Bitiruv malakaviy ishi - bet 7

|
Bitiruv malakaviy ishi
|
bet | 7/28 | Sana | 31.05.2024 | Hajmi | 6,58 Mb. | | #258326 |
Bog'liq BMI RakhimovAlijonFinal2024 (3)Ko‘p yadroli va ikki yadroli atamalar odatda markaziy protsessorning bir turiga (CPU) ishora qiladi, lekin ba’zida raqamli signal protsessorlari (DSP) va chipdagi tizim (SoC) uchun ham qo‘llaniladi.Bu atamalar odatda bir xil integral mikrosxemada ishlab chiqarilgan ko‘p yadroli mikroprotsessorlarga nisbatan qo‘llaniladi. Xuddi shu paketdagi alohida mikroprotsessor stendlari odatda boshqa nom bilan ataladi, masalan, ko‘p chipli modul. Ushbu maqolada , agar boshqacha ko‘rsatilmagan bo‘lsa, bir xil integral mikrosxemada ishlab chiqarilgan protsessorlar uchun "ko‘p yadroli" va "ikki yadroli" atamalaridan foydalaniladi .
Ko‘p yadroli tizimlardan farqli o‘laroq, ko‘p protsessor atamasi bir nechta jismoniy jihatdan alohida ishlov berish birliklariga ishora qiladi (ular ko‘pincha bir-biri bilan aloqani osonlashtirish uchun maxsus sxemalarni o‘z ichiga oladi).
Ko‘p yadroli va massiv ko‘p yadroli atamalar ba’zan juda ko‘p yadroli (o‘nlab minglab) ko‘p yadroli arxitekturalarni tavsiflash uchun ishlatiladi.
Ba’zi tizimlar bitta FPGA ga joylashtirilgan ko‘plab yumshoq mikroprotsessor yadrolaridan foydalanadi . Har bir "yadro" " yarim o‘tkazgichli intellektual mulk yadrosi ", shuningdek, CPU yadrosi deb hisoblanishi mumkin .
1.1-rasm. Protsessor
Ishlab chiqarish texnologiyasi takomillashib, individual eshiklar hajmini qisqartirganda, yarimo‘tkazgichga asoslangan mikroelektronikaning jismoniy chegaralari asosiy dizayn muammosiga aylandi. Ushbu jismoniy cheklovlar sezilarli issiqlik tarqalishi va ma’lumotlarni sinxronlash muammolariga olib kelishi mumkin. CPU ish faoliyatini yaxshilash uchun turli xil boshqa usullar qo‘llaniladi. Superscalar quvur liniyasi kabi ba’zi ko‘rsatmalar darajasidagi parallelizm (ILP) usullari ko‘plab ilovalar uchun mos keladi, ammo oldindan aytish qiyin bo‘lgan kodni o‘z ichiga olgan boshqalar uchun samarasiz. Ko‘pgina ilovalar ip darajasidagi parallelizm (TLP) usullariga ko‘proq mos keladi va tizimning umumiy TLP ni oshirish uchun bir nechta mustaqil protsessorlar odatda qo‘llaniladi. Bo‘sh joyning ko‘payishi (tozalangan ishlab chiqarish jarayonlari tufayli) va ortib borayotgan TLP talabining kombinatsiyasi ko‘p yadroli protsessorlarning rivojlanishiga olib keldi.
Barcha dasturlar ko‘p yadroli protsessordan to‘liq foydalana olmaydi. Bir nechta yadrolardan foydalanish uchun dasturiy ta’minot dasturlari vazifalarni yadrolar bo‘ylab samarali taqsimlash uchun maxsus ishlab chiqilgan yoki optimallashtirilgan bo‘lishi kerak. Ko‘p oqimli ilovalar, ya’ni ular bir vaqtning o‘zida o‘z dasturlarining turli qismlarini bajarishi mumkin, ko‘p yadroli protsessor imkoniyatlaridan maksimal darajada foydalanishi mumkin. Biroq, hatto bitta tarmoqli ilovalar ham ko‘p yadroli protsessordan foydalanishi mumkin, chunki operatsion tizim turli yadrolarga turli vazifalarni belgilashi mumkin.
Texnik omillar. Kompyuter ishlab chiqaruvchilari uzoq vaqtdan beri diskret protsessorlar yordamida simmetrik ko‘p ishlov berish (SMP) dizaynlarini amalga oshirganligi sababli, ko‘p yadroli protsessor arxitekturasini amalga oshirish va uni dasturiy ta’minot bilan qo‘llab-quvvatlash bilan bog‘liq muammolar yaxshi ma’lum.
Qo‘shimcha: Arxitektura o‘zgarishlarisiz tasdiqlangan qayta ishlash yadrosi dizaynidan foydalanish dizayn xavfini sezilarli darajada kamaytiradi. Umumiy maqsadli protsessorlar uchun ko‘p yadroli protsessorlar uchun motivatsiyaning aksariyati protsessor unumdorligining ish chastotasini oshirishdan sezilarli darajada kamayishi bilan bog‘liq . Bu uchta asosiy omilga bog‘liq:
Xotira devori : protsessor va xotira tezligi o‘rtasidagi farq ortib bormoqda. Bu, aslida, xotiraning kechikishini maskalash uchun kesh o‘lchamlarini kattaroq qilishga undaydi. Bu faqat xotira o‘tkazish qobiliyati ishlashdagi qiyinchilik bo‘lmagan darajada yordam beradi.
ILP devori: yuqori samarali bir yadroli protsessorni band qilish uchun bitta buyruq oqimida etarli parallellikni topishning ortib borayotgan qiyinligi .
Quvvat devori: ish chastotasining har bir omil ortishi bilan eksponent ravishda ortib borayotgan quvvatni iste'mol qilish tendentsiyasi (shuningdek, eksponent ravishda ortib borayotgan issiqlikni ishlab chiqarish). Ushbu o‘sishni bir xil mantiq uchun kichikroq izlar yordamida protsessorni " qisqartirish " orqali kamaytirish mumkin . Quvvat devori ishlab chiqarish, tizimni loyihalash va joylashtirish bilan bog‘liq muammolarni keltirib chiqaradi, bu esa xotira devori va ILP devori tufayli ishlashning pasayishi sharoitida oqlanmagan.
Umumiy maqsadli protsessorlar uchun muntazam ish faoliyatini yaxshilashni davom ettirish uchun Intel va AMD kabi ishlab chiqaruvchilar ko‘p yadroli dizaynlarga murojaat qilib, ba’zi ilovalar va tizimlarda yuqori unumdorlik uchun ishlab chiqarish harajatlarini kamaytirdilar. Ko‘p yadroli arxitekturalar ishlab chiqilmoqda, ammo alternativalar ham. o‘rnatilgan bozorlar uchun ayniqsa kuchli da’vogar - bu chipga periferik funktsiyalarning keyingi integratsiyasi.
Ko‘p yadroli protsessordan foydalanish bir qator afzalliklarga ega. Birinchidan, u tezroq va sezgir hisoblash tajribasini beradi, chunki vazifalarni parallel ravishda ajratish va bajarish mumkin. Bundan tashqari, u ko‘p vazifalarni bajarish imkoniyatlarini yaxshilaydi, bu sizga bir vaqtning o‘zida bir nechta ilovalarni ishlashni sezilarli darajada yomonlashtirmasdan ishlatishga imkon beradi. Bundan tashqari, ko‘p yadroli protsessor tizimning umumiy samaradorligini va quvvat sarfini oshirishi mumkin, chunki foydalanilmagan yadrolar vaqtincha kamroq quvvatli holatga keltirilishi mumkin.
Ko‘p yadroli protsessorlar o‘yin samaradorligini sezilarli darajada oshirishi mumkin. O‘yinlar ko‘pincha kuchli hisoblash quvvatini talab qiladi va vazifalarni bir nechta yadrolar bo‘ylab taqsimlash qobiliyati yanada silliq o‘yin va yaxshi grafik ko‘rsatish imkonini beradi. Bir nechta yadrolar, shuningdek, tizim yangilanishlari yoki oqim kabi fon jarayonlarini o‘yin samaradorligiga ta’sir qilmasdan bir vaqtning o‘zida ishlashiga imkon beradi. Umuman olganda, ko‘p yadroli protsessor talabchan o‘yin tajribasini boshqarish uchun kerakli ishlov berish quvvatini ta’minlaydi.
Videoni tahrirlash va ko‘rsatish vazifalari ko‘p yadroli protsessor tomonidan taqdim etilgan yuqori ishlov berish quvvatidan katta foyda keltirishi mumkin. Bu vazifalar videofayllarni kodlash, dekodlash va siqish kabi murakkab hisob-kitoblarni o‘z ichiga oladi. Bir nechta yadrolar bilan renderlash jarayoni ular o‘rtasida taqsimlanishi mumkin, natijada ko‘rsatish vaqtlari tezroq va samaradorlik yaxshilanadi. Bu video muharrirlari va kontent yaratuvchilarga yanada samarali ishlash, vaqtni tejash va samaradorlikni oshirish imkonini beradi.
Ko‘p yadroli protsessor turli sohalardagi mutaxassislar uchun mahsuldorlikni sezilarli darajada oshirishi mumkin. Ma’lumotlarni tahlil qilish, uch o‘lchovli (3D) modellashtirish, ilmiy simulyatsiyalar va virtualizatsiya kabi resurslarni ko‘p talab qiladigan vazifalarni o‘z ichiga olgan kasblar qayta ishlash quvvatini oshirishdan katta foyda olishlari mumkin. Bir nechta yadrolar tezroq hisob-kitoblarni amalga oshirishga imkon beradi va mutaxassislarga bir vaqtning o‘zida bir nechta vazifalarni bajarishda sezilarli qiyinchiliklarga duch kelmasdan ishlashga imkon beradi. Bu samaradorlikni oshiradi va tezroq ishlashni ta’minlaydi.
Server muhitida ko‘p yadroli protsessorlar samarali va ishonchli xizmatlarni taqdim etishda muhim rol o‘ynaydi. Bir nechta yadrolar serverlarga bir vaqtning o‘zida ko‘proq sonli so‘rovlarni bajarishga imkon beradi, bu esa silliq operatsiyalarni va minimal kechikishlarni ta’minlaydi. Vazifalarni yadrolar bo‘ylab taqsimlash qobiliyati bilan serverlar ma’lumotlar bazasi so‘rovlari, veb-xosting va bulutli hisoblash vazifalari kabi resurslarni ko‘p talab qiladigan jarayonlarni samarali boshqarishi mumkin. Bu oxir-oqibatda yaxshilangan server ishlashiga, kengaytirilishiga va umumiy foydalanuvchi tajribasiga olib keladi.
Ko‘p yadroli protsessorlar mobil qurilmalarda batareyaning ishlash muddatiga ta’sir qilishi mumkin. Zamonaviy ko‘p yadroli protsessorlar quvvatni tejash funksiyalari bilan yaratilgan bo‘lsa-da, bir vaqtning o‘zida bir nechta yadrolarni ishga tushirish ko‘proq quvvat sarflashi mumkin. Biroq, asosiy chastotalarni dinamik ravishda o‘lchash va bo‘sh turgan yadrolarni kam quvvatli holatlarga qo‘yish kabi quvvatni boshqarish texnikasidagi yutuqlar batareyadan foydalanishni optimallashtirishga yordam beradi. Bundan tashqari, vazifalarni rejalashtirish va quvvatdan xabardor algoritmlar kabi dasturiy ta’minotni optimallashtirish mobil qurilmalarda ishlash va quvvat samaradorligini muvozanatlashda hal qiluvchi rol o‘ynaydi.
Bitta matritsada bir nechta protsessor yadrolarining yaqinligi kesh kogerentlik sxemasiga signallar chipdan tashqariga chiqishi mumkin bo‘lganidan ancha yuqori soat tezligida ishlashiga imkon beradi. Ekvivalent protsessorlarni bitta matritsada birlashtirish keshni tekshirish (muqobil: Avtobusni kuzatish ) operatsiyalarini sezilarli darajada yaxshilaydi. Oddiy qilib aytganda, bu turli protsessorlar orasidagi signallar qisqaroq masofani bosib o‘tishini anglatadi va shuning uchun bu signallar kamroq yomonlashadi . Ushbu yuqori sifatli signallar ma’lum vaqt oralig‘ida ko‘proq ma’lumot yuborish imkonini beradi, chunki alohida signallar qisqaroq bo‘lishi mumkin va tez-tez takrorlanishi shart emas.
Ko‘p yadroli protsessor dizaynlari ko‘p chipli SMP dizaynlariga qaraganda ancha kam bosilgan elektron plata (PCB) maydonini talab qiladi . Bundan tashqari, ikki yadroli protsessor ikkita ulangan bir yadroli protsessorga qaraganda bir oz kamroq quvvat sarflaydi, bu asosan chipga tashqi signallarni yuborish uchun zarur bo‘lgan quvvatning kamayishi tufayli. Bundan tashqari, yadrolar L2 keshi va old avtobusga (FSB) interfeys kabi ba’zi bir sxemalarni baham ko‘radi. Mavjud kremniy qolip maydoni uchun raqobatdosh texnologiyalar nuqtai nazaridan, ko‘p yadroli dizayn tasdiqlangan CPU yadro kutubxonasi dizaynlaridan foydalanishi va yangi keng yadroli dizaynni ishlab chiqishdan ko‘ra dizayn xatosi xavfi kamroq bo‘lgan mahsulotni ishlab chiqarishi mumkin. Bundan tashqari, ko‘proq kesh qo‘shish daromadning pasayishiga olib keladi.
Ko‘p yadroli chiplar, shuningdek, kam energiya bilan yuqori ishlash imkonini beradi. Bu batareyada ishlaydigan mobil qurilmalarda katta omil bo‘lishi mumkin. Ko‘p yadroli protsessorning har bir yadrosi odatda energiya tejamkor bo‘lganligi sababli, chip bitta yirik monolit yadroga ega bo‘lgandan ko‘ra samaraliroq bo‘ladi. Bu kamroq energiya bilan yuqori ishlash imkonini beradi. Biroq, bu boradagi qiyinchilik parallel kod yozish uchun qo‘shimcha harajatlardir.
Ko‘p yadroli protsessorlarning afzalliklari:
Ko‘p yadroli protsessorlar bitta markazli protsessorlarga qaraganda ko‘proq ishni tugatishi mumkin.
Sinxron ishni past takrorlanish sifatida tugatishi mumkin.
Ular bitta markazli protsessorlarga qaraganda ko‘proq ma’lumot bilan shug‘ullanishlari mumkin.
Ular bitta markazli protsessordan farqli o‘laroq, kam energiya sarflagan holda ko‘proq ishni tugatishlari mumkin.
Siz bir vaqtning o‘zida infektsiyani infektsiyaga qarshi filtrlash va filmni ko‘rish kabi murakkab ishlarni bajarishingiz mumkin.
Protsessorlarning ikkita markazi bitta chipda joylashganligi sababli, shaxsiy kompyuter ekspluatatsiyalarni saqlab qoladi va ma’lumotlar uzoqroq tarqalmaydi.
Ko‘p yadroli protsessorlardan foydalanganda PCB (bosilgan elektron plata) kamroq joy talab qiladi.
Ko‘p yadroli protsessorlar katta darajada nosozliklarga chidamli va juda ishonchli.
Ishlashning ortishi: Ko‘p yadroli protsessorlar parallel ishlashga mo‘ljallangan ilovalarning ish faoliyatini yaxshilashi mumkin. Bu tezroq ishlov berish vaqtini va tizimning umumiy ishlashini yaxshilashga olib kelishi mumkin.
Kamchiliklari:
- Bir markazli protsessordan farqli o‘laroq, ularni nazorat qilish qiyin.
- Ular yakka markazli protsessorga qaraganda qimmatroq.
- Ularning tezligi odatdagi protsessordan ikki baravar ko‘p emas.
- Ko‘p yadroli protsessorning taqdimoti mijozning shaxsiy kompyuterdan qanday foydalanishiga bog‘liq.
- Ular katta quvvat orqali yonadi.
- Ushbu protsessorlar ko‘proq ishni bajarishda qiziydi.
- Agar ba’zi bir tsikl to‘g‘ridan-to‘g‘ri/ketma-ket ishlov berishni talab qilsa, ko‘p yadroli protsessor uzoqroq turishi kerak.
Murakkablik: Ko‘p yadroli protsessorlar bir yadroli protsessorlarga qaraganda murakkabroq bo‘lishi mumkin, chunki ular bir nechta yadrolardan foydalanish uchun maxsus dasturlarni talab qiladi. Bu dasturiy ta’minotni ishlab chiqish va tizimga texnik xizmat ko‘rsatishni qiyinlashtirishi mumkin.
Issiqlik ishlab chiqarishning ko‘payishi: Ko‘p yadroli protsessorlar bir yadroli protsessorlarga qaraganda ko‘proq issiqlik ishlab chiqarishi mumkin, bu esa ko‘proq quvvat sarfiga va yanada rivojlangan sovutish tizimlariga ehtiyojga olib kelishi mumkin.
Narxi: Ko‘p yadroli protsessorlar bir yadroli protsessorlarga qaraganda qimmatroq bo‘lishi mumkin, chunki ular ishlab chiqarish uchun ilg‘or texnologiyalarni talab qiladi.
Cheklangan miqyoslilik: Ko‘p yadroli protsessorlar ma’lum miqdordagi yadrolardan oshib ketmasligi mumkin, chunki bir nechta yadrolarni muvofiqlashtirish bilan bog‘liq ortiqcha yuk muammoga aylanishi mumkin.Ko‘p yadroli protsessorlar tomonidan taqdim etilgan hisoblash resurslaridan maksimal darajada foydalanish operatsion tizimni (OT) qo‘llab-quvvatlashni va mavjud amaliy dasturiy ta’minotni sozlashni talab qiladi. Shuningdek, ko‘p yadroli protsessorlarning dastur ish faoliyatini oshirish qobiliyati ilovalar ichida bir nechta iplardan foydalanishga bog‘liq.
Ko‘p yadroli chipning integratsiyasi chip ishlab chiqarish rentabelligini pasaytirishi mumkin. Ular, shuningdek, past zichlikdagi bir yadroli dizaynlarga qaraganda termal jihatdan boshqarish qiyinroq. Intel o‘zining to‘rt yadroli konstruktsiyalarini bitta qolipda birlashtirilgan kesh bilan birlashtirib, to‘rt yadroli dizaynlarni yaratib, ushbu birinchi muammoni qisman hal qildi, shuning uchun har qanday ikkita ishlaydigan ikki yadroli matritsalardan to‘rtta yadro ishlab chiqarishdan farqli ravishda foydalanish mumkin. bitta o‘lim va to‘rt yadroli protsessor ishlab chiqarish uchun to‘rttasining ishlashini talab qiladi. Arxitektura nuqtai nazaridan, oxir-oqibat, bitta protsessor dizayni ko‘p ishlov berish yadrolariga qaraganda kremniy sirt maydonidan yaxshiroq foydalanishi mumkin, shuning uchun ushbu arxitekturani rivojlantirish majburiyati eskirish xavfini olib kelishi mumkin. Nihoyat, xom ashyoni qayta ishlash quvvati tizimning ishlashidagi yagona cheklov emas. Xuddi shu tizim avtobusi va xotira o‘tkazish qobiliyatiga ega bo‘lgan ikkita ishlov berish yadrosi haqiqiy ishlash ustunligini cheklaydi. 2009 yilgi hisobotida doktor Jun Ni shuni ko‘rsatdiki, agar bitta yadro xotira o‘tkazish qobiliyati cheklangan bo‘lsa, u holda ikki yadroga o‘tish 30% dan 70% gacha yaxshilanishga olib kelishi mumkin; agar xotira tarmoqli kengligi muammo bo‘lmasa, unda 90% yaxshilanishni kutish mumkin; ammo Amdahl qonuni bu da’voni shubhali qiladi. Agar protsessorlar o‘rtasidagi aloqa cheklovchi omil bo‘lsa, ikkita protsessordan foydalangan dastur bir yadrolida tezroq ishlashi mumkin edi, bu esa 100% dan ortiq yaxshilanish deb hisoblanadi.
|
| |