Давайте попробуем разобраться чем различаются потоки и процессы и постараемся понять преимущества одновременной многопоточности для процессоров (ЦП).
Содержание:
————————————
🚩 Что такое поток?
🚩 Как работают потоки?
🚩 Что такое параллельная многопоточность?
🚩 Что такое Hyper-Threading?
🚩 Преимущества потоков в вычислительной технике?
🚩 Чем больше потоков, тем лучше процессор?
🚩 Как узнать количество потоков процессора?
🚩 В чем разница между многопоточностью и многоядерностью?
🚩 В чем разница между потоком и процессом?
Что такое поток?
Поток — это последовательность инструкций, которая является частью основного процесса.
Программное обеспечение организовано в процессы.
Каждый процесс разбит на потоки, которые образуют независимые, но связанные между собой задачи.
Процессоры могут выполнять одновременную многопоточность (SMT) для повышения производительности.
Как работают потоки?
Операционные системы организуют задачи, которые необходимо выполнить, в процессы, разделённые на один или несколько потоков.
Каждый процесс представляет собой последовательность инструкций, которая связана с программным обеспечением. Если процесс запускается ядром процессора, это означает, что подключенное к нему программное обеспечение запущено. Потоки формируют меньшие наборы инструкций в рамках более крупной задачи.
Современные процессоры поддерживают многопоточность, концепцию, в которой два или более потоков выполняются одновременно для повышения эффективности системы. Для этого каждый поток направляется к ядру процессора.
Физические ядра ЦП также можно разделить на виртуальные ядра с использованием метода параллельной многопоточности (SMT).
Что такое параллельная многопоточность?
Параллельная многопоточность (SMT) — это метод, который позволяет одновременно выполнять несколько потоков одним физическим ядром процессора.
Процессоры следуют последовательному потоку обработки данных, в отличие от графических процессоров (чипов для обработки графики), которые могут иметь до тысяч ядер для обеспечения параллельной обработки. Позволяя запускать несколько потоков одновременно, SMT компенсирует это ограничение для процессоров.
Методы SMT приводят к тому, что физические ядра делятся на виртуальные ядра, каждое из которых также называется потоком. Таким образом, если четырехъядерный процессор имеет два потока на ядро, он будет иметь четыре ядра и восемь потоков. Точно так же восьмиядерный чип будет иметь восемь ядер и 16 потоков.
В реализации SMT выполнение потоков не совсем одновременно. Физические ядра выполняют свою работу последовательно, но они так быстро переключаются между потоками, что кажется, будто их выполнение происходит одновременно.
Количество потоков не всегда в два раза превышает количество ядер. В чипах Core 12-го поколения и их преемниках Intel реализовала два потока только на высокопроизводительных ядрах, оставив (менее мощные) энергоэффективные ядра с одним потоком каждое.
Что такое технология Hyper-Threading?
Hyper-Threading — это механизм параллельной многопоточности (SMT) от Intel. Эта технология позволяет процессору повысить эффективность, заставляя каждое физическое ядро запускать два потока одновременно, что является полезным подходом, особенно в сложном программном обеспечении, таком как видеоредакторы.
Технология Hyper-Threading присутствует в таких линейках процессоров, как Intel Core, Intel Core vPro (с корпоративными возможностями) и Intel Xeon (для серверов и рабочих станций).
Преимущества потоков в вычислительной технике?
Использование потоков для выполнения инструкций имеет следующие преимущества:
🔹 Повышенная скорость: разделение задач на потоки — это метод параллелизма, который оптимизирует поток выполняемых инструкций, способствуя повышению производительности процессора;
🔹 Повышенная эффективность: использование потоков снижает риск того, что ядра будут простаивать в ожидании данных или инструкций;
🔹 Совместное использование ресурсов: поскольку потоки связаны друг с другом, они совместно используют определенные ресурсы, такие как адресация памяти и определенные данные;
🔹 Контроль затрат: Многопоточный подход может снизить затраты на разработку чипа, поскольку оптимизация потока выполнения устраняет необходимость в большем количестве физических ядер.
Чем больше потоков, тем лучше процессор?
Многопоточность оптимизирует процесс выполнения, но этого не всегда достаточно, чтобы сделать один процессор лучше другого.
Преувеличенная реализация потоков из-за того, что чип требует много энергии или требует архитектурной перестройки.
Кроме того, общая производительность определяется рядом других параметров, таких как тактовая частота, размер кэша процессора, процесс литографии и, конечно же, количество физических ядер.
Как узнать количество потоков процессора?
Основные настольные и серверные операционные системы имеют встроенные функции, которые позволяют проверять количество используемых потоков процессора.
В Windows эта информация отображается в диспетчере задач.
В macOS и Linux есть простые команды, которые раскрывают эту деталь.
Как посмотреть количество потоков в Windows?
Если вы используете Windows 10 или 11, просто введите «Диспетчер задач» в поле поиска на панели задач. Эта функция также находится на экране блокировки системы или с помощью сочетания клавиш Ctrl+Shift+Esc.
Открыв диспетчер задач, перейдите в «Производительность» и «ЦП». Количество потоков отображается под графиком производительности в поле «Логические процессоры».
В чем разница между многопоточностью и многоядерностью?
Многопоточность описывает способность процессора обрабатывать несколько потоков одновременно.
Многоядерность определяет микросхемы, которые имеют два физических ядра или более.
Это различие важно, потому что физическое ядро процессора представляет собой полный исполнительный блок, содержащий логический и арифметический блок (ULA), регистры и другие компоненты.
Потоки функционируют как виртуальные ядра, заставляя физические ядра быстро переключаться между ними, чтобы оптимизировать поток выполнения.
В чем разница между потоком и процессом?
Процесс — это последовательность инструкций, соответствующая активному программному обеспечению. Каждый процесс занимает отдельное пространство памяти, которое содержит данные, необходимые для его выполнения. Программное обеспечение может генерировать более одного процесса, причем все они связаны с основным процессом.
Поток — это сегмент процесса, как если бы он сформировал подзадачу. В обычных операционных системах процесс всегда имеет один или несколько потоков. Такой подход улучшает использование ресурсов ЦП и оптимизирует поток выполнения инструкций, повышая эффективность операции.
————————————
Понравилась статья? Поставьте лайк 👍
и поделитесь ссылкой с друзьями 📢
