcji procesora z wieloma wątkami.
Wdrożenie Uzyskano poprzez operację przeplatania Dokonano tego poprzez pozwanie wielu procesorów
Korzyść Zwiększ ilość pracy wykonywanej na raz. Popraw przepustowość, przyspieszenie obliczeń.
Zrobić użytek z Core wykorzystuje przełączanie treści Wykorzystuje wiele procesorów do obsługi wielu procesów.
Wymagane jednostki przetwarzające Wymaga tylko modułu przetwarzania sygnału. Wymaga wielu jednostek przetwarzających.
Przykład Uruchamianie wielu aplikacji jednocześnie. Uruchamianie programu indeksującego sieć w klastrze.

Co to jest Hyper-Threading?

Hyper-threading był pierwszym wysiłkiem firmy Intel mającym na celu umożliwienie obliczeń równoległych komputerom użytkowników końcowych. Po raz pierwszy zastosowano go w procesorach do komputerów stacjonarnych w Pentium 4 w 2002 roku.

W tamtym czasie Pentium 4 posiadał tylko jeden rdzeń CPU. Dlatego wykonywał tylko jedno zadanie i nie był w stanie wykonać żadnego typu operacji wielokrotnych.

Pojedynczy procesor CPU z technologią hyper-threading pojawia się jako dwa logiczne procesory CPU dla systemu operacyjnego. W tym przypadku procesor CPU jest pojedynczy, ale system operacyjny bierze pod uwagę dwa procesory CPU dla każdego rdzenia, a sprzęt CPU ma jeden zestaw zasobów wykonawczych dla każdego rdzenia CPU.

Dlatego procesor przyjmuje, że ma więcej rdzeni niż ma w rzeczywistości, a system operacyjny przyjmuje, że na każdy rdzeń procesora przypadają dwa procesory.

Podsumowanie

  • Wątek jest jednostką wykonania w programowaniu współbieżnym.
  • Wielowątkowość odnosi się do wspólnego zadania, które uruchamia wiele wątków wykonania w systemie operacyjnym
  • Obecnie wiele nowoczesnych procesorów obsługuje wielowątkowość
  • Hyper-threading był pierwszym wysiłkiem firmy Intel mającym na celu umożliwienie obliczeń równoległych komputerom użytkowników końcowych.
  • Rdzeń procesora jest częścią czegoś kluczowego dla jego istnienia lub charakteru
  • W, OperaWspółbieżność systemu definiuje się jako zdolność systemu do uruchamiania dwóch lub więcej programów w nakładających się fazach czasowych.
  • W przypadku wykonywania równoległego zadania, które ma wykonać proces, są dzielone na podczęści.
  • Główną wadą procesora jednordzeniowego jest to, że aby szybciej wykonywać zadania, należy zwiększyć czas zegara.
  • Multicore rozwiązuje ten problem, tworząc dwa lub więcej rdzeni na tej samej matrycy, aby zwiększyć moc obliczeniową, a także utrzymuje częstotliwość taktowania na efektywnym poziomie.
  • Największą zaletą systemu wielordzeniowego jest to, że pozwala na utworzenie większej liczby tranzystorów na każdy wybór
  • Rdzenie procesora oznaczają rzeczywisty komponent sprzętowy, natomiast wątki odnoszą się do komponentu wirtualnego, który zarządza zadaniami.