CPU-Grundlagen: Mehrere CPUs, Kerne und Hyper-Threading erklärt

Die zentrale Verarbeitungseinheit( CPU) in Ihrem Computer führt im Grunde die rechnerisch arbeitenden Programme aus. Aber moderne CPUs bieten Funktionen wie mehrere Kerne und Hyper-Threading. Einige PCs verwenden sogar mehrere CPUs. Wir sind hier, um das Problem zu lösen.

Die Taktrate für eine CPU reichte früher aus, um die Leistung zu vergleichen. Die Dinge sind nicht mehr so ​​einfach. Eine CPU, die mehrere Kerne oder Hyper-Threading bietet, kann wesentlich leistungsfähiger als eine Single-Core-CPU mit der gleichen Geschwindigkeit, die kein Hyper-Threading bietet. Und PCs mit mehreren CPUs können einen noch größeren Vorteil haben. Alle diese Funktionen ermöglichen es den PCs, mehrere Prozesse gleichzeitig auszuführen. Dies erhöht die Leistung beim Multitasking oder bei anspruchsvollen Anwendungen wie Video-Encodern und modernen Spielen. Sehen wir uns also alle diese Funktionen an und was sie für Sie bedeuten könnten.

Hyper-Threading

Hyper-Threading war Intels erster Versuch, die parallele Berechnung von Consumer-PCs zu ermöglichen. Im Jahr 2002 debütierte es auf Desktop-CPUs mit dem Pentium 4 HT. Der damalige Pentium 4 hatte nur einen einzigen CPU-Kern, so dass er wirklich nur eine Aufgabe gleichzeitig ausführen konnte - selbst wenn er schnell zwischen den Aufgaben wechseln konntedass es wie Multitasking schien. Hyper-Threading versuchte dies auszugleichen.

Ein einzelner physikalischer CPU-Kern mit Hyper-Threading erscheint als zwei logische CPUs für ein Betriebssystem. Die CPU ist immer noch eine einzelne CPU, also ist es ein bisschen ein Betrüger. Während das Betriebssystem zwei CPUs für jeden Kern sieht, hat die eigentliche CPU-Hardware nur einen einzigen Satz von Ausführungsressourcen für jeden Kern. Die CPU gibt vor, dass sie mehr Kerne hat als sie, und sie verwendet ihre eigene Logik, um die Programmausführung zu beschleunigen. Mit anderen Worten, das Betriebssystem wird dazu gebracht, zwei CPUs für jeden tatsächlichen CPU-Kern zu sehen.

Hyper-threading ermöglicht den zwei logischen CPU-Kernen die gemeinsame Nutzung von physischen Ressourcen. Dies kann die Dinge etwas beschleunigen - wenn eine virtuelle CPU blockiert ist und wartet, kann die andere virtuelle CPU ihre Ausführungsressourcen ausleihen. Hyper-Threading kann helfen, Ihr System zu beschleunigen, aber es ist bei weitem nicht so gut wie tatsächliche zusätzliche Kerne.

Glücklicherweise ist Hyper-Threading nun ein "Bonus". Während die ursprünglichen Consumer-Prozessoren mit Hyper-Threading nur einen einzelnen Kern hatten, der sich als mehrere Kerne tarnte, haben moderne Intel-CPUs jetzt sowohl mehrere Kerne als auch Hyper-Threading-Technologie. Ihre Dual-Core-CPU mit Hyper-Threading erscheint als vier Kerne für Ihr Betriebssystem, während Ihre Quad-Core-CPU mit Hyper-Threading als acht Kerne erscheint. Hyper-Threading ersetzt keine zusätzlichen Kerne, aber eine Dual-Core-CPU mit Hyper-Threading sollte besser funktionieren als eine Dual-Core-CPU ohne Hyper-Threading.

Mehrere Kerne

Ursprünglich hatten CPUs einen einzelnen Kern. Das bedeutete, dass die physische CPU eine einzige zentrale Verarbeitungseinheit hatte. Um die Leistung zu erhöhen, fügen Hersteller zusätzliche "Kerne" oder zentrale Verarbeitungseinheiten hinzu. Eine Dual-Core-CPU hat zwei zentrale Verarbeitungseinheiten, daher erscheint sie dem Betriebssystem als zwei CPUs. Eine CPU mit zwei Kernen könnte beispielsweise zwei verschiedene Prozesse gleichzeitig ausführen. Dies beschleunigt Ihr System, weil Ihr Computer mehrere Dinge gleichzeitig tun kann.

Anders als beim Hyper-Threading gibt es hier keine Tricks - eine Dual-Core-CPU hat buchstäblich zwei CPUs auf dem CPU-Chip. Eine Quad-Core-CPU hat vier zentrale Verarbeitungseinheiten, eine Octa-Core-CPU hat acht zentrale Verarbeitungseinheiten und so weiter.

Dies hilft, die Leistung drastisch zu verbessern, während die physische CPU-Einheit klein gehalten wird, damit sie in einen einzigen Sockel passt. Es muss nur ein einziger CPU-Sockel mit einer einzigen CPU-Einheit vorhanden sein - nicht vier verschiedene CPU-Sockel mit vier verschiedenen CPUs, die jeweils eigene Stromversorgung, Kühlung und andere Hardware benötigen. Es gibt weniger Latenzzeiten, da die Kerne schneller kommunizieren können, da sie alle auf demselben Chip liegen.

Windows Task-Manager zeigt das ziemlich gut. Hier sehen Sie zum Beispiel, dass dieses System eine tatsächliche CPU( Socket) und vier Kerne hat. Hyperthreading macht jeden Kern wie zwei CPUs für das Betriebssystem aussehen, so dass es 8 logische Prozessoren zeigt.

Mehrere CPUs

Die meisten Computer haben nur eine einzige CPU.Diese einzelne CPU kann mehrere Kerne oder Hyper-Threading-Technologie haben - aber es ist immer noch nur eine physische CPU-Einheit in einem einzigen CPU-Sockel auf dem Motherboard.

Bevor Hyper-Threading- und Multi-Core-CPUs auf den Markt kamen, versuchten die Leute, zusätzliche Rechenleistung hinzuzufügen, indem sie zusätzliche CPUs hinzufügten. Dies erfordert ein Motherboard mit mehreren CPU-Sockeln. Das Motherboard benötigt außerdem zusätzliche Hardware, um diese CPU-Sockel mit dem RAM und anderen Ressourcen zu verbinden. Es gibt eine Menge Overhead in dieser Art von Setup. Es gibt zusätzliche Latenz, wenn die CPUs miteinander kommunizieren müssen, Systeme mit mehreren CPUs mehr Strom verbrauchen und das Motherboard mehr Sockets und Hardware benötigt.

Systeme mit mehreren CPUs sind heute bei Heim-PCs nicht üblich. Selbst ein leistungsstarker Gaming-Desktop mit mehreren Grafikkarten wird in der Regel nur eine einzige CPU haben. Unter Supercomputern, Servern und ähnlichen High-End-Systemen finden Sie mehrere CPU-Systeme, die so viel Rechenleistung wie möglich benötigen.

Je mehr CPUs oder Kerne ein Computer hat, desto mehr Dinge können gleichzeitig ausgeführt werden. Dies verbessert die Leistung bei den meisten Aufgaben. Die meisten Computer verfügen jetzt über CPUs mit mehreren Kernen - die effizienteste Option, die wir besprochen haben. Auf modernen Smartphones und Tablets finden Sie sogar CPUs mit mehreren Kernen. Intel-CPUs verfügen auch über Hyper-Threading, was eine Art Bonus ist. Einige Computer, die eine hohe CPU-Leistung benötigen, können zwar mehrere CPUs haben, sind jedoch weniger effizient als es klingt.

Im Bild: lungstruck auf Flickr, Mike Babcock auf Flickr, DeclanTM auf Flickr