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多核心處理器

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多核心處理器英语:Multi-core processor),也叫多微处理器核心,是在單個計算元件中,加入兩個或兩個以上的獨立實體中央處理單元(核心,即Core)。這些核心可以分別獨立執行程式指令,利用平行計算的能力加快程式的執行速度。只有兩個核心的處理器,稱為雙核心處理器(dual-core processor)。「多核心」通常是对中央处理器(Central Processing Unit,CPU)而论的,但是某些时候也会指数字信号处理器(DSP)和系统芯片(SoC)。

通常,将两个或更多的独立处理器封装在一個單一集成电路(IC)中的方案,稱為多核心處理器;而封裝在不同IC中的獨立處理器形成的計算機系統被稱為多處理器。在某些情况中(比如广告中),有些人会将在同一个集成电路中的多个独立的单核心微处理器(或多核心微处理器)称做“多处理模块”、“多核心”等,其实是在说“多处理器”而不是“多核心处理器”。除非特别说明,本文将使用“多核心”指代在同一集成电路中集成的CPU(即“多核心处理器”)。

通常,多核心处理器可以在不将每个核心分别独立物理封装的情况下进行多任务处理(線程級並行處理Thread-Level Parallelism,TLP),这种形式的TLP通常被认为是晶片級多處理)。

商业化的例子[编辑]

开发动机[编辑]

技术压力[编辑]

CMOS製造技術不斷改善、單個邏輯閘不断变小,基於半導體的微電子學的物理極限變成主要的設計考量。

商业诱因[编辑]

由於商用電腦要求提升,處理器向高效能的方向發展。兩粒同效能的處理器理論上的處理能力是原來的兩倍。早年的Intel就曾推出可安裝多粒單核心Xeon的伺服器底板。另,家用電腦也出現過可以安裝最少2粒pentium III的底板。但由於能源、成本、空間等問題,今天的底板已向「多核心」發展。

优势[编辑]

由于采用了相对简单的微处理器作为处理器核心,多核心处理器具有高主频、设计和验证周期短、控制逻辑简单、扩展性好、易于实现、功耗低、通信延迟低等优点。此外,多核心处理器还能充分利用不同应用的指令级并行和线程级并行,具有较高线程级并行性的应用可以很好地利用这种结构来提高性能。

劣势[编辑]

尽管多核心有比单核心运行速度更快的优势,但如果应用程序不支援多核心處理,这个优势就不能發揮。例如早期的軟件和Windows只支援宏核心處理,不會自動使用多个核心作分工處理。

软件影响[编辑]

編程問題[编辑]

對於多核心的電腦,若在程式編寫編譯時無法把程式線性化,就不能充分利用多核心的特色,結果程式只能在一個核心上運行,白白浪費中央處理器的資源。

许可[编辑]

另外一個問題是對多核心處理器的軟件授權企業級的伺服器軟件是以處理器為單位授權。從前,中央處理器只有一個核心而多數電腦只有一個處理器,並不存在這個問題。在雙核心處理器剛面世時,有些軟件是以核心為單位授權,而雙核心處理器需要兩個授權。現在的主流是把雙核心或多核心處理器計算成一個處理器,而微軟英特爾超微支持這個觀點,甲骨文也支持這個觀點,但是甲骨文只計算英特爾和超微的多核心處理器為一個處理器,但是把其他的多核心處理器當成多個處理器。國際商業機器、惠普和微軟把多處理器模組當成多處理器,理由是如果把多處理器模組當成一個處理器,處理器廠商會製造大型、昂貴的多處理器模組來幫助客戶節省軟件費用,所以現在行業上漸漸把一枚晶片當作一個處理器。

普遍误解[编辑]

很多人以為中央處理器的核心數目越多,其效能會越高。缺乏對處理器運算速度的理解,軟體的支援問題等。例如:4核486MHz的處理器與單核3.0GHz處理器相比,雖然前者可同時有四條運算,而後者只有一條運算,但是時脈明顯有差距。而且不是全部軟體都支持多核心及多處理器的工作環境。

若是以上述的例子來做簡單的說明, 4核486MHz的處理器就像是一次進來四個單位的工作,卻只有一個人慢慢完成,而單核3.0GHz的處理器像是一次只進來一個單位的工作,卻有6~7個人來完成。

註釋[编辑]

  1. ^ Digital signal processors, DSPs, have utilized dual-core architectures for much longer than high-end general purpose processors. A typical example of a DSP-specific implementation would be a combination of a RISC CPU and a DSP MPU. This allows for the design of products that require a general purpose processor for user interfaces and a DSP for real-time data processing; this type of design is suited to e.g. mobile phones.
  2. ^ Two types of operating systems are able to utilize a dual-CPU multiprocessor: partitioned multiprocessing and symmetric multiprocessing (SMP). In a partitioned architecture, each CPU boots into separate segments of physical memory and operate independently; in an SMP OS, processors work in a shared space, executing threads within the OS independently.

参见[编辑]

外部链接[编辑]