A többmagos processzor egy integrált áramkör, amelyhez két vagy több processzor kapcsolódik több feladat gyorsabb egyidejű feldolgozásához, csökkentett energiafogyasztáshoz és nagyobb teljesítményhez. Általában két vagy több processzorból áll, amelyek olvassák és végrehajtják a programutasításokat.

Más szavakkal, egyetlen chipen a többmagos processzor számos feldolgozóegységet vagy „magot” tartalmaz, amelyek mindegyike különböző feladatok elvégzésére képes. Például, ha több feladatot hajt végre egyszerre, például filmet néz, és használja a WhatsApp-ot, az egyik mag olyan tevékenységeket kezel, mint a filmnézés, míg a másik más feladatokat, például a WhatsApp-ot.

A kétmagos konfiguráció összehasonlítható azzal, ha több különböző processzort telepítenek ugyanarra a számítógépre, de gyorsabb a kapcsolat közöttük, mivel a két CPU ugyanabba az aljzatba van csatlakoztatva. Az egyes magok párhuzamosan több utasítást is végrehajthatnak, növelve az architektúra egyedi jellemzőit kihasználó szoftverek sebességét.

szám a string java

Az egymagos processzorokhoz képest ideális körülmények között a kétmagos processzor általában kétszer olyan erős. Valójában 50% körüli teljesítménynövekedés várható: egy kétmagos CPU nagyjából másfélszer akkora teljesítmény, mint egy egymagos processzor.

Ahogy az egymagos processzorok elérik bonyolultságuk és sebességük fizikai korlátait, a többmagos számítástechnika egyre népszerűbb. A modern időkben a rendszerek többsége többmagos. A sokmagos vagy masszívan többmagos rendszerek olyan rendszerekre utalnak, amelyekben rengeteg CPU-mag található, például több tíz vagy száz.

A 2000-es évek elején az Intel és az AMD kiadta az első többmagos processzorokat. A modern időkben a CPU-k két („kétmagos”), négy („négymagos”), hat („hatmagos”) és nyolc („oktamagos”) maggal („oktomagos”) ). Az FPGA-alapú processzorok legfeljebb 100 fizikai magot és 1000 tényleges független magot (Field Programmable Gate Arrays) tartalmaznak.

A többmagos processzor felépítése

A többmagos processzor kialakítása lehetővé teszi az összes elérhető mag közötti kommunikációt, és megfelelően osztják fel és osztják ki az összes feldolgozási feladatot. Az egyes magokról a feldolgozott adatok egyetlen közös átjárón keresztül visszakerülnek a számítógép alaplapjára (alaplapra), miután az összes feldolgozási művelet befejeződött. Ez a módszer a teljes teljesítmény tekintetében felülmúlja az egymagos CPU-t.

A többmagos processzor előnyei

A többmagos processzorok számos előnnyel (profi) rendelkeznek, többek között:

Teljesítmény

A többmagos CPU természeténél fogva több munkát tud végezni, mint egy egymagos processzor. Az integrált áramkör magjai közötti távolság nagyobb órajelet tesz lehetővé. Ennek eredményeként a jeleknek nem kell nagy távolságot megtenniük ahhoz, hogy elérjék céljukat, és tartósak is. Egy külön processzor használatához képest a sebesség sokkal gyorsabb.

Megbízhatóság

A többmagos CPU-kban a szoftver mindig különböző magokhoz van hozzárendelve. Ha egy szoftver meghibásodik, a többi változatlan marad. Ha hiba lép fel, az csak egy magot érint. Ennek eredményeként a többmagos CPU-k jobban ellenállnak a hibáknak.

Szoftver interakciók

Még ha a szoftver több magon is fut, kommunikálni fog egymással. A térbeli és időbeli elkülönítés olyan folyamat, amelyen egy többmagos processzor megy keresztül. Az alapszálak soha nem késnek ezeknek a folyamatoknak az eredményeként.

Többfeladatos

Egy operációs rendszer használhat többmagos CPU-t két vagy több folyamat egyidejű futtatására, még akkor is, ha sok program fut egyszerre. Egy Photoshop alkalmazás például két munka elvégzésére használható egyszerre.

Energiafelhasználás

A többmagos CPU-val végzett többfeladatos munka viszont kevesebb energiát igényel. A CPU-nak csak az a része kerül felhasználásra, amely hőt termel. Az energiafogyasztás végül minimálisra csökken, ami kevesebb akkumulátor-kihasználást eredményez. Egyes operációs rendszerek viszont több erőforrást igényelnek, mint mások.

Az elavulás elkerülése

Az építészek elkerülhetik a technológia elavulását és növelhetik a karbantarthatóságot többmagos CPU-k használatával. A chipgyártók a legújabb technológiai fejlesztéseket használják többmagos CPU-ikban. A magok számának növekedésével egyre nehezebb egymagos chipeket találni.

Elkülönítés

A többmagos processzorok növelhetik (de nem garantálják) a földrajzi és időbeli elszigeteltséget az egymagos rendszerekhez képest. Az egyik magon lévő szoftverek kisebb valószínűséggel lesznek hatással a másikra, ha mindkét mag ugyanazon az egymagon fut. Ez a szétválasztás a földrajzi és időbeli elszigeteltség miatt következik be (az egyik magon lévő szálakat nem késleltetik a másik magon lévő szálak). Azáltal, hogy a hibák hatását egyetlen magra korlátozzák, a többmagos feldolgozás növelheti a robusztusságot. A vegyes kritikusságú programok külön végrehajtásakor ez a fokozott elkülönítés nagyon fontos (biztonságkritikus, küldetéskritikus és biztonságkritikus).

A többmagos processzor előnyeinek néhány további fontos pontja:

• Az egymagos processzorokhoz képest a többmagos processzorok több feladat elvégzésére is képesek.
• Alacsony energiafogyasztás, ha több tevékenységet végez egyszerre.
• Az adatoknak kevesebb időre van szükségük a cél eléréséhez, mivel mindkét mag egyetlen chipbe van integrálva.
• Kis áramkör használatával a sebesség növelhető.
• A fertőzések víruskereső szoftverrel történő észlelése játék közben a többfeladatos munka egyik példája.
• Az alacsony frekvencia használatával számos feladatot tud egyszerre végrehajtani.
• Az egymagos processzorokhoz képest nagy mennyiségű adat feldolgozására képes.

A többmagos processzorok hátrányai

Megvizsgáljuk a többmagos processzor néhány korlátját (hátrányát), többek között:

Alkalmazási sebesség

Annak ellenére, hogy a többmagos CPU-t többfeladatos munkavégzésre tervezték, teljesítménye nem elegendő. Hajlamos az egyik magról a másikra ugrálni minden alkalommal, amikor egy alkalmazás feldolgozás alatt áll. Ennek eredményeként a gyorsítótár megtelik, növelve a sebességét.

nginx

Jitter

A többmagos CPU-ban lévő magok számának növekedésével több interferencia alakul ki, ami túlzott remegést eredményez. Ennek eredményeként az operációs rendszer programjainak teljesítménye csökkenhet, és gyakori hibák léphetnek fel. Csak megfelelő szinkronizálás és mikrokernel használatával lesz képes a felhasználó kezelni a jittert.

Elemzés

Ha két vagy több dolgot csinál egyszerre, további memóriamodelleket kell alkalmaznia. Egy többmagos gépben ez megnehezíti az elemzést. Az időkorlátokat különösen nehéz meghatározni, és pontatlanok is lehetnek.

Ezenkívül az interferenciaelemzés bonyolultabbá válik a magok számának növekedésével. Következésképpen az O/S nem tudja teljesíteni a megígért eredményeket.

Erőforrások megosztása

A többmagos processzorok számos belső és külső erőforráson osztoznak. Ezen erőforrások közé tartoznak a hálózatok, a rendszerbuszok és a fő memória. Következésképpen minden, ugyanazon a magon futó programnak nagyobb az esélye a megszakításra. Az interferencia ilyen formája földrajzi és időbeli elszigeteltség is előfordulhat.

Szoftver interferencia

Az erőforrások megosztása miatt a szoftver interferenciája problémákat okozhat a térbeli és időbeli elszigeteltségben. Ha vannak további magok, ez az esély még tovább nő. A több mag jelenléte nagyobb számú interferenciaútvonalat jelent. Szinte lehetetlen az összes lehetséges interferencia útvonalat megvizsgálni.

A többmagos processzor néhány további fő korlátozási pontja:

• Bár több processzort tartalmaz, nem kétszer olyan gyors, mint egy egyszerű processzor.
• A felügyeleti feladat bonyolultabb, mint az egymagos CPU kezelésénél.
• A többmagos processzorok teljesítménye teljes mértékben a felhasználók által végrehajtott feladatoktól függ.
• Ha más processzorok lineáris/szekvenciális feldolgozást igényelnek, a többmagos processzorok feldolgozása tovább tart.
• Az akkumulátor gyorsabban lemerül.
• Energiafogyasztása olyan magas, mint egy egyszerűbb processzor.
• Ráadásul az egymagos processzorokhoz képest drágább.

Miért használnak többmagos processzort?

A konfiguráció hasonló a kétmagos processzorhoz. A többmagos processzorokat a magok száma és a magok típusa szerint osztályozzák. A többmagos CPU célja a kiváló teljesítmény elérése. Úgy tervezték, hogy túllépje az egymagos CPU fizikai korlátait.

A többmagos processzorok támogató operációs rendszerei a következők:

feladatkezelő linux

• Linux
• Microsoft Windows (Windows XP vagy újabb)
• A legtöbb BSD-alapú rendszer
• Solaris
• Mac OS X

A többmagos processzorok rövid története

Mivel a kezdeti chip-alapú processzorokat létrehozó cégek egyetlen chipre csak egy processzort tudtak felhelyezni, egyetlen chipre csak egy processzort tudtak elhelyezni. A chipgyártók a chipgyártási technológia fejlődésével egyre több áramkörrel tudtak chipeket készíteni, végül pedig a chipgyártók egynél több processzorral is tudtak chipeket készíteni, ami a többmagos chipet eredményezte.

1998-ban az első többmagos processzort Kunle Olukotun, a Stanford villamosmérnök professzora és tanítványai találták fel. A többmagos chipek először 2005-ben voltak kereskedelmi forgalomban az Advanced Micro Devices (AMD) és az Intel cégtől. Azóta szinte minden chipgyártó elkezdett többmagos processzorokat gyártani.

Hol használnak többmagos processzorokat?

A modern időkben a többmagos processzorok megtalálhatók a legtöbb eszközben, például táblagépekben, asztali számítógépekben, laptopokban, okostelefonokban és játékrendszerekben.

A rendelkezésre álló két alapvető lehetőség azt mutatja, hogy a processzormodell nem mondja el a teljes történetet a teljesítményről. A kétmagos i5-höz képest a négymagos i5 teljesítménye lényegesen jobb, és ezt a számítógép ára is tükrözi. Az i5 modellhez tartozó összes jelenlegi laptopmodell kétmagos, míg az összes asztali modell négymagos. Mivel a laptop verziók kétmagosak, nem pedig négymagosak, a laptopokban lévő i5 teljesítménye gyengébb, mint az asztali számítógépeken lévő i5. A kétmagos típus jobban illeszkedik a hosszabb akkumulátor-üzemidőt igénylő és kevesebb energiát fogyasztó hordozható laptopokhoz, de az asztali számítógép több energiát használó CPU-t használ, például a négymagos modell, mivel nem igényel akkumulátor-üzemidőt. A többmagos processzor egyes alkalmazásai a következők:

• Kiváló grafikával rendelkező játékok, például Overwatch és Star Wars Battlefront, valamint 3D-s játékok.
• A többmagos processzor megfelelőbb az Adobe Premiere, az Adobe Photoshop, az iMovie és más videószerkesztő szoftverekben.
• Solidworks számítógéppel segített tervezéssel (CAD).
• Nagy hálózati forgalom és adatbázis-szerverek.
• Az ipari robotok például beágyazott rendszerek.