CPU-Grundlagen: Mehrere CPUs, Kerne und Hyper-Threading werden erläutert

Die Zentraleinheit (CPU) in Ihrem Computer erledigt die Rechenarbeit - im Grunde genommen werden Programme ausgeführt. Moderne CPUs bieten jedoch Funktionen wie mehrere Kerne und Hyper-Threading. Einige PCs verwenden sogar mehrere CPUs. Wir sind hier, um alles zu klären.

VERBINDUNG: Warum Sie die CPU-Taktrate nicht zum Vergleichen der Computerleistung verwenden können

Die Taktrate für eine CPU war früher ausreichend, um die Leistung zu vergleichen. Die Dinge sind nicht mehr so ​​einfach. Eine CPU mit mehreren Kernen oder Hyper-Threading bietet möglicherweise eine deutlich bessere Leistung als eine Single-Core-CPU mit derselben Geschwindigkeit ohne Hyper-Threading. Und PCs mit mehreren CPUs können einen noch größeren Vorteil haben. All diese Funktionen ermöglichen es PCs, mehrere Prozesse gleichzeitig einfacher auszuführen. So steigern Sie Ihre Leistung beim Multitasking oder unter den Anforderungen leistungsstarker Apps wie Video-Encoder und moderner Spiele. Schauen wir uns also jede dieser Funktionen an und was sie für Sie bedeuten könnten.

Hyper-Threading

Hyper-Threading war Intels erster Versuch, Consumer-PCs parallel zu berechnen. Es wurde bereits 2002 mit dem Pentium 4 HT auf Desktop-CPUs eingeführt. Der Pentium 4 des Tages verfügte nur über einen einzigen CPU-Kern, sodass nur eine Aufgabe gleichzeitig ausgeführt werden konnte - selbst wenn er schnell genug zwischen Aufgaben wechseln konnte dass es wie Multitasking schien. Hyper-Threading versuchte dies auszugleichen.

Ein einzelner physischer CPU-Kern mit Hyper-Threading wird einem Betriebssystem als zwei logische CPUs angezeigt. Die CPU ist immer noch eine einzelne CPU, also ein kleiner Betrug. Während das Betriebssystem zwei CPUs für jeden Kern sieht, verfügt die eigentliche CPU-Hardware nur über einen einzigen Satz von Ausführungsressourcen für jeden Kern. Die CPU gibt vor, mehr Kerne zu haben als sie, und verwendet ihre eigene Logik, um die Programmausführung zu beschleunigen. Mit anderen Worten, das Betriebssystem wird dazu verleitet, zwei CPUs für jeden tatsächlichen CPU-Kern zu sehen.

Durch Hyper-Threading können die beiden logischen CPU-Kerne physische Ausführungsressourcen gemeinsam nutzen. Dies kann die Dinge etwas beschleunigen - wenn eine virtuelle CPU blockiert ist und wartet, kann die andere virtuelle CPU ihre Ausführungsressourcen ausleihen. Hyper-Threading kann Ihr System beschleunigen, ist aber bei weitem nicht so gut wie tatsächliche zusätzliche Kerne.

Zum Glück ist Hyper-Threading jetzt ein "Bonus". Während die ursprünglichen Consumer-Prozessoren mit Hyper-Threading nur einen einzigen Kern hatten, der sich als mehrere Kerne tarnte, verfügen moderne Intel-CPUs jetzt sowohl über mehrere Kerne als auch über Hyper-Threading-Technologie. Ihre Dual-Core-CPU mit Hyper-Threading wird Ihrem Betriebssystem als vier Kerne angezeigt, während Ihre Quad-Core-CPU mit Hyper-Threading als acht Kerne angezeigt wird. Hyper-Threading ist kein Ersatz für zusätzliche Kerne, aber eine Dual-Core-CPU mit Hyper-Threading sollte eine bessere Leistung erzielen als eine Dual-Core-CPU ohne Hyper-Threading.

Mehrere Kerne

Ursprünglich hatten CPUs einen einzigen Kern. Das bedeutete, dass die physische CPU eine einzige Zentraleinheit hatte. Um die Leistung zu steigern, fügen Hersteller zusätzliche „Kerne“ oder Zentraleinheiten hinzu. Eine Dual-Core-CPU verfügt über zwei Zentraleinheiten, sodass sie dem Betriebssystem als zwei CPUs angezeigt wird. Eine CPU mit zwei Kernen kann beispielsweise zwei verschiedene Prozesse gleichzeitig ausführen. Dies beschleunigt Ihr System, da Ihr Computer mehrere Aufgaben gleichzeitig ausführen kann.

Im Gegensatz zu Hyper-Threading gibt es hier keine Tricks - eine Dual-Core-CPU verfügt buchstäblich über zwei Zentraleinheiten auf dem CPU-Chip. Eine Quad-Core-CPU hat vier Zentraleinheiten, eine Octa-Core-CPU hat acht Zentraleinheiten und so weiter.

Dies trägt zur drastischen Verbesserung der Leistung bei, während die physische CPU-Einheit klein gehalten wird, sodass sie in einen einzelnen Sockel passt. Es muss nur ein einziger CPU-Sockel mit einer einzelnen CPU-Einheit vorhanden sein - nicht vier verschiedene CPU-Sockel mit vier verschiedenen CPUs, die jeweils ihre eigene Stromversorgung, Kühlung und andere Hardware benötigen. Die Latenz ist geringer, da die Kerne schneller kommunizieren können, da sie sich alle auf demselben Chip befinden.

Der Windows Task-Manager zeigt dies ziemlich gut. Hier sehen Sie beispielsweise, dass dieses System eine tatsächliche CPU (Socket) und vier Kerne hat. Durch Hyperthreading sieht jeder Kern für das Betriebssystem wie zwei CPUs aus, sodass 8 logische Prozessoren angezeigt werden.

Mehrere CPUs

VERBINDUNG: Warum Sie die CPU-Taktrate nicht zum Vergleichen der Computerleistung verwenden können

Die meisten Computer haben nur eine einzige CPU. Diese einzelne CPU verfügt möglicherweise über mehrere Kerne oder Hyper-Threading-Technologie. Es ist jedoch immer noch nur eine physische CPU-Einheit in einem einzelnen CPU-Sockel auf dem Motherboard eingesetzt.

Bevor es zu Hyper-Threading- und Multi-Core-CPUs kam, wurde versucht, Computern zusätzliche Rechenleistung hinzuzufügen, indem zusätzliche CPUs hinzugefügt wurden. Dies erfordert ein Motherboard mit mehreren CPU-Sockeln. Das Motherboard benötigt außerdem zusätzliche Hardware, um diese CPU-Sockel mit dem RAM und anderen Ressourcen zu verbinden. Diese Art der Einrichtung ist mit viel Aufwand verbunden. Es gibt eine zusätzliche Latenz, wenn die CPUs miteinander kommunizieren müssen, Systeme mit mehreren CPUs mehr Strom verbrauchen und das Motherboard mehr Sockel und Hardware benötigt.

Systeme mit mehreren CPUs sind heutzutage bei Heimanwender-PCs nicht sehr verbreitet. Selbst ein leistungsstarker Gaming-Desktop mit mehreren Grafikkarten verfügt im Allgemeinen nur über eine einzige CPU. Unter Supercomputern, Servern und ähnlichen High-End-Systemen finden Sie mehrere CPU-Systeme, die so viel Leistung wie möglich benötigen.

Je mehr CPUs oder Kerne ein Computer hat, desto mehr Dinge kann er gleichzeitig tun, um die Leistung bei den meisten Aufgaben zu verbessern. Die meisten Computer verfügen jetzt über CPUs mit mehreren Kernen - die effizienteste Option, die wir besprochen haben. Auf modernen Smartphones und Tablets finden Sie sogar CPUs mit mehreren Kernen. Intel-CPUs verfügen auch über Hyper-Threading, was eine Art Bonus ist. Einige Computer, die viel CPU-Leistung benötigen, verfügen möglicherweise über mehrere CPUs, sind jedoch viel weniger effizient als es sich anhört.

Bildnachweis: Lungenschlag auf Flickr, Mike Babcock auf Flickr, DeclanTM auf Flickr