ویندوز و سیستم‌عامل‌های دیگر چگونه از چند هسته در پردازنده استفاده می‌کنند؟

پردازنده های چندهسته ای از چندین سال پیش در انواع کامپیوترهای شخصی دیده می شوند و بهره برداری از آن ها، موجب افزایش سرعت و کارایی سیستم ها شده است. به عنوان کاربر دنیای فناوری شاید این سؤال ها برایتان مطرح شده باشد:ویندوزیا دیگرسیستم عامل هاچگونه از قابلیت پردازنده های چندهسته ای استفاده می کنند؟ وقتی کاربرد چند هسته جزو خصوصیات سخت افزاری محسوب می شود، هسته های چگونه اجرای اپلیکیشن ها را اولویت دهی و بین خود تقسیم می کنند؟ می توان اپلیکیشن ها و سیستم عامل را به گونه ای پیکربندی کرد که استفاده ی بهتر و بیشتری از هسته های بیشتر داشته باشند؟ درادامه ی این مطلبزومیت، تا حدودی به این پرسش ها پاسخ می دهیم.

زمانی که کامپیوتر خود را روشن می کنید و پیش از اجرای سیستم عامل، پردازنده ی اصلی ومادربردباهم ارتباط برقرار می کنند (اصطلاح Handshake). پردازنده ی مرکزی اطلاعات مشخصی درباره ی خصوصیات عملیاتی خود به مادربرد و بخش UEFI می فرستد. بخش مذکور از اطلاعات دریافت شده برای راه اندازی اولیه ی مادربرد و بوت کردن سیستم استفاده می کند.

در علوم کامپیوتر، رشته (Thread) به کوچک ترین واحد اجرایی می گوییند که سیستم برنامه ریز سیستم عامل اجرا می کند. برای درک بهتر، رشته را می توان با مرحله ای در خط مونتاژ شبیه دانست. یک سطح بالاتر از رشته، فرایند (Process) قرار دارد. فرایندها برنامه های کامپیوتری هستند که در یک یا چند رشته اجرا می شوند. در مثال خط تولید، فرایند را می توان کل مراحل تولید هر محصول دانست که رشته هریک از وظایف در آن مراحل تولیدی است.

تا اینجا می دانیم پردازنده ها تنها می توانند در هر لحظه، یک رشته را اجرا کنند. هر فرایند نیز حداقل به یک رشته نیاز دارد. اکنون این سؤال ایجاد می شود: چگونه کارایی و قدرت کامپیوتر را افزایش دهیم؟ پاسخ در افزایش سرعت کلاک پردانده نهفته است.قانون مقیاس دهی دنارداز دهه ها پیش به عنوان راهکار عملی افزایش سرعت و کارایی در پردازنده ها شناخته می شد. اگرچه قانون مور مشخص کرد می توان ترانزیستورهای بیشتری با گذشت زمان در فضاهای کوچک تر جانمایی کرد، قانون دنارد بود که باعث دستیابی به سرعت کلاک بیشتر در ولتاژ مصرفی کمتر شد.

اگر کامپیوتری بتواند با سرعت مناسبی وظایف خود را انجام دهد، ضعف احتمالی آن در مدیریت بیش از یک رشته، آن چنان مشکل زا نخواهد بود. البته همه می دانیم وظایف پردازشی در جهان وجود دارند که حل کردن آن ها در کامپیوتر کلاسیک به زمانی حتی بیش از زمان حیات جهان هستی نیاز دارد. به جز آن موارد خاص، کامپیوترهای سریع در حل کردن سایر وظایف مشکل خاصی ندارند؛ وظایفی که کم هم نیستند.

با سریع ترشدن کامپیوترها، توسعه دهنده ها به مرور نرم افزارهای پیچیده تری تولید کردند. همین روند نیاز به پردازش در چند رشته را افزایش داد. در ساده ترین شیوه ی پردازش چندرشته ای (موسوم به Coarse-Grained)، سیستم عامل به جای منتظرماندن برای نتیجه ی یک حساب در یک رشته، از رشته ای دیگر برای انجام وظیفه استفاده می کند. چنین روندی در دهه ی ۱۹۸۰ مرسوم شد که کلاک CPU و RAM در حال جداسازی از یکدیگر بود. در آن دوران، سرعتحافظهو پهنای باند آن، هر دو با سرعتی بسیار آهسته تر از سرعت کلاکپردازندهرشد می کردند. تولد حافظه ی کش به این معنا بود که پردازنده ها می تونند مجموعه های کوچک دستورالعمل را برای انجام حساب سریع و کوتاه، نزد خود نگه دارند. همچنین، پردازش چندرشته ای مطمئن می شد پردازنده ها همیشه وظیفه ای برای انجام دادن داشته باشند.

فراموش نکنید توضیحات مذکور همگی پردازش در پردازنده ی تک هسته ای را شرح می دهند. امروزه، اصطلاح های چندرشته ای و چندپردازشی اغلب با معنای مشترکی به کار می روند. البته چنین معنای مشترکی همیشه استفاده نمی شود و دو مفهوم جدا به نام های Symmetric Multiprocessing و Symmetric Multithreading داشتیم که درادامه هرکدام را شرح می دهیم.

SMT:پردازنده می تواند هم زمان بیش از یک رشته را اجرا کند. این فرایند با برنامه ریزی رشته ی دوم به صورتی انجام می شود که رشته ی مذکور بتواند از واحدهای اجرایی خالی استفاده کند که رشته ی اول اشغال نکرده است.اینتلفناوری مذکور را به نام Hyper-Threading می شناسد وAMDهمان نام SMT را استفاده می کند. درحال حاضر، هر دو تیم آبی و قرمز از SMT برای افزایش کارایی پردازنده استفاده می کنند و روند استراتژیک خاص خود را برای پیاده سازی فناوری داشتند و آن را در محصولات خاصی ارائه می کردند. امروزه، اکثر محصولات از اینتل و AMD به قابلیت SMT مجهز هستند. پیاده سازی SMT در محصولات مصرف کننده، یعنی پردازنده های با تعداد دوبرابر رشته نسبت به هسته ها داریم (مثلا پردازنده ای با هشت هسته و شانزده رشته ی پردازشی).

منبع:

https://www.zoomit.ir/2020/5/10/348369/how-does-windows-use-multiple-cpu-cores/

نحوه فعال کردن حالت تاریک (DARK MODE) گوگل کروم در ویندوز 10

فعال‌سازی پیمایش نرم در مرورگر گوگل کروم

ترفندهای کاربردی افزایش سرعت ویندوز 7 ، 8 و 10

ویندوز و سیستم‌عامل‌های دیگر چگونه از چند هسته در پردازنده استفاده می‌کنند؟

آشنایی با نرم افزار CRM دیدار؛ راهکاری برای صاحبان کسب‌وکار

فشرده سازی فایل ها در ویندوز، مک و لینوکس

ربات ساز ایرانی برای ویندوز و صفحات وب