Co je to souběžnost nebo jedno jádro?

V operačních systémech je souběžnost definována jako schopnost systému spouštět dva nebo více programů v překrývajících se časových fázích.

Jak vidíte, v každém okamžiku je prováděn pouze jeden proces. Souběžné provádění je tedy pouze zobecněnou aproximací skutečného paralelního provádění. S takovou situací se můžeme setkat v systémech, které mají jednojádrový procesor.

V tomto výukovém kurzu o souběžnosti se dozvíte

• Co je to souběžnost neboli jednojádrový proces?
• Co je to paralelní provádění neboli (vícejádrové)?
• Co je to vlákno (Thread)?
• Co je to vícevláknové zpracování?
• Jak funguje multithreading?
• Co je jádro procesoru?
• Co je hlavním problémem jednoho jádra?
• Řešení, které poskytuje vícejádro:
• Výhody vícejádrového procesoru
• Rozdíl mezi jádrem a vlákny
• Co je Hyper-Threading?

Co je paralelní vykonávání neboli (vícejádro)

Při paralelním vykonávání jsou úlohy, které má proces provést, rozděleny na dílčí části a více procesorů (nebo více jader) zpracovává každou dílčí úlohu přesně ve stejnou dobu.

Jak vidíte, v daném okamžiku jsou všechny procesy ve výkonu. Ve skutečnosti jsou to dílčí úlohy procesu, které se vykonávají paralelně, ale pro lepší pochopení si je můžete představit jako procesy.

Paralelizmus je tedy skutečný způsob, jakým lze zpracovávat více úloh současně. S tímto typem situace se můžeme setkat v systémech, které mají vícejádrové procesory, což zahrnuje téměř všechny moderní, komerční procesory.

Co je vlákno?

Vlákno je jednotka provádění při souběžném programování. Vícevláknové zpracování je technika, která umožňuje procesoru vykonávat mnoho úloh jednoho procesu současně. Tato vlákna se mohou vykonávat samostatně a zároveň sdílet své prostředky.

Co je multithreading?

Multithreading označuje společnou úlohu, která v rámci operačního systému spouští více vláken provádění. Může zahrnovat více systémových procesů.

Jak multithreading funguje?

Například většina moderních procesorů podporuje multithreading. Jednoduchá aplikace v chytrém telefonu vám může poskytnout živou ukázku téhož.

Když otevřete aplikaci, která vyžaduje načtení nějakých dat z internetu, oblast obsahu aplikace se nahradí spinnerem. Ten se bude otáčet, dokud nebudou data načtena a zobrazena.

Na pozadí jsou dvě vlákna:

• Jedno načítá data ze sítě a
• jedno vykresluje grafické uživatelské rozhraní, které zobrazuje spinner

Obě tato vlákna se spouštějí jedno po druhém, aby vznikla iluze souběžného provádění.

Co je jádro procesoru?

Jádro procesoru je část něčeho, co má ústřední význam pro jeho existenci nebo charakter. Stejně tak se v počítačovém systému jako jádro označuje i procesor.

V zásadě existují dva typy jádra procesoru:

1. Jednojádrový procesor
2. Vícejádrový procesor

Jaký je hlavní problém jednojádrového procesoru?

Jednojádrový procesor má především dva problémy.

• Chcete-li provádět úlohy rychleji, musíte zvýšit taktovací čas.
• Zvýšení taktovacího času zvyšuje spotřebu energie a odvod tepla na extrémně vysokou úroveň, což činí procesor neefektivním.

Řešení, které poskytuje vícejádrový procesor:

• Vytvoření dvou nebo více jader na stejné desce pro zvýšení výpočetního výkonu a zároveň udržuje taktovací frekvenci na efektivní úrovni.
• Procesor se dvěma jádry pracujícími efektivní rychlostí může zpracovávat instrukce podobnou rychlostí jako jednojádrový procesor. Jeho taktovací frekvence je dvojnásobná, přesto vícejádrový proces spotřebuje méně energie.

Výhody vícejádrového procesoru

Zde jsou uvedeny některé výhody vícejádrového procesoru:

• Více tranzistorů na výběr
• Kratší zapojení
• Menší kapacita
• Malý obvod může pracovat vysokou rychlostí

Rozdíl mezi jádrem a jádrem. Vlákna

Co je Hyper-Threading?“

Hyper-threading byl první pokus společnosti Intel přinést paralelní výpočty do počítačů koncových uživatelů. Poprvé byla použita u stolních procesorů Pentium 4 v roce 2002.

Pentium 4 v té době obsahovalo pouze jedno jádro procesoru. Proto vykonává pouze jednu úlohu a nedokáže provádět žádný typ vícenásobných operací.

Jediný procesor s hyper-threadingem se pro operační systém jeví jako dva logické procesory. V tomto případě je procesor jediný, ale operační systém uvažuje pro každé jádro dva procesory a hardware procesoru má pro každé jádro procesoru jednu sadu prostředků pro provádění.

Procesor tedy předpokládá, že má více jader, než má, a operační systém předpokládá dva procesory pro každé jedno jádro procesoru.

Shrnutí:

• Vlákno je jednotka provádění při souběžném programování.
• Multithreading označuje společnou úlohu, která spouští více vláken provádění v rámci operačního systému
• Dnes mnoho moderních procesorů podporuje multithreading
• Hyper-threading byla první snaha společnosti Intel přinést paralelní výpočty na počítače koncových uživatelů.
• Jádro procesoru je část něčeho, co má ústřední význam pro jeho existenci nebo charakter
• V operačním systému je souběžnost definována jako schopnost systému spouštět dva nebo více programů v překrývajících se časových fázích.
• Při paralelním vykonávání jsou úlohy, které má proces vykonávat, rozděleny na dílčí části.
• Hlavním problémem jednojádrového procesoru je, že k rychlejšímu vykonávání úloh je třeba zvýšit taktovací frekvenci.
• Multicore tento problém řeší vytvořením dvou nebo více jader na stejné matrici, čímž se zvýší výpočetní výkon a zároveň se udrží taktovací frekvence na efektivní úrovni.
• Největší výhodou vícejádrového systému je, že pomáhá vytvořit více tranzistorů na volbu
• Jádra procesoru znamenají skutečnou hardwarovou komponentu, zatímco vlákna se týkají virtuální komponenty, která řídí úlohy.

.