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.
Основные характеристики ядер ЦП
Ядро – физический элемент процессора (не путать с логическими ядрами — потоками), который влияет на производительность системы в целом.
Каждое изделие построено на определенной архитектуре, что говорит об определенном наборе свойств и возможностей, присущих линейке выпускаемых чипов.
Основная отличительная особенность – техпроцесс, т.е. размер транзисторов, используемых в производстве чипа. Показатель измеряется в нанометрах. Именно транзисторы являются базой для ЦП: чем больше их размещено на кремниевой подложке – тем мощнее конкретный экземпляр чипа.
Возьмем к примеру 2 модели устройств от Intel – Core i7 2600k и Core i7 7700k. Оба имеют 4 ядра в процессоре, однако техпроцесс существенно отличается: 32 нм против 14 нм соответственно при одинаковой площади кристалла. На что это влияет? У последнего можно наблюдать такие показатели:
- базовая частота – выше;
- тепловыделение – ниже;
- набор исполняемых инструкций – шире;
- максимальная пропускная способность памяти – больше;
- поддержка большего числа функций.
Иными словами, снижение техпроцесса = рост производительности. Это аксиома.
Ядро на страже безопасности системы
Помимо безопасной работы системы, ядро Windows заботится о безопасности. Он делает это с помощью различных решений, таких как, например, режимы user и kernel, проверка подписи драйверов, а также механизм ASLR (Address Space Layout Randomization).
Программы, работающие в режиме пользователя, имеют ограниченные полномочия. Речь идет, среди прочего, об отсутствии прямого доступа для аппаратному слою. Его, в свою очередь, используют драйверы, которые напрямую должны взаимодействовать с различными компонентами компьютера. Это именно они работают в режиме kernel. Они выполняют свои задачи намного быстрее, но подвержены большей опасности.
Здесь в действие вступают тесты базы данных драйверов, которые проверяют файл установки, например, драйвера графической карты, его достоверность и отсутствие подозрительного кода. В 64-разрядной версии Windows установка драйверов, которые не прошли успешную проверку, по умолчанию отключена.
В свою очередь, упомянутая ранее защитная функция ASLR присваивает случайные адреса данным в оперативной памяти и предотвращает использование уязвимостей в системе безопасности через вредоносное программное обеспечение.
Как узнать, сколько ядер в вашем CPU?
Конечно, самый простой способ узнать число ядер своего процессора — посмотреть в его характеристиках. Но не все знают или помнят точное название устройства. Поэтому предлагаю другой вариант:
- Пройдитесь по меню «Пуск — Все программы — Стандартные — Служебные»;
- Или в поисковой строке на панеле задач пропишите «msinfo32».
- Откройте «Сведения о системе»;
В поле справа отыщите строчку «Процессор», в которой будут содержаться основные данные о нем.
На этом буду заканчивать.
Подписывайтесь на обновления и не забывайте делиться полезной информацией из этого блога с друзьями.
Физические и логические ядра CPU
Стоит поговорить о важном различии между физическими и логическими ядрами. Технологии Intel Hyper-threading и AMD Simultaneous Multithreading позволяют каждому ядру современных процессоров (по крайней мере, более-менее дорогих) одновременно работать с двумя потоками данных. Таким образом, поддержка HT и SMT означает удваивание количества ядер — например, с четырех физических до восьми логических.
Пригодится ли эта функция в играх и «тяжелом» ПО? Ответ однозначен: еще как!
SMT поддерживается большей частью процессоров, которые выпускает AMD — даже недорогими Ryzen 5. В случае с Intel поддержка HT есть только у топовых Core i7 и Core i9.
В 3D-ренедринге, кодировании видео, обработке задач, связанных с нейросетями и так далее дополнительные вычислительные потоки выгодны всегда. В играх они тоже практически всегда дают прирост производительности, но его далеко не во всех случаях можно назвать существенным — все опять-таки зависит от разработчиков и их способностей к оптимизации.
архитектура и типы ядер операционной системы
Классическая архитектура ядра очень сильно зависит от того какой тип ядра представлен в операционной системе. Типов ядер операционной системы бывает очень много и все различаются лишь по размеру и доступным функциям кроме базовых.
Монолитное ядро
монолитное ядро операционной системы представляет богатый выбор абстракций. все части или лучше сказать элементы находятся в одном адресном пространстве и представляют собой единый «Монолит». Все элементы которые были представлены выше на картинке спокойно взаимодействуют между собой и сообщаются. Это самое старое воплощение ядра в ОС.
Недостаток:
Обладает достаточно значимым минусом что при отказе работы одного элемента перестает работать всё ядро операционной системы и следовательно ОС.
Преимущества:
Из положительного момента — быстрая разработка и внедрение новых модулей а также скорость работы такого ядра. всё таки унификация всех элементов берет своё
Примеры ОС построенных на таких ядрах :LINUX, Unix, ms-dos
Модульное ядро
Модульное уже более современная реализация типа работы ядра операционной системы . Модульное ядро в отличие от монолитного, бывает двух видов статичное и динамическое. Статичное работает как и монолитное, все изменения только после перезапуска, а динамическая заключается в следующем — при разработке
ядра операционной системы не нужно перезагружать всю систему, а только ту часть которая подверглась каким либо изменениям. Для пользователя это выражается в том что после установки, например драйвера для новой видеокарты не нужно перезагружать систему, после установки перезагрузится только тот модуль что работает с этим новым драйвером, как говориться на лету.
Микроядро
Микроядро работает по принципу всё что сложнее элементарных функций — выноситься за пределы его работы. Наибольшая часть работы выполняется с помощью сервисов или по другому пользовательских процессов.
драйверы и модули, всё находиться в серверных процессах. Чтобы было понятно взгляните на картинку
Самые главные преимущества то что при любой сбой системы или например обновление ядра, не может нанести ущерба и это можно делать раздельно. Также намного проще позволяет добавлять новые элементы не прерывая работы системы.
Недостатки: увеличенное потребление ресурсов.
Из самых популярных операционных систем которое используют это
ядро операционной системы это MAC OS X.
Экзоядро
Экзоядро представляет всего лишь самые базовые функция взаимодействия между процессами, выгрузка и загрузка памяти и других ресурсов. То есть устроенно это ядро таким образом — ядро операционной системы не взаимодействует с программным обеспечением напрямую, а только через специальные библиотеки которые предоставляют API. Является оптимальным решениям для некоторого вида приложений которые должны очень быстро работать.
архитектура и типы ядер операционной системы
Классическая архитектура ядра очень сильно зависит от того какой тип ядра представлен в операционной системе. Типов ядер операционной системы бывает очень много и все различаются лишь по размеру и доступным функциям кроме базовых.
Монолитное ядро
монолитное ядро операционной системы представляет богатый выбор абстракций. все части или лучше сказать элементы находятся в одном адресном пространстве и представляют собой единый «Монолит». Все элементы которые были представлены выше на картинке спокойно взаимодействуют между собой и сообщаются. Это самое старое воплощение ядра в ОС.
Недостаток:
Обладает достаточно значимым минусом что при отказе работы одного элемента перестает работать всё ядро операционной системы и следовательно ОС.
Преимущества:
Из положительного момента — быстрая разработка и внедрение новых модулей а также скорость работы такого ядра. всё таки унификация всех элементов берет своё
Примеры ОС построенных на таких ядрах :LINUX, Unix, ms-dos
Модульное ядро
Модульное уже более современная реализация типа работы ядра операционной системы . Модульное ядро в отличие от монолитного, бывает двух видов статичное и динамическое. Статичное работает как и монолитное, все изменения только после перезапуска, а динамическая заключается в следующем — при разработке
ядра операционной системы не нужно перезагружать всю систему, а только ту часть которая подверглась каким либо изменениям. Для пользователя это выражается в том что после установки, например драйвера для новой видеокарты не нужно перезагружать систему, после установки перезагрузится только тот модуль что работает с этим новым драйвером, как говориться на лету.
Микроядро
Микроядро работает по принципу всё что сложнее элементарных функций — выноситься за пределы его работы. Наибольшая часть работы выполняется с помощью сервисов или по другому пользовательских процессов.
драйверы и модули, всё находиться в серверных процессах. Чтобы было понятно взгляните на картинку
Самые главные преимущества то что при любой сбой системы или например обновление ядра, не может нанести ущерба и это можно делать раздельно. Также намного проще позволяет добавлять новые элементы не прерывая работы системы.
Недостатки: увеличенное потребление ресурсов.
Из самых популярных операционных систем которое используют это
ядро операционной системы это MAC OS X.
Экзоядро
Экзоядро представляет всего лишь самые базовые функция взаимодействия между процессами, выгрузка и загрузка памяти и других ресурсов. То есть устроенно это ядро таким образом — ядро операционной системы не взаимодействует с программным обеспечением напрямую, а только через специальные библиотеки которые предоставляют API. Является оптимальным решениям для некоторого вида приложений которые должны очень быстро работать.
Прочие вопросы
В этот раздел я вынес некоторые курьёзы, возникающие из-за многоуровневой организации логических процессоров.
Как я уже упоминал, кэши в процессоре тоже образуют иерархию, и она довольно сильно связано с топологией ядер, однако не определяется ей однозначно. Для определения того, какие кэши для каких логических процессоров общие, а какие нет, используется вывод CPUID.4 и её подлистов.
Лицензирование
Некоторые программные продукты поставляются числом лицензий, определяемых количеством процессоров в системе, на которой они будут использоваться. Другие — числом ядер в системе. Наконец, для определения числа лицензий число процессоров может умножаться на дробный «core factor», зависящий от типа процессора!
Виртуализация
Системы виртуализации, способные моделировать многоядерные системы, могут назначить виртуальным процессорам внутри машины произвольную топологию, не совпадающую с конфигурацией реальной аппаратуры. Так, внутри хозяйской системы (1, 2, 2) некоторые известные системы виртуализации по умолчанию выносят все логические процессоры на верхний уровень, т.е. создают конфигурацию (4, 1, 1). В сочетании с особенностями лицензирования, зависящими от топологии, это может порождать забавные эффекты.
