Курсов проект

на,

ИТ курс, фак. №,

на тема

Многоядрени процесори - предимства и

недостатъци

С

ъдържание

»  Увод
»  Технология и принцип на работа
»  Предимства
»  Недостатъци
»  Примери за съвременни многоядрени процесори

 

»  Перспектива и бъдеще
»  Заключение
»  Използвана литература

2

 Русенски университет‘‘Ангел Кънчев‘‘ 

Филиал -Разград

   У

вод

   

 

             Нека  започнем  нашето  пътешествие  в
измерението   на  многоядрените  процесори  с
кратко  описание  що  е  това  процесор  и  каква
роля  извършва

 

той в работата на нашия компю-

тър.  Това,  което  наричаме  про-цесор,  е
всъщност 

централен

 

процесор

 

(CPU

 

-

 

central

processing),   основната   част   на   електронноизчислителна
машина, която декодира и изпълнява инструкциите от
програмното   осигуряване   (т.е.   софтуера).   Централният
процесор е най-големият чип на дънната платка.

                                                                            

Фиг. 1

                                             

                     Той е сърцето на компютърната

 

система,  изпълнява  инструкциите  и  борави  с  данните.

Пред-ставлява  малка  капсулирана

 

силициева пластина с вградени

 

микроелектронни елементи

(транзистори).

 

Микропроцесорът  си  има  часовник,  който  синхронизира

 

и  задава  скоростта

на  всички

 

операции  в  един  машинен  цикъл.  Скоростта  на  системния

 

часовник  в  една

компютърна

 

система се измерва като честота, изразена в цикли и секунди.

 

Бързодействието

 

на

процесор

 

(тактовата

 

честота)

 

се

 

измерва

 

в

 

мегахерци

 

-

 

1MHz

 

означава

 

един

 

милион

такта

 

в

 

секунда.

  Тактовата  честота  определя  до  голяма  степен  производителността  на

процесора.

 

Съвременните  процесори  имат

 

тактова  честота  от  2  и  повече

 

GHz.  Честотата  на

процесора

 

зависи от транзисторите в него.

 

                       Интегралната  схема  позволява

 

множество  транзистори  да  се

 

включат  в  един  общ

полупроводников  цокъл,  наричан  чип.

 

През  60-те  години  на  XX  век  Гордън  Мур  (съосновател  на

Intel)( 

Фиг.1)

 

стига до един простичък извод,

 

който  по-късно  става  известен

 

като  закон  на  Мур,  а

той  гласи:

 

Броят

 

на

 

транзисторите

 

на

 

единица

 

повърхност

 

ще

 

се

 

удвоява

 

приблизитлно

 

на

всеки

 

18

 

месеца.

Но  това  увеличаване

 

на  транзисторите  за  единица

 

повърхност  не  може  да

бъде

 

безкрайно - технологиите ограничават честотата на работа на

 

един процесор на  около 4GHz.

А  и  едноядрените  процесори

 

могат да обработват само една

 

задача наведнъж. Тези две причини

налагат  производителите

 

на  процесори  да  потърсят  алтернативни  начини  за  увеличаване  на

производителността на

 

сърцето на компютъра.

                               Ражда  се  идеята  за  могоядрени  процесори  -  процесори,

 

съставени  от  2  или

повече

 

ядра,  които  увеличават  производителността, намаляват

 

консумацията  на  електричест-

во  и  работят  по-ефективно  с

 

множество  задачи  (

multiple

 

processing

).  Двуядрен  процесор

може  да  се  сравни  с  два

 

разделени  процесора,  инсталирани  на  един  компютър,  но

 

понеже

ядрата  на  двуядрения

 

процесор  са  инсталирани  на

 

едно  гнездо  (

socket

),  връзката

 

между  тях

е  значително  по-бърза.  На  теория,  един  двуядрен процесор е 2 пъти по-бърз

 

от  едноядрен,  но

на практика

 

се оказва, че увеличението на

 

мощността  е  50%  повече  от

 

това  на  едноядрените

процесори.
         Многоядрените процесори  се  разработват  и  от  двата

 

най-големи производителя

 

на

процесори  -  Intel  и  AMD.

Сред  основните  предимства

 

на  тази  технология  е  възможността  процесорът  да  работи

успоредно  с  много  задачи

 

(multitasking),  като  например

 

да  се  играе  съвременна  компютърна

игра и в същото вре-ме  да  се  конвертира  или  ко-дира  видео  файл.  По-новите

 

софтуери  са

разработени  да

 

се  възползват  от  това,  служейки  си  с  технология,  наречена

 

многонишково

програмиране

 

(multithreading)

.

Някои  многоядрени  процесори  могат  да

 

изключват  ядрата

си,  когато

 

нуждата  за  обработване  на

 

данни  изисква  малко  ресурс

 

от  процесора.  Това  се

прави с

 

цел  по-малка  консумация  на

 

електроенергия.

За  съжаление,  технологията

 

на  многоядрените  процесори

 

има  и  недостатъци.  По-стари

програми  не  поддържат

 

multithreading  и  е  възможно

 

да  работят  по-бавно.  За  да  се

оползотворят

предимствата

 

на  многоядрените  процесори,

 

се  налага  операционните  системи

и  софтуерите  да  бъдат

 

оптимизирани.

?

ехнология

 

и

принцип

 

на

 

работа

 

Увеличаването на честотата конфигурация на един микро-на работа на процесора е процесор може да 
се опише потехнология, която се изчерпа в следния начин: Най-близко до началото на XXI век. 
Компютър- процесора намира място Левел 1 ните архитекти се нуждаят от нов кеш (Level 1 cache - L1)- 
това е мно-подход за увеличаване на рабо- гобързапамет,коятосеизползва тата на процесорите. На 
теория, честоотпроцесора.Левел2кеш добавянето на допълнително (Level 2 cache - L2)еизвънчипа.Тя 
изчислително ядро на същия чип е по-бавна от Л1, но е много по-трябва дадоведе до двойна про- бърза
от главната памет на ком-изводителност и да отдава по- пютъра; Л2 кеш е по-голяма от Л1 малко 
топлина, но на практика и се използа със същата цел. Глав-реалната скорост на всяко ядро ната памет 
е по-голяма от кеша и е по-малка от най-бързия едно- се използва примерно за съхра-ядрен процесор. 
През септем- нение на Microsoft Word файл, ври 2005, в ревю на института на върху който работим в 
момента. електроинженерите

(Institution Повечето съвременни системи of Electrical Engineers) се 

казва, че имат между 2 и 4gb памет, 2mb “консумацията на електрое- Л2 кеш и 32kb Л1 кеш. И най-на-
нергия се увеличава с 60% за все- края - ако определени данни не ки 400MHz увеличаване на clock се 
намират нито в кеша, нито в скоростта... Но при двуядрени- паметта,трявбадагиизтеглимот те 
процесори може да се полу- твърдия диск, което отнема зна-чи значително увеличение на чително 
време. производителността, без да е Ако поставим две ядра едно до нужно да се работи на разруши- 
друго, трябва по някакъв начин телени clock скорости.“

да ги накараме да комуникират Многоядрените

процесори са помежду си и с главната памет. насоката, в която работят двата Това се достига 
използвайки най-големи производителя на единична шина за комуника-процесори - Intel и AMD. На па- 
ция (single communication bus) зара са достъпни вече и 6 ядрени или взаимносвързана мрежа 
процесори, като експерти твър- (interconnection network). Еди-дят, че “до 2017 сървърни проце- ничната 
шина за комуникация сори се очаква да имат по 512 е ограничена от броя на ядра, ядра, а настолните 
компютри които може да свързва. При око-е възможно да използват 128 ло 32 ядра тя се претоварва от 
ядра.“ Това темпо на развитие е

поразително, имайки предвид, че в момента стандарт са четири-ядрените процесори, а еднояд-рените 
са били топ на технологи-ите за 30 години.

Но как всъщност работят много-ядренитепроцесори?Основната