Наверное, каждый пользователь мало знакомый с компьютером сталкивался с кучей непонятных ему характеристик при выборе центрального процессора: техпроцесс, кэш, сокет; обращался за советом к друзьям и знакомым, компетентным в вопросе компьютерного железа. Давайте разберемся в многообразии всевозможных параметров, потому как процессор – это важнейшая часть вашего ПК, а понимание его характеристик подарит вам уверенность при покупке и дальнейшем использовании.

Центральный процессор

Процессор персонального компьютера представляет собой микросхему, которая отвечает за выполнение любых операций с данными и управляет периферийными устройствами. Он содержится в специальном кремниевом корпусе, называемом кристаллом. Для краткого обозначения используют аббревиатуру — ЦП (центральный процессор) или CPU (от англ. Central Processing Unit – центральное обрабатывающее устройство). На современном рынке компьютерных комплектующих присутствуют две конкурирующие корпорации, Intel и AMD , которые беспрестанно участвуют в гонке за производительность новых процессоров, постоянно совершенствуя технологический процесс.

Техпроцесс

Техпроцесс — это размер, используемый при производстве процессоров. Он определяет величину транзистора, единицей измерения которого является нм (нанометр). Транзисторы, в свою очередь, составляют внутреннюю основу ЦП. Суть заключается в том, что постоянное совершенствование методики изготовления позволяет уменьшать размер этих компонентов. В результате на кристалле процессора их размещается гораздо больше. Это способствует улучшению характеристик CPU, поэтому в его параметрах всегда указывают используемый техпроцесс. Например, Intel Core i5-760 выполнен по техпроцессу 45 нм, а Intel Core i5-2500K по 32 нм, исходя из этой информации, можно судить о том, насколько процессор современен и превосходит по производительности своего предшественника, но при выборе необходимо учитывать и ряд других параметров.

Архитектура

Также процессорам свойственно такая характеристика, как архитектура - набор свойств, присущий целому семейству процессоров, как правило, выпускаемому в течение многих лет. Говоря другими словами, архитектура – это их организация или внутренняя конструкция ЦП.

Количество ядер

Ядро – самый главный элемент центрального процессора. Оно представляет собой часть процессора, способное выполнять один поток команд. Ядра отличаются по размеру кэш памяти, частоте шины, технологии изготовления и т. д. Производители с каждым последующим техпроцессом присваивают им новые имена (к примеру, ядро процессора AMD – Zambezi, а Intel – Lynnfield). С развитием технологий производства процессоров появилась возможность размещать в одном корпусе более одного ядра, что значительно увеличивает производительность CPU и помогает выполнять несколько задач одновременно, а также использовать несколько ядер в работе программ. Многоядерные процессоры смогут быстрее справиться с архивацией, декодированием видео, работой современных видеоигр и т.д. Например, линейки процессоров Core 2 Duo и Core 2 Quad от Intel, в которых используются двухъядерные и четырехъядерные ЦП, соответственно. На данный момент массово доступны процессоры с 2, 3, 4 и 6 ядрами. Их большее количество используется в серверных решениях и не требуется рядовому пользователю ПК.

Частота

Помимо количества ядер на производительность влияет тактовая частота . Значение этой характеристики отражает производительность CPU в количестве тактов (операций) в секунду. Еще одной немаловажной характеристикой является частота шины (FSB – Front Side Bus) демонстрирующая скорость, с которой происходит обмен данных между процессором и периферией компьютера. Тактовая частота пропорциональна частоте шины.

Сокет

Чтобы будущий процессор при апгрейде был совместим с имеющейся материнской платой, необходимо знать его сокет. Сокетом называют разъем , в который устанавливается ЦП на материнскую плату компьютера. Тип сокета характеризуется количеством ножек и производителем процессора. Различные сокеты соответствуют определенным типам CPU, таким образом, каждый разъём допускает установку процессора определённого типа. Компания Intel использует сокет LGA1156, LGA1366 и LGA1155, а AMD — AM2+ и AM3.

Кэш

Кэш - объем памяти с очень большой скоростью доступа, необходимый для ускорения обращения к данным, постоянно находящимся в памяти с меньшей скоростью доступа (оперативной памяти). При выборе процессора, помните, что увеличение размера кэш-памяти положительно влияет на производительность большинства приложений. Кэш центрального процессора различается тремя уровнями (L1, L2 и L3 ), располагаясь непосредственно на ядре процессора. В него попадают данные из оперативной памяти для более высокой скорости обработки. Стоит также учесть, что для многоядерных CPU указывается объем кэш-памяти первого уровня для одного ядра. Кэш второго уровня выполняет аналогичные функции, отличаясь более низкой скоростью и большим объемом. Если вы предполагаете использовать процессор для ресурсоемких задач, то модель с большим объемом кэша второго уровня будет предпочтительнее, учитывая что для многоядерных процессоров указывается суммарный объем кэша L2. Кэшем L3 комплектуются самые производительные процессоры, такие как AMD Phenom, AMD Phenom II, Intel Core i3, Intel Core i5, Intel Core i7, Intel Xeon. Кэш третьего уровня наименее быстродействующий, но он может достигать 30 Мб.

Энергопотребление

Энергопотребление процессора тесно связано с технологией его производства. С уменьшением нанометров техпроцесса, увеличением количества транзисторов и повышением тактовой частоты процессоров происходит рост потребления электроэнергии CPU. Например, процессоры линейки Core i7 от Intel требуют до 130 и более ватт. Напряжение подающееся на ядро ярко характеризует энергопотребление процессора. Этот параметр особенно важен при выборе ЦП для использования в качестве мультимедиа центра. В современных моделях процессоров используются различные технологии, которые помогают бороться с излишним энергопотреблением: встраиваемые температурные датчики, системы автоматического контроля напряжения и частоты ядер процессора, энергосберегающие режимы при слабой нагрузке на ЦП.

Дополнительные возможности

Современные процессоры приобрели возможности работы в 2-х и 3-х канальных режимах с оперативной памятью, что значительно сказывается на ее производительности, а также поддерживают больший набор инструкций, поднимающий их функциональность на новый уровень. Графические процессоры обрабатывают видео своими силами, тем самым разгружая ЦП, благодаря технологии DXVA (от англ. DirectX Video Acceleration – ускорение видео компонентом DirectX). Компания Intel использует вышеупомянутую технологию Turbo Boost для динамического изменения тактовой частоты центрального процессора. Технология Speed Step управляет энергопотреблением CPU в зависимости от активности процессора, а Intel Virtualization Technology аппаратно создает виртуальную среду для использования нескольких операционных систем. Также современные процессоры могут делиться на виртуальные ядра с помощью технологии Hyper Threading . Например, двухъядерный процессор способен делить тактовую частоту одного ядра на два, что способствует высокой производительности обработки данных с помощью четырех виртуальных ядер.

Размышляя о конфигурации вашего будущего ПК, не забывайте про видеокарту и ее GPU (от англ. Graphics Processing Unit – графическое обрабатывающее устройство) – процессор вашей видеокарты, который отвечает за рендеринг (арифметические операции с геометрическими, физическими объектами и т.п.). Чем больше частота его ядра и частота памяти, тем меньше будет нагрузки на центральный процессор. Особенное внимание к графическому процессору должны проявить геймеры.

01.02.2013

Споры о необходимости многоядерных процессоров давно улеглись. Но вопрос востребованности большого количества ядер все еще насущен. Ведь значительная часть приложений, в том числе игр, до сих пор не умеет использовать большое количество параллельных. В этом тесте мы решили выяснить, как влияет количество ядер в процессоре на игровую производительность.

С появлением многоядерных процессоров ситуация с их выбором осложнилась, ведь кроме привычного показателя производительности, коим всегда была тактовая частота, добавился и еще один – количество ядер. Их Intel и AMD начали наращивать стремительно, но потом успокоились, хотя аналитики прогнозировали дальнейшее количество ядер. Фактически, в данный момент максимальным количеством ядер можно считать четыре. И не нужно кивать в сторону процессоров AMD FX, которые сам производитель называет “восьмиядерными”. По факту, они также имеют четыре ядра, если не учитывать удвоенное количество блоков ALU. Просто ядра AMD называет модулями. По общему мнению, это количество ядер и является оптимальным для игр.

Эту информацию недооценили многие покупатели, продолжая искать для игрового компьютера самый мощный процессор, кивая на многочисленные игровые тесты, в которых процессоры демонстрируют огромную разницу в производительности. И большинство не задумывается о том, что для игровых тестов процессоров выбираются особые настройки, которые должны выявить разницу в производительности разных моделей, и продемонстрировать ее максимально явно. В реальной жизни такие настройки никто не использует, тем, более имея достаточно производительную систему. Ведь, согласитесь, довольно глупо играть в разрешении 1280 на 720 и минимальных настройках графики в новый шедевр, имея отменную видеокарту вроде Radeon HD 7970, или GeForce GTX 680.

Чтобы адекватно оценить разницу в производительности, которую демонстрируют процессоры с разным количеством ядер, причем в максимально приближенных к реальности условиях, мы пошли другим путем. В наш традиционный тестовый стенд, оснащенный процессором Core i7-2700K, мы установили мощную видеокарту Radeon HD 7950, и прогнали тесты в гораздо более приближенных к реальным режимам настройках. То есть в разрешении Full HD, на максимальных настройках, и с активированной анизотропной фильтрацией. Единственное от чего отказались, так это от сглаживания, которое очень сильно повышает нагрузку на видеокарту, еще больше нивелируя разницу в производительности процессоров.

Для тестирования мы используем пять игр из нашего постоянного набора для тестов видеокарт. Это Metro 2033, Crysis 2, Battlefield 3, F1 2011, и ArmA 2. Четыре из них будут протестированы в поддерживаемом ими режиме DirectX 11. А ArmA 2, которая не поддерживает самый новый API выступит в качестве контрольного образца. На основе поведения этой игры мы будем делать выводы о влиянии количества ядер в процессоре на игры, работающие через DirectX 10, который (равно как и предыдущие) значительно больше нагружает центральный процессор. Кроме того, среди фанатов ArmA 2 ходят легенда о том, что данная игра является одной из самых процессорозависимых. Проверим.

Перед тем как переходить к тестам, оговоримся, что наш тест будет полезен только обладателям, или тем, кто планирует купить процессор Intel Core пары последних поколений. То есть на ядрах Sandy Bridge и Ivy Bridge. Так как в силу высокой эффективности этих процессоров, они могут в значительной степени компенсировать меньшее количество ядер, относительно менее эффективных процессоров, вроде AMD Athlon/Phenom, и Core 2 Duo/Core 2 Quad. Для таких процессоров зависимость от количества ядер может быть более выраженной. В то же время нужно помнить и о влиянии частоты процессора на производительность, независимо от количества ядер, и вносить поправку те результаты, которые продемонстрирует наш подопытный. Все точки над “i” вроде расставлены, можно переходить к исследованию результатов тестов.

Первым в бой традиционно отправляется синтетический пакет 3DMark 11. Синтетика вообще очень чувствительна к производительности компонентов, и наверняка хорошо отреагировала бы на изменение количества ядер, если бы нашей целью было бы исследование чистой производительности с помощью теста физики. Но нас интересует графический тест, и в нем результаты оказались отнюдь не самыми ожидаемыми. Как видно на графике, разница между 2,3 и 4 ядрами оказалась фактически нулевой, в пределах погрешности. И только когда активным осталось только одно (!) ядро, 3DMark хоть как-то отреагировал на снижение количества вычислительных ресурсов. Но отреагировал очень вяло. Как видно, нагрузка на процессор в графическом тесте пакета столь мала, что с ней отлично справляется всего одно быстрое и эффективное ядро Sandy Bridge. Фактически в данном тесте больше двух ядер не нужно, а потому быстрый Pentium здесь покажет не худшие результаты, чем Core i5 и Core i7, которые стоят в разы дороже.

Metro 2033

Одна из самых тяжелых и красивых игр для PC, весьма бодро “идет” на видеокарте Radeon HD 7950. А вот к количеству ядер относится весьма скептически. Разница между 2,3 и 4 ядрами достаточно скромная, хотя и более выраженная, чем в 3DMark. А вот при одном активном ядре видна заметная просадка, хотя стоит признать, что и на одном ядре играть можно, пусть и претерпевая некоторые неприятные подергивания, так как минимальный фреймрейт также снизился. Зато двуядерника Metro 2033 хватит за глаза, и только перфекционистам можно порекомендовать приобретать четырехядерник, так как он даст в среднем, лишь на один с небольшим кадр в секунду больше. Pentium вновь выглядит неплохим игровым процессором. Не говоря уже про работающие на более высоких частотах Core i3.

Crysis 2

Мы уже начали предполагать, что и дальше все пойдет по той же схеме, но, как оказалось, у Crysis 2 свой взгляд на количество ядер и их использование. Как видно по графику, CryEngine 3, вполне адекватно реагирует на прибавление количества вычислительных ядер процессора. И даже четыре ядра он знает куда применить. Но с другой стороны, и два ядра выдают вполне приемлемый результат, обеспечивая плавную картинку и отсутствие подергиваний. Да и на одном ядре можно играть, но уже не так комфортно, все же потеряв среднем 24 кадров в секунду весьма ощутима. К тому же если это одно ядро будет меньше частоты (у нас, напоминаем, 3,5 гигагерца), то результат может быть еще хуже. В принципе, как и в предыдущих тестах, вновь отметим, что двух быстрых ядер для Crysis 2 будет вполне достаточно, несмотря на то, что и три и четыре ядра обеспечат небольшой прирост.

Battlefield 3

Гениальнейшая графическая часть, судя по результатам теста, абсолютно независима от количества ядер. График для двух, трех, и четырех ядер практически линеен, и вновь укладывается в пределы погрешности. Как видно, больше двух ядер Battlefield 3 не использует. Но и меньше тоже. При одном активном ядре игра пыталась запуститься, но это ей не удавалось, так что результата данного теста просто нет. Видимо, движок игры в обязательном порядке требует как минимум двух потоков, которые одноядерный процессор предоставить не может. Вывод вновь безрадостный для обладателей мощных четырехядерников – в этой игре они совсем не у дел. Ту же производительность обеспечит процессор с двумя ядрами. Скорее всего, данная игра будет более адекватно реагировать на изменение тактовой частоты, что мы постараемся проверить в будущем. Пока же констатируем, что Core i3 здесь будет лучшим выбором.

Гоночный симулятор, которому приходится просчитывать множество физических данных, в отличие от шутеров должен демонстрировать гораздо более яркую зависимость от количества ядер. И F1 2011 не подвела. Вот где 4 ядра используются на полную катушку, а отключение каждого ядра дает реальный эффект. Отключение всего одного ядра уже уменьшает фреймрейт в два раза! С двумя активными ядрами ситуация еще более усугубляется. А с одним ядром… и вовсе не поиграешь, потому что игра просто отказывается запускаться, сообщая о том, что конфигурация компьютера не отвечает минимальным системным требованиям. Хотя, опять же можно отметить, что и двух ядер будет достаточно для вполне комфортной игры, но в данном случае мы можем признать полностью обоснованными использование четырехядерных Core i5 и Core i7.

Контрольный пациент, в лице ArmA 2 также очень позитивно оценивал прибавление новых ядер. На одном ядре игра, конечно, запускается, но впечатления от нее не самые положительные – бесконечные тормоза не позволяют играть. С двумя ядрами ситуация становится куда лучше – ArmA 2 идет вполне гладко. Ну а три или четыре ядра делают ситуацию практически идеальной, хотя разница в производительности между ними не очень заметна. По данному факту можно сделать вывод, что для ArmA 2 будет идеальным использование Core i5 или Core i7, но вполне достойную производительность обеспечат быстрые двуядерники, вроде Pentium или Core i3.

Выводы

Подводить итоги, и как-то суммировать результаты тестов довольно сложно. Но попробуем. Прежде всего, нужно отметить, что четырехядерники вовсе не бесполезны, и в некоторых играх они имеют значительное преимущество перед процессорами располагающими лишь двумя ядрами. Но многие игры, среди которых и такие хиты, как Battlefield 3, до сих пор вполне довольствуются двухядерниками, и совершенно спокойно относятся к появлению третьего и четвертого ядра. Заранее предсказать, как та или иная игра покажет себя в работе с разным количеством процессорных ядер предсказать практически невозможно, хотя, некоторые общие черты все же есть. В частности, в использование вычислительной мощности процессора в значительной мере зависит от жанра игры. Шутерам не требуются значительные вычислительные ресурсы процессора, в то время как разнообразные симуляторы, а также стратегии, которым нужно обсчитывать большие объемы данных связанных с проработкой физических аспектов игры, или интеллекта множества персонажей, гораздо более требовательны к процессору.

С другой стороны, все игры в нашем тесте показали вполне приемлемый результат даже на двух ядрах. То есть, если вы не гонитесь за рекордами и хотите просто комфортно играть, то вам будет вполне достаточно быстрого двуядерника, такого как, например Core i3, или даже Pentium. При этом вы не будете чувствовать никаких сложностей в 99 процентах игр, ведь пользователю совершенно не критично, выдает игра 40 кадров в секунду, или 200. Тем не менее, в будущем ситуация может измениться, и после появления нового поколения консолей

Гонку за дополнительную производительность на рынке процессоров могут выиграть только те производители, которые на основе текущих технологий производства смогут обеспечить разумный баланс между тактовой частотой и количеством вычислительных ядер. Благодаря переходу на 90- и 65-нм техпроцессы появилась возможность создавать процессоры с большим числом ядер. В немалой степени это было обусловлено и новыми возможностями регулировки тепловыделения, и размерами ядер, именно поэтому сегодня мы наблюдаем появление всё большего числа четырёхядерных процессоров. Но как насчёт программного обеспечения? Насколько хорошо оно масштабируется от одного до двух или четырёх ядер?

В идеальном мире программы, оптимизированные под многопоточность, позволяют операционной системе распределять несколько потоков по доступным вычислительным ядрам, будь то один процессор или несколько, с одним ядром или с несколькими. Добавление новых ядер позволяет получить больший прирост производительности, чем любой прирост тактовой частоты. Это действительно имеет смысл: большее количество рабочих почти всегда справятся с заданием быстрее, чем меньшее количество более быстрых рабочих.

Но имеет ли смысл оснащать процессоры четырьмя или даже большим числом ядер? Хватит ли работы, чтобы нагрузить четыре ядра или большее их количество? Не стоит забывать, что весьма сложно распределить работу между ядрами, чтобы такие физические интерфейсы, как HyperTransport (AMD) или Front Side Bus (Intel), не стали "узким местом". Есть и третий вариант: механизм, который распределяет нагрузку между ядрами, а именно, диспетчер ОС, может тоже стать "узким местом".

Переход AMD с одного на два ядра прошёл практически безупречно, поскольку компания не увеличивала тепловой пакет до экстремального уровня, как это было у процессоров Intel Pentium 4. Поэтому процессоры Athlon 64 X2 были дорогими, но вполне разумными, а линейка Pentium D 800 прославилась своей горячей работой. Но 65-нм процессоры Intel и, в особенности, линейка Core 2 изменили картину. Intel смогла сочетать два процессора Core 2 Duo в одной упаковке, в отличие от AMD, в результате чего мы и получили современные Core 2 Quad. AMD обещает выпустить до конца этого года свои собственные четырёхядерные процессоры Phenom X4.

В нашей статье мы рассмотрим конфигурацию Core 2 Duo на четырёх ядрах, двух ядрах и на одном ядре. И посмотрим, насколько хорошо масштабируется производительность. Стоит ли сегодня переходить на четыре ядра?

Одно ядро

Под термином "одноядерный" скрывается процессор, который обладает одним вычислительным ядром. Сюда подпадают практически все процессоры с зарождения архитектуры 8086 вплоть до Athlon 64 и Intel Pentium 4. Пока техпроцесс производства не стал достаточно тонким, чтобы создавать два вычислительных ядра на одном кристалле, переход на меньший техпроцесс использовался для снижения рабочего напряжения, увеличения тактовых частот или добавления функциональных блоков и кэш-памяти.

Работа одноядерного процессора на высоких тактовых частотах может дать более высокую производительность для одного приложения, но подобный процессор в один момент времени может выполнять только одну программу (поток). Intel реализовала принцип Hyper-Threading, который эмулирует наличие нескольких ядер для операционной системы. Технология HT позволила лучше загрузить длинные конвейеры процессоров Pentium 4 и Pentium D. Конечно, прирост производительности был невелик, но отзывчивость системы оказалась определённо лучше. А в многозадачном окружении это может быть и важнее, поскольку вы сможете выполнять какую-либо работу, пока ваш компьютер работает над определённой задачей.

Поскольку двуядерные процессоры сегодня стоят очень дёшево, мы не рекомендуем брать одноядерные процессоры, если только вы не хотите экономить каждую копейку.

Процессор Core 2 Extreme X6800 на момент выхода был самым быстрым в линейке Intel Core 2, работая на частоте 2,93 ГГц. Сегодня двуядерные процессоры достигли 3,0 ГГц, правда, при более высокой частоте шины FSB1333.

Переход на два процессорных ядра означает в два раза большую вычислительную мощность, но только на приложениях, оптимизированных под многопоточность. Обычно такие приложения включают профессиональные программы, которым нужна высокая вычислительная мощность. Но двуядерный процессор всё равно имеет смысл, даже если вы используете свой компьютер лишь для электронной почты, просмотра интернет-страниц и работы с офисными документами. С одной стороны, современные модели двуядерных процессоров потребляют не особо больше энергии, чем одноядерные модели. С другой стороны, второе вычислительное ядро не только добавляет производительность, но и улучшает отзывчивость системы.

Вы когда-нибудь ждали, пока WinRAR или WinZIP закончат сжатие файлов? На одноядерной машине вы вряд ли сможете быстро переключаться между окнами. Даже воспроизведение DVD может нагружать одно ядро не меньше, чем сложная задача. Двуядерный процессор позволяет легче справляться с одновременным запуском нескольких приложений.

Двуядерные процессоры AMD содержат два полноценных ядра с кэш-памятью, интегрированным контроллером памяти и кросс-коммутатором, который обеспечивает совместный доступ к памяти и к интерфейсу HyperTransport. Intel пошла путём, схожим с первым Pentium D, установив в физический процессор два ядра Pentium 4. Поскольку контроллер памяти является частью чипсета, системную шину приходится использовать и для связи между ядрами, и для доступа к памяти, что накладывает определённые ограничения на производительность. Процессор Core 2 Duo оснащён более совершенными ядрами, которые дают лучшую производительность на такт и лучшее соотношение производительности на ватт. У двух ядер используется общий кэш L2, который позволяет обмениваться данными без использования системной шины.

Процессор Core 2 Quad Q6700 работает на частоте 2,66 ГГц, используя внутри два ядра Core 2 Duo.

Если сегодня существует много причин, чтобы перейти на двуядерные процессоры, то четыре ядра выглядят пока не так убедительно. Одна из причин заключается в ограниченной оптимизации программ под несколько потоков, но существуют и определённые проблемы в архитектуре. Хотя AMD сегодня критикует Intel за упаковку двух двуядерных кристаллов в одном процессоре, считая это не "настоящим" четырёхядерным CPU, подобный подход Intel работает хорошо, поскольку процессоры действительно обеспечивают четырёхядерную производительность. С точки зрения производства легче получить высокий уровень выхода годных кристаллов и выпускать больше продуктов с небольшими ядрами, которые затем можно соединить вместе для нового, более мощного продукта на новом техпроцессе. Что же касается производительности, то есть "узкие места" - два кристалла взаимодействуют друг с другом через системную шину, поэтому весьма сложно управлять несколькими ядрами, распределёнными на несколько кристаллов. Хотя наличие нескольких кристаллов позволяет обеспечить лучшую экономию энергии и регулировать частоты отдельных ядер для нужд приложения.

Настоящие четырёхядерные процессоры используют четыре ядра, которые, вместе с кэш-памятью, располагаются на одном кристалле. Здесь важно наличие общего унифицированного кэша. AMD будет реализовывать такой подход, оснащая 512 кбайт кэша L2 каждое ядро и добавляя кэш L3 для всех ядер. Преимущество AMD заключается в том, что можно будет выключать отдельные ядра и ускорять другие, чтобы получить более высокую производительность однопоточных приложений. Intel пойдёт тем же путём, но не раньше представления в 2008 году архитектуры Nehalem.

Утилиты вывода системной информации, такие, как CPU-Z, позволяют узнать число ядер и объёмы кэша, но не раскладку процессора. Вы не узнаете, что Core 2 Quad (или четырёхядерный Extreme Edition, показанный на скриншоте) состоит из двух ядер.

• Tutorial

В этой статье я попытаюсь описать терминологию, используемую для описания систем, способных исполнять несколько программ параллельно, то есть многоядерных, многопроцессорных, многопоточных. Разные виды параллелизма в ЦПУ IA-32 появлялись в разное время и в несколько непоследовательном порядке. Во всём этом довольно легко запутаться, особенно учитывая, что операционные системы заботливо прячут детали от не слишком искушённых прикладных программ.

Цель статьи - показать, что при всём многообразии возможных конфигураций многопроцессорных, многоядерных и многопоточных систем для программ, исполняющихся на них, создаются возможности как для абстракции (игнорирования различий), так и для учёта специфики (возможность программно узнать конфигурацию).

Предупреждение о знаках ®, ™, в статье

Мой объясняет, почему сотрудники компаний должны в публичных коммуникациях использовать знаки авторского права. В этой статье их пришлось использовать довольно часто.

Процессор

В современном мире процессор - это то (package), что мы покупаем в красивой Retail коробке или не очень красивом OEM-пакетике. Неделимая сущность, вставляемая в разъём (socket) на материнской плате. Даже если никакого разъёма нет и снять его нельзя, то есть если он намертво припаян, это один чип.

Мобильные системы (телефоны, планшеты, ноутбуки) и большинство десктопов имеют один процессор. Рабочие станции и сервера иногда могут похвастаться двумя или больше процессорами на одной материнской плате.

Поддержка нескольких центральных процессоров в одной системе требует многочисленных изменений в её дизайне. Как минимум, необходимо обеспечить их физическое подключение (предусмотреть несколько сокетов на материнской плате), решить вопросы идентификации процессоров (см. далее в этой статье, а также мою заметку), согласования доступов к памяти и доставки прерываний (контроллер прерываний должен уметь маршрутизировать прерывания на несколько процессоров) и, конечно же, поддержки со стороны операционной системы. Я, к сожалению, не смог найти документального упоминания момента создания первой многопроцессорной системы на процессорах Intel, однако Википедия утверждает , что Sequent Computer Systems поставляла их уже в 1987 году, используя процессоры Intel 80386. Широко распространённой поддержка же нескольких чипов в одной системе становится доступной, начиная с Intel® Pentium.

Если процессоров несколько, то каждый из них имеет собственный разъём на плате. У каждого из них при этом имеются полные независимые копии всех ресурсов, таких как регистры, исполняющие устройства, кэши. Делят они общую память - RAM. Память может подключаться к ним различными и довольно нетривиальными способами, но это отдельная история, выходящая за рамки этой статьи. Важно то, что при любом раскладе для исполняемых программ должна создаваться иллюзия однородной общей памяти, доступной со всех входящих в систему процессоров.

Ядро

Казалось бы, если в системе больше процессоров, то выше её производительность (на задачах, способных задействовать все ресурсы). Однако, если стоимость коммуникаций между ними слишком велика, то весь выигрыш от параллелизма убивается длительными задержками на передачу общих данных. Именно это наблюдается в многопроцессорных системах - как физически, так и логически они находятся очень далеко друг от друга. Для эффективной коммуникации в таких условиях приходится придумывать специализированные шины, такие как Intel® QuickPath Interconnect. Энергопотребление, размеры и цена конечного решения, конечно, от всего этого не понижаются. На помощь должна прийти высокая интеграция компонент - схемы, исполняющие части параллельной программы, надо подтащить поближе друг к другу, желательно на один кристалл. Другими словами, в одном процессоре следует организовать несколько ядер , во всём идентичных друг другу, но работающих независимо.

Первые многоядерные процессоры IA-32 от Intel были представлены в 2005 году. С тех пор среднее число ядер в серверных, десктопных, а ныне и мобильных платформах неуклонно растёт.

В отличие от двух одноядерных процессоров в одной системе, разделяющих только память, два ядра могут иметь также общие кэши и другие ресурсы, отвечающие за взаимодействие с памятью. Чаще всего кэши первого уровня остаются приватными (у каждого ядра свой), тогда как второй и третий уровень может быть как общим, так и раздельным. Такая организация системы позволяет сократить задержки доставки данных между соседними ядрами, особенно если они работают над общей задачей.

Гиперпоток

Ничто не ново под луной. HT - это частный случай того, что в литературе именуется одновременной многопоточностью (simultaneous multithreading, SMT). В отличие от «настоящих» ядер, являющихся полными и независимыми копиями, в случае HT в одном процессоре дублируется лишь часть внутренних узлов, в первую очередь отвечающих за хранение архитектурного состояния - регистры. Исполнительные же узлы, ответственные за организацию и обработку данных, остаются в единственном числе, и в любой момент времени используются максимум одним из потоков. Как и ядра, гиперпотоки делят между собой кэши, однако начиная с какого уровня - это зависит от конкретной системы.

Я не буду пытаться объяснить все плюсы и минусы дизайнов с SMT вообще и с HT в частности. Интересующийся читатель может найти довольно подробное обсуждение технологии во многих источниках, и, конечно же, в Википедии . Однако отмечу следующий важный момент, объясняющий текущие ограничения на число гиперпотоков в реальной продукции.

Ограничения потоков

Типичные сценарии работы десктопных и серверных приложений, рассчитанных на машинные архитектуры общего назначения, имеют потенциал к параллелизму, реализуемому с помощью HT. Однако этот потенциал быстро «расходуется». Возможно, по этой причине почти на всех процессорах IA-32 число аппаратных гиперпотоков не превышает двух. На типичных сценариях выигрыш от использования трёх и более гиперпотоков был бы невелик, а вот проигрыш в размере кристалла, его энергопотреблении и стоимости значителен.

Другая ситуация наблюдается на типичных задачах, выполняемых на видеоускорителях. Поэтому для этих архитектур характерно использование техники SMT с бóльшим числом потоков. Так как сопроцессоры Intel® Xeon Phi (представленные в 2010 году) идеологически и генеалогически довольно близки к видеокартам, на них может быть четыре гиперпотока на каждом ядре - уникальная для IA-32 конфигурация.

Логический процессор

Далее для удобства обозначим количества процессоров, ядер и потоков в некоторой системе тройкой (x , y , z ), где x - это число процессоров, y - число ядер в каждом процессоре, а z - число гиперпотоков в каждом ядре. Далее я буду называть эту тройку топологией - устоявшийся термин, мало что имеющий с разделом математики. Произведение p = xyz определяет число сущностей, именуемых логическими процессорами системы. Оно определяет полное число независимых контекстов прикладных процессов в системе с общей памятью, исполняющихся параллельно, которые операционная система вынуждена учитывать. Я говорю «вынуждена», потому что она не может управлять порядком исполнения двух процессов, находящихся на различных логических процессорах. Это относится в том числе к гиперпотокам: хотя они и работают «последовательно» на одном ядре, конкретный порядок диктуется аппаратурой и недоступен для наблюдения или управления программам.

Чаще всего операционная система прячет от конечных приложений особенности физической топологии системы, на которой она запущена. Например, три следующие топологии: (2, 1, 1), (1, 2, 1) и (1, 1, 2) - ОС будет представлять в виде двух логических процессоров, хотя первая из них имеет два процессора, вторая - два ядра, а третья - всего лишь два потока.

Windows Task Manager показывает 8 логических процессоров; но сколько это в процессорах, ядрах и гиперпотоках?

Linux top показывает 4 логических процессора.

Это довольно удобно для создателей прикладных приложений - им не приходится иметь дело с зачастую несущественными для них особенностями аппаратуры.

Программное определение топологии

Информация о топологии системы в целом, а также положении каждого логического процессора в IA-32 доступна с помощью инструкции CPUID. С момента появления первых многопроцессорных систем схема идентификации логических процессоров несколько раз расширялась. К настоящему моменту её части содержатся в листах 1, 4 и 11 CPUID. Какой из листов следует смотреть, можно определить из следующей блок-схемы, взятой из статьи :

Я не буду здесь утомлять всеми подробностями отдельных частей этого алгоритма. Если возникнет интерес, то этому можно посвятить следующую часть этой статьи. Отошлю интересующегося читателя к , в которой этот вопрос разбирается максимально подробно. Здесь же я сначала кратко опишу, что такое APIC и как он связан с топологией. Затем рассмотрим работу с листом 0xB (одиннадцать в десятичном счислении), который на настоящий момент является последним словом в «апикостроении».

APIC ID

В настоящий момент ширина числа, хранящегося в APIC ID, достигла полных 32 бит, хотя в прошлом оно было ограничено 16, а ещё раньше - только 8 битами. Нынче остатки старых дней раскиданы по всему CPUID, однако в CPUID.0xB.EDX возвращаются все 32 бита APIC ID. На каждом логическом процессоре, независимо исполняющем инструкцию CPUID, возвращаться будет своё значение.

Выяснение родственных связей

У логических процессоров, находящихся внутри одного ядра, будут совпадать все биты APIC ID, кроме принадлежащих полю SMT. Для логических процессоров, находящихся в одном процессоре, - все биты, кроме полей Core и SMT. Поскольку число подлистов у CPUID.0xB может расти, данная схема позволит поддержать описание топологий и с бóльшим числом уровней, если в будущем возникнет необходимость. Более того, можно будет ввести промежуточные уровни между уже существующими.

Важное следствие из организации данной схемы заключается в том, что в наборе всех APIC ID всех логических процессоров системы могут быть «дыры», т.е. они не будут идти последовательно. Например, во многоядерном процессоре с выключенным HT все APIC ID могут оказаться чётными, так как младший бит, отвечающий за кодирование номера гиперпотока, будет всегда нулевым.

Отмечу, что CPUID.0xB - не единственный источник информации о логических процессорах, доступный операционной системе. Список всех процессоров, доступный ей, вместе с их значениями APIC ID, кодируется в таблице MADT ACPI .

Операционные системы и топология

В Linux информация о топологии содержится в псевдофайле /proc/cpuinfo , а также выводе команды dmidecode . В примере ниже я фильтрую содержимое cpuinfo на некоторой четырёхядерной системе без HT, оставляя только записи, относящиеся к топологии:

Скрытый текст

ggg@shadowbox:~$ cat /proc/cpuinfo |grep "processor\|physical\ id\|siblings\|core\|cores\|apicid" processor: 0 physical id: 0 siblings: 4 core id: 0 cpu cores: 2 apicid: 0 initial apicid: 0 processor: 1 physical id: 0 siblings: 4 core id: 0 cpu cores: 2 apicid: 1 initial apicid: 1 processor: 2 physical id: 0 siblings: 4 core id: 1 cpu cores: 2 apicid: 2 initial apicid: 2 processor: 3 physical id: 0 siblings: 4 core id: 1 cpu cores: 2 apicid: 3 initial apicid: 3

В FreeBSD топология сообщается через механизм sysctl в переменной kern.sched.topology_spec в виде XML:

Скрытый текст

user@host:~$ sysctl kern.sched.topology_spec kern.sched.topology_spec: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 0, 1 THREAD groupSMT group 2, 3 THREAD groupSMT group 4, 5 THREAD groupSMT group 6, 7 THREAD groupSMT group

В MS Windows 8 сведения о топологии можно увидеть в диспетчере задач Task Manager.

В наше прогрессивное время, количество ядер играет главенствующую роль в выборе компьютера. Ведь именно благодаря ядрам, расположенным в процессоре, измеряется мощность компьютера, его скорость во время обрабатывания данных и выдачи полученного результата. Расположены ядра в кристалле процессора, и их количество в данный момент может достигать от одного до четырёх.

В то «давнее время», когда ещё не существовало четырёхядерных процессоров, да и двухядерные были в диковинку, скорость мощности компьютера измерялась в тактовой частоте. Процессор обрабатывал всего один поток информации, и как вы понимаете, пока полученный результат обработки доходил до пользователя, проходило энное количество времени. Теперь же многоядерный процессор, с помощью специально предназначенных улучшенных программ, разделяет обработку данных на несколько отдельных, независимых друг от друга потоков, что значительно ускоряет получаемый результат и увеличивает мощностные данные компьютера. Но, важно знать, что если приложение не настроено на работу с многоядерностью, то скорость будет даже ниже, чем у одноядерного процессора с хорошей тактовой частотой. Так как узнать сколько ядер в компьютере?

Центральный процессор – одна из главнейших частей любого компьютера, и определить, сколько ядер в нём, является вполне посильной задачей и для начинающего компьютерного гения, ведь от этого зависит ваше успешное превращение в опытного компьютерного зубра. Итак, определяем, сколько ядер в вашем компьютере.

Приём №1

• Для этого нажимаем компьютерную мышку с правой стороны, щёлкая на значке «Компьютер», или контекстном меню, расположенном на рабочем столе, на значке «Компьютер». Выбираем пункт «Свойства».

• С лева открывается окно, найдите пункт «Диспетчер устройств».
• Для того чтоб раскрыть список процессоров, находящихся в вашем компьютере, нажмите на стрелку, размещённую левее основных пунктов, в том числе пункта «Процессоры».

• Подсчитав, сколько процессоров находится в списке, вы можете с уверенностью сказать, сколько ядер в процессоре, ведь каждое ядро будет иметь хоть и повторяющуюся, но отдельную запись. В образце, представленном вам, видно, что ядер два.

Этот способ подходит для операционных систем Windows, а вот на процессорах Intel, отличающихся гиперпоточностью (технология Hyper-threading), этот способ, скорее всего, выдаст ошибочное обозначение, ведь в них одно физическое ядро может разделяться на два потока, независимых один от одного. В итоге, программа, которая хороша для одной операционной системы, для этой посчитает каждый независимый поток за отдельное ядро, и вы получите в результате восьмиядерный процессор. Поэтому, если у вас процессор поддерживает технологию Hyper-threading, обратитесь к специальной утилит – диагностике.

Приём №2

Существуют бесплатные программы для любопытствующих о количестве ядер в процессоре. Так, неоплачиваемая программа CPU-Z, вполне справится с поставленной вами задачей. Для того чтоб воспользоваться программой:

• зайдите на официальный сайт cpuid.com , и скачайте архив с CPU-Z. Лучше воспользоваться версией, которую не нужно устанавливать на компьютер, на этой версии стоит обозначение «no installation».
• Далее следует распаковать программу и спровоцировать её запуск в исполняемом файле.
• В открывшемся главном окне этой программы, на вкладке «CPU», в нижней части найдите пункт «Cores». Вот здесь и будет указано точное количество ядер вашего процессора.

Можно узнать, сколько ядер в компьютере с установленной системой Windows, с помощью диспетчера задач.

Приём №3

Очерёдность действий такая:

• Запускаем диспетчер с помощью клика правой стороны мышки на панели быстрого запуска, обычно расположенной внизу.
• Откроется окно, ищем в нём пункт «Запустить диспетчер задач»

• В самом верху диспетчера задач Windows находится вкладка «Быстродействие», вот в ней, с помощью хронологической загрузки центральной памяти и видно количество ядер. Ведь каждое окно и обозначает ядро, показывая его загрузку.

Приём №4

И ещё одна возможность для подсчёта ядер компьютера, для этого нужна будет любая документация на компьютер, с полным перечнем комплектующих деталей. Найдите запись о процессоре. Если процессор относится к AMD, то обратите внимание на символ Х и стоящую рядом цифру. Если стоит Х 2, то значит, вам достался процессор с двумя ядрами, и т.д.

В процессорах Intel количество ядер прописывается словами. Если стоит Core 2 Duo, Dual, то ядра два, если Quad – четыре.

Конечно, можно сосчитать ядра, зайдя на материнскую плату через BIOS, но стоит ли это делать, когда описанные способы дадут вполне чёткий ответ по интересующему вас вопросу, и вы сможете проверить, правду ли сказали вам в магазине и сосчитать, сколько же ядер в вашем компьютере самостоятельно.

P.S. Ну вот и все, теперь мы знаем как узнать сколько ядер в компьютере, даже целых четыре способа, а уж какой применить — это уже ваше решение 😉

Вконтакте