كيف يعمل Hyper Threading في معالجات Intel Core i7؟

لقد سمعت مصطلح خيوط المعالجة المتعددة مرات عديدة. من المفترض أن تكون تقنية سحرية تضاعف سرعة معالجك بمجرد تمكينه. يمكن للشركات إما تشغيلها أو إيقاف تشغيلها وشحن الكثير مثل الأقساط.

أود أن أقول إن كل هذا مجرد هراء وأن هذه المقالة تهدف إلى تثقيفك لفهم ما هو Hyper-Threading بشكل أفضل. هذه المقالة ستكون ودية للغاية للمبتدئين.

مقدمة

في الأيام القديمة ، إذا كان على Intel أو AMD أن تصنع وحدة معالجة مركزية أسرع ، فإنها ستزيد بشكل عام من العدد المحتمل من الترانزستورات عن طريق تقليصها وتركيب المزيد في نفس المساحة ومحاولة زيادة تردداتها (تقاس بالميجاهرتز / جيجاهرتز). جميع وحدات المعالجة المركزية لديها نواة واحدة فقط. أصبحت وحدات المعالجة المركزية 32 بت ويمكنها التعامل مع ذاكرة وصول عشوائي تصل إلى 4 جيجابايت. انتقلوا لاحقًا إلى وحدات المعالجة المركزية 64 بت التي يمكنها التعامل مع ذاكرة الوصول العشوائي بسرعة أكبر من 4 غيغابايت فقط. بعد ذلك ، تقرر استخدام نوى متعددة وتوزيع أحمال العمل عبر هذه النوى المتعددة للحصول على حوسبة أكثر كفاءة. تتواصل جميع النوى مع بعضها البعض لتوزيع أي مهمة. ويقال إن مثل هذه المهمة مهمة متعددة الخيوط.

أجزاء من وحدة المعالجة المركزية

تتكون وحدة المعالجة المركزية من الأجزاء التالية التي تعمل في وئام. كما ذكر أعلاه ، سيكون هذا تبسيطًا مفرطًا. هذه مجرد دورة مكثفة ، ولا تأخذ هذه المعلومات على أنها كلمة إنجيل. لم يتم سرد هذه الأجزاء بأي ترتيب معين:

• المجدول (في الواقع على مستوى نظام التشغيل)
• الجالب
• فك
• النواة
• مسلك
• مخبأ
• الذاكرة ووحدة تحكم الإدخال / الإخراج
• FPU (وحدة النقطة العائمة)
• السجلات

وظائف هذه الأجزاء هي كما يلي

تقوم الذاكرة ووحدة التحكم في الإدخال / الإخراج بإدارة إدخال البيانات والخروج منها من وإلى وحدة المعالجة المركزية. يتم إحضار البيانات من القرص الصلب أو SSD إلى ذاكرة الوصول العشوائي ، ثم يتم إحضار البيانات الأكثر أهمية في ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية. تحتوي ذاكرة التخزين المؤقت على 3 مستويات. على سبيل المثال. يحتوي Core i7 7700K على ذاكرة تخزين مؤقت L3 تبلغ 8 ميجابايت. يتم مشاركة ذاكرة التخزين المؤقت هذه بواسطة وحدة المعالجة المركزية بأكملها بمعدل 2 ميجابايت لكل نواة. يتم التقاط البيانات من هنا بواسطة ذاكرة التخزين المؤقت L2 الأسرع. كل نواة لها ذاكرة التخزين المؤقت L2 الخاصة بها والتي يبلغ مجموعها 1 ميجابايت و 256 كيلوبايت لكل نواة. كما هو الحال مع Core i7 ، فإنه يحتوي على Hyper-Threading. يحتوي كل نواة على خيطين ، لذلك يتم مشاركة ذاكرة التخزين المؤقت L2 بواسطة كلا الموضوعين. يبلغ إجمالي ذاكرة التخزين المؤقت L1 256 كيلوبايت بمعدل 32 كيلوبايت لكل مؤشر ترابط. هنا تدخل البيانات بعد ذلك في السجلات التي يبلغ مجموعها 8 سجلات في وضع 32 بت و 16 تسجيلًا في وضع 64 بت. يقوم نظام التشغيل (OS) بجدولة العمليات أو التعليمات إلى الموضوع المتاح. نظرًا لوجود 8 خيوط في i7 ، فسوف يتحول من وإلى الخيوط داخل النوى. أنظمة التشغيل مثل Windows أو Linux ذكية بما يكفي لمعرفة ما هي النوى المادية وما هي النوى المنطقية.

كيف يعمل Hyper Threading؟

في وحدة المعالجة المركزية التقليدية متعددة النواة ، لكل نواة مادية مواردها الخاصة وكل نواة تتكون من خيط واحد له وصول مستقل إلى جميع الموارد. يتضمن Hyper-Threading خيطين (أو في حالات نادرة أكثر) يتشاركان نفس الموارد. يمكن للمجدول تبديل المهام والعمليات بين هذه المواضيع.

في وحدة المعالجة المركزية التقليدية متعددة النوى ، يمكن للجوهر أن 'يتوقف' أو يظل خاملاً إذا لم يكن لديه أي بيانات أو عملية مخصصة له. هذه الحالة تسمى الجوع ويتم حلها بشكل صحي بواسطة SMT أو Hyper-Threading.

النوى الفيزيائية مقابل النوى المنطقية (وما هي الخيوط)

إذا قرأت ورقة المواصفات لكل معالج Core i5 تقريبًا ، فستلاحظ أنه يحتوي على 4 نوى مادية و 4 نوى منطقية أو 4 خيوط (يحتوي Coffee Lake i5s على 6 نوى و 6 خيوط). جميع i7s حتى 7700K عبارة عن 4 نوى و 8 خيوط / نوى منطقية. في سياق هندسة وحدات المعالجة المركزية من Intel ، تكون الخيوط والأنوية المنطقية هي الشيء نفسه. لم يغيروا تصميم هندستهم منذ الجيل الأول نيهالم طوال الطريق حتى اليوم مع Coffee Lake ، لذا فإن هذه المعلومات ستصمد. لن تكون هذه المعلومات كافية لوحدات المعالجة المركزية AMD الأقدم ، ولكن Ryzen غيّرت أيضًا الكثير من تخطيطها ، وأصبحت معالجاتها الآن مشابهة في التصميم لمعالجات Intel.

مزايا خيوط المعالجة المتعددة

• Hyper-Threading يحل مشكلة 'الجوع'. إذا كان هناك نواة أو خيط مجاني ، يمكن للمجدول تمرير البيانات إليه بدلاً من النواة المتبقية في وضع الخمول أو انتظار تدفق بعض البيانات الجديدة الأخرى من خلاله.
• يمكن القيام بأعباء عمل أكبر بكثير ومتوازية بكفاءة أكبر. نظرًا لوجود المزيد من سلاسل الرسائل التي يجب موازنتها ، يمكن للتطبيقات التي تعتمد بشكل كبير على سلاسل رسائل متعددة تعزيز عملها بشكل كبير (ولكن ليس بسرعة مضاعفة).
• إذا كنت تلعب ولديك نوع من المهام الهامة قيد التشغيل في الخلفية ، فلن تكافح وحدة المعالجة المركزية لتوفير إطارات مناسبة وتشغيل هذه المهمة بسلاسة حيث يمكنها تبديل الموارد بين سلاسل العمليات.

عيوب Hyper Threading

ما يلي لا يمثل الكثير من العيوب ، بل هو أكثر إزعاجًا.

• يحتاج Hyper-Threading إلى التنفيذ من مستوى البرنامج للاستفادة منه. على الرغم من تطوير المزيد والمزيد من التطبيقات للاستفادة من خيوط متعددة ، فإن التطبيقات التي لا تستفيد من أي تقنية SMT (خيوط متعددة متزامنة) أو حتى نوى مادية متعددة ستعمل بنفس الطريقة تمامًا بغض النظر. يعتمد أداء هذه التطبيقات بشكل أكبر على سرعة الساعة و IPC لوحدة المعالجة المركزية.
• يمكن أن يتسبب Hyper-Threading في زيادة حرارة وحدة المعالجة المركزية. هذا هو السبب في أن i5s اعتادت على تسجيل وقت أعلى بكثير من i7s لأنها لن تسخن بقدر ما تحتوي على عدد أقل من مؤشرات الترابط.
• خيوط متعددة تشترك في نفس الموارد داخل النواة. هذا هو السبب في أن الأداء لا يتضاعف. إنها بدلاً من ذلك طريقة ذكية للغاية لزيادة الكفاءة إلى أقصى حد وتعزيز الأداء حيثما كان ذلك ممكنًا.

استنتاج

Hyper-Threading هي تقنية قديمة ولكنها موجودة لتبقى. مع تزايد الطلب على التطبيقات ، وزيادة معدل الوفيات بموجب قانون مور ، ساعدت القدرة على موازنة أعباء العمل في تحسين الأداء بشكل كبير. تساعد القدرة على تشغيل أعباء العمل المتوازية جزئيًا على زيادة إنتاجيتك وإنجاز عملك بشكل أسرع دون تلعثم. وإذا كنت تبحث عن أفضل لوحة أم لمعالج i7 من الجيل السابع ، فقم بإلقاء نظرة هذه مقالة - سلعة.

آخر تحديث بتاريخ 2021-01-05 الساعة 22:02 / الروابط التابعة / صور من واجهة برمجة تطبيقات إعلانات منتجات أمازون