کارکرد پردازشگرهای دو هسته‌ای‌

پیش از آنکه به شرح و معرفی برخی از پردازشگرهای دو هسته‌ای بپردازیم، لازم است به این نکته اشاره داشته باشیم که اصلا و اساسا چرا شما به چنین محصولی نیاز دارید؟

کاربردهای پردازشگرهای دو هسته ای‌

اصولا پردازشگرهای دو هسته‌ای، از دو هسته پردازش کننده در یک پکیج واحد تشکیل می‌شدند که در واقع قابلیت‌های یک کامپیوتر مجهز به چند پردازشگر را با هزینه کمتر فراهم می‌سازد. از طرفی امکان انجام چندین فعالیت همزمان به کمک پردازشگرهای دو یا چند هسته ای میسر می‌شود.  بنابراین پردازشگرهای دو یا چند هسته ای به درد کسانی می‌خورد که مایلند چندین برنامه یا ابزار متفاوت را به طور همزمان مورد استفاده و بهره‌برداری قرار دهند.

البته این به‌این معنا نیست که پردازشگرهای دو هسته‌ای  قدرت اجرایی برنامه‌های واحد را افزایش می‌دهند. اجازه دهید با مثالی این مطلب را روشن کنیم. اگر اهل Game‌های کامپیوتری هستید باید یک پردازشگر با قابلیت اجرایی بالا تهیه کنید، زیرا پردازشگرهای دو هسته ای تنها به اجرای چندین برنامه یا کاربرد چندین ابزار در زمانی واحد کمک می‌کنند و اجرای برنامه‌های سنگین مانند برخی از بازی‌ها به پردازشگرهایی که قدرت اجرایی بالایی دارند نیازمند است.

اگر بخواهید همراه با بازی، برای مثال موسیقی هم گوش کنید، بحث دیگری است که به طور قطع یک پردازشگر دو هسته ای راهگشا خواهد بود.

اینتل؛ پیش گام

همانطور که گفته شد، اینتل در زمینه پردازشگرهای دو هسته ای اولین گام را برداشت. پردازشگرهایی که اینتل عرضه کرد، مبتنی بر هستهPentium 4 Prescott  بودند. در واقع برای اینکه اینتل سرعت عرضه این محصول در بازار را به حداکثر برساند، دو هسته Prescott  را در پردازشگرهای  Pentium D و Pentium Extreme قرار داد که این دو پردازشگر از طریق تراشه MCH موجود در مادربورد با یکدیگر ارتباط داشتند AMD . اما دومین شرکتی بود که به عرضه پردازشگر دو هسته‌ای پرداخت. اولین پردازشگرOpteron  دوهسته ای این شرکت بلافاصله پس از اولین محصول دو هسته ای اینتل در ماه آوریل به بازار عرضه شد.  محصول دو هسته ای بعدی شرکت 2 Athlon 46 X و ویژه کامپوترهای رومیزی بود که در ماه مه 2005 در دو نسخه متفاوت معرفی شد. اگرچه AMD  اولین شرکتی نبود که محصول دو هسته ای به بازار عرضه کرد اما محصولات این شرکت در برخی زمینه‌ها به ویژه در نحوه برقراری ارتباط میان دو هسته پردازنده، دارای مزایای قابل توجهی نسبت به محصولات اینتل است.

در راستای همین اقدامات، در چندین ماه گذشته پیشرفت‌های جدیدی در طراحی پردازشگرها، به ویژه از سویAMD  حاصل شده است. این شرکت علاوه بر طراحی یک4 CPU 6بیتی که باعث برتری یافتن این شرکت در بازار کامپیوترهای رومیزی پیشرفته شد، در حذف کنترل کننده‌های حافظه(MCH)  نیز گام دیگری برداشت که در عملکرد 64  Athlon و تراشه‌هایOpteron  یک پیشرفت قابل ملاحظه نسبت به پردازشگرهای intel  به حساب می‌آید. از طرف دیگر اینتل نیز پردازشگرسازگار64 بیتی را عرضه کرد. به تازگی نیزهردو شرکت پردازشگرهای دوهسته‌ای جدیدی را عرضه کرده اند.

 این پردازشگرها بهتر از آن چیزی که شما انتظار دارید کار می‌کنند. محصول هر دو شرکت دارای دو هسته پردازش کننده فعال در یک قالب هستند؛ هر یک از هسته‌ها به صورت مستقل توابع و پردازش‌های داده را انجام می‌دهد (که البته در مورد اینتل این ویژگی کامل تر است) و هر دو این هسته‌ها توسط نرم‌افزار سیستم عامل هماهنگ می‌شوند.

در حال حاضرAMD  فقط پردازشگرهای کلاس سرور Opteron با دو هسته را به طور کامل به بازار عرضه کرده و به زودی 2Athlon46X برای کامپیوترهای رومیزی را نیز به بازار عرضه می‌کند. اینتل نیز در حال حاضرمحصول  پنتیوم  840Extreme Edition رومیزی  با دو هسته را به بازار عرضه کرده در حالی که خط تولید
 Pentium D و Dual Xeons هنوز متوقف نشده است.

پردازشگرها چگونه کار می‌کنند؟

پردازشگرهای چند هسته ای در واقع ترکیبی از چند هسته در یک قالب واحد هستند، بنابراین در نحوه طراحی آنها می‌توان روش‌های متفاوتی را به کاربست.

برای نمونه، چند پردازشگرهای متقارنSMP (symmetric Multi processing) SMP روش مشترکی است که برای فعالیت چندین پردازشگر به طور جداگانه با یکدیگر در یک مادربورد مورد استفاده قرار می‌گیرد. سیستم عامل با هر دو CPU تقریبا به طور یکسان کار می‌کند و کارهای مورد نیاز را به آنها ارجاع می‌دهد. تراشه‌های دوهسته ای جدیداینتل و AMD تواناییSMP را به صورت داخلی دارند. پردازشگرهای سرور Opteron  دوهسته ای همچنین می‌تواند به صورت خارجی با دیگر تراشه‌های دوهسته‌ای ارتباط برقرار کند.

Hyperthreading

این قابلیت به صورت اختصاصی توسط اینتل در پردازشگرهای چند هسته ای به کار گرفته شده است. اینتل برای آنکه از منابع CPU به شیوه بهتری استفاده نماید، فقط قسمت‌هایی را تکثیر کرده که کار پردازش اطلاعات را انجام می‌دهد. یعنی آنکه منابع داده در داخلCPU  به صورت مشترک استفاده می‌شود. ایدهhyperthreading  برای دو برابرکردن مقدار فعالیت تراشه است، تا کاهش عملکرد سیستم که در اثر فقدان حافظهCash  روی می‌دهد کمتر شود. در این حالتCPU ‌هایhyperthreading  مانند دو پردازشگر حقیقی به نظر می‌رسند. با این وجود، اینCPUها نمی‌توانند عملکردی مشابه دوCPU  مجزا مانندCPU ‌های دوهسته ای داشته باشند؛ زیرا درCPU‌های دو هسته‌ای دوThreads مشابه به طور همزمان و با Cash‌های جداگانه 1 L و2 L می‌توانند اجرا شوند که این عمل در پردازشگرهایhyperthreading  قابل اجرا نیست.

چرا پردازشگر دو هسته ای؟

اما چرا دو شرکت اینتل و AMD  به طور ناگهانی شروع به توزیع پردازشگرهای دو هسته ای کردند و هر دو با حرارت هر بارنسخه‌های تازه تری از این محصول را به بازار عرضه کردند؟  ابتدا باید خاطر نشان کنیم کهAMD  از ابتدا توانایی بالقوه تولید پردازشگرهای دوهسته ای را در محصول  بیتی خود داشت. ساختمان ورودی و خروجی برای دومین هسته درCPU‌های فعلی 64 بیتی AMD  موجود است.

نکته دیگر اینکه هیچ شرکتی نمی‌تواند دیگران را از به دست آوردن فناوری‌های جدید منع نماید و AMD در حال حاضر با موفقیت چشمگیر خط تولید پرداشگرهای 64 بیتی آسودگی بحث مورد توجه دیگر، کارایی است. همانطور که گفته شد، برنامه‌های کاربردی چند رشته ای در پردازشگرهایی که توانایی انجام چند پردازش را دارند نسبت به پردازشگرهایی که یک پردازش را در هر زمان انجام می‌دهند، بهتر عمل خواهند کرد.

البته برای سیستم‌های چند پردازشگره یک ایراد عمومی‌وجود دارد و آن تاخیری است که این CPU ‌ها در اجرای کار سیستم به وجود می‌آورند. به بیان ساده در حال حاضر روشی برای سیستم عامل‌های موجود وجود ندارد تا پردازش‌ها را به طور کاملا مساوی در بین پردازشگرها تقسیم کند.

 پردازشگر دوم عموماً بایک مداخله کمتر و کارایی پایین تر کارمی‌کند، در صورتی که ممکن است پردازشگر اول به صورت 100درصد در حال پردازش باشد.سومین دلیل کمتر نمایان است، ناامیدی AMD  و اینتل است. هر دو شرکت برای افزایش سرعت پردازشگرها و کوچکتر کردن اندازه قالب آنها با یک مانع جدی روبه رو شده اند؛ تا این مانع حذف نشود و یا تا زمانی که کاربران عمومی‌متوجه نشوند که GHZ  به‌تنهایی کارایی را بیان نمی‌کند؛ هر دو شرکت برای دست یافتن به هر پیشرفت که کارایی پردازشگرها را بهبود بخشد تلاش خواهند کرد و تقریباً فلسفه وجودی پردازشگرهای دو هسته ای را نیزمی‌توان همین دلیل آخر دانست.

 شیما حکیمی‌