JU MJEŠOVITA SREDNJA ELEKTRO-MAŠINSKA ŠKOLA LUKAVAC

Školska 2014/15 godina

MATURSKI RADRazlika između HyperThreading i

Dual Core procesora

Mentor: Učenik:

Armin Džibrić

Lukavac, maj 2015. godine

Razlika između HT i Dual Core procesoraArmin Džibrić

Komisija:

1.___________________________

2.___________________________

3.___________________________

Komentar:

Ocjena: Mentor:

______________________ ____________

2

Razlika između HT i Dual Core procesoraArmin Džibrić

Sadržaj:1. UVOD U PROCESORE..............................................................................................................4 1.1 Funkcije procesora..................................................................................................................52. VIŠEJEZGRENI PROCESORI (DUAL-CORE)........................................................................63. HYPERTHREADING (VIRTUELNE JEZGRE).......................................................................9 3.1 Neiskorištenost procesora....................................................................................................11 3.2 Kako radi HyperThreading ?................................................................................................12 3.3 Namjena i prednosti HT procesora.......................................................................................154. DUALCORE PROCESORI (DVA U JEDNOM)....................................................................16 4.1 Zagrijavanje..........................................................................................................................175. ZAKLJUČAK (Razlika između HT i DualCore)......................................................................196. LITERATURA..........................................................................................................................21

3

Razlika između HT i Dual Core procesoraArmin Džibrić

1. UVOD U PROCESORE

Procesor (u stvari kratak oblik za riječ mikroprocesor, koji se često zove i CPU ili centralna procesorska jedinica) predstavlja središni sastavni dio PC računara. Ova vitalna komponenta je na neki način odgovorna za sve što radi PC računar. Procesor pored ostalog određuje, u najmanju ruku djelimično, koji operativni sistemi će se upotrijebiti, koji softverski paket može da radi na PC računaru, koliko mu je električne energije potrebno i koliko će sistem biti stabilan. Procesor takođe uglavnom određuje i koliko će cijeli sistem da košta: što je procesor noviji i moćniji, mašina će biti skuplja.

Kada je mađar po rođenju John von Neumann prvi predložio pamćenje niza instrukcija u istoj memoriji gde se nalaze i podaci, to je stvarno bila inovativna ideja. On je to napisao 1945. godine u svom "Prvom nacrtu izveštaja o EDVAC-u". U tom izveštaju, računar je bio organizovan u četiri glavne celine: centralna aritmetička jedinica, centralna upravljačka jedinica, memorija i ulazno/izlazni uredjaji. Danas, posle više od pola veka, gotovo svi procesori imaju "von Neumann-ovu" arhitekturu.

Osnovni delovi procesora su:

1. Jezgro (Manchester, Northwood, Prescott, Smithfield, Toledo...)

2. L2 cache

3. L1 cache (instrukcijski)

4. L1 cache (informacioni)

5. Logicki cip

6. Memorijska sabirnica (BUS)

7. FSB;

8. Pinovi ('iglice procesora'')

9. Utor (nalazi se na maticnoj ploci) {socket 940, 775, 939, 780,754,370, 478...}

Brzina se rada procesora kvantitativno ne mjeri u megahercima, kako se standardno označavaju, nego u flopovima.Na starim je računarima još postojao i matematički koprocesor, koji je omogućavao operacije s pomičnim zarezom, a danas je to sastavni dio samog centralnog procesora. Da bi se ubrzao računar procesor ima svoju priručnu memoriju (engl. ''Cache'') za podatke i instrukcije iz koje može

4

Razlika između HT i Dual Core procesoraArmin Džibrić

dohvatati puno brže nego iz glavne memorije.Danas možemo vidjeti kako su "spremnici" sve veci te bolji proporcionalno sa radnim taktom. Procesoru je moguće dići radni takt iznad nazivnog te samim time efektivno povisiti performanse – ta se metoda zove overclocking. No, krajnji rezultat može biti uništenje procesora.Ta metoda je zapravo sasvim suvišna za računala koje imaju slabe operativne delove jer nećemo zapravo za tih 15% dobiti skoro ništa.Brzina procesora se mjeri u MFLOPS (Mega Floating-point Operations per Second) a ne u megahercima (MHz) ili gigahercima (GHz) kako je uobičajeno.Na ovaj način možemo uporediti brzinu AMD i Intel procesora. Stariji način mjerenja je bio u MIPS (Million Instructions per Second).

1.1 Funkcije procesora

Procesor (centralni procesor, centralna jedinica) predstavlja programski upravljan digitalni uređaj koji obavlja sledeće funkcije:

• na osnovu instrukcija obrađuje podatke izvršavanjem nad njima relativno prostih operacija-mašinskih operacija;

• donosi odluke u procesu obrade o toku odvijanja izvršenja instrukcija programa;

• upravlja ostalim komponentama računara;

• obezbjeđuje prenos podataka između komponenata računara, kao i razmjenu podataka sa spoljnim okruženjem.

Procesor radi izvršavajući program smešten u operativnu memoriju, koji se sastoji od sledećih aktivnosti:

• prenos (pozivanje) svake instrukcije iz operativne memorije u upravljačku jedinicu;

• prenos podataka iz operativne memorije ili registra procesora u aritmetičko-logičku jedinicu;

• izvršenje (realizacija) operacije predviđene tom instrukcijom;

• pamćenje rezultata u operativnoj memoriji ili registrima.

2. VIŠEJEZGRENI PROCESORI (DUAL-CORE)

U današnjem svijetu računara koncept višejezgrenosti u procesorima postao je opšte prihvaćen i svi teže da u svom računaru imaju više jezgra, na većem taktu kako bi poboljšali svoje performanse. Što nam ustvari donosi višejezgrenost i na koji način je koncipiran rad ovakvih procesora je pitanje koje često ne muči kupce, jer se

5

Razlika između HT i Dual Core procesoraArmin Džibrić

vode izrekom "više je bolje", pa makar bilo i nešto skuplje. Ipak, kako bi vaša kupovina bila što odmjerenija, a trošak novca i dobivene performanse što optimalnije odlučili smo vam ukratko objasniti osnovni koncept višejezgrenih procesora, opisati načine funkcionisanja, te objasniti istoriju razvoje ove inovativne tehnologije, koja je u trenu kada se činilo da razvoj procesora dolazi do granice mogućnosti otvorila nove horizonte.

Sl. Normalizirana performansa i početni Intel Pentium 4 Procesor

Prije svega potrebno je objasniti razloge koji su naveli proizvođače na tako drastičnu promjenu arhitekture procesora. Razvojem računara povećava se frekvencija rada procesora, te na taj način omogućava veći broj operacija u jednom radnom taktu. Prema Mooreovom zakonu očekuje se da se svake dvije godine performanse procesora udvostručuju uz stagnaciju cijene procesora, što ustvari znači da prema davno utvrđenom pravilu performanse moraju stalno rasti, a cijena bi se trebala zadržati. Ovo zvuči prilično nerealno, jer poboljšanje performansi naprednoj tehnologiji ne može ići u nedogled, te tu proizvođači dolaze do prepreke koju im predstavlja materijal od kojeg su čipovi napravljeni. Baza za izradu procesora je silicijum, na čijoj se površini vrši integracija tranzistora koji se brinu za svaku i najmanju operaciju u računaru.

Silicijum je metal sa određenim ograničenjima od kojih je za računalnu industriju navažnije temperaturno ograničenje, koje onemogućava da procesori rade na temperaturama višim od 100°C. Ta činjenica, ako imamo na umu drastično

6

Razlika između HT i Dual Core procesoraArmin Džibrić

povećanje zagrevanja procesora povećanjem radnog takta dovodi nas do određene granice, a nju predstavlja radni takt koji će uzrokovati zagreavanje čipa na tu kritičnu temperaturu. daljni razvoj je svakako moguć, ali skup. Prema stručnjacima vodećih korporacija, konstrukcija procesora 20% veće brzine skuplja je dva puta od prethodnika.

Očito je da da povećanje performansi na ovaj način nije trajno rešenje za napredak tehnologije i proizvođači dolaze u probleme, kako povećati performanse, ako zadržimo isti radni takt. Odgovor se nameće sam po sebi, napravimo sastav sa dva procesora koji će obavljati paralelno različite zadatke ili još bolje, napravimo jedan procesor sa dva jezgra kako bi skratili komunikacijski put između jezgra. Paralelno sa razvojem ove koncepcije proizvođači se okreću povećanju priručne memorije koja je zadužena za pribavljanje određenih instrukcija procesoru i prije nego ih on zatreba skraćujući tako vrijeme reagiranja u trenutku kad ih je potrebno pribaviti. Ova dva koncepta temelji su razvoja današnjih procesora i svaka novija generacija postavlja nove granice broja jezgra i veličine priručne cache memorije.

Sl. Performanse

po Wattima u odnosu na

broj jezgara

Sada se nameće pitanje kako je moguće ciljati u daljnji razvoj procesora na osnovu povećanja broja jezgra, kad smo donedavno imali velike procesore sa samo jednom jezgrom koji su trebali dobro aktivno hlađenje, a sada povećavamo njihov broj. Tu je industrija doskočila na način da se povećava stepen integracije procesora, a on

7

Razlika između HT i Dual Core procesoraArmin Džibrić

ustvari predstavlja broj tranzistora koje je moguće smestiti na jednici površine. Napretkom tehnologije, te je tranzistore moguće smestiti međusobno sve bliže, a njihove dimenzije mogu biti sve manje, jer nove tehnologije omogućavaju precizno upravljanje naponom na njihovim konektorima čak i u nanometarskim dimenzijama.

3. HYPERTHREADING (VIRTUELNE JEZGRE)

Hyper Threading je tehnologija istovremene obrade više programskih niti u procesoru, razvijena u tvrtki Intel. Tehnologija višenitne obrade omogućava poboljšavanje općenite učinkovitosti superskalarnih procesora sa hardverskom

8

Razlika između HT i Dual Core procesoraArmin Džibrić

podrškom za višenitni rad. Trenutno je implementirana u procesorskim obiteljima Atom, Core i3, Core i5, Core i7, Itanium, Pentium 4 i Xeon.

Sl. Prikaz procesora s jednom jezgrom sa i bez hyperthreading tehnologije

Za svaku prisutnu procesorsku jezgru operativni sustav pristupa prema dva virtualna procesora i raspoređuje opterećenje između njih kad je to moguće. Hyper Threading zahtijeva da operativni sustav podržava više procesora ali i da bude optimizran za rad s njima.

Korijeni tehnologije susreću se u tehnologiji koju je razvijala tvrtka DEC (Digital Equipment Corporation) ali ju je na tržište plasirala tvrtka Intel 2002. godine u procesoru Pentium 4 HT Northwood koji je radio na 3,06 GHz.

Prema tvrdnjama iz tvrtke Intel , procesori s ugrađenom tehnologijom HT postižu do 30% bolje rezultate u usporedbi s identičnim procesorima bez ugrađene tehnologije Hyper Threading.

Hyper Threading procesori (koje nalazimo samo u Intelovoj paleti proizvoda) ne pokušvaju ubrzati rad tako da u jedinici vremena izvršavaju još više instrukcija istog programskog niza. Kod njih se ubrzanje rada postiže istovremenom obradom instrukcija iz odvojenih programskih nizova. Odjednom se izvršavaju dva neovisna procesa (thread) čime se puno lakše ostvaruje bolja iskoristivost pojedinih njegovih radnih jedinica. Osnovni dizajn procesora se unatoč tomu nije previše promijenio. Interni ustroj nije udvostručen. Samo su prošireni elementi kontrolne logike

9

Razlika između HT i Dual Core procesoraArmin Džibrić

smješteni prije i poslije radnih jedinica, a ujedno je ponešto poboljšan ustroj same jezgre. Njezini su osnovni radni elementi uglavnom ostali isti, pa je kontrolna logika glavni element odgovoran za predstavljanje Hyperthreading procesora kao dvoprocesorskog sustava. Tako će Windowsi virtualne procesore skrivene unutar Pentiuma 4 prepoznati kao dva odvojena procesora, a isto tako će ih prepoznati i aplikacije koje su pisane tako da iskoriste prednosti višeprocesorskih sustava. Način na koji Hyperthreading procesor radi u osnovi je vrlo jednostavan. Predstavlja se kao dva virtualna procesora koji nemaju prioritete, a ni striktnu podjelu po radnim jedinicama, nego podjednako konkuriraju za tri radna cjevovoda (pipeline) koji im se dinamički dodjeljuju. Ako, primjerice, jedan proces zahtijeva učitavanje podataka iz glavne memorije, a ne iz L1 ili L2 cachea , onda će za to vrijeme (stotine ciklusa) drugi procesor dobiti na raspolaganje sva tri cjevovoda. Trebaju li međutim oba logička procesora podjednaku radnu snagu, cjevovodi će im biti dodjeljivani pri svakom radnom taktu. Stoga dobitak na brzini rad nije dvostruk, nego ovisno o aplikaciji iznosi od deset do trideset posto, a u rijetkim kombinacijama zabilježeno je i četrdesetpostotno povećanje brzine.

Hyper-Threading je relativno jeftin način povećanja performansi centralnog procesora, a na račun vrlo malog rasta broja tranzistora koji uzrokuje povećanje veličine jezgre (što znači i veće zagrijavanje procesora uz veći utrošak energije). 

To je tehnologija koja zahtjeva vrlo malo dodatnih tranzistora čime zagrijavanje nije bitno povećano u odnosu na očekivani porast toplinske disipacije - s obzirom na veći radni takt procesoraIskorištenje Hyper-Threading tehnologije ponajviše ovisi o aplikacijama koje mogu (ili ne mogu) iskoristiti tu mogućnost. 

Frekvencija rada jezgre procesora

(GHz)

Toplinska disipacija

(W)

Temperatura kućišta (oC)

2.00 52.4 682.20 55.1 692.26 56.0 702.40 57.8 702.53 59.3 712.80 68.4 753.06 81.8 69

Tablica zagrijavanja P4 procesora s Northwood jezgrom

3.1 Neiskorištenost procesora

Hyper-Threading je pseudo-supstitucija za simetrično multiprocesiranje (SMP) tako što jedan procesor interno stvara dva virtualna ili logička procesora. U tehničkom žargonu, ovaj se način rada zove Thread-level-paralellism (TLP) i ne povećava performanse samog procesora već samo poboljšava iskorištenje resursa procesora. Naime, pri radu procesora mnogi su resursi neiskorišteni, odnosno određeno vrijeme

10

Razlika između HT i Dual Core procesoraArmin Džibrić

"čekaju" da obave neki posao. Ideja je kako bi procesor mogao baratati podacima dviju aplikacija paralelno umjesto serijski, kao što to sad radi - a to bi moglo potpuno iskoristiti procesorske resurse umjesto samo djelomično, kao što je to bilo do sada. 

Shema korištenja resursa pri izvođenju dva threada, u konvencionalnom CPU te u procesoru sa Hyper-Threading tehnologijom

Ukupno vrijeme potrebno za izvršenje oba threada 

Izvođenje oba threada u konvencionalnom procesoru 

Izvođenje oba threada u procesoru sa Hyper-Threadingom 

Dakle, CPU nema dvostruke mogućnosti i resurse već ih dijeli između dva logička procesora: svaki logički procesor "bori" se za hardverske resurse jednog fizičkog procesora. Dakle, osnovna filozofija ugrađena u Hyper-Threading jest u tome da pri izvođenju mnogih zadataka procesor nije potpuno iskorišten.Najveći problem u povećanju performansi procesora leži u činjenici kako broj instrukcija izivednih u jednom taktu ne raste proporcionalno s brojem izvršnih jedinica procesora nego prilično sporije. Točnije, iako Pentium 4 ima 3 paralelne jedinice za cjelobrojno zbrajanje, dvije jedinice za računanje s pomičnim zarezom te dvije memorijske jedinice (cache) - ti resursi nikad nisu zajedno i potpuno uključeni u izvođenje naredbi. U većini slučajeva većinom stoje i čekaju podatke ili su nepotrebni za operaciju koja se upravo odvija. To je i najvažniji aspekt koji Hyper-Threading pokušava iskoristiti. Uzmimo primjer: ako program zbraja cijele brojeve, FPU se uopće ne koristi. Rezultat: većina x86 programa neće iskoristiti više od 35% izvršnih jedinica Pentium 4 procesora - u jednom trenutku. No, kako sve više aplikacija može iskoristiti prednosti višeprocesorskih sustava i omogućuju izvođenje više instrukcija istovremeno (multi-threading) tako i koncept HT-a ima sve više smisla, u svjetlu boljeg iskorištenja resursa procesora. 

11

Razlika između HT i Dual Core procesoraArmin Džibrić

3.2 Kako radi HyperThreading ?

Prvi dio Pentium 4 procesora odgovoran je za davanje dekodiranih x86 instrukcija izvršnom dijelu cjevovoda, gdje su smještene udvostručene jedinice dva logička procesora. Trace Cache sadrži već dekodirane instrukcije (UOPS), a nije udvostručen već se dijeli među logičkim procesorima, koji imaju vlastite Instruction Pointere koji upućuju na slijedeću instrukciju koja će se izvoditi. Instrukcije iz Trace Cachea stavljaju se u UOP red (UOP queue) koji je individualan za svaki virtualni CPU. Ako u Trace Cacheu nema instrukcija (TC je svojevrstan L1 cache), CPU će izvršiti instrukcije iz L2 cachea, a tu se koristi Instruction Translation Lookaside Buffer (ITLB) koji prevodi adrese pohranjene u Instruction Pointeru u fizičke adrese. ITLB je individualan za svaki logički CPU, dok se L2 cache dijeli. Također, samo je jedan x86 dekoder, no ona nikad nije previše opterećen jer je većina dekodiranih instrukcija pohranjena u Trace Cacheu. Ako oba logička procesora istovremeno pristupe decoderu, on određuje prioritet i izvodi cjelovito dekodiranje instrukcije prvo za jedan a tek potom za drugi logički CPU. Dekodirane instrukcije se pohranjuju u Trace Cache, naravno. Izvršna jedinica prima sekvence instrukcija u dvije linije, svaku od jednog logičkog procesora. Potom se sve instrukcije prosljeđuju kroz Allocator i Register Rename jedinice, gdje procesor dodjeljuje resurse za izvršenje instrukcija. Registeri i bufferi dijele se među logičkim CPU a ako se neki od resursa više ne koristi, automatski je na raspolaganju drugom logičkom CPU. Čim je ovaj stupanj obrade završen, instrukcije se sortiraju u dva reda - jedan za operacije s memorijom i drugi za "ostale operacije", a oba se dijele u dvije grupe, svaku za pojedini logički CPU. Potom se mikrooperacije sortirane na ovaj način prosljeđuju do Scheduling stupnja, gdje idu dalje u izvršnu jedinicu (Execution Unit) procesora, po sistemu "prvi-dođe-prvi-izađe" (first-in-first-out). Moguća je i zamjena prioriteta od izvršenja instrukcija jednog logičkog CPU-a na drugi. Na ovom su stupnju su mikrooperacije logičkih CPU-a potpuno izmiješane, te mogu biti izvođene simultano. Kako su registri fizičkog procesora vrlo usko povezani sa registrima logičkih CPU-a, moguće je izvršavati instrukcije bez posebnog praćenja kojem procesoru koja instrukcija pripada. No, Retirement jedinica obnavlja početni red instrukcija i određuje kojem logičkom procesoru pripadaju, a Re-Order Buffer podijeljen je na dvije polovice, za svaki logički procesor po jedna. Ne zaboravite kako su L1 i L2 cache također dijeljeni među logičkim procesorima te, iako je Data Translation Lookaside Buffer (DTLB) dijeljen (DTLB transformira adrese procesiranih podataka u njihove fizičke adrese), ipak su svi podatci već označeni sa CPU identifikatorom. Na taj način se odmah zna kojem logičkom procesoru pripada pojedina instrukcija ili podatak. Na opisani način Hyper-Threading tehnologija dozvoljava opterećenje izvršnih jedinica procesora mnogo jače no što je to kod drugih procesora zahvaljujući simultanom procesiranju dviju linija instrukcija. No, ovaj pristup nije uvijek efikasan i s pozitivnim učinkom: ako su logički CPU postavili zahtjeve za procesiranjem sličnih ili čak istih sljedova instrukcija, neće biti nikakvih poboljšanja performansi jer će jedan od zahtjeva uvijek zauzeti sve raspoložive resurse, a drugi će virtualni CPU jednostavno čekati na red. Ako drugi virtualni CPU čak i ima prioritet izvođenja, operativni sustav će ipak misliti kako su tu dva neovisna procesora i ništa neće poduzeti kako bi riješio problem te će sustav biti paraliziran. To je jedan od razloga zašto Intel stimulira proizvođače softvera da svoje aplikacije optimiraju za korištenje

12

Razlika između HT i Dual Core procesoraArmin Džibrić

Hyper-Threadinga. Jedan od glavnih principa te optimizacije je korištenje nove instrukcije PAUSE, koja ne može "zamrznuti" fizički CPU te se tako izbjegavaju prazni radni taktovi u procesoru.

 

Sl. Dvije niti u jednom procesoru(Task Manager)

Ono što je najvažnije jest kako je Hyper-Threading potpuno transparentan prema operativnom sustavu i to se vidi pri korištenju više aplikacija istovremeno, odnosno pri multitaskingu, ali za poboljšanja performansi pojedine aplikacije proizvođači softvera moraju prilagoditi svoje aplikacije. Neke od njih, gdje je podrška za dvoprocesorske ili višeprocesorske sustave pravilno implementirana, već sad će osjetiti poboljšanja performansi.

Aplikacije koje koriste jednostruke (non-multithreaded, odnosno single-threaded) zahtjeve procesoru neće imati koristi od Hyper-Threadinga, no ako istovremeno rade dvije takve aplikacije, HT će pokazati svoje prednosti u odnosu na slučaj kad bi koristili procesor bez Hyper-Threading tehnologije (ili isti procesor s isključenom HT), kad bi se koristio uobičajeni "load balancing", odnosno naizmjenično izvođenje instrukcija. Dakle, ako imate slučaj da koristite program za crtanje dok slušate MP3 datoteke (player u pozadini, na primjer), performanse na procesoru sa Hyper-Threadingom biti će bolje, neovisno što svaki od tih programa pojedinačno ne koristi mogućnosti Hyper- Threadinga.

13

Razlika između HT i Dual Core procesoraArmin Džibrić

Sl. Aplikacije koje koriste jednostruke zahtjeve(Task Manager)

No, ukoliko radimo samo s jednom aplikacijom koja potpuno okupira procesor, Hyper-Threading može i negativno utjecati na performanse, odnosno neuspješno administriranje izvođenja naredbi u Hyper-Threading modu usporit će performanse.

 

Sl. Dvoprocesorski mod prikazan u Device Manageru

3.3 Namjena i prednosti HT procesora

Glavna namjena ove tehnologije je da smanji broj ovisnih instrukcija u cjevovodu kako bi se unaprijedilo paralelno izvršavanje instrukcija.

Prednosti koje ova tehnologija pruža su poboljšane performanse, stabilniji rad te poboljšana reaktivnost programa. Prema nekim mjerenjima, poboljšanje performansi u nekim aplikacijama, kroz softver optimiziran za višenitni rad, može

14

Razlika između HT i Dual Core procesoraArmin Džibrić

iznositi i do 30%. S druge strane, neki programi koji nisu prilagođeni za rad na procesorima s Hyperthreading tehnologijom mogu imati lošije performanse nego kada se izvršavaju na procesorima koji nemaju uključenu tu mogućnost.

Hyper-Threading tehnologija se oslanja na činjenicu kako pojedini resursi procesora nikad nisu istovremeno aktivni niti potpuno iskorišteni, pa se udvostručavanjem pojedinih dijelova te optimalnim (zajedničkim) iskorištenjem drugih poboljšavaju performanse. Kod aplikacija optimiranih za rad s višeprocesorskim sustavima (multi-threaded aplikacije) dolazi do povećanja performansi, pa čak i pri istovremenom korištenju dvije aplikacije koje ne podržavaju multithreaded način rada - svaki će virtualni procesor preuzeti dio poslova pojedine aplikacije.Sve u svemu, povećanja performansi u različitim su aplikacijama prilično nedosljedna (od gubitaka performansi pa do povećanja od 30% u odnosu na isti procesor s isključenim Hyper-Threadingom), no prirodom rada modernih operativnih sustava (multitasking...) ipak je pokazana prednost (barem u većini aplikacija). Budućom implementacijom multi-threaded načina rada u sve veći broj aplikacija ova će se tehnologija pokazati još zanimljivijom.

4. DUALCORE PROCESORI (DVA U JEDNOM)

Dual-core procesori imaju dva procesorska jezgra smeštena na jednoj silikonskoj podlozi i, po svemu sudeći, predstavljaju dominantni pravac u kojem će se procesori budućnosti razvijati. Težnja je da se obezbedi povećanje performansi bez radikalnih promena u načinu koncipiranja jezgara. Svako jezgro radi kao poseban procesor i ima svoju keš memoriju. Jezgra dele memorijski kontroler, što na prvi pogled može

15

Razlika između HT i Dual Core procesoraArmin Džibrić

izgledati kao „usko grlo”, ali, ako se uzme u obzir brzina magistrale, razloga za brigu nema. Svako jezgro može posebno da izvršava barem jedan zadatak tako da multitasking na dual-core sistemima značajno dobija na brzini. Štaviše, ide se na to da svako jezgro izvršava istovremeno više tredova, čime će se brzina još značajnije uveća

Sl. Dva jezgra u Intel Pentium procesoru

Iako značajni, takvi dobici na brzini nisu zadovoljili ni proizvođače ni potrošače, a naravno da nisu zadovoljni ni marketinški odijeli koji uvijek žele nešto s čim mogu privlačiti buduće korisnike i uvjeravati ih kako je upravo njihov proizvod ono što neizostavno trebaju. Trebalo je otići korak dalje, ali još uvijek pod osnovnim ograničenjem da se upotrijebi samo jedan fizički procesor odnosno jedno procesorsko podnožje kako bi se izbjeglo korištenje puno skupljih višeprocesorskih matičnih ploča. Budući da je istovremeno s «udaranjem» u granicu od 4GHz dosegnut već zavidan stupanj smanjivanja elektroničkih elemenata procesora (i drugi čipova), došlo se do logične ideje da se na osnovi supstrat postave dvije identične jezgre, što takav procesor efektivno pretvara u dva procesora uz (željeno) zadržavanje samo jednog procesorskog kučišta. Jasno je da je pritom ipak trebalo riješiti neke dodatne probleme, no kako su oni u velikoj mjeri već bili riješeni u prvim višeprocesorskim sustavima, nova je ideja vrlo brzo dobila na popularnosti i nije trebalo dugo čekati do njezina ostvarenja u praksi. Očekivalo se, naravno, da će Intel probiti led i predstaviti prvi dvojezgreni (dual-core) procesor, no ta je čast pripala AMD-u koji je predstavio odlično riješenje vrlo dobrih radnih karakteristika. Intel je odgovorio svojom serijom procesora s oznakom «D», no ni AMD u međuvremenu nije spavao, te je i on odgovorio serijom procesora Athlon 64 X2, koji sami po sebi predstavljaju odličnu reklamu za multi-core tehnologiju i zorno prikazuju da je to put kojim treba nastaviti. Iako je AMD bio prvi, može se reći kako dva glavna igrača, barem kad su u pitanju dual-core procesori vode mrtvu utrku.

16

Razlika između HT i Dual Core procesoraArmin Džibrić

Najveće se razlike ne vide u samoj tehnologiji, nego u pristupu prodaji i marketingu, a zanimljivo je uočiti kako su se pozicije nekako zamijenile. Tako AMD svoje dual-core procesore više gura na tržište radnih stanica i servera, dok Intel pokušava osvojiti mainstream dio tržišta. Tako se dogodilo da je AMD-ov procesor Athlon 64X2 postao i bolje i skuplje riješenje od Intelove serije «D», no lako je moguće da konačnu pobijedu odnese Intel jer će nižom cijenom osvojiti veći dio tržišta koji će kasnije biti spremniji na ponovnu nabavu Intel dual- i multi-core procesora. Teško je prognozirati kako će se situacija zaista razviti, ali je iz trenutne «politike» obaju proizvođača lako pročitati kako ona prije svega proizlazi iz njihovih proizvodnih mogućnosti. AMD na tom području još uvijek značajno zaostaje za Intelom, stoga je jasno da svojim najboljim produktima mora dati određenu dozu ekskluzivnosti. Intel je pak u stanju zatrpati tržište velikom količinom procesora te tako postići veliku penetraciju i nisku cijenu što u najvećoj mjeri i čini.

4.1 Zagrijavanje

Kod Intelova procesora Pentium D situacija je nešto zamršenija, a osnovni problemi proizlaze iz činjenice da na radnom taktu od 3,2 GHz procesor ima termalnu disipaciju od 130W. Drugi je nedostatak dizajna u tome što je trebalo napraviti posve nove chipsete jer se kod Intela memorijski kontroler ne nalazi u procesoru nego u northbridge dijelu chipseta. Neke su stvari ipak ostale unutar dobro poznatih okvira. Procesori Pentium D i dalje se mogu koristiti u LGA775 podnožjima, a koristi se i provjerena 800-megahercna FSB sabirnica. Zanimljivo je da jezgre koriste FSB sabirnicu za svoju komunikaciju, što je svakako lošije riješenje od AMD-ovog gdje jezgre komuniciraju preko internih veza i to maksimalnim radnim taktom. Svaka jezgra ima L2 cache kapaciteta 1MB. Prema nekim izvorima,razmišljalo se i o kapacitetu od 2MB po jezgri, no ispostavilo se da bi to bio preveliki zahtjev za 90-nanometarski proizvodni proces. Stoga se može očekivati kako će L2 cache narasti tek kad Intel prijeđe na proizvodne procese još manjih dimenzija. Unatoč navedenim ograničenjima Intel je ipak uspio postići da je brzina izvršavanja odgovarajućih višenitnih (multi-threaded) aplikacija značajnije veća od brzine kojom bi se one izvršavale na standardnom single-core procesoru. Jedno od neospornih prednosti u odnosu AMD Athlon 64 X2 javlja se kod inačice Extreme Pentiuma D. Ta inačica osim dvije jezgre nudi još i tehnologiju Hyperthreading primjenjenu na svakoj jezgri,pa se operativnom sustavu predstavlja kao 4 logička procesora. Može se reći kako kombinacija dviju fizičkih i dviju virtualnih jezgri ponajbolje iskorištava sve resurse, no to ćete platiti prilično skupo, što korištenje takvog procesora ograničava na prilično malen krug potencijalnih korisnika. Največi je problem Intelovihprocesora Pentium D ipak u velikoj energetskoj potrošnji. Uspije li Intel riješiti taj problem i još više se približiti granici od 4 GHz, vidjet ćemo i značajniji napredak u brzini

17

Razlika između HT i Dual Core procesoraArmin Džibrić

izvršavanja multi-threaded softvera, a da pritom taj napredak nećemo morati platiti korištenjem rashladnih sustava dostojnih space-shuttlea.

5. ZAKLJUČAK (Razlika između HT i DualCore)

Hyper-Threading Tehnologija

Hyper-Threading tehnologija pravi dvije virtuelne procesne jezgre za svaku fizičku jezgru u CPU. Fizička jezgra pokreće virtuelne jezgre, koja dijeli odgovornost obrade podataka. Svako jezgro posebno je identično drugome, iako nije jednako snažno kao fizička jezgra, zajedno one daleko premašuju snagu fizičke jezgre kada HT nije uključen. Korištenje ovih virtualnih jezgara omogućava procesoru da raspodjeli procese između jezgara u realnom vremenu.

Prednosti Hyper-Threading tehnologije

18

Razlika između HT i Dual Core procesoraArmin Džibrić

Opterećenje koje su stvorile CPU operacije, kao što su pokretanje dva zahtjevna programa istovremeno – operacija koja bi trebala usporiti jedno, fizičko jezgro bez obzira na nominalnu snagu – je dijeljenje između virtuelnih jezgara u procesoru koji koristi HT tehnologiju. S dva virtualna jezgra rješavanje procesa u isto vrijeme, vrijeme procesa je sporije, program se otvaraju brže I vaš računar će brže odgovarati na naredbe tijekom zadavanja više procesa. Ukratko, Hyper-Threading povećava učinkovitost obrade.

Dual-Core Technologija

Dual-Core tehnologija je tehnologija koja stavlja dodaje dodatni fizički procesno jezgro. U jednojezgrenom procesoru, procesi se procesuiraju jedan po jedan. U procesorima s dvije ili više jezgri, zadavanje više procesa je daleko učinkovitije jer više jezgara je dostupno da izvrše procese. Što više imate jezgara, to više podataka možete da izvršite u manjem vremenu.

Prednosti Dual-Core

Dual-Core tehnologija ima sve prednosti Hyper-Threading tehnologije i tako. Za razliku od HT tehnologije, koja koristi dvije virtualne jezgre za svaku fizičku da izvrši process učinkovitije, višejezgrena tehnologija dodaje fizičke jezgre. Kao što je jedno fizičko jezgro jače od jednog virtualnog jezgra, dvojezgreni processor je jači od jednojezgrenog procesora sa Hyper-Threading tehnologijom. Mnogi novi modeli procesora su HT i višejezgreni koji omogučavaju bolje performance. Na primjer ako imate četverojezgreni processor sa HT, imat ćete osam virtualnih jezgara.

Glavni problem usporavanja računara je oduvijek bila činjenica da processor normalno može da podrži samo jednan zadatak ili jednu nit istovremeno. Kada se softver evoluirao da podrži višeniti, procesori su postali usko grlo. Hyper-Threading I višejezgrene tehnologije rješavaju ovaj problem na različite načine. Oba imaju svrhu da računar može izvršiti više od jednog zadatka odjednom.

Hyper-Threading

Omogućava jednom procesoru da radi dvije komande istovremeno. Iako ima samo jednu procesorsku jezgru, jezgra ponekad počinje da računa, ili izvršava komandu I zatreba mu više informacija. Ono šalje zahtjev pitajući za nove podatke. Dok čeka da dodatne informacije dođu, procesor radi na sledećem zadanom zadatku. Kada je upitanju računarski softver, procesori izvršavaju dvije niti istovremeno, smanjujući kašnjenja što je više moguće

Dual-Core

Imaju nekoliko fizički odvojenih procesorskih jezgara koji se nalaze na istom čipu. Otkako proizvođaći koriste samo jedan čip, ne košta puno više od jednojezgrenog procesora I košta manje nego da se koristi više procesora na više čipova. Čip sadrži

19

Razlika između HT i Dual Core procesoraArmin Džibrić

dodatni ulazno izlazni registar I dodatne jezgre. Kad komanda stigne, registry prebacuju u procesorsko jezgro koji se nalazi u stanju mirovanja, I kreće s poslom. Višejezgreni procesori imaju takođe Hyper-Threading tehnologiju koja daleko više povećava performanse u izvršavanju procesa

Čak ni Hyper-Threading, kao ni višejezgrene tehnologije ne prave bolje performanse i brzine kao što prave odvojeni procesori. Hyper-Threading, koristi vrijeme čekanja jednojezgrenog procesora, I prosječno povećava performanse za 30%. Višejezgrene tehnologije približavaju se performansama odvojenih procesora ali gube brzine u prebacivanju I koordiniranju između jezgara. Proizvođači računara obično prave posebne jezgre na manjim brzinama da se sačuva energija, I četverojezgreni procesori mogu samo duplo imati bolje performanse od jednojezgrenog u pokretanju aplikacija.

6. LITERATURA

Mario Kovač, „Osnove procesora“

Slobodan Ribarić, „Građa računala''

Arthur Farias, „Basic Computer Architecture“

Copernicus P. Pepito, „Computer Fundamentals and Information Technology“

Bojan Jerbić, „Osnove računarstva“

Novica Nosović, Željko Jurić: „Osnove računarskih arhitektura"

William Stallings, „Organizacija i arhitektura računara”, CET (Computer

Equipment and Trade) Beograd, 2012.god.

20

Razlika između HT i Dual Core procesoraArmin Džibrić

Mark Minasi, „Nadogradnja i održavanje PC računara”, Mikro knjiga, 2005.god.

Andrew S. Tanebaum, „Arhitektura i organizacija računara”, Amsterdam, 2007.

god.

Danilo Obradović, „Osnovi računarstva”, Stylos, 2003.god.

Aleksić. T.Ž., „Računari: organizacija i arhitektura”, Beograd, 1985.god.

21