Mitä on samanaikaisuus tai Single Core?

Käyttöjärjestelmissä samanaikaisuus määritellään järjestelmän kyvyksi ajaa kahta tai useampaa ohjelmaa päällekkäisissä aikavaiheissa.

Kuten näet, suorituksessa on aina vain yksi prosessi. Siksi samanaikainen suoritus on vain yleistetty approksimaatio todellisesta rinnakkaisesta suorituksesta. Tällainen tilanne esiintyy järjestelmissä, joissa on yksiytiminen prosessori.

Tässä samanaikaisuuden opetusohjelmassa opit

• Mitä on samanaikaisuus tai yksiydinprosessori?
• Mitä on rinnakkaissuoritus eli (moniydin)?
• Mikä on säie?
• Mitä on monisäikeistäminen?
• Miten monisäikeistäminen toimii?
• Mikä on prosessoriydin?
• Mikä on suurin ongelma yhden ytimen kanssa?
• Moniytimisen tarjoama ratkaisu:
• Moniydinprosessorin edut
• Ytimen vs. säikeiden ero
• Mikä on Hyper-Threading?

Mitä on rinnakkaissuoritus eli (moniydinsuoritus)?

Rinnakkaissuorituksessa prosessin suoritettavat tehtävät jaetaan osaosuuksiin, ja useat suorittimet (tai useat ytimet) käsittelevät kutakin osatehtävää täsmälleen samaan aikaan.

Kuten näet, milloin tahansa kaikki prosessit ovat suorituksessa. Todellisuudessa prosessin osatehtävät suoritetaan rinnakkain, mutta paremman ymmärryksen vuoksi voit visualisoida ne prosesseina.

Rinnakkaisuus on siis todellinen tapa, jolla useita tehtäviä voidaan käsitellä samanaikaisesti. Tällainen tilanne esiintyy järjestelmissä, joissa on moniydinprosessorit, joihin kuuluvat lähes kaikki nykyaikaiset, kaupalliset prosessorit.

Mikä on säie?

Säie on suorituksen yksikkö rinnakkaisessa ohjelmoinnissa. Monisäikeistäminen on tekniikka, jonka avulla suoritin voi suorittaa useita yhden prosessin tehtäviä samanaikaisesti. Nämä säikeet voivat suorittaa yksitellen ja samalla jakaa resurssejaan.

Mitä on monisäikeistäminen?

Monisäikeistämisellä tarkoitetaan yhteistä tehtävää, joka suorittaa useita suoritussäikeitä käyttöjärjestelmässä. Se voi sisältää useita järjestelmäprosesseja.

Miten monisäikeistäminen toimii?

Esimerkiksi useimmat nykyaikaiset suorittimet tukevat monisäikeistämistä. Yksinkertainen sovellus älypuhelimessasi voi antaa sinulle live-esittelyn samasta.

Kun avaat sovelluksen, joka vaatii joidenkin tietojen hakemista internetistä, sovelluksen sisältöalue korvataan spinnerillä. Tämä pyörii, kunnes tiedot on haettu ja näytetty.

Taustalla on kaksi säiettä:

• Yksi hakee dataa verkosta ja
• Yksi renderöi graafisen käyttöliittymän, joka näyttää spinnerin

Kumpikin näistä säikeistä suoritetaan peräkkäin, jotta saadaan aikaan illuusio samanaikaisesta suorittamisesta.

Mikä on suorittimen ydin?

Suoritinydin on jonkin asian olemassaolon tai luonteen kannalta keskeinen osa. Samalla tavalla tietokonejärjestelmässä CPU:ta kutsutaan myös ytimeksi.

Suoritinytimiä on periaatteessa kahdenlaisia:

1. Yksiytiminen prosessori
2. Moniytiminen prosessori

Mikä on yksiytimisen prosessorin pääongelma?

Yksiytimisessä prosessorissa on pääasiassa kaksi asiaa.

• Tehtävien suorittamiseksi nopeammin on lisättävä kelloaikaa.
• Kellonajan kasvattaminen lisää virrankulutusta ja lämmöntuottoa erittäin suureksi, mikä tekee prosessorista tehottoman.

Moniydinprosessorin tarjoama ratkaisu:

• Kahden tai useamman ytimen luominen samaan muottiin lisää prosessointitehoa samalla kun se pitää kellotaajuuden tehokkaalla tasolla.
• Kahdella tehokkaalla kellotaajuudella pyörivällä ytimellä varustettu prosessori pystyy käsittelemään käskyjä samalla nopeudella kuin yksiytiminen prosessori. Sen kellotaajuus on kaksinkertainen, mutta silti moniydinprosessori kuluttaa vähemmän energiaa.

Moniydinprosessorin edut

Tässä on joitakin moniydinprosessorin etuja:

• Enemmän transistoreita per valinta
• Lyhyemmät kytkennät
• Matalampi kapasitanssi
• Pieni piiri voi työskennellä nopealla nopeudella

Ytimen ero vs. Threads

Mikä on Hyper-Threading?

Hyper-threading oli Intelin ensimmäinen yritys tuoda rinnakkaislaskenta loppukäyttäjien tietokoneisiin. Sitä käytettiin ensimmäisen kerran työpöytäsuorittimissa Pentium 4:ssä vuonna 2002.

Pentium 4:ssä oli tuolloin vain yksi suorittimen ydin. Siksi se suorittaa vain yhden tehtävän eikä pysty suorittamaan minkäänlaisia monitoimintoja.

Yksittäinen keskusyksikkö, jossa on hyper-threading, näkyy käyttöjärjestelmässä kahtena loogisena keskusyksikkönä. Tässä tapauksessa suorittin on yksi, mutta käyttöjärjestelmä pitää kutakin ydintä kahtena suorittimena, ja suorittimen laitteistolla on yksi suoritinresurssijoukko kutakin suorittimen ydintä varten.

Siten CPU olettaa, että sillä on useampia ytimiä kuin onkaan, ja käyttöjärjestelmä olettaa, että jokaiselle yksittäiselle CPU-ytimelle on kaksi CPU:ta.

Yhteenveto:

• Säie on suorituksen yksikkö samanaikaisessa ohjelmoinnissa.
• Monisäikeistämisellä tarkoitetaan yhteistä tehtävää, joka suorittaa useita suoritussäikeitä käyttöjärjestelmässä
• Tänä päivänä monet nykyaikaiset suorittimet tukevat monisäikeistämistä
• Ylisäikeistäminen oli Intelin ensimmäinen pyrkimys rinnakkaislaskennan tuomiseksi loppukäyttäjien tietokoneisiin.
• Suorittimen ydin on jonkin asian olemassaolon tai luonteen kannalta keskeinen osa
• Käyttöjärjestelmissä samanaikaisuus määritellään järjestelmän kyvyksi suorittaa kahta tai useampaa ohjelmaa päällekkäisissä aikavaiheissa.
• Rinnakkaistoteutuksessa prosessin suoritettavat tehtävät pilkotaan osa-alueisiin.
• Yksiytimisen prosessorin pääongelma on se, että tehtävien nopeampi suorittaminen edellyttää kellotaajuuden kasvattamista.
• Multicore ratkaisee tämän ongelman luomalla kaksi tai useampia ytimiä samalle die:lle prosessointitehon kasvattamiseksi ja pitämällä kellotaajuuden tehokkaalla tasolla.
• Multicore-järjestelmän suurin hyöty on, että se auttaa luomaan enemmän transistoreita per valinta
• Suorittimen ytimillä tarkoitetaan varsinaista laitteistokomponenttia, kun taas säikeillä viitataan virtuaaliseen komponenttiin, joka hallinnoi tehtäviä.