Что такое ядра процессора, как их выбрать для разных задач и на что они влияют
Что такое ядра процессора, как их выбрать для разных задач и на что они влияют
Вы когда-нибудь задумывались о том, как построены современные процессоры, что такое ядра и на что они влияют? Почему процессор может выполнять сразу несколько операций, что такое многопоточность и как это все работает? Как ЦП позволяет обрабатывать компьютеру одновременно большое количество данных. Итак, давайте разбираться в архитектуре данного устройства.
Общее понятие архитектуры процессора ПК
Под понятием архитектуры процессора подразумеваются важные с точки зрения построения и функциональности особенности чипа, которые связаны как с его программной моделью, так и с физической конструкцией.
Архитектура набора команд (ISA) – это набор инструкций процессора и других его функций (например, система и нумерация регистров или режимы адресации памяти), имеющих программную часть ядра, которые не зависят от внутренней реализации.
В свою очередь, физическое построение системы называется микроархитектурой (uarch). Это детальная реализация программной модели, которая связана с фактическим выполнением операций. Микроархитектура представляет собой конфигурацию, определяющую отдельные элементы, например, логические блоки, а также связи между ними.
Стоит отметить, что ЦП, выполняющие одинаковую программную модель, могут значительно отличаться друг от друга микроархитектурой – например, устройства от фирм AMD и Intel. Современные чипы имеют идентичную программную архитектуру x86, но абсолютно разную микроархитектуру.
Роль количества ядер, их влияние на производительность
Первоначально ЦП имели только одно ядро. Однако на рубеже XX и XXI веков инженеры пришли к выводу, что стоит увеличить их количество. Это должно было позволить получить более высокую вычислительную мощность, а также позволить обрабатывать несколько задач одновременно.
Но для начала стоит разобраться с главным мифом. Принято считать, что чем больше ядер у процессора, тем больше мощности он будет предлагать. Но на практике все не так просто. Реальное влияние на производительность оказывают и другие факторы – например, тактовая частота, объем кэша, архитектура, количество потоков.
Например, если первый ЦП имеет 2 ядра 4 потока, а второй 4 ядра 4 потока, то разница в производительности будет небольшая. Однако если сравнить первый чип с 4-ядерным 8-поточным, то в данном случае производительность возрастет на 50 %.
Что такое потоки и на что влияет их количество
Потоки – это виртуальный компонент или код, который разделяет физическое ядро процессора на несколько ядер. Одно ядро имеет до 2 потоков.
Например, если процессор двухъядерный, то он будет иметь 4 потока, а если восьмиядерный – 16 потоков.
Поток создается активным процессом. Каждый раз, когда открывается приложение, оно само создает поток, который будет обрабатывать задачи этого конкретного приложения. Поэтому, чем больше приложений будет открыто, тем больше потоков будет создано.
Потоки создаются операционной системой для выполнения задачи конкретного приложения. Они управляются планировщиком, который является стандартной частью каждой ОС.
Существует один поток (код того ядра, выполняющий вычисления, также известный как основной поток) на ядре, который, когда получает информацию от пользователя, создает другой поток и выделяет ему задачу. Аналогично, если он получает другую инструкцию, он формирует второй поток и выделяет ему задачу, создавая таким образом многопоточность.
Потоки стали жизненно важной частью вычислительной мощности, поскольку они позволяют выполнять несколько задач одновременно. Это повышает производительность компьютера, а также позволяет сделать его способным к многозадачности. Благодаря этой технологии становится возможно просматривать веб-страницы, слушать музыку и скачивать файлы в фоновом режиме одновременно.
Рекомендации по выбору процессора
При выборе ЦП некоторые характеристики будут важнее других – это зависит от предпочтений пользователя.
Для офиса
Для большинства офисных компьютеров подойдут двух- или четырехъядерные процессоры. Однако если вычислительные потребности более интенсивны, например, при программировании и графическом дизайне, для начала стоит выяснить, сколько ядер потребуется для используемого программного обеспечения.
Частота является еще одним фактором, который следует принимать во внимание. Хотя частота – это не единственное, что определяет скорость, она оказывает существенное влияние. Используемое программное обеспечение будет влиять на скорость. Например, при регулярном использовании Adobe CS 6, лучше всего подойдет процессор со скоростью не менее 2 ГГц.
Для инженерных задач
Как правило, компьютеры для инженерных задач обязаны обрабатывать много информации за короткий промежуток времени.
При покупке ЦП для такого компьютера важен многоядерный процессор. В идеале нужно искать такой чип, который предлагает гиперпоточность. Это обеспечит большую вычислительную мощность.
Для работы с графикой
При работе с графикой требования к процессору отличаются. Для обработки 2D графики – подойдут бюджетные варианты, 2 или 4 ядра с тактовой частотой 2,4 ГГц вполне справятся с задачей.
Для работы с 3D графикой лучше всего выбирать 4 или 6-ядерные чипы, с тактовой частотой 3 ГГц и выше, а также с поддержкой многопоточности.
Для игрового ПК
Потребности геймеров специфичны, когда дело доходит до вычислительной мощности компьютера.
Первое, что нужно учитывать – это количество ядер. В дополнение к числу ядер, геймерам также важно учитывать тактовую частоту. Для современных игр потребуется частота 3,8 ГГц или выше.
Еще стоит обратить внимание на тепловыделение. Нынешние игры довольно требовательные, поэтому процессор быстро нагревается. У системного блока должна быть качественная система охлаждения, которая поможет адекватно удовлетворить потребности устройства, чтобы компоненты не перегревались.
Для стриминга
Выбор ЦП для стриминга зависит от сборки самого ПК.
Для профессионального стриминга понадобится ЦП с 6, 8, 16 ядрами и тактовой частотой 4 ГГц и выше. Тут выбор будет завесить от купленной видеокарты и нужного разрешения для стрима.
Ядра против потоков – в чем основные различия
Добавить в избранное
Главное меню » Компьютеры » Комплектующие » Ядра против потоков – в чем основные различия
Одноядерный против многоядерного процессора
Во-первых, нам нужно прояснить разницу между одноядерным процессором и многоядерным процессором? Проще говоря, одноядерный процессор сможет обрабатывать только одну программу за раз. Однако, когда вы запускаете несколько программ одновременно, то одноядерный процессор разделит все программы на небольшие части и одновременно будет выполняться с квантованием времени, как вы можете видеть на приведенном ниже рисунке.
Выполнение процесса: одноядерный процессор
Производительность ЦП будет зависеть от количества ядер на машине и скорости, с которой отдельные ядра могут выполнять инструкции. Таким образом, если ваш веб-сайт загружается медленно и у вас одноядерный процессор, возможно, стоит приобрести выделенный сервер с многоядерным процессором или обновить тарифный план хостинга. В настоящее время этот тип процессоров используется редко, потому что нам нужна высокая вычислительная мощность для решения наших проблем в кратчайшие сроки.
В отличие от одноядерной обработки, это способ, которым вычислительные задачи делятся на части, а многоядерный процессор (несколько ядер ЦП) выполняет каждую подзадачу одновременно, как вы можете видеть на рисунке ниже:
Выполнение процесса: многоядерный процессор
Это также известно как параллельное выполнение, потому что все подзадачи выполняются параллельно, и это то, сколько задач может быть обработано одновременно. Все современные процессоры, используемые в коммерческих целях, должны иметь многоядерные процессоры, чтобы выполнять задачи в более короткие сроки.
Поток против многопоточности
Поток – это единый последовательный поток управления в программе, который позволяет выполнять несколько действий в рамках одного процесса. Однако однопоточные процессы основаны на выполнении программ (или инструкций) в одной последовательности. Проще говоря, один поток похож на одну команду, которая выполняется за раз.
Большинство производителей процессоров используют метод одновременной многопоточности (SMT), чтобы гарантировать, что один процессор может запускать несколько потоков. Многопоточность похожа на многозадачность, при которой одновременно выполняется несколько потоков, а возможность многопоточности управляет многочисленными запросами одного и того же пользователя без открытия нескольких копий программ, запущенных на компьютере.
Пользовательские потоки против потоков ядра
Потоки пользовательского уровня – это потоки на стороне пользователя, которые обрабатываются как однопоточный процесс, поскольку ядро не знает об этих типах потоков. Эти потоки намного быстрее, чем потоки уровня ядра, потому что не требует синхронизации ядра.
Потоки уровня ядра управляются операционной системой напрямую, и в области приложения нет кода управления потоками. Любое приложение можно запланировать многопоточным, и ядро выполняет его планирование на поточной основе. По сравнению с потоками пользовательского уровня, эти потоки медленнее создаются и управляются.
Ядро против потоков
Вопрос о том, что более эффективно – потоки или ядра – определяется путем измерения производительности процессора. Вы можете протестировать оба метода самостоятельно, запустив одну и ту же программу (ту, которая использует и потоки, и ядра) на каждом типе ЦП, который у вас есть на вашем компьютере. Конечно, программы, использующие оба метода, должны совместно использовать ресурсы ЦП. Если у вас есть ЦП настольного компьютера и ноутбук, вы можете обнаружить, что ЦП ноутбука будет работать лучше, чем ЦП настольного компьютера из-за большего количества ядер. Однако при тестировании пользовательского приложения на двухъядерном ЦП вы заметите разницу в производительности между двумя машинами.
| Параметры | Основной | Потоки |
|---|---|---|
| Определение | Ядро ЦП – это физический аппаратный компонент. | Поток – это виртуальный компонент, который используется для управления задачами. |
| Процесс | ЦП обращается ко второму потоку только в том случае, если информация, отправленная первым потоком, ненадежна. | Несколько вариантов взаимодействия ЦП с несколькими потоками. |
| Развертывание | Это может быть достигнуто с помощью операции чередования. | Выполняется за счет использования нескольких процессоров ЦП |
| Выгода | ЦП увеличивает объем работы, выполняемой за раз. | Потоки минимизируют затраты на развертывание и увеличивают количество откликов графического интерфейса. |
| Использовать | Он использует переключение контента. | Потоки используют несколько процессоров для управления различными процессами. |
| Блоки обработки | Для правильной работы требуется один процессор. | Для выполнения любой задачи требуется несколько процессоров. |
| Ограничения | Потребляйте больше энергии при увеличении нагрузки | В случае одновременного выполнения нескольких процессов мы можем ощутить координацию между ОС, ядром и потоками. |
| Пример | Он может выполнять несколько приложений одновременно. | Запуск поисковых роботов в кластере. |
Заключительные слова
Если вы планируете в ближайшее время купить выделенную машину, возможно, вам стоит подумать о компромиссе между потоками и ядрами или потоками. Конечно, вы хотели бы получить что-то более эффективное с учетом объема данных и трафика веб-сайтов, которые вы планируете разместить на выделенном сервере.
Вы можете обнаружить, что приложение, использующее большое количество ядер, может одновременно выполнять несколько задач без каких-либо зависаний или задержек. Но предположим, что используемая система предназначена для очень простых приложений или однопоточных приложений. В этом случае желательно, чтобы вы выбрали более простой аппаратный компонент более низкого уровня для достижения лучших результатов.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
На что влияет количество ядер процессора? Многоядерный процессор
Многие люди при покупке процессора стараются выбрать что-нибудь покруче, с несколькими ядрами и большой тактовой частотой. Но при этом мало кто знает, на что влияет количество ядер процессора в действительности. Почему, например, обычный и простенький двухъядерник может оказаться быстрее четырехядерника или тот же «проц» с 4 ядрами будет быстрее «проца» с 8 ядрами. Это довольно интересная тема, в которой определенно стоит разобраться более детально.
Вступление
Прежде чем начать разбираться, на что влияет количество ядер процессора, хотелось бы сделать небольшое отступление. Еще несколько лет назад разработчики ЦП были уверены в том, что технологии производства, которые так стремительно развиваются, позволят выпускать «камни» с тактовыми частотами до 10 Ггц, что позволит пользователям забыть о проблемах с плохой производительностью. Однако успех достигнут не был.
Как бы ни развивался техпроцесс, что «Интел», что «АМД» уперлись в чисто физические ограничения, которые попросту не позволяли выпускать «процы» с тактовой частотой до 10 Ггц. Тогда и было принято решение сфокусироваться не на частотах, а на количестве ядер. Таким образом, началась новая гонка по производству более мощных и производительных процессорных «кристаллов», которая продолжается и по сей день, но уже не столь активно, как это было на первых порах.
Процессоры Intel и AMD
На сегодняшний день «Интел» и «АМД» являются прямыми конкурентами на рынке процессоров. Если посмотреть на выручку и продажи, то явное преимущество будет на стороне «синих», хотя в последнее время «красные» стараются не отставать. У обоих компаний имеется хороший ассортимент готовых решений на все случаи жизни — от простого процессора с 1-2 ядрами до настоящих монстров, у которых количество ядер переваливает за 8. Обычно подобные «камни» используются на специальных рабочих «компах», которые имеют узкую направленность.
Intel
Итак, на сегодняшний день у компании Intel успехом пользуются 5 видов процессоров: Celeron, Pentium, Core i3, i5, и i7. Каждый из этих «камней» имеет разное количество ядер и предназначенные для разных задач. Например, Celeron имеет всего 2 ядра и используется в основном на офисных и домашних компьютерах. Pentium, или, как его еще называют, «пенек», также используется в дому, но уже имеет гораздо лучшую производительность, в первую очередь за счет технологии Hyper-Threading, которая «добавляет» физическим двум ядрам еще два виртуальных ядра, которые называют потоками. Таким образом, двухъядерный «проц» работает как самый бюджетный четырехъядерник, хотя это не совсем корректно сказано, но основная суть именно в этом.
Что же касается линейки Core, то тут примерно схожая ситуация. Младшая модель с цифрой 3 имеет 2 ядра и 2 потока. Линейка постарше — Core i5 — имеет уже полноценные 4 или 6 ядер, но лишена функции Hyper-Threading и дополнительных потоков не имеет, кроме как 4-6 стандартных. Ну и последнее — core i7 — это топовые процессоры, которые, как правило, имеют от 4 до 6 ядер и в два раза больше потоков, т. е., например, 4 ядра и 8 потоков или 6 ядер и 12 потоков.
Теперь стоит сказать про AMD. Список «камушков» от данной компании огромен, смысла перечислять все нет, поскольку большинство из моделей уже попросту устарели. Стоит, пожалуй, отметить новое поколение, которое в некотором смысле «копирует» «Интел» — Ryzen. В данной линейке также присутствуют модели с номерами 3, 5 и 7. Главное отличие от «синих» у Ryzen заключается в том, что самая младшая модель уже сразу предоставляет полноценные 4 ядра, а у старшей их не 6, а целых восемь. Кроме этого, и количество потоков меняется. Ryzen 3 — 4 потока, Ryzen 5 — 8-12 (в зависимости от кол-ва ядер — 4 или 6) и Ryzen 7 — 16 потоков.
Стоит упомянуть и о еще одной линейке «красных» — FX, которая появилась в 2012 году, и, по сути, данная платформа уже считается устаревшей, но благодаря тому, что сейчас все больше и больше программ и игр начинает поддерживать многопоточность, линейка Vishera вновь обрела популярность, которая наряду с низкими ценами только растет.
Ну а что касается споров касательно частоты процессора и количества ядер, то, по сути, правильнее смотреть в сторону второго, поскольку с тактовыми частотами уже давно все определились, и даже топовые модели от «Интел» работают на номинальных 2. 7, 2. 8, 3 Ггц. Помимо этого, частоту всегда можно поднять при помощи оверклокинга, но в случае с двухъядерником это не даст особого эффекта.
Как узнать сколько ядер
Если кто-то не знает, как определить количество ядер процессора, то сделать это можно легко и просто даже без скачивания и установки отдельных специальных программ. Достаточно лишь зайти в «Диспетчер устройств» и нажать на маленькую стрелочку рядом с пунктом «Процессоры».
Получить более подробную информацию о том, какие технологии поддерживает ваш «камень», какая у него тактовая частота, номер его ревизии и многое другое можно при помощи специальной и маленькой программки CPU-Z. Скачать ее можно бесплатно на официальном сайте. Есть версия, которая не требует установки.
Преимущество двух ядер
В чем может быть преимущество двухъядерного процессора? Много в чем, например, в играх или приложениях, при разработке которых основным приоритетом была однопоточная работа. Взять хотя бы для примера игру Wold of Tanks. Самые обычные двухъядерники типа Pentium или Celeron будут выдавать вполне приличный результат по производительности, в то время как какой-нибудь FX от AMD или INTEL Core i5 или i7 задействуют гораздо больше своих возможностей, а итог будет примерно таким же.
Чем лучше 4 ядра
Чем 4 ядра могут быть лучше двух? Лучшей производительностью. Четырехъядерные «камни» рассчитаны уже на более серьезную работу, где простые «пеньки» или «селероны» попросту не справятся. Отличным примером тут послужит любая программа по работе с 3D-графикой, например 3Ds Max или Cinema4D.
Во время процесса рендеринга данные программы задействуют максимум ресурсов компьютера, включая оперативную память и процессор. Двухъядерные ЦП будут очень сильно отставать по времени обработки рендера, и чем сложнее будет сцена, тем больше времени им потребуется. А вот процессоры с четырьмя ядрами справятся с данной задачей гораздо быстрее, поскольку им на помощь придут еще и дополнительные потоки.
Конечно, можно взять и какой-нибудь бюджетный «процик» из семейства Core i3, например, модель 6100, но 2 ядра и 2 дополнительных потока все равно будут уступать полноценному четырехядернику.
6 и 8 ядер
Ну и последний сегмент многоядерников — процессоры с шестью и восемью ядрами. Их основное предназначение, в принципе, точно такое же, как и у ЦП выше, только вот нужны они там, где обычные «четверки» не справляются. Кроме этого, на базе «камней» с 6 и 8 ядрами строят полноценные профильные компьютеры, которые будут «заточены» под определенную деятельность, например, монтаж видео, 3Д-программы для моделирования, рендеринг готовых тяжелых сцен с большим количеством полигонов и объектов и т. д.
Помимо этого, такие многоядерники очень хорошо себя показывают в работе с архиваторами или в приложениях, где нужны хорошие вычислительные возможности. В играх, которые оптимизированы под многопоточность, равных таких процессорам нет.
На что влияет количество ядер процессора
Итак, на что же еще может влиять количество ядер? В первую очередь на повышение энергопотребления. Да, как бы это ни прозвучало удивительно, но это так и есть. Особо переживать не стоит, потому как в повседневной жизни данная проблема, если можно так выразиться, заметна не будет.
Второе — это нагрев. Чем больше ядер, тем лучше нужна система охлаждения. Поможет измерить температуру процессора программа, которая называется AIDA64. При запуске нужно нажать на «Компьютер», а затем выбрать «Датчики». Следить за температурой процессора нужно, потому как если он будет постоянно перегреваться или работать на слишком высоких температурах, то через какое-то время он просто сгорит.
Двухъядерники незнакомы с такой проблемой, потому как не обладают слишком высокой производительностью и тепловыделением соответственно, а вот многоядерники — да. Самыми «горячими» считаются камни от AMD, особенно серии FX. Например, возьмем модель FX-6300. Температура процессора в программе AIDA64 находится в отметке около 40 градусов и это в режиме простоя. При нагрузке цифра будет расти и если случится перегрев, то комп выключится. Так что, покупая многоядерник, нужно не забывать о кулере.
На что влияет количество ядер процессора еще? На многозадачность. Двухъядерные»процы» не смогут обеспечить стабильную производительность при работе в двух, трех и более программ одновременно. Самый простой пример — стримеры в интернете. Помимо того, что они играют в какую-нибудь игру на высоких настройках, у них параллельно запущена программа, которая позволяет транслировать игровой процесс в интернет в режиме онлайн, работает и интернет-браузер с несколькими открытыми страницами, где игрок, как правило, читает комментарии смотрящих его людей и следит за прочей информацией. Обеспечить должную стабильность может даже далеко не каждый многоядерник, не говоря уже о двух- и одноядерных процессорах.
Также стоит сказать пару слов о том, что у многоядерных процессоров есть очень полезная вещь, которая называется «Кеш третьего уровня L3». Этот кеш имеет определенный объем памяти, в который постоянно записывается различная информация о запущенных программах, выполненных действиях и т. д. Нужно это все для того, чтобы увеличить скорость работы компьютера и его быстродействие. Например, если человек часто пользуется фотошопом, то эта информация сохранится в памяти каша, и время на запуск и открытие программы значительно сократиться.
Подведение итогов
Подводя итог разговора о том, на что влияет количество ядер процессора, можно прийти к одному простому выводу: если нужна хорошая производительность, быстродействие, многозадачность, работа в тяжелых приложениях, возможность комфортно играть в современные игры и т. д., то ваш выбор — процессор с четырьмя ядрами и больше. Если же нужен простенький «комп» для офиса или домашнего пользования, который будет использоваться по минимуму, то 2 ядра — это то что нужно. В любом случае, выбирая процессор, в первую очередь нужно проанализировать все свои потребности и задачи, и только после этого рассматривать какие-либо варианты.