A személyi számítógépek első feltalálásakor a központi processzoruk (CPU) önmagukban álltak, és csak egy processzormaggal rendelkeztek. Maga a processzor volt a mag; a többmagos processzor létezése még nem hallott. Manapság nem ritka, ha többmagos számítógépeket, telefonokat és más eszközöket látunk - valójában, minden kereskedelemben kapható, bármilyen típusú számítógépnek többmaga van. Ezek a magok ugyanabban az egyetlen, CPU vagy központi feldolgozó egységben találhatók.
Nagyon nagy előnye, ha több maggal rendelkezik. Csak egy maggal a számítógép egyszerre csak egy feladaton dolgozhat, és egy feladatot be kell fejeznie, mielőtt a másikra lép. Ha több maggal rendelkezik, a számítógép egyszerre több feladatot is képes elvégezni, ami különösen hasznos azok számára, akik sok multitasking-ot végeznek.
Mielőtt pontosabban belemerülnénk a többmagos processzorok működésébe, fontos egy kicsit beszélni a feldolgozási technológia hátteréről, ezt követően megvitatjuk, hogy mit tesznek a többmagos processzorok.
Néhány történelem
A többmagos processzorok építése előtt az emberek és cégek, például az Intel és az AMD megkíséreltek több processzorral rendelkező számítógépeket építeni. Ez azt jelentette, hogy egynél több CPU-aljzattal rendelkező alaplapra volt szükség. Ez nemcsak drágább volt, mivel egy másik processzorcsatlakozáshoz fizikai hardver szükséges, hanem növelte a késleltetést is, mivel a megnövekedett kommunikációra volt szükség a két processzor között. Az alaplapnak az adatokat fel kellett osztania a számítógép két teljesen különálló helyére, ahelyett, hogy az összeset elküldené a processzornak. A fizikai távolság valójában azt jelenti, hogy egy folyamat lassabb. Ezeknek a folyamatoknak az egy chipen történő elhelyezése több maggal nem csak azt jelenti, hogy kevesebb a távolság az utazáshoz, hanem azt is jelenti, hogy a különböző magok megoszthatják az erőforrásokat a különösen nehéz feladatok elvégzéséhez. Például az Intel Pentium II és Pentium III chipeit egyaránt két processzorral ellátott verziókban valósították meg.
Egy idő után a processzoroknak nagyobb teljesítményűeknek kellett lenniük, így a számítógépgyártók jöttek létre a hiper-menet fogalmával. Maga a koncepció az Inteltől származik, és először 2002-ben fogalmazták meg a vállalat Xeon szerver processzorain, később pedig a Pentium 4 asztali processzorokon. A hiper-szálakat még ma is használják a processzorokban, és ez is a legfontosabb különbség az Intel i5 chipei és i7 chipei között. Alapvetően kihasználja azt a tényt, hogy a processzorban gyakran vannak felhasználatlan erőforrások, különösen akkor, ha a feladatok nem igényelnek sok feldolgozási energiát, amit más programokhoz felhasználni lehet. A processzor, amely hiperszálakat használ, alapvetően úgy jelenik meg az operációs rendszernél, mintha két maggal rendelkezik. Természetesen nem rendelkezik két maggal, azonban két olyan program esetében, amelyek a rendelkezésre álló feldolgozási teljesítmény felét vagy annál kevesebbet használják, lehet két mag is, mert együtt tudják kihasználni az összes erőt, amelyet a processzor kínál. A hiperfűzés azonban kissé lassabb, mint a két maggal rendelkező processzornál, ha nincs elegendő feldolgozási teljesítmény ahhoz, hogy megosszák a magot használó két program között.
Itt talál egy áttekinthető videót, amely röviden, részletesebben magyarázza a hiperszálakat.
Multi-processzorok
Sok kísérlet után végre sikerült több maggal rendelkező processzorokat felépíteni. Ez azt jelentette, hogy egy processzor alapvetően egynél több processzorral rendelkezik. Például egy kétmagos processzornak két feldolgozóegysége van, egy négymagosnak négy, és így tovább.
Miért fejlesztették ki a vállalatok a többmagos processzorokat? Nos, a gyorsabb processzorok iránti igény egyre nyilvánvalóbb lett, ám az egymagos processzorok fejlesztése lelassult. Az 1980-as évektől a 2000-es évekig a mérnökök képesek voltak növelni a feldolgozási sebességet több megahercről több gigahercre. Az olyan vállalatok, mint az Intel és az AMD, ezt a tranzisztorok méretének csökkentésével tették meg, ami lehetővé tette, hogy ugyanabban a helyben több tranzisztor legyen, ezáltal javítva a teljesítményt.
Mivel a processzor órájának sebessége szorosan kapcsolódik ahhoz, hogy hány tranzisztor fér el egy chipre, amikor a tranzisztor zsugorodási technológiája lassan kezdett, a megnövekedett processzorsebességek fejlődése is lassan kezdett. Noha ez nem az volt, amikor a vállalatok először tudtak a többmagos processzorokról, ez az, amikor kereskedelmi célú kísérleteket kezdtek a többmagos processzorokkal. Míg a többmagos processzorokat először az 1980-as évek közepén fejlesztették ki, azokat nagyvállalatok számára tervezték, és nem igazán vizsgálták újra, amíg az egymagos technológia lassulni nem kezd. Az első többmagos processzort a Rockwell International fejlesztette ki, és a 6501 chip verziója volt, amelyben egy 6502 processzor található egy chipen (további részletek találhatók ebben a Wikipedia bejegyzésben).
Mit csinál egy többmagos processzor?
Nos, ez tényleg nagyon egyszerű. Ha több mag van, akkor több dolgot is el lehet végezni egyszerre. Például, ha e-mailekkel dolgozik, nyitott internetböngészővel, excel táblázatokkal dolgozik, és zenét hallgat az iTunes alkalmazásban, akkor a négymagos processzor mindegyikre képes dolgozni. Vagy ha a felhasználónak van olyan feladata, amelyet azonnal végre kell hajtania, akkor fel lehet osztani kisebb, könnyebben feldolgozható feladatokra.
Több mag használata nemcsak a több programra korlátozódik. Például a Google Chrome mindegyik új oldalt különféle folyamatokkal jeleníti meg, ami azt jelenti, hogy egyszerre több mag előnyeit is kihasználhatja. Néhány programot úgynevezett egyszálú, ami azt jelenti, hogy nem arra írták, hogy több magot tudjon használni, és mint ilyen, nem tudják megtenni. Itt újra megjelenik a hipertérítés, amely lehetővé teszi a Chrome számára, hogy több oldalt küldjön egy „logikai maghoz” egy tényleges magon.
A többmagos processzorokkal és a hiperszálakkal együtt járó koncepció a többszálú menet. A többszálú szálak lényegében az a képesség, hogy az operációs rendszer kihasználja a több mag előnyeit azáltal, hogy felosztja a kódot a legalapvetőbb formájába vagy szálakba, és egyidejűleg továbbítja azt a különböző magokhoz. Ez természetesen fontos a többprocesszoros és a többmagos processzorok esetében is. A többszálú menet egy kicsit bonyolultabb, mint amilyennek hangzik, mivel operációs rendszereket igényel a kód megfelelő rendezése érdekében, hogy a program továbbra is hatékonyan működhessen.
Az operációs rendszerek maguk is hasonló dolgokat végeznek saját folyamatokkal - ez nem csak az alkalmazásokra korlátozódik. Operációs rendszer folyamatok olyan dolgok, amelyeket az operációs rendszer mindig a háttérben folytat, anélkül, hogy a felhasználó feltétlenül tudná. Mivel ezek a folyamatok folyamatosan zajlanak, a hiperszálakkal és / vagy több maggal rendelkezők nagyon hasznosak lehetnek, mivel megszabadítja a processzort, hogy más dolgokon dolgozzon, mint például az, ami az alkalmazásokban zajlik.
Hogyan működnek a többmagos processzorok?
Először az alaplapnak és az operációs rendszernek fel kell ismernie a processzort és azt, hogy több mag van. A régebbi számítógépeknek csak egy magja volt, így lehet, hogy egy régebbi operációs rendszer nem működik túl jól, ha a felhasználó megpróbálja telepíteni egy újabb, többmagos számítógépre. A Windows 95 például nem támogatja a hiperszálakat vagy több magot. Az összes legújabb operációs rendszer támogatja a többmagos processzorokat, beleértve a Windows 7, 8, az újonnan kiadott 10 és az Apple OS X 10.10 verzióját.
Alapvetően fogalmazva: az operációs rendszer ezután megmondja az alaplapnak, hogy folyamatot kell végrehajtani. Az alaplap ezután elmondja a processzornak. Többmagos processzor esetén az operációs rendszer megmondhatja a processzornak, hogy egyszerre több dolgot tegyen. Alapvetően az operációs rendszer irányában az adatok az alaplapon keresztül kerülnek a merevlemezről vagy a RAM-ból a processzorra.
Többmagos processzor
A processzoron belül több szintű gyorsítótár van, amely adatokat tárol a processzor következő művelete vagy műveletei számára. A gyorsítótár-memória ilyen szintje biztosítja, hogy a processzornak ne kelljen nagyon messzire mennie a következő folyamat megkereséséhez, így sok időt takaríthat meg. A gyorsítótár-memória első szintje az L1 gyorsítótár. Ha a processzor nem találja a következő folyamathoz szükséges adatokat az L1 gyorsítótárban, akkor az L2 gyorsítótárba keresse meg. Az L2 gyorsítótár nagyobb a memóriában, de lassabb, mint az L1 gyorsítótár.
Egymagos processzor
Ha egy processzor nem találja meg azt, amit keres az L2 gyorsítótárban, akkor tovább folytatódik a sor L3 felé, és ha egy processzor rendelkezik, L4. Ezután a fő memóriában vagy a számítógép RAM-ban fog kinézni.
Különböző módok is vannak a különféle processzorok kezelésére a különbségi gyorsítótárakat. Például néhány másolatot készít az adatokról az L1 gyorsítótárról az L2 gyorsítótárban, ami alapvetően egy módszer annak biztosítására, hogy a processzor megtalálja azt, amit keres. Ez természetesen több memóriát foglal el az L2 gyorsítótárban.
A többmagos processzorok különböző szintű gyorsítótárakat is játszanak. Általában minden magnak saját L1 gyorsítótára van, de megosztják az L2 gyorsítótárat. Ez különbözik attól, ha több processzor lenne, mert minden processzornak megvan a maga L1, L2 és bármely más szintű gyorsítótára. Több egymagos processzor esetén a gyorsítótár-megosztás egyszerűen nem lehetséges. A megosztott gyorsítótár egyik fő előnye az, hogy a gyorsítótárat a lehető legteljesebben használhatja, mivel az egyik mag nem használja a gyorsítótárat, a másik képes.
Egy többmagos processzorban az adatok keresésekor a mag átnézheti a saját egyedi L1 gyorsítótárán, majd elágazik a megosztott L2 gyorsítótárhoz, RAM-hoz és végül a merevlemezhez.
Valószínű, hogy továbbra is további magok fejlesztését látjuk. A processzor órájának sebessége biztosan tovább fog javulni, bár a korábbinál lassabb ütemben. Noha manapság nem ritka, ha az oktomagos processzorokat olyan dolgokban látjuk, mint az okostelefonok, elég hamarosan tucatnyi maggal rendelkező processzorokat láthattunk.
Szerinted hol vezet a többmagos feldolgozási technológia? Tudassa velünk az alábbi megjegyzésekben, vagy kezdjen új szálat a közösségi fórumon.
