Um processador multi-core é um circuito integrado com dois ou mais processadores conectados a ele para processamento simultâneo mais rápido de diversas tarefas, consumo reduzido de energia e maior desempenho. Geralmente, é composto por dois ou mais processadores que leem e executam instruções do programa.
Em outras palavras, em um único chip, um processador multinúcleo compreende inúmeras unidades de processamento, ou 'núcleos', cada uma das quais com potencial para realizar tarefas distintas. Por exemplo, se você estiver executando muitas tarefas ao mesmo tempo, como assistir a um filme e usar o WhatsApp, um núcleo cuidará de atividades como assistir a um filme, enquanto o outro cuidará de outras responsabilidades, como o WhatsApp.
Uma configuração dual-core é comparável a ter vários processadores diferentes instalados no mesmo computador, mas a conexão entre eles é mais rápida porque as duas CPUs estão conectadas no mesmo soquete. Várias instruções em paralelo podem ser executadas por núcleos individuais, aumentando a velocidade do software construído para fazer uso dos recursos exclusivos da arquitetura.
Em comparação com um processador single-core, um processador dual-core geralmente é duas vezes mais poderoso em circunstâncias ideais. Na verdade, são esperados ganhos de desempenho de cerca de 50%: uma CPU dual-core é aproximadamente 1,5 vezes mais poderosa que um processador single-core.
À medida que os processadores single-core atingem os seus limites físicos de complexidade e velocidade, a computação multi-core está a tornar-se mais popular. Nos tempos modernos, a maioria dos sistemas são multi-core. Sistemas com muitos núcleos ou massivamente com vários núcleos referem-se a sistemas com um grande número de núcleos de CPU, como dezenas ou centenas.
No início dos anos 2000, a Intel e a AMD lançaram os primeiros processadores multicore. Nos tempos modernos, as CPUs vêm com dois ('dual-core'), quatro ('quad-core'), seis ('hexa-core') e oito ('octa-core') núcleos ('octo-core'). ). Os processadores baseados em FPGA contêm até 100 núcleos físicos e 1.000 núcleos independentes efetivos (Field Programmable Gate Arrays).
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Arquitetura do processador multicore
O design de um processador multi-core permite a comunicação entre todos os núcleos disponíveis e eles dividem e atribuem todas as tarefas de processamento de forma adequada. Os dados processados de cada núcleo são transmitidos de volta à placa principal do computador (placa-mãe) através de um único gateway comum, uma vez concluídas todas as operações de processamento. Este método supera uma CPU de núcleo único em termos de desempenho total.
Vantagens do processador multi-core
Os processadores multicore têm uma série de vantagens (prós), incluindo:
Desempenho
Uma CPU multi-core, por natureza, pode realizar mais trabalho em comparação com um processador de núcleo único. O espaçamento entre os núcleos de um circuito integrado permite taxas de clock mais rápidas. Como resultado, os sinais não precisam percorrer uma grande distância para atingir seu alvo e também são persistentes. Quando comparadas ao uso de um processador separado, as velocidades são muito mais rápidas.
Confiabilidade
Em CPUs multi-core, o software é sempre atribuído a núcleos diferentes. Quando um software falha, os outros permanecem inalterados. Sempre que surge um defeito, ele afeta apenas um núcleo. Como resultado, CPUs multi-core são mais capazes de resistir a falhas.
Interações de software
Mesmo que o software esteja sendo executado em vários núcleos, ele se comunicará entre si. O isolamento espacial e temporal é um processo pelo qual passa um processador multi-core. Os threads principais nunca são atrasados como resultado desses processos.
Multitarefa
Um sistema operacional pode usar uma CPU multi-core para executar dois ou mais processos ao mesmo tempo, mesmo que muitos programas possam ser executados ao mesmo tempo. Um aplicativo Photoshop, por exemplo, pode ser usado para realizar dois trabalhos ao mesmo tempo.
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Consumo de energia
A multitarefa com uma CPU multi-core, por outro lado, requer menos energia. Somente a parte da CPU que gera calor será utilizada. O consumo de energia é eventualmente minimizado, resultando em menor utilização da bateria. Alguns sistemas operacionais, por outro lado, precisam de mais recursos do que outros.
Evitar a obsolescência
Os arquitetos podem evitar a obsolescência da tecnologia e aumentar a capacidade de manutenção usando CPUs multicore. Os fabricantes de chips estão usando os mais recentes avanços tecnológicos em suas CPUs multicore. Chips de núcleo único estão se tornando cada vez mais difíceis de encontrar à medida que o número de núcleos aumenta.
Isolamento
Os processadores multicore podem aumentar (mas não garantem) o isolamento geográfico e temporal quando comparados aos sistemas single-core. É menos provável que o software em um núcleo afete o software no outro se ambos os núcleos estiverem sendo executados no mesmo núcleo único. Essa dissociação acontece devido ao isolamento geográfico e temporal (threads em um núcleo não são atrasados por threads em outro núcleo). Ao limitar o impacto dos erros a um único núcleo, o processamento multicore pode aumentar a robustez. Ao executar programas de criticidade mista separadamente, esse isolamento aprimorado é muito importante (crítico para a segurança, crítico para a missão e crítico para a segurança).
Alguns outros pontos-chave dos benefícios do processador Multicore:
- Quando comparado aos processadores de núcleo único, um processador multicore tem o potencial de realizar mais tarefas.
- Baixo consumo de energia ao realizar muitas atividades ao mesmo tempo.
- Os dados levam menos tempo para chegar ao destino, pois ambos os núcleos estão integrados em um único chip.
- Com o uso de um pequeno circuito, a velocidade pode ser aumentada.
- Detectar infecções com software antivírus durante um jogo é um exemplo de multitarefa.
- Com o uso de baixa frequência, pode realizar inúmeras tarefas ao mesmo tempo.
- Em comparação com um processador de núcleo único, é capaz de processar grandes quantidades de dados.
Desvantagens dos processadores multi-core
Analisaremos algumas das limitações (desvantagens) de um processador multi-core, incluindo:
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Velocidade do aplicativo
Apesar de uma CPU multi-core ser projetada para multitarefa, seu desempenho é insuficiente. Ele tende a saltar de um núcleo para outro sempre que um aplicativo está sendo processado. Como resultado, o cache fica cheio, aumentando sua velocidade.
Tremor
Mais interferência se desenvolve à medida que o número de núcleos em uma CPU multi-core aumenta, resultando em instabilidades excessivas. Como resultado, o desempenho do programa do seu sistema operacional pode ser prejudicado e podem ocorrer falhas frequentes. Somente usando a sincronização apropriada e um microkernel o usuário será capaz de lidar com o jitter.
Análise
Ao fazer duas ou mais coisas ao mesmo tempo, você precisará empregar modelos de memória adicionais. Em uma máquina com vários núcleos, isso dificulta a análise. As limitações de tempo, em particular, são difíceis de determinar e podem ser imprecisas.
Além disso, a análise de interferência torna-se mais complexa à medida que o número de núcleos aumenta. Consequentemente, o O/S não será capaz de entregar os resultados prometidos.
Compartilhamento de recursos
Um processador multi-core compartilha uma variedade de recursos, tanto internos quanto externos. Redes, barramentos de sistema e memória principal estão entre esses recursos. Conseqüentemente, qualquer programa executado no mesmo núcleo terá maior chance de ser interrompido. Tanto o isolamento geográfico como o temporal podem ocorrer nesta forma de interferência.
Interferência de Software
Devido ao compartilhamento de recursos, a interferência de software pode causar problemas de isolamento espacial e temporal. Se houver núcleos adicionais, essa chance aumenta ainda mais. A presença de mais núcleos implica um maior número de rotas de interferência. É quase impossível examinar todas as possíveis vias de interferência.
Alguns outros pontos-chave de limitações do processador Multicore:
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- Embora contenha vários processadores, não é duas vezes mais rápido que um processador simples.
- A tarefa de gerenciamento é mais complicada em comparação ao gerenciamento de uma CPU de núcleo único.
- O desempenho de um processador multi-core depende inteiramente das tarefas que os usuários executam.
- Se outros processadores exigirem processamento linear/sequencial, os processadores multi-core demoram mais para processar.
- A bateria descarrega mais rapidamente.
- Seu consumo de energia é tão alto quando comparado a um processador mais simples.
- Além disso, em comparação com um processador single-core, é mais caro.
Por que o processador multi core é usado?
A configuração é semelhante a um processador dual-core. Os processadores multi-core são classificados de acordo com o número de núcleos e os tipos de núcleos. O objetivo de uma CPU multi-core é obter ótimo desempenho. Ele foi projetado para superar as limitações físicas de uma CPU de núcleo único.
Os sistemas operacionais de suporte do processador multicore incluem:
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- Linux
- Microsoft Windows (Windows XP ou superior)
- A maioria dos sistemas baseados em BSD
- Solaris
- Mac OS X
Uma breve história dos processadores multicore
Como as empresas que criaram os primeiros processadores baseados em chip só podiam colocar um processador em um único chip, elas só podiam colocar um processador em um único chip. Os fabricantes de chips conseguiram construir chips com mais circuitos à medida que a tecnologia de fabricação de chips progredia e, finalmente, os fabricantes de chips conseguiram fabricar chips com mais de um processador, resultando no chip multi-core.
Em 1998, o primeiro processador multi-core foi inventado por Kunle Olukotun, professor de engenharia elétrica em Stanford, e seus alunos. Os chips multicore foram comercialmente acessíveis pela primeira vez em 2005 pela Advanced Micro Devices (AMD) e Intel. Desde então, quase todos os fabricantes de chips começaram a criar processadores multicore.
Onde os processadores multicore são usados?
Nos tempos modernos, os processadores multicore são encontrados na maioria dos dispositivos, como tablets, desktops, laptops, smartphones e sistemas de jogos.
As duas opções principais fornecidas demonstram como o modelo de um processador não conta toda a história em relação ao desempenho. Em comparação com um i5 dual-core, o desempenho de um i5 quad-core é substancialmente superior, e o preço do computador refletirá isso. Todos os modelos atuais de laptop para o modelo i5 são dual-core, enquanto todos os modelos de desktop são quad-core no momento desta escrita. Como as versões de laptop são dual-core em vez de quad-core, um i5 em um laptop terá desempenho inferior do que um i5 em um desktop. O tipo dual-core é mais adequado para laptops portáteis que exigem bateria de maior duração e consomem menos energia, mas um desktop usa uma CPU que consome mais energia, como o modelo quad-core, pois não requer bateria. Algumas aplicações do processador multicore são as seguintes:
- Jogos com gráficos elevados, como Overwatch e Star Wars Battlefront, além de jogos 3D.
- O processador multicore é mais apropriado no Adobe Premiere, Adobe Photoshop, iMovie e outros softwares de edição de vídeo.
- Solidworks com projeto auxiliado por computador (CAD).
- Alto tráfego de rede e servidores de banco de dados.
- Os robôs industriais, por exemplo, são sistemas embarcados.