Что значит 2 ядра логических. Многоядерные процессоры: принципы работы. Многоядерные процессоры в мобильных телефонах и планшетах

Одним из способов создания уникальной и красочной рекламной продукции является деколь, нанесение которой возможно практически на любую твердую поверхность. Такой способ создания изображений на различных изделиях довольно популярен среди потребителей. Например, именно подобным образом чаще всего брендируют фирменную посуду, сувенирные статуэтки и другие предметы.

Что такое деколь?

Деколь — это фактически известные всем с детства переводные картинки. Печатаются они на листах специальной гуммированной бумаги и закрепляются лаком. Если такую картинку погрузить в горячую воду, лак и красочный слой с легкостью отойдут и картинку можно будет переместить на предмет. Для закрепления результата декорируемое изделие нужно поместить в специальную печь.

Если вы решили, например, разместить таким образом логотип своей фирмы на большом количестве предметов, то придется запастись терпением. Дело в том, что деколирование производится только вручную. Фирмы, обещающие вам за сутки отпечатать многотысячный тираж, скорее всего, лукавят — осуществить такое на практике очень непросто.

Горячий способ нанесения

Осуществление горячего деколирования наиболее подходит для нанесения логотипов на изделия из керамики, фарфора, стекла и других материалов, способных выдержать высокие температуры. Горячая деколь наносится с использованием красок, абсолютно безвредных для здоровья человека, так что из посуды, брендированной подобным образом можно без опаски есть и пить. Процедура последующего обжига позволяет значительно увеличить срок службы изделия, надолго сохранить его привлекательный внешний вид.

Конечно, горячая деколь немного дороже, чем та, которая используется для изделий, обработанных холодным методом, но и качество исполнения на порядок выше. Технология нанесения обычно состоит из трех ступеней:

• печать самой картинки методом шелкографии;
• наклейка отпечатанного изображения на сувенир или посуду;
• обжиг изделия с применением высокотемпературного оборудования.

Такой способ нанесения имеет вполне понятные преимущества:

• долговечность — запеченная краска не сотрется и не поцарапается, уничтожить ее можно только вместе с изделием;
• износостойкость — брендированное изделие можно мыть, стирать и тереть с использованием любой бытовой химии, изображение никуда не денется;
• четкость — яркие цвета не поддаются выгоранию, не тускнеют даже при многолетнем использовании.

При нанесении изображений таким способом можно применять натуральные драгоценные металлы в окантовке рисунков, добиться матовости рисунка или имитировать лазерную гравировку.

Холодное деколирование

Такой вид нанесения «переводных картинок» используется в тех случаях, когда изделие невозможно обжигать с силу разных причин: неспособности выдерживать высокие температуры, размеров и габаритов, других качеств. В этом случае применяется холодная деколь. Картинку для деколирования печатают на специальной бумаге, покрытой водорастворимым клеем. После того как рисунок отпечатан, его покрывают особым коллоидным лаком и тщательно просушивают.

Это и есть обычная сдвижная картинка, которая передвигается на предмет при помощи обычной воды. Если мочить брендируемый предмет нельзя, то применяется сухая деколь. Холодное деколирование хоть и стоит значительно дешевле, но обладает существенными недостатками. Например, многие компоненты, применяемые при нанесении, запрещены к использованию в пищевой промышленности, а это значит, что декорировать таким способом любимую тарелку или чашку не получится.

Преимущества и недостатки

Как и любой другой способ нанесения информации на предметы, деколирование имеет как положительные, так и отрицательные черты. К плюсам можно отнести такие:

• деколь — это возможность декорировать предметы любой формы и размеров;
• индивидуальность декора, возможность заказать тираж от 1 штуки;
• применение различных форм и способов печати;
• долгий срок эксплуатации брендированного изделия;
• износоустойчивость и красочность нанесенного принта.

Безусловно, деколь — это не только преимущества, но и определенные сложности. Например, такие:

• из-за применения ручного труда вероятен большой процент брака;
• трудоемкость и сложность печати;
• возможность искажения выбранных цветов при запекании, если использована краска ненадлежащего качества;
• длительная предпечатная подготовка.

Как отличить деколь от ручной росписи?

Несмотря на то что деколирование предметов очень практично и красиво, это все же массовое производство. Однако иногда недобросовестные производители пытаются поднять и без того немалую стоимость изделия, выдавая нанесенный рисунок за ручную работу. Как же понять — деколь это или ручная роспись?

Сделать это не всегда просто, поэтому нужно быть очень внимательным. Прежде всего, деколь — это все-таки печать, поэтому картинка обязательно будет иметь хотя бы минимальную зернистость. Правда, иногда, чтобы это увидеть, придется воспользоваться лупой.

За ручную работу частенько стараются выдать деколь с подрисовкой. Это значит, что основная картинка все же напечатана, а вот отдельные, особо важные детали прорисованы вручную. Но что делать, если лупы под рукой нет, а орнамент очень мелкий и точек не видно? В таком случае сравните между собой повторяющиеся части рисунка — если они абсолютно идентичны, то перед вами деколь. Ни один, даже самый искусный мастер не способен с точность до миллиметра повторить однажды нарисованный мотив.

• Tutorial

В этой статье я попытаюсь описать терминологию, используемую для описания систем, способных исполнять несколько программ параллельно, то есть многоядерных, многопроцессорных, многопоточных. Разные виды параллелизма в ЦПУ IA-32 появлялись в разное время и в несколько непоследовательном порядке. Во всём этом довольно легко запутаться, особенно учитывая, что операционные системы заботливо прячут детали от не слишком искушённых прикладных программ.

Цель статьи - показать, что при всём многообразии возможных конфигураций многопроцессорных, многоядерных и многопоточных систем для программ, исполняющихся на них, создаются возможности как для абстракции (игнорирования различий), так и для учёта специфики (возможность программно узнать конфигурацию).

Предупреждение о знаках ®, ™, в статье

Мой комментарий объясняет, почему сотрудники компаний должны в публичных коммуникациях использовать знаки авторского права. В этой статье их пришлось использовать довольно часто.

Процессор

В современном мире процессор - это то (package), что мы покупаем в красивой Retail коробке или не очень красивом OEM-пакетике. Неделимая сущность, вставляемая в разъём (socket) на материнской плате. Даже если никакого разъёма нет и снять его нельзя, то есть если он намертво припаян, это один чип.

Мобильные системы (телефоны, планшеты, ноутбуки) и большинство десктопов имеют один процессор. Рабочие станции и сервера иногда могут похвастаться двумя или больше процессорами на одной материнской плате.

Поддержка нескольких центральных процессоров в одной системе требует многочисленных изменений в её дизайне. Как минимум, необходимо обеспечить их физическое подключение (предусмотреть несколько сокетов на материнской плате), решить вопросы идентификации процессоров (см. далее в этой статье, а также мою предыдущую заметку), согласования доступов к памяти и доставки прерываний (контроллер прерываний должен уметь маршрутизировать прерывания на несколько процессоров) и, конечно же, поддержки со стороны операционной системы. Я, к сожалению, не смог найти документального упоминания момента создания первой многопроцессорной системы на процессорах Intel, однако Википедия утверждает , что Sequent Computer Systems поставляла их уже в 1987 году, используя процессоры Intel 80386. Широко распространённой поддержка же нескольких чипов в одной системе становится доступной, начиная с Intel® Pentium.

Если процессоров несколько, то каждый из них имеет собственный разъём на плате. У каждого из них при этом имеются полные независимые копии всех ресурсов, таких как регистры, исполняющие устройства, кэши. Делят они общую память - RAM. Память может подключаться к ним различными и довольно нетривиальными способами, но это отдельная история, выходящая за рамки этой статьи. Важно то, что при любом раскладе для исполняемых программ должна создаваться иллюзия однородной общей памяти, доступной со всех входящих в систему процессоров.

Ядро

Казалось бы, если в системе больше процессоров, то выше её производительность (на задачах, способных задействовать все ресурсы). Однако, если стоимость коммуникаций между ними слишком велика, то весь выигрыш от параллелизма убивается длительными задержками на передачу общих данных. Именно это наблюдается в многопроцессорных системах - как физически, так и логически они находятся очень далеко друг от друга. Для эффективной коммуникации в таких условиях приходится придумывать специализированные шины, такие как Intel® QuickPath Interconnect. Энергопотребление, размеры и цена конечного решения, конечно, от всего этого не понижаются. На помощь должна прийти высокая интеграция компонент - схемы, исполняющие части параллельной программы, надо подтащить поближе друг к другу, желательно на один кристалл. Другими словами, в одном процессоре следует организовать несколько ядер , во всём идентичных друг другу, но работающих независимо.

Первые многоядерные процессоры IA-32 от Intel были представлены в 2005 году. С тех пор среднее число ядер в серверных, десктопных, а ныне и мобильных платформах неуклонно растёт.

В отличие от двух одноядерных процессоров в одной системе, разделяющих только память, два ядра могут иметь также общие кэши и другие ресурсы, отвечающие за взаимодействие с памятью. Чаще всего кэши первого уровня остаются приватными (у каждого ядра свой), тогда как второй и третий уровень может быть как общим, так и раздельным. Такая организация системы позволяет сократить задержки доставки данных между соседними ядрами, особенно если они работают над общей задачей.

Гиперпоток

Ничто не ново под луной. HT - это частный случай того, что в литературе именуется одновременной многопоточностью (simultaneous multithreading, SMT). В отличие от «настоящих» ядер, являющихся полными и независимыми копиями, в случае HT в одном процессоре дублируется лишь часть внутренних узлов, в первую очередь отвечающих за хранение архитектурного состояния - регистры. Исполнительные же узлы, ответственные за организацию и обработку данных, остаются в единственном числе, и в любой момент времени используются максимум одним из потоков. Как и ядра, гиперпотоки делят между собой кэши, однако начиная с какого уровня - это зависит от конкретной системы.

Я не буду пытаться объяснить все плюсы и минусы дизайнов с SMT вообще и с HT в частности. Интересующийся читатель может найти довольно подробное обсуждение технологии во многих источниках, и, конечно же, в Википедии . Однако отмечу следующий важный момент, объясняющий текущие ограничения на число гиперпотоков в реальной продукции.

Ограничения потоков

Типичные сценарии работы десктопных и серверных приложений, рассчитанных на машинные архитектуры общего назначения, имеют потенциал к параллелизму, реализуемому с помощью HT. Однако этот потенциал быстро «расходуется». Возможно, по этой причине почти на всех процессорах IA-32 число аппаратных гиперпотоков не превышает двух. На типичных сценариях выигрыш от использования трёх и более гиперпотоков был бы невелик, а вот проигрыш в размере кристалла, его энергопотреблении и стоимости значителен.

Другая ситуация наблюдается на типичных задачах, выполняемых на видеоускорителях. Поэтому для этих архитектур характерно использование техники SMT с бóльшим числом потоков. Так как сопроцессоры Intel® Xeon Phi (представленные в 2010 году) идеологически и генеалогически довольно близки к видеокартам, на них может быть четыре гиперпотока на каждом ядре - уникальная для IA-32 конфигурация.

Логический процессор

Далее для удобства обозначим количества процессоров, ядер и потоков в некоторой системе тройкой (x , y , z ), где x - это число процессоров, y - число ядер в каждом процессоре, а z - число гиперпотоков в каждом ядре. Далее я буду называть эту тройку топологией - устоявшийся термин, мало что имеющий с разделом математики. Произведение p = xyz определяет число сущностей, именуемых логическими процессорами системы. Оно определяет полное число независимых контекстов прикладных процессов в системе с общей памятью, исполняющихся параллельно, которые операционная система вынуждена учитывать. Я говорю «вынуждена», потому что она не может управлять порядком исполнения двух процессов, находящихся на различных логических процессорах. Это относится в том числе к гиперпотокам: хотя они и работают «последовательно» на одном ядре, конкретный порядок диктуется аппаратурой и недоступен для наблюдения или управления программам.

Чаще всего операционная система прячет от конечных приложений особенности физической топологии системы, на которой она запущена. Например, три следующие топологии: (2, 1, 1), (1, 2, 1) и (1, 1, 2) - ОС будет представлять в виде двух логических процессоров, хотя первая из них имеет два процессора, вторая - два ядра, а третья - всего лишь два потока.

Windows Task Manager показывает 8 логических процессоров; но сколько это в процессорах, ядрах и гиперпотоках?

Linux top показывает 4 логических процессора.

Это довольно удобно для создателей прикладных приложений - им не приходится иметь дело с зачастую несущественными для них особенностями аппаратуры.

Программное определение топологии

Информация о топологии системы в целом, а также положении каждого логического процессора в IA-32 доступна с помощью инструкции CPUID. С момента появления первых многопроцессорных систем схема идентификации логических процессоров несколько раз расширялась. К настоящему моменту её части содержатся в листах 1, 4 и 11 CPUID. Какой из листов следует смотреть, можно определить из следующей блок-схемы, взятой из статьи :

Я не буду здесь утомлять всеми подробностями отдельных частей этого алгоритма. Если возникнет интерес, то этому можно посвятить следующую часть этой статьи. Отошлю интересующегося читателя к , в которой этот вопрос разбирается максимально подробно. Здесь же я сначала кратко опишу, что такое APIC и как он связан с топологией. Затем рассмотрим работу с листом 0xB (одиннадцать в десятичном счислении), который на настоящий момент является последним словом в «апикостроении».

APIC ID

В настоящий момент ширина числа, хранящегося в APIC ID, достигла полных 32 бит, хотя в прошлом оно было ограничено 16, а ещё раньше - только 8 битами. Нынче остатки старых дней раскиданы по всему CPUID, однако в CPUID.0xB.EDX возвращаются все 32 бита APIC ID. На каждом логическом процессоре, независимо исполняющем инструкцию CPUID, возвращаться будет своё значение.

Выяснение родственных связей

У логических процессоров, находящихся внутри одного ядра, будут совпадать все биты APIC ID, кроме принадлежащих полю SMT. Для логических процессоров, находящихся в одном процессоре, - все биты, кроме полей Core и SMT. Поскольку число подлистов у CPUID.0xB может расти, данная схема позволит поддержать описание топологий и с бóльшим числом уровней, если в будущем возникнет необходимость. Более того, можно будет ввести промежуточные уровни между уже существующими.

Важное следствие из организации данной схемы заключается в том, что в наборе всех APIC ID всех логических процессоров системы могут быть «дыры», т.е. они не будут идти последовательно. Например, во многоядерном процессоре с выключенным HT все APIC ID могут оказаться чётными, так как младший бит, отвечающий за кодирование номера гиперпотока, будет всегда нулевым.

Отмечу, что CPUID.0xB - не единственный источник информации о логических процессорах, доступный операционной системе. Список всех процессоров, доступный ей, вместе с их значениями APIC ID, кодируется в таблице MADT ACPI .

Операционные системы и топология

В Linux информация о топологии содержится в псевдофайле /proc/cpuinfo , а также выводе команды dmidecode . В примере ниже я фильтрую содержимое cpuinfo на некоторой четырёхядерной системе без HT, оставляя только записи, относящиеся к топологии:

Скрытый текст

ggg@shadowbox:~$ cat /proc/cpuinfo |grep "processor\|physical\ id\|siblings\|core\|cores\|apicid" processor: 0 physical id: 0 siblings: 4 core id: 0 cpu cores: 2 apicid: 0 initial apicid: 0 processor: 1 physical id: 0 siblings: 4 core id: 0 cpu cores: 2 apicid: 1 initial apicid: 1 processor: 2 physical id: 0 siblings: 4 core id: 1 cpu cores: 2 apicid: 2 initial apicid: 2 processor: 3 physical id: 0 siblings: 4 core id: 1 cpu cores: 2 apicid: 3 initial apicid: 3

В FreeBSD топология сообщается через механизм sysctl в переменной kern.sched.topology_spec в виде XML:

Скрытый текст

user@host:~$ sysctl kern.sched.topology_spec kern.sched.topology_spec: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 0, 1 THREAD groupSMT group 2, 3 THREAD groupSMT group 4, 5 THREAD groupSMT group 6, 7 THREAD groupSMT group

В MS Windows 8 сведения о топологии можно увидеть в диспетчере задач Task Manager.

На петербургском рынке появился процессор Intel Pentium 4 с тактовой частотой 3,06 ГГц, где применена технология Hyper-Threading (НТ).
По словам производителей, эта технология, ранее использовавшаяся лишь в серверных системах, положила начало новому классу высокопроизводительных настольных персональных компьютеров.
Благодаря технологии HT один физический процессор воспринимается операционной системой ПК и приложениями как два логических процессора. По словам главы представительства корпорации Intel в России и странах СНГ Алексея Наволокина, предварительные данные показывают, что новый процессор с технологией НТ обеспечивает прирост производительности в среднем на 25%.

Вне очереди
Технология НТ позволяет пользователям повысить производительность ПК в двух случаях: при работе с программным обеспечением, использующим многопоточную обработку данных, а также при работе в многозадачных средах. Приложения, написанные с учетом возможности нового процессора работать одновременно с несколькими фрагментами кода (так называемыми "потоками" -- thread), будут "видеть" один физический процессор Intel Pentium 4 с тактовой частотой 3,06 ГГц с технологией НТ как два логических процессора. Технология НТ позволяет процессору обрабатывать два независимых потока данных не по очереди, а в одно и то же время.

Для бизнеса
С помощью технологии HT можно, например, запустить на воспроизведение музыкальный альбом и одновременно без ущерба для качества звучания обмениваться в чате сообщениями. Перекачивая МР3-файл из Интернета в свой музыкальный архив, можно параллельно запустить антивирусную программу, которая предохранит ПК от проникновения нежелательных программ извне.
Широкие возможности предоставляет HT в мире бизнеса -- руководитель предприятия может одновременно просматривать биржевые сводки и индексы, отслеживать показатели автоматизированной системы управления предприятием, находиться на связи с подрядчиками. Инженеры и научные работники с помощью ПК на базе процессора Intel Pentium 4 с технологией Hyper-Threading получат возможность наиболее эффективно работать с источниками информации, одновременно скачивая ее через Интернет и получая от коллег в виде файлов самых разных форматов -- от PDF до XLS.
Петербургские фирмы-интеграторы ("Свега+", "Компьютерная служба 320-80-80", "Компьютер-Центр КЕЙ" и "Компьютерный мир") планируют ежемесячно продавать не менее 15-20 компьютеров на базе процессора Intel Pentium 4 3,06 ГГц с технологией НТ.