Οι κεντρικές μονάδες επεξεργασίας (CPU) είναι οι εγκέφαλοι των υπολογιστών μας. Επεξεργάζονται ό, τι κάνουμε σε καθημερινή βάση, από το άνοιγμα μιας εφαρμογής μέχρι την παρακολούθηση μιας ταινίας. Τι είναι όμως ακριβώς η CPU; Πώς λειτουργεί; Και ποια είναι η διαφορά μεταξύ των CPU και των ολοένα και πιο δημοφιλών vCPU;
Κατανόηση του εγκεφάλου των υπολογιστών
Οι πρώτοι ηλεκτρονικοί υπολογιστές δημιουργήθηκαν στις αρχές του 1800, σύμφωνα με τον πλήρη οδηγό ιστορίας δημοσιεύτηκε από το G2. Ωστόσο, αυτοί οι υπολογιστές ήταν μεγάλοι και ακριβοί και μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν μόνο από εκπαιδευμένους μαθηματικούς και επιστήμονες.
Ο Charles Babbage πιστώνεται για την εφεύρεση της πρώτης υπολογιστικής μηχανής, του Difference Engine, η οποία θα μπορούσε να προγραμματιστεί για να εκτελεί οποιονδήποτε υπολογισμό που θα μπορούσε να γίνει με το χέρι. Ωστόσο, το έργο του Difference Engine δεν ολοκληρώθηκε ποτέ λόγω έλλειψης χρηματοδότησης, σύμφωνα με το Μουσείο Ιστορίας Υπολογιστών.
Το 1937, ο Babbage ανέφερε για πρώτη φορά τον Analytical Engine, ο οποίος θα γινόταν ο πρώτος μηχανικός υπολογιστής γενικής χρήσης στον κόσμο. "Η Αναλυτική Μηχανή ενσωμάτωσε όλα τα στοιχεία ενός σύγχρονου υπολογιστή: μια αριθμητική λογική μονάδα, τη ροή ελέγχου υπό τη μορφή διακλάδωσης υπό όρους και βρόχους και ενσωματωμένη μνήμη."
Ηλεκτρονικές Σημειώσεις).Ένα βασικό στοιχείο του σημερινού υπολογιστή είναι η CPU ή η κεντρική μονάδα επεξεργασίας. Η CPU είναι υπεύθυνη για την εκτέλεση εντολών που της δίνονται από λογισμικό όπως ένα λειτουργικό σύστημα ή μια εφαρμογή. Με απλούς όρους, μπορείτε να σκεφτείτε την CPU ως τον εγκέφαλο του υπολογιστή σας. Η CPU αποτελείται από δύο κύρια μέρη: τη μονάδα ελέγχου και την αριθμητική λογική μονάδα (ALU). Εάν αυτές οι συντομογραφίες σας μπερδεύουν, δείτε το δικό μας επισκόπηση του τρόπου με τον οποίο διαφέρουν οι APU, οι CPU και οι GPU.
Η μονάδα ελέγχου είναι υπεύθυνη για τη λήψη εντολών από τη μνήμη, την αποκωδικοποίησή τους και στη συνέχεια την αποστολή τους στην αριθμητική λογική μονάδα που πρόκειται να εκτελεστεί. Η ALU εκτελεί αριθμητικές και λογικές πράξεις σε δεδομένα που είναι αποθηκευμένα σε καταχωρητές, οι οποίοι είναι εσωτερικές μονάδες αποθήκευσης εντός της CPU.
Μοντέρνο Οι CPU περιέχουν επίσης μια κρυφή μνήμη, που είναι μια μικρή ποσότητα μνήμης υψηλής ταχύτητας που αποθηκεύει οδηγίες και δεδομένα που χρησιμοποιούνται συχνά. Οι κρυφές μνήμες χωρίζονται σε επίπεδα. Η κρυφή μνήμη επιπέδου 1 (L1) είναι ενσωματωμένη στην ίδια τη μήτρα της CPU, η κρυφή μνήμη επιπέδου 2 (L2) βρίσκεται σε ένα ξεχωριστό τσιπ κοντά στο η CPU και η κρυφή μνήμη επιπέδου 3 (L3) βρίσκονται πιο μακριά από την CPU στο δικό της τσιπ ή ακόμα και στο δικό της κύκλωμα σανίδα.
CPU vs. vCPU
Με την άνοδο των υπηρεσιών cloud ήρθε η εμφάνιση της εικονικής κεντρικής μονάδας επεξεργασίας, ή vCPU για συντομία. Το TechTarget ορίζει το vCPU ως "μια φυσική κεντρική μονάδα επεξεργασίας (CPU) που έχει εκχωρηθεί σε μια εικονική μηχανή (VM)."
Οι εικονικές μηχανές είναι βασικά αυτόνομα λειτουργικά συστήματα που τρέχουν μέσα σε άλλο λειτουργικό σύστημα σαν να ήταν εφαρμογές. Τα VM χρησιμοποιούνται για διάφορους σκοπούς, όπως η δοκιμή νέου λογισμικού σε ασφαλές περιβάλλον, η εκτέλεση πολλαπλών λειτουργικών συστημάτων (π. Windows και Linux) στον ίδιο υπολογιστή ή ενοποίηση πολλών φυσικών διακομιστών σε έναν μόνο διακομιστή για εξοικονόμηση χώρου και μείωση δικαστικά έξοδα.
Έτσι, μια vCPU είναι μια εφαρμογή λογισμικού μιας CPU. δεν υπάρχει φυσικά μέσα στον υπολογιστή σας όπως υπάρχει μια πραγματική CPU. Ο hypervisor, που είναι το λογισμικό που δημιουργεί και διαχειρίζεται VMs, εκχωρεί vCPU στην εικονική μηχανή. Κάθε vCPU θεωρείται από το λειτουργικό σύστημα μέσα στο VM ως πραγματικός πυρήνας CPU. Δείτε το δικό μας επεξήγηση των hypervisors να μάθω περισσότερα.
Ωστόσο, επειδή οι vCPU βασίζονται σε λογισμικό, δεν είναι τόσο αποτελεσματικές όσο οι πραγματικές CPU. Επομένως, είναι σημαντικό να προσδιορίσετε πόσα πυρήνες που έχει ο επεξεργαστής σας όταν αγοράζετε έναν υπολογιστή (π.χ. "τετραπύρηνος" σημαίνει τέσσερις πυρήνες). Ο ίδιος κανόνας ισχύει κατά την επιλογή ενός εικονικού ιδιωτικού διακομιστή (VPS) ή ενός αποκλειστικού προγράμματος φιλοξενίας διακομιστή.
Η κύρια διαφορά μεταξύ των CPU και των vCPU είναι ότι οι CPU βασίζονται σε υλικό ενώ οι vCPU βασίζονται σε λογισμικό. Αυτό σημαίνει ότι οι CPU υπάρχουν φυσικά μέσα στον υπολογιστή σας ενώ οι vCPU όχι. Αντίθετα, δημιουργούνται από hypervisors όταν χρειάζεται. Λόγω αυτής της διαφοράς στην υλοποίηση, οι CPU είναι πολύ πιο αποδοτικές από τις vCPU. δεν έχουν τα γενικά έξοδα που σχετίζονται με την εκτέλεση στο λογισμικό.
Από τις αρχές της δεκαετίας του 2000, οι vCPU έγιναν όλο και πιο δημοφιλείς επειδή είναι φθηνότερες και ευκολότερες στην εκχώρηση από τις φυσικές CPU. Ωστόσο, εάν αναζητάτε απόδοση, είναι καλύτερο να χρησιμοποιήσετε έναν υπολογιστή με πολλούς πυρήνες CPU, καθώς κάθε πυρήνας μπορεί να επεξεργάζεται οδηγίες ανεξάρτητα.
Cores vs. Νήματα
Μια CPU μπορεί να έχει έναν ή περισσότερους πυρήνες, που είναι η μονάδα επεξεργασίας που εκτελεί εργασίες σε καθορισμένο χρόνο. Ο πυρήνας θα διατηρήσει τη σειρά εκτέλεσης εργασιών, τους καταχωρητές και τη μνήμη cache (εάν υπάρχει) και θα εκτελεί λειτουργίες μέσω της ALU. Η CPU ελέγχει τους πυρήνες, αλλά ο πυρήνας εκτελεί κάθε διαδικασία λογισμικού ή νήμα που προγραμματίζει το λειτουργικό σύστημα. Ένα νήμα είναι μια ανεξάρτητη ακολουθία εντολών που μπορεί να επεξεργαστεί από μια CPU.
Μπορούν να υπάρχουν πολλαπλά νήματα στην ίδια διαδικασία και να μοιράζονται τον ίδιο χώρο μνήμης. Αυτό τους επιτρέπει να επικοινωνούν μεταξύ τους πιο εύκολα από ό, τι αν εκτελούνταν σε ξεχωριστές διεργασίες. Τα νήματα χρησιμοποιούνται συχνά για τη βελτίωση της απόδοσης των εφαρμογών πολλαπλών νημάτων επιτρέποντας σε διαφορετικά μέρη του προγράμματος να εκτελούνται ταυτόχρονα σε διαφορετικούς πυρήνες ή επεξεργαστές.
Ο όρος "νήμα" χρησιμοποιείται στην ορολογία υπολογιστών εδώ και πολλά χρόνια. Ωστόσο, μόλις στις αρχές της δεκαετίας του 2000 εισήχθη η υποστήριξη σε επίπεδο υλικού για thread στους επεξεργαστές. Αυτό επέτρεψε την ταυτόχρονη εκτέλεση πολλαπλών νημάτων σε ξεχωριστούς πυρήνες. Προηγουμένως, μόνο ένα νήμα μπορούσε να εκτελεστεί κάθε φορά σε έναν μόνο πυρήνα, ανεξάρτητα από το πόσοι πυρήνες υπήρχαν στον επεξεργαστή. Οι πολυπύρηνες επεξεργαστές είναι πλέον συνηθισμένοι και τα περισσότερα λειτουργικά συστήματα παρέχουν κάποιο επίπεδο υποστήριξης για την εκτέλεση προγραμμάτων ως πολλαπλών νημάτων.
Ολοκληρώνοντας τα βασικά ζητήματα
Συνοψίζοντας, οι CPU είναι οι εγκέφαλοι των υπολογιστών μας που βασίζονται σε υλικό, ενώ το εικονικό αντίστοιχό τους, οι vCPU, βασίζονται σε λογισμικό και δημιουργούνται από hypervisors για εκτέλεση σε εικονικές μηχανές. Οι πυρήνες είναι οι μονάδες επεξεργασίας που βασίζονται σε υλικό μέσα σε μια CPU, ενώ τα νήματα είναι οι οδηγίες που βασίζονται σε λογισμικό που μπορούν να επεξεργαστούν από μια CPU.
Τα νήματα μπορούν να εκτελεστούν ταυτόχρονα σε ξεχωριστούς πυρήνες, γεγονός που επιτρέπει σε διαφορετικά μέρη του προγράμματος να εκτελούνται ταυτόχρονα. Αυτό μπορεί να βελτιώσει την απόδοση του υλικού, καθώς πολλαπλές εργασίες μπορούν να υποβληθούν σε επεξεργασία ταυτόχρονα αντί για διαδοχική.
Τώρα που καταλαβαίνετε τη διαφορά μεταξύ των CPU, των vCPU, των πυρήνων και των νημάτων, μπορείτε να πάρετε μια τεκμηριωμένη απόφαση όταν επιλέγετε έναν υπολογιστή ή διακομιστή. Εάν αναζητάτε απόδοση, είναι καλύτερο να επιλέξετε έναν υπολογιστή με πολλούς πυρήνες CPU, καθώς κάθε πυρήνας μπορεί να επεξεργάζεται οδηγίες ανεξάρτητα. Ωστόσο, αν ψάχνετε για μια οικονομικά αποδοτική λύση, οι vCPU μπορεί να είναι ο καλύτερος τρόπος.
