آشنایی با پردازنده‌‌‌‌های چند هسته ای ,

- آشنایی با پردازنده‌‌‌‌های چند هسته ای:

 

پردازنده ها نقش اساسی در سرعت و کارایی کامپیوتر دارند. مغز اصلی یک کامپیوتر پردازنده آن محسوب میشود. شرکت‌‌‌‌های تولید کننده پردازنده‌‌‌‌های کامپیوتر از اولین روز تولید همیشه در صدد بالا بردن توان پردازنده‌‌‌‌های خود بوده اند. پردازنده چند هست‌‌‌‌های به چه معناست؟ یعنی تعدادی از این هسته‌‌‌‌های پردازشی (Core Processors) روی سطح یک Die قرار گیرند. توجه داشته باشید که سطح یک Die معمولا چیزی حدود 150 تا 180 میلیمتر مربع است. یعنی به اندازه یک سکه کوچک است. از حدود سال 1384 تا به امروز، پردازندهها دارای 2 یا تعداد بیشتری هسته پردازشی شدند. دقت داشته باشید که همیشه تعداد هسته‌‌‌‌های پردازشی زوج است، نه فرد!! البته در معدود دفعاتی دیده شده است که شرکت سازنده یکی از پردازنده‌‌‌‌های چهارهست‌‌‌‌های خود را خاموش کرده است و به عنوان پردازند‌‌‌‌های 3 هست‌‌‌‌های وارد بازار کرده، اما همیشه یادتان باشد که پردازندهها تعداد هسته‌‌‌‌های زوج دارند. در پردازنده‌‌‌‌های نسل قدیم ارتقا سرعت با افزایش فرکانس کاری پردازنده کار نسبتا ساده ای به نظر میرسد. اما این عمل باعث اتلاف زیادی گرما در پردازنده میشد و عمر این قطعه را کم میکرد. از این رو احتیاج به تکنولوژی جدیدی بود که با افزایش کارایی پردازنده از تولید گرمای اضافی در‌ آنها جلوگیری کند. برای رفع این مشکل پردازنده‌‌‌‌های چند هسته ای شروع به شکل گرفتن کردند. به این شکل که در کنار پردازنده یک میکرو پروسسور دیگر نیز با ظرفیت حافظه Cash در سطح 1 و 2 وجود دارد.

 

 

حافظه Cash سطح 1 نزدیک به هسته اصلی پردازنده است. و از سرعت بالاتر و ظرفیت کمتری برخوردار است. حافظه Cash سطح 2 از ظرفیت بزرگتری برخوردار است ولی سرعت کمتری نسبت به حافظه Cash سطح 1 دارد. به عنوان مثال ذخیره کردن یک فایل Word در حافظه بزرگتر انجام میگیرد. دو شرکت Intel و AMD از تولید کننده‌‌‌‌های اصلی پردازنده ها هستند. چند هسته کردن پردازنده ها باعث شده که بر مشکلات توان و دما در پردازنده ها بتوانند غلبه کنند. اما منسجم کردن حافظه‌‌‌‌های Cash سطح 1 و 2 نیز چالش بزرگی برای تولید پردازنده‌‌‌‌های چند هسته ای به شمار میاید. اگر برنامه نویسان برنامه‌‌‌‌های خود را برای کار با این نوع پردازنده ها بهینه سازی نکنند عملا این نوع پردازنده ها کارایی خاصی را نخواهند داشت. Intel تعداد زیادی پردازنده چند هسته ای متفاوت تولید میکند. پنتیوم D در کامپیوتر‌‌‌‌های رومیزی استفاده میشود. Core 2 Due هم در محیط لپ تاپ و هم در رومیزی، پردازنه Xeon در سرویس دهنده ها استفاده میشود. AMD دارای طیف Althon برای کامپیوتر‌‌‌‌های رومیزی، Tution برای لپ تاپها و Opteron برای سرویس دهندهها و ایستگاه‌‌‌‌های کاری است. اگر چه Core 2 Due و Althon 64x2 هر دو برروی یک پایهاند ولی ساختار‌‌‌‌های آنها بسیار متفاوت اند.

 

 

+ شرکت‌‌‌‌های تولیدکننده پردازنده:

با توجه به این که پردازنده ها دستور‌‌‌‌های خاصی را می‌پذیرند و برنامه‌‌‌‌های خاصی را اجرا می‌کنند، طبیعتا پردازنده‌‌‌‌های گوناگونی وجود دارند. این پردازنده ها توسط شرکت‌‌‌‌های مختلفی تولید می‌شوند. بعضی از‌ آنها مشابه و سازگارند و برخی دیگر ناسازگار. معروف ترین این شرکت ها عبارتنداز: Cyrix- Motorola- IDT- IIT- NEC- Nexgen- Rise- Metaflow- Chips & Technology-Intel- IBM- AMD

 

معمولا بر روی هر CPU نام شرکت تولید کننده نوشته می‌شود، ممکن است شماره آن نیز همراه با حرف اول و یا دو حرف اول تولید کننده نوشته شود.

 

+ نسل‌‌‌‌های پردازنده ها:

مهم ترین عامل شناسایی پردازنده ها، نوع آنها است که با شماره و یا نام اختصاصی مشخص می‌شود. از بین پردازنده‌‌‌‌های تولید شده نوع اینتل و موتورولا متداولتر از بقیه هستند. موتورولا پردازنده خود را به صورت 86xxx یا نام اختصاصی و اینتل به صورت 80x86 یا نام اختصاصی خود به بازار معرفی نمودند. بدین صورت x می‌تواند یک عدد دلخواه یک رقاست که هر چه مقدار آن بیشتر باشد در نتیجه رقم آن بزرگ تر بوده و پردازنده جدید تر، سریعتر و کاراتر است. قبل از پردازنده پنتیوم، پردازنده ها یک شماره 5 رقمی داشتند که دو رقم سمت چپ معمولا نام پردازنده و سه رقم سمت راست نسل پردازنده را مشخص می‌کنند. برخی سازندگان دیگر به جای شماره از نام‌‌‌‌های اختصاصی مانند K5 و K6 استفاده می‌نمودند.

 

+ مدل پردازنده:

هر کدام از نسل‌‌‌‌های مختلف پردازنده ها دارای انواع متفاوتی می‌باشند که برای کار‌‌‌‌های خاصی ساخته شده اند. به عنوان مثال پردازنده‌‌‌‌های 80486 داری انواع (SX- SLC- DX- DX2- DX3- DX4- DX5 ) است که در آن DX اولین پردازنده با یک کمک پردازنده است که دارای 8 کیلوبایت حافظه زمان اولیه است و سرعت آن50 برابر 8088 است، در صورتی که SX فاقد کمک پردازنده است. نسل پنجم پردازنده اینتل دارای مدل‌‌‌‌های کلاسیک (MMX ) است. نسل ششم پردازنده اینتل دارای مدل‌‌‌‌های (IIT,II ,PRO Celeron ) هستند. نسل هفتم پردازنده‌‌‌‌های اینتل دارای مدل‌‌‌‌های (ایتانیوم) 64 بیتی با سرعت یک گیگاهرتز است.

 

+ سرعت پردازنده:

یکی از مواردی که مستقیا روی کارآیی پردازنده اثر می‌گذارد سرعت آن است که معمولا بر روی آن نوشته می‌شود. هر چه پردازنده سریعتر باشد اطلاعات را سریعتر پردازش می‌کند. سرعت پردازنده ها بر حسب مگاهرتز بیان می‌شود و یک مگاهرتز، معادل یک میلیون چرخه در ثانیه است. بعضی تولید کنندگان سرعتی را که بر روی پردازنده می‌نویسند واقعی نیست، بلکه آنها توانمندی پردازنده در مقابل اینتل را می‌سنجند و به آن سرعت معادل پنتیوم می‌گویند. عوامل مؤثر در کارآیی پردازنده، فرکانس ساعت یا سرعت ساعت است که معمولا به دو صورت است:

1- سرعت ساعت داخلی: در این حالت پردازنده عملیات داخلی خود را براساس این ساعت انجام می‌دهد، این سرعت برابر سرعتی است که بر روی پردازنده ذکر شده است. در هنگام فروش نیز این سرعت را معرفی می‌کنند. 2- سرعت ساعت خارجی (سرعت گذرگاه سیستم): این سرعت در واقع مدار الکترونیکی است که خارج از تراشه قرار دارد و به پایه‌‌‌‌های مربوط به ساعت وصل می‌شود. اطلاعات خارج از پردازنده مانند اطلاعات حافظه اصلی رایانه بر این اساس سنجیده می‌شود.

 

+ ولتاژ پردازنده:

در ابتدای ساخت پردازنده ها، از ولتاژ 5 ولتی به صورت استاندارد استفاده می‌شد، اما پس از ورود پردازنده‌‌‌‌های «486 دی ایکس 4» و «پنتیوم» از ولتاژ‌‌‌‌های پایین تر مانند 8/2 و 3/3 نیز استفاده می‌شود.

 

+ جایگاه پردازنده:

پردازنده معمولا بر روی شبکه ای از سوراخ‌‌‌‌های کوچک بر روی مادربرد قرار می‌گیرد. به طور کلی تراشه گیر، محلی برای نصب پردازنده یا هر نوع آی سی است. نکته: پردازنده معمولا روی مادربرد لحیم نمی‌شود تا بتوان آن را ارتقا یا تعویض نمود.

 

+ گرماگیر پردازنده:

پردازنده ها در زمان کار کردن گرمای زیادی تولید می‌کنند و اگر این گرما دفع نشود ممکن است پردازنده بسوزد. برای خنک نگه داشتن پردازنده از چند روش استفاده می‌شود: 1- استفاده از فن یا خنک کننده (Fan ): قرارگیری یک پنکه کوچک بر روی پردازنده باعث حرکت هوا و هدایت گرما به بیرون می‌شود. معمولا در جعبه اصلی رایانه پنکه ای برای بیرون بردن گرما وجود دارد. با این حال قرار دادن یک پنکه کوچک پردازنده را بهتر خنک می‌کند و کارآیی رایانه بالا می‌رود. بعضی از پنکه ها برای اتصال به پردازنده دارای یک گیره است که باید توجه نمود در هنگام نصب نباید به مادربرد برخورد کند. 2- استفاده از گرماگیر: گرماگیر وسیله ای فلزی است که حرارت تولید شده را به وسیله یک قطعه الکتریکی جذب و به بیرون می‌فرستد. گرماگیر دارای پره‌‌‌‌های فلزی یا سرامیکی است. 3- استفاده از مواد پرکننده: این مواد بین پردازنده و پنکه قرار می‌گیرد و باعث خنک شدن پردازنده می‌شود. این ماده با نام چسب نیز شناخته می‌شود.

 

+ پردازنده‌‌‌‌های تقلبی:

جهت تشخیص پردازنده‌‌‌‌های تقلبی از اصل می‌توان از روش‌‌‌‌های زیر استفاده نمود:

 

1- روش چشمی: کج بودن نوشته‌‌‌‌های روی پردازنده - کم رنگ بودن نوشته ها - وجود خراش - وجود رنگ پریدگی چاپ قبلی - کوچک و بزرگ بودن حروف و عددها 2- شماره سریال: جهت دریافت شماره سریال‌‌‌‌های واقعی می‌توانید از برنامه ID CPU استفاده نمایید و یا به سایت پردازنده مربوطه متصل شوید. 3- اطلاعات بایوس. 4- اطلاعات برنامه‌‌‌‌های عیب یاب.

 

+ خرابی پردازنده ها:

یکی از علت‌‌‌‌های خوب کار نکردن رایانه می‌تواند خرابی پردازنده باشد که البته در اولویت قرار ندارد یعنی درصد خراب شدن آن بسیار کم است.

 

 

+ تفاوت پردازنده‌‌‌‌های 32 و 64 بیتی:

محدودیتی که در دامنه پردازش‌‌‌‌های 32 بیتی وجود دارد، همواره باعث کندشدن سرعت انجام عملیات پیچیده و سنگین اطلاعاتی در سیستم‌‌‌‌های مختلف می‌گردد. به همین منظور بسیاری از شرکت‌‌‌‌های سازنده نرم افزار و خصوصا آن هایی که در زمینه سیستم عامل فعالیت دارند از دیرباز رقابتی را برای تحت پوشش قراردادن تعداد زیادتری CPU و مقدار بیشتری حافظه RAM نسبت به یکدیگر آغاز کرده اند. به عنوان مثال رقابتی که بین ویندوز 2000 سرور با سولاریس یا انواع یونیکس و لینوکس بر سر امکان استفاده از 8 یا 16 تا 32 پردازنده به همراه چند گیگابایت حافظه RAM و امثال آن وجود داشت همواره یکی از جالب ترین و پرسروصداترین زمینه رقابت بین چند سیستم عامل به شمار می‌رفت. اما همه این عوامل چندی پیش تحت الشعاع واژه جدیدی به نام پردازش 64 بیتی قرار گرفت. این فناوری جدید که به لطف به بازار آمدن دو محصول جدید از دو شرکت معتبر سازنده پردازنده یعنی اینتل و AMD شکل گرفت، در مدت کوتاهی توانست توجه سازندگان سیستم عامل را به شدت معطوف کارایی بی نظیر خود کند. پردازنده‌‌‌‌های Xeon و ایتانیوم از سوی اینتل و پردازنده Opteron از طرف AMDدر مدت کوتاهی توجه تمام سازندگان مشهور سرور‌‌‌‌های Enterprise و همچنین تولیدکنندگان سیستم عامل را به خود جلب کرد. در این میان مایکروسافت نیز بلافاصله اقدام به طراحی نسخه ای از ویندوز 2003 سرور برمبنای انجام پردازش‌‌‌‌های 64 بیتی و با استفاده از پردازنده‌‌‌‌های جدید نمود. این نسخه جدید 64 بیتی از چند نظر بر نسخه پیشین خود برتری داشت. اول این که از میزان حافظه فیزیکی و مجازی بیشتری پشتیبانی می‌کند. دوم این که در مقایسه با نسخه 32 بیتی از کارایی و سرعت بالاتری در مدیریت حافظه، رجیسترها و عملیات O/I برخوردار است. نکته سوم در مورد امنیت است. نسخه 64 بیتی قابلیت محافظت بیشتری در برابر کد‌‌‌‌های مخرب(Malicious Code) از خود نشان می‌دهد. طبق پیش بینی‌‌‌‌های انجام گرفته تا پایان سال 2005 میلادی کلیه کامپیوترهایی که قرار است نقش سرور را در مراکز بزرگ اقتصادی داشته باشند به سمت ریزپردازنده و سیستم عامل 64 بیتی سوق پیدا خواهند کرد. همین پیش بینی حاکی از تمایل شدید کامپیوتر‌‌‌‌های دسکتاپ به سمت استفاده از تکنولوژی 64 بیتی تا پایان سال 2006 میلادی است. براین اساس به تدریج نه فقط سازندگان سیستم عامل مثل مایکروسافت سیستم عامل 64 بیتی مختص کامپیوتر‌‌‌‌های دسکتاپ (Windows XP 46 bit) را به بازار عرضه می‌کنند، بلکه سایر تولیدکنندگان نرم افزار‌‌‌‌های مختلف هم با وارد شدن به دنیای پردازش‌‌‌‌های 64 بیتی، کارایی و سرعت جدیدی را به کاربران خود ارائه می‌دهند.

 

 

+ مقایسه:

در یک سیستم عامل 32 بیتی مثل نسخه‌‌‌‌های 32 بیتی ویندوز 2003 از یک حافظه مجازی (Virtual memory) برای انجام پردازش‌‌‌‌های مختلف استفاده می‌شود. این حافظه مجازی که حداکثر 4 گیگابایت می‌تواند ظرفیت داشته باشد به دو قسمت تقسیم می‌شود. یک قسمت 2 گیگابایتی آن به وسیله برنامه در حال اجرا اشغال شده و 2 گیگابایت دیگر در اختیار سیستم عامل قرار می‌گیرد. تا اینجا همه چیز بسیار عادی به نظر می‌رسد اما مشکل زمانی پیش می‌آید که 2 گیگابایت سهم برنامه‌‌‌‌های در حال اجرا به مرز پرشدن نزدیک می‌شود. به عنوان مثال یک بانک اطلاعاتی SQL Server را در نظر بگیرید که برای اتصال هر کاربر به سرور و انجام عملیات موردنظر وی 20 مگابایت حافظه مجازی را در نظر می‌گیرد. با رسیدن تعداد کاربران به مرز یکصد نفر، کل حافظه مجازی 2 گیگابایتی در اختیار SQL Server قرار می‌گیرد و این به معنای نزدیک شدن سیستم به یک نقطه بحرانی در عملیات سرویس دادن به کاربران است. در نسخه‌‌‌‌های 32 بیتی یکی از راه هایی که برای این مساله در نظر گرفته می‌شد، اختصاص 3 گیگابایت از حافظه مجازی به برنامه‌‌‌‌های درحال اجرا بود. این روش که با استفاده از دستکاری در فایل boot.ini انجام می‌گرفت، یک گیگابایت از حافظه مجازی در اختیار سیستم عامل را به سهمیه حافظه مجازی برنامه‌‌‌‌های در حال اجرا واگذار می‌کرد و تا حدودی مشکل کمبود حافظه مجازی را رفع می‌کرد. اما خود این عمل هم عوارض جانبی خاص خود را دارد و آن محدود شدن کرنل سیستم عامل به یک گیگابایت حافظه مجازی برای انجام عملیات cache است. این محدود شدن باعث افت سرعت انتقال اطلاعات از سرور به کلاینت ها می‌شود. ضمن این که باز هم در نهایت با زیادترشدن تعداد کاربران یا پردازش‌‌‌‌های موردنظر آنان، این 1 گیگابایت الحاق شده نیز به مرز اشتغال شدن کامل نزدیک می‌شود و مدیران سیستم را به ناچار مجبور به افزایش تعداد سرورها برای رفع مشکل می‌کند. با آمدن ویندوز 2003 نسخه 32 بیتی، قدرت آدرس دهی سیستم عامل برای حافظه‌‌‌‌های فیزیکی (RAM) به 32 گیگابایت برای نسخه Enterprise و 64 گیگابایت در نسخه DataCenter افزایش یافت و این به معنای نیاز کمتر سیستم به استفاده از حافظه مجازی و در نتیجه کمتر شدن مشکل مربوط به محدودیت حافظه‌‌‌‌های مجازی بود. اما به هر حال استفاده از حافظه مجازی برای پردازش اطلاعات امری گریزناپذیر است و به همین دلیل توجه سازندگان سیستم عامل همواره معطوف به پیدا کردن راه حلی برای عبور از این مشکل بود. سرانجام با مطرح شدن و تولد سیستم عامل 64 بیتی ویندوز 2003 که با استفاده از قدرت پردازنده‌‌‌‌های 64 بیتی جدید قادر بود از یک سیستم آدرس دهی 40 بیتی استفاده کند، میزان حافظه مجازی قابل دسترسی سیستم از 4 گیگابایت به 40 2 یعنی 16 ترابایت (هزار گیگابایت) افزایش یافت. بدین ترتیب 8 ترابایت از این ظرفیت در اختیار برنامه‌‌‌‌های در حال اجرا و 8 ترابایت دیگر در اختیار سیستم عامل قرار گرفت. مهم ترین سؤالی که در این جا می‌توانست مطرح شود این است که آیا برنامه‌‌‌‌های سابق محیط 32 بیتی که برای استفاده از حداکثر 3 گیگابایت حافظه مجازی کامپایل شده اند قادر به بهره بردن از این 8 ترابایت فضای جدید هستند یا خیر. پاسخ این سؤال هم می‌تواند مثبت باشد و هم منفی. بدین صورت که برخی برنامه‌‌‌‌های کامپایل شده در محیط‌‌‌‌های 32 بیتی که به صورت صریح قدرت استفاده از حداکثر 3 گیگابایت حافظه مجازی را دارند، با ورود به محیط 64 بیتی هیچ تغییری را احساس نخواهند کرد. اما برخی دیگر که با تکنولوژی Large Address ware کامپایل شده اند قادر خواهند بود تا 4 گیگابایت از حافظه مجازی را در محیط جدید مورد استفاده قرار دهند. از لحاظ سرعت انجام عملیات نیز برخی برنامه‌‌‌‌های کامپایل شده در محیط 32 بیتی (مثلا برنامه‌‌‌‌های نوشته شده با ASP.NET که از تکنولوژی Multithreading برای اجرای موازی چند دستورالعمل در آن واحد استفاده می‌کنند)، به دلیل قدرت بی نظیر پردازنده‌‌‌‌های 64 بیتی در انجام این کار می‌توانند از مزایای محیط جدید اجرا استفاده کرده و سرعت اجرای خود را افزایش دهند. اما اگر برنامه ای (مثلا یک فایل Exe) در محیط توسعه ای مثل ویژوال بیسیک نسخه ششم برای دسترسی به یک پایگاه داده و کار با آن بدون استفاده از مکانیسم پردازشی موازی و به صورت ساده نوشته شده باشد، این برنامه حتی اگر برروی یک سرور 64 بیتی هم اجرا شود نمی‌تواند از قابلیت‌‌‌‌های محیط جدید سودی ببرد. بنابراین اگر قرار است این برنامه روی کلاینت نصب شده و پایگاه داده موردنظر که SQL Server است روی یک سرور باشد، بهتر آن است که کلاینت در همان وضعیت 32 بیتی باقی بماند و سرور به نسخه 64 بیتی ویندوز 2003 ارتقاء داده شود. در این صورت موتور بانک اطلاعاتی SQL Server که در تمام نسخه‌‌‌‌های خود از شیوه Multithreading برای انجام دستورات موردنظر کاربران استفاده می‌کند، می‌تواند در محیط جدید با سرعت بهتری فرامین رسیده از طرف کلاینت ها را پردازش کرده و نتیجه را سریع تر به‌ آنها برگرداند و کارایی کلی این سیستم بانک اطلاعاتی را به نحو مطلوبی افزایش دهد.

 

 

 

منبع:

سایت سرزمین دانلود بخش آموزشی:

 http://opizo.me/sE539c

 

اطلاعات بیشتر نیاز دارید به لینک‌‌‌‌های زیر مراجعه نمایید

http://opizo.me/Ij76P2

http://opizo.me/6a41SP

 

می خواهید اخبار مربوط به پردازندهها را دنبال کنید به لینک زیر مراجعه فرمایید

http://opizo.me/vQOJF6