Что такое ядро процессора и многоядерность

Что такое ядро процессора компьютера и ноутбука, какую функцию оно выполняет? С какими числами может работать процессор? На что влияет количество ядер компьютера, ноутбука?

Что такое центральный процессор компьютера, какую функцию выполняет его ядро и сколько должно быть ядер в хорошем ноутбуке?

21 век – век компьютерных технологий. Практически в каждом доме сегодня имеется хотя бы один персональный компьютер, а прилавки в магазинах электроники забиты сотнями и тысячами моделей ноутбуков, нетбуков и системных блоков с разнообразными техническими характеристиками, на которые покупатели первым делом обращают свое внимание. Однако даже некоторые опытные пользователи ПК не имеют полного представления о том или ином параметре компьютера, не говоря уже о новичках.

В нашей статье пойдет речь о такой важной части любого компьютера, как процессор и его ядро. Мы постараемся подробно рассказать, с какими числами может работать процессор, на что влияет количество его ядер и какую функцию они выполняют.

Изображение 1. Все о центральном процессоре и его ядрах.

Многоядерность процессора

Рассмотрим сначала ЦП с одним ядром.

Как вы уже знаете, процесс разбивается на несколько потоков. Но что происходит, когда вы хотите одновременно выполнять несколько процессов, например, печатать в Microsoft Word и слушать музыку?

Компьютер умный и делает вид, что выполняет действия одновременно. На самом деле происходят быстрые переключения между одним и другим процессом. Они мгновенны, поэтому вы не сможете их заметить. Тем не менее, на это тратится время, что снижает скорость выполнения задач. Если вы захотите выполнять не 2, а 4 действия сразу? Компьютер выполнит все, что вы требуете, но медленно.

Решение

В виду того, что многие игры и программы предъявляют все более высокие требования к процессорам, их производители добавляют ядра. Таким образом, за один поток команд отвечает первое ядро, за другой — второе и т. д.; если одно выполнило свою задачу, может помочь другому. Прирост в производительности очевиден.

Первый ЦП с двумя ядрами для настольных компов выпущен в 2005 году. Это Pentium D компании Intel. В том же году ее догнал конкурент — AMD — произведя на свет двухъядерник Opteron. На данный момент существуют процы и с 4, и с 8 ядрами.

Технология

К слову, еще на производительность многоядерных процессоров влияет наличие технологии Hyper-Treading. Ее суть заключается в том, что одно физическое ядро определяется системой как два логических. Это значит, что одно ядро может обрабатывать 2 потока одновременно.

Графическое ядро

В некоторые процессоры встраивается графическое ядро, которое не следует путать с вышеописанными. Как понятно из названия, данное ядро отвечает за обработку графики. Оно выступает альтернативой дискретной видеокарте. Такое решение позволяет экономить пространство в корпусе компьютера.

Из чего состоит CPU

Центральный процессор состоит из 3-х частей:

1. Ядро процессора, которое выполняет основную работу. Оно позволяет читать, расшифровывать, выполнять и отправлять инструкции. Ядро состоит из следующих частей:

• Арифметико-логическое устройство (АЛУ). Выполняет основные математические и логические операции. Все вычисления производятся в двоичной системе.
• Устройство управления (УУ). Управляет работой CPU с помощью электрических сигналов. От него зависит согласованность работы всех частей процессора и его связь с внешними устройствами.

Каждое ядро может выполнять только одну задачу, хоть и за долю секунды. Одноядерный процессор выполняет каждую задачу последовательно. Для современного объёма операций этого мало, поэтому ценятся CPU с более чем одним ядром, чтобы выполнять несколько задач одновременно. Например, двухъядерный выполняет две задачи одновременно, трехъядерный ― три и т. д.

1. Запоминающее устройство. Это небольшая внутренняя память центрального процессора. Она состоит из регистров и кеш-памяти. В регистрах хранятся текущие команды, данные, промежуточные результаты операции. В кеш-память загружаются часто используемые команды и данные из оперативной памяти. Обратиться в кеш быстрее, чем в оперативную память, поэтому объём кеш-памяти влияет на скорость выполнения запросов.
2. Шины ― это каналы, по которым передаётся информация. Они как рельсы для перевозки данных.

Главной характеристикой процессора является производительность. Она зависит от двух параметров: тактовая частота и разрядность.

Тактовая частота ― число выполненных операций в секунду. Измеряется в мегагерцах (МГц — миллион тактов в секунду ) и гигагерцах (ГГц — миллиард тактов в секунду). Чем больше тактовая частота, тем быстрее работает машина.

Разрядность ― количество информации (байт), которое можно передать за такт. Разрядность процессора бывает 8, 16, 32, 64 бита. Современные процессоры 32-х и 64-битные.

Производительность одного и нескольких ядер в играх

Когда самыми распространенными были одноядерные процессоры, игры разрабатывались именно для них — они никак не использовали мощь дополнительных ядер, и покупать многоядерные CPU ради увеличения производительности было незачем. Но эти времена давно в прошлом.

Взрывная популярность двух- и четырехъядерных процессоров позволила разработчикам игр эффективно разделить вычислительные процессы и добиться куда более интересных результатов, чем раньше. Стоит отметить, что очень важную роль в этом процессе сыграли консоли — в 2013 Microsoft и Sony выпустили Xbox One и PlayStation 4, которые используют восьмиядерные чипсеты AMD. Вскоре после этого четырехъядерные процессоры стали «золотым стандартом» на ПК, а топовые восьмиядерные — идеальным выбором геймеров.

Впрочем, мощность каждого из ядер до сих пор остается более важной, чем их количество. Достаточно взглянуть на результаты внутриигровых тестов флагманских Intel Core i9-9900K и AMD Ryzen 9 3950X — хоть у последнего и вдвое больше ядер, первый немного выигрывает за счет их прозводительности.

Таким образом, если вы хотите любой ценой получить самый мощный игровой ПК, в данный момент лучшим выбором является платформа Intel. С другой стороны, AMD предлагает куда более сбалансированные процессоры, которые отлично себя показывают во всех задачах (в играх они уступают совсем немного) и стоят заметно дешевле.

Если же вы хотите собрать не слишком дорогой компьютер, то стоит обратить внимание на шестиядерные CPU — например, Intel Core i5-9600K и AMD Ryzen 5 3600X.

Ну и, конечно, не стоит думать, что четырехъядерные процессоры совсем для игр не годятся — это вполне себе бюджетный вариант, который прослужит еще пару лет. Но и только — не стоит ждать от них хорошей производительности в играх, которые будут выпускать для консолей следующего поколения.

Если же говорить о CPU с восемью ядрами и более, они используются в дорогих ПК, но только в связке с достаточно мощной видеокартой. Нет никакого смысла в сочетании i9-9900K и GeForce GTX 1660 — для него понадобится что-то уровня хотя бы RTX 2070.

Отдельно нужно сказать о стриминге и записи видео во время игр. Если вы хотите заниматься этими вещами и стать новым Shroud или хотя бы Lirik, то в идеале вам понадобится отдельный ПК с мощным восьмиядерным CPU для кодирования видео в реальном времени. Если возможности купить второй дорогой компьютер нет, нужно выбирать CPU с восемью или более ядрами для первого — ему придется одновременно работать и с игрой, и с программой для стриминга / записи, а это необыкновенно сложная комбинация (впрочем, многое зависит от выбранной игры — если она совсем не «прожорлива» по отношению к CPU, может хватить и четырех ядер).

Как узнать, сколько в моем компьютере ядер?

Если Вы не знаете, сколько ядер в Вашем ПК, существует несколько способов это выяснить. Первый и самый простой – ввести в поисковик название Вашего ноутбука и вычитать нужную информацию в интернете. Если Вы не доверяете информации из Интернета, то проделайте следующие действия:

Шаг 1.

• Раскройте меню «Пуск» и выберите в нем пункт «Компьютер».
• В раскрывшемся окошке кликните по пустому месту в папке правой кнопкой мышки в контекстном меню выберите пункт «Свойства».

Изображение 8. Просмотр свойств компьютера.

Шаг 2.

• На Вашем экране появится окно с информацией об операционной системе и краткие характеристики ПК.
• С левой стороны окна кликните по ссылке «Диспетчер устройств».

Изображение 9. Переход в «Диспетчер устройств».

Шаг 3.

• В раскрывшемся окошке разверните вкладку «Процессоры» и посчитайте, сколько штук «процессоров» у Вас отобразилось. Это и будет количество ядер.
• Если кликнуть правой кнопкой мышки по одному из них и выбрать пункт «Свойства», то Вы сможете получить более подробную информацию о своем процессоре и установленном для него драйвере, который можно обновить в том же окне.

Изображение 10. Просмотр количества ядер процессора.

Зачем процессору несколько ядер?

Процессор – это вычислительный центр любого компьютера, планшета, смартфона и даже игровой консоли. Именно процессор принимает команды пользователя, вводимые в различных приложениях и программах, обрабатывает их и распределяет задачи между другими узлами системы – видеокартой , оперативной памятью , твердотельным диском .

Вот поэтому процессор – это мозговой центр каждого компьютера, отвечающий за его вычислительные способности и скорость работы.

Первые процессоры были едиными устройствами, которые принимали команды и выполняли их в строгой очередности. Одно ядро позволяло выбирать процессор при покупке только по показателям частоты. А недостаток производительности на первых порах компенсировали созданием двух- и многопроцессорных конфигураций. В таких сборках команды пользователя на ввод обрабатывал первый процессор, а остальные операции по возможности равномерно распределялись между остальными. Для сборки таких систем использовались двухпроцессорные платы или конфигурации на несколько сокетов.

Следующим шагом производители создали многоядерную архитектуру, позволяющую на площади, казалось бы, небольшого микрочипа размещать несколько вычислительных центров, которые по сути являлись самостоятельными процессорами. Так в продаже появились двух-, четырех- и восьмиядерные устройства, которые обрабатывали сразу несколько потоков информации.

Позже корпорация Intel в линейке процессоров Pentium внедрила техническую возможность выполнения одним ядром двух команд за такт, что стало началом новой эпохи в компьютерных технологиях – гиперпоточности процессоров. А сейчас специалисты компании активно работают над новой технологией реализации четырех потоков на одном ядре, и уже в ближайшее время подобные процессоры будут представлены публике.

Влияние количества ядер на производительность

Увеличение производительности на многоядерном процессоре достигается за счет разбиения выполнения задач. Любая современная система делит процесс на несколько потоков даже на одноядерном процессоре – так достигается та самая многозадачность, при которой вы можете, например, слушать музыку, набирать документ и работать с браузером. Очень любят и постоянно используют многопоточность следующие приложения:

• архиваторы;
• медиапроигрыватели;
• кодировщики видео;
• дефрагментаторы;
• антивирусы;
• графические редакторы.

Важен принцип разделения потоков. Если компьютер работает на одноядерном процессоре без технологии Hyper-Threading, то операционная система производит моментальные переключения между потоками, так что для пользователя процессы визуально выполняются одновременно. Все действия выполняются в течение миллисекунд, поэтому вы не видите серьезную задержку, если не нагружаете сильно ЦП.

Смотрите также:

Если же процессор многоядерный (или поддерживает многопоточность), то в идеале переключений не будет. Система посылает на каждое ядро отдельный поток. В результате увеличивается производительность, потому что нет необходимости переключаться на выполнение другой задачи.

Но есть еще один важный фактор – поддерживает ли сама программа многозадачность? Система может разделить процессы на разные потоки. Однако если вы запускаете очень требовательную игру, но она не оптимизирована под работу с четырьмя ядрами, но никакого прироста производительности по сравнению с двухъядерным процессором не будет.

Разработчики игр и программ в курсе об этой особенности, поэтому постоянно оптимизируют код под выполнение задач на многоядерных процессорах. Но эта оптимизация не всегда успевает за увеличением количества ядер, поэтому не стоит тратить огромные деньги на самые новые мощные процессоры с максимально возможным числом поддерживаемых потоков – потенциал чипа не будет раскрываться в 9 программах из 10.

Обладателям старых процессоров AMD

Следующая информация будет полезна обладателям старых процессоров AMD. Если вы до сих пользуетесь следующими чипами, то будете приятно удивлены:Технология разблокировки дополнительных ядер называется ACC (Advanced Clock Calibration). Она поддерживается в следующих чипсетах:Утилита, позволяющая раскрыть дополнительные ядра у каждого производителя называется по-разному:Таким несложным способом можно превратить 2-ядерную систему в 4-ядерную. Большинство из вас даже не догадывались о подобном, верно? Будем надеяться, что я вам помог бесплатно добиться повышения производительности.

В данной статье я попытался вам максимально подробно объяснить, что такое ядро, из чего оно состоит, какие функции выполняет и каким потенциалом обладает.

В следующих ликбезах вас ждет еще много интересного, а потому не пропускайте новый материал. Пока, пока.