Что такое ядро процессора и многоядерность?

Доброго времени суток. Если вас заботит производительность вашего компьютера, то необходимо знать о том, что такое ядро процессора и многоядерность. Подробное разъяснение вы получите в этой статье.

Разбор понятия

Скажу сразу, ядром называется главная вычислительная часть. Это главная часть центрального процессора, которая содержит в себе основные функциональные блоки, а именно:

Блок работы с прерываниями, позволяющий быстро переходить от одной задачи к другой;
Выборки инструкций — к нему приходят сигнал команд, и он переправляет их на обработку;
Декодирования — занимается упомянутым сигналом и решает, что компьютеру делать с поступившей командой и понадобятся ли для этого дополнительные инструменты;
Управления — поставляет декодированные инструкции другим блокам и определяет уровень нагрузки на них;
Выполнения и сохранения результатов — без объяснений ясно, за что они ответственны.

Другие обозначения

Говоря о физическом исполнении ядер, под ними понимаются также кристаллы CPU, зачастую открытые.

Если рассматривать ядро как набор характеристик, можно определить его как часть процесса, отвечающую за выполнение одного потока команд. Что я имею в виду? Каждый программный процесс, который совершается в компьютере, содержит в себе несколько потоков.

Можно провести аналогию с работой на стройке: несколько рабочих выполняют разные задачи (один месит раствор, другой — кладет кирпич и т. д.), но все они строят один дом и сверяются с одним и тем же чертежом. Анологичным занимается и ядро.

Многоядерность процессора

Рассмотрим сначала ЦП с одним ядром.

Как вы уже знаете, процесс разбивается на несколько потоков. Но что происходит, когда вы хотите одновременно выполнять несколько процессов, например, печатать в Microsoft Word и слушать музыку?

Компьютер умный и делает вид, что выполняет действия одновременно. На самом деле происходят быстрые переключения между одним и другим процессом. Они мгновенны, поэтому вы не сможете их заметить. Тем не менее, на это тратится время, что снижает скорость выполнения задач. Если вы захотите выполнять не 2, а 4 действия сразу? Компьютер выполнит все, что вы требуете, но медленно.

Решение

В виду того, что многие игры и программы предъявляют все более высокие требования к процессорам, их производители добавляют ядра. Таким образом, за один поток команд отвечает первое ядро, за другой — второе и т. д.; если одно выполнило свою задачу, может помочь другому. Прирост в производительности очевиден.

Первый ЦП с двумя ядрами для настольных компов выпущен в 2005 году. Это Pentium D компании Intel. В том же году ее догнал конкурент — AMD — произведя на свет двухъядерник Opteron. На данный момент существуют процы и с 4, и с 8 ядрами.

Технология

К слову, еще на производительность многоядерных процессоров влияет наличие технологии Hyper-Treading. Ее суть заключается в том, что одно физическое ядро определяется системой как два логических. Это значит, что одно ядро может обрабатывать 2 потока одновременно.

Графическое ядро

В некоторые процессоры встраивается графическое ядро, которое не следует путать с вышеописанными. Как понятно из названия, данное ядро отвечает за обработку графики. Оно выступает альтернативой дискретной видеокарте. Такое решение позволяет экономить пространство в корпусе компьютера.

Характеристики ядра

Я назову основные характеристики ядер ЦП, чтобы вы лучше понимали, что они собой представляют:

Архитектура — конструкция, набор свойств, присущих семейству процессоров, и соответственно ядер.

Набор команд — включает в себя определенный тип данных, регистров, инструкций, адресаций и т. п.
Объем встроенного кэша — памяти с большой скоростью доступа, которая нужна для обращений к памяти с малой (оперативной).
Кэш ядер делится на 3 уровня (L1, L2 и L3). В характеристиках многоядерных девайсов обычно указывается L1 для одного ядра. L2 медленнее, но имеет больший объем. Если вы подбираете проц для выполнения ресурсоемких задач, ориентируйтесь на кэш второго уровня. L3 присутствует в самых производительных устройствах.
Число функциональных блоков.
Тактовая частота — количество операций, которое проц может выполнять за секунду. Исчисляется в гигагерцах.
Напряжение питания.
Тепловыделение.
Технологический процесс — размер, использующийся при изготовлении ЦП. Измеряется в нанометрах.
Площадь кристалла.

Как узнать, сколько ядер в вашем CPU?

Конечно, самый простой способ узнать число ядер своего процессора — посмотреть в его характеристиках. Но не все знают или помнят точное название устройства. Поэтому предлагаю другой вариант: