Sowohl Multiprozessor- als auch Multi-Core-Systeme zielen darauf ab, die Leistung eines Computers durch die Verwendung mehrerer Verarbeitungseinheiten zu verbessern. Sie erreichen dies jedoch auf unterschiedliche Weise:
Multiprozessorsystem:
* Definition: Ein Multiprozessorsystem besteht aus zwei oder mehr unabhängigen, vollständigen Prozessoren (CPUs), die im selben Computersystem installiert sind. Jeder Prozessor verfügt über einen eigenen Cache, eine Speicherverwaltungseinheit (MMU) und andere wesentliche Komponenten. Sie arbeiten zusammen und teilen Ressourcen wie Speicher und I/O -Geräte. Die Kommunikation zwischen den Prozessoren erfolgt typischerweise über einen Systembus oder eine ausgefeiltere Verbindungsverbindung.
* Architektur: Diese Prozessoren können entweder eine symmetrische Multiprozessing (SMP) oder eine asymmetrische Multiprozessing (AMP) sein. In SMP haben alle Prozessoren den gleichen Zugriff auf Systemressourcen und teilen die Workloads gleichermaßen. In AMP werden Prozessoren spezifische Aufgaben zugewiesen, was zu einer Hierarchie führt, in der einige Prozessoren möglicherweise mehr Verantwortung haben als andere.
* Beispiele: Große Server, HPC-Cluster (Hochleistungs-Computing) und einige leistungsstarke Workstations können Multiprozessorsysteme sein.
* Vorteile:
* hohe Verarbeitungsleistung: Mehrere Prozessoren können gleichzeitig wesentlich mehr Aufgaben erledigen als ein Einzelprozessorsystem.
* Fehlertoleranz: Wenn ein Prozessor fehlschlägt, kann das System möglicherweise weiterhin mit den verbleibenden Prozessoren arbeiten (abhängig vom Systemdesign).
* Skalierbarkeit: Das Hinzufügen von mehr Prozessoren kann die Verarbeitungsleistung erhöhen und eine größere Skalierbarkeit bieten.
* Nachteile:
* hohe Kosten: Multiprozessorsysteme sind aufgrund der Kosten für mehrere CPUs und zugehörige Komponenten im Allgemeinen teurer als Multi-Core-Systeme.
* Komplexität: Das Entwerfen, Implementieren und Verwalten von Multiprozessorsystemen ist komplexer als Einzelprozessorsysteme. Software muss so konzipiert sein, dass mehrere Prozessoren profitieren, um Engpässe zu vermeiden.
* Kommunikationsinterprozessor-Kommunikation Overhead: Die Kommunikation zwischen Prozessoren kann eine Latenz einführen und die Leistung verringern, wenn sie nicht ordnungsgemäß verwaltet werden.
Multi-Core-System:
* Definition: Ein Multi-Core-System verfügt über mehrere Verarbeitungseinheiten (Kerne), die in einen einzelnen physischen Chip integriert sind. Diese Kerne teilen Ressourcen wie Cache -Speicher und die Verbindung des Chips, aber jeder Kern hat seine eigenen Register und Ausführungseinheiten. Im Wesentlichen ist es eine einzige CPU mit mehreren Verarbeitungsmotoren.
* Architektur: In der Regel sind Kerne in einem Multi-Core-System so konzipiert, dass sie auf SMP-ähnliche Weise zusammenarbeiten. Sie teilen Ressourcen effektiv und verwenden häufig Techniken wie Cache -Kohärenzprotokolle, um die Datenkonsistenz sicherzustellen.
* Beispiele: Die meisten modernen Desktops, Laptops und mobilen Geräte verwenden Multi-Core-Prozessoren.
* Vorteile:
* Verbesserte Leistung zu niedrigeren Kosten: Bietet die Leistungsvorteile mehrerer Prozessoren zu einem erheblich niedrigeren Preis im Vergleich zu Multiprozessorsystemen.
* Verbrauchsrichter niedrigerer Strom: Die Integration mehrerer Kerne in einen einzelnen Würfel führt normalerweise zu einem geringeren Stromverbrauch als zu separatem CPUs.
* vereinfachtes Design und Implementierung: Einfacher zu entwerfen und zu verwalten im Vergleich zu Multiprozessorsystemen.
* Nachteile:
* begrenzte Skalierbarkeit: Das Hinzufügen von mehr Kernen zu einem einzelnen Chip ist durch technologische Einschränkungen (Wärmeabteilung, Würfelgröße usw.) begrenzt. Das Skalieren über eine bestimmte Anzahl von Kernen eines einzelnen Chips wird immer schwieriger.
* Amdahls Gesetzbeschränkungen: Die durch Hinzufügen von mehr Kernen erzielte Geschwindigkeit ist durch den Teil des Programms begrenzt, der nicht parallelisiert werden kann (Amdahls Gesetz).
Auswirkungen des Prozessors auf die Leistung des Computersystems:
Der Prozessor ist das "Gehirn" des Computers und wirkt sich stark auf die Gesamtsystemleistung aus. Die wichtigsten Aspekte sind:
* Taktdrehzahl (Frequenz): Höhere Taktgeschwindigkeiten führen im Allgemeinen auf eine schnellere Anweisungsausführung.
* Anzahl der Kerne: Weitere Kerne ermöglichen eine gleichzeitige Ausführung mehrerer Aufgaben, was die Leistung in Multi-Thread-Anwendungen erheblich verbessert.
* Cache -Größe und -Spegel: Größere und schnellere Caches verkürzen die Zeit, die für den Zugriff auf häufig verwendete Daten benötigt wird und die Leistung steigert.
* Anweisungssatz Architektur (ISA): Die ISA bestimmt die Arten von Anweisungen, die der Prozessor ausführen kann und die Leistung beeinflusst. Moderne ISAs enthalten häufig Funktionen, um die Leistung zu verbessern.
* Speicherbandbreite: Die Geschwindigkeit, mit der der Prozessor aus dem Speicher auf Daten zugreifen kann, wirkt sich erheblich auf die Gesamtleistung aus. Ein schneller Prozessor mit langsamem Speicher kann einen Engpass erzeugen.
* Prozessorarchitektur: Funktionen wie Pipelining, superscalar-Ausführung und Ausführung außerhalb der Ordnung tragen zur Verbesserung der Leistung bei.
Zusammenfassend müssen sowohl Multiprozessor- als auch Multi-Core-Systeme eine Leistungsverbesserung anstreben, ihre Ansätze unterscheiden sich jedoch erheblich in Bezug auf Architektur, Kosten und Skalierbarkeit. Die optimale Wahl hängt vom spezifischen Anwendungsbedarf und dem spezifischen Budget ab. Das Verständnis der Eigenschaften des Prozessors ist für die Erzielung einer optimalen Leistung des Computersystems von entscheidender Bedeutung.
