CPU-Grundlagen: Mehrere CPUs, Kerne und Hyper-Threading erklärt



Die zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) in Ihrem Computer übernimmt die Rechenarbeit – im Grunde führt sie Programme aus. Moderne CPUs bieten jedoch Funktionen wie mehrere Kerne und Hyper-Threading. Einige PCs verwenden sogar mehrere CPUs. Wir sind hier, um alles zu klären.

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Der Taktrate für eine CPU reichte beim Leistungsvergleich aus. Die Dinge sind nicht mehr so ​​einfach. Eine CPU, die mehrere Kerne oder Hyper-Threading bietet, kann eine deutlich bessere Leistung erbringen als eine Single-Core-CPU der gleichen Geschwindigkeit, die kein Hyper-Threading bietet. Und PCs mit mehreren CPUs können einen noch größeren Vorteil haben. All diese Funktionen wurden entwickelt, um es PCs zu ermöglichen, mehrere Prozesse gleichzeitig einfacher auszuführen – und so Ihre Leistung beim Multitasking oder unter den Anforderungen leistungsstarker Apps wie Video-Encoder und moderner Spiele zu steigern. Werfen wir also einen Blick auf jede dieser Funktionen und was sie für Sie bedeuten könnten.

Hyper-Threading

Hyper-Threading war Intels erster Versuch, parallele Berechnungen auf Consumer-PCs zu bringen. Es debütierte 2002 mit dem Pentium 4 HT auf Desktop-CPUs. Die damaligen Pentium 4 verfügten nur über einen einzigen CPU-Kern, sodass er wirklich nur eine Aufgabe gleichzeitig ausführen konnte – selbst wenn er schnell genug zwischen den Aufgaben wechseln konnte dass es wie Multitasking schien. Hyper-Threading versuchte das auszugleichen.



Ein einzelner physischer CPU-Kern mit Hyper-Threading erscheint einem Betriebssystem als zwei logische CPUs. Die CPU ist immer noch eine einzelne CPU, also ist es ein bisschen ein Cheat. Während das Betriebssystem für jeden Kern zwei CPUs sieht, verfügt die eigentliche CPU-Hardware nur über einen einzigen Satz von Ausführungsressourcen für jeden Kern. Die CPU gibt vor, mehr Kerne zu haben, als sie hat, und verwendet ihre eigene Logik, um die Programmausführung zu beschleunigen. Mit anderen Worten, das Betriebssystem wird dazu verleitet, zwei CPUs für jeden tatsächlichen CPU-Kern zu sehen.

Hyper-Threading ermöglicht es den beiden logischen CPU-Kernen, physische Ausführungsressourcen gemeinsam zu nutzen. Dies kann die Dinge etwas beschleunigen – wenn eine virtuelle CPU blockiert ist und wartet, kann die andere virtuelle CPU ihre Ausführungsressourcen ausleihen. Hyper-Threading kann Ihr System beschleunigen, aber es ist bei weitem nicht so gut wie echte zusätzliche Kerne.



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Zum Glück ist Hyper-Threading jetzt ein Bonus. Während die ursprünglichen Consumer-Prozessoren mit Hyper-Threading nur einen einzigen Kern hatten, der sich als mehrere Kerne ausgab, verfügen moderne Intel-CPUs jetzt sowohl über mehrere Kerne als auch über die Hyper-Threading-Technologie. Ihre Dual-Core-CPU mit Hyper-Threading wird Ihrem Betriebssystem als vier Kerne angezeigt, während Ihre Quad-Core-CPU mit Hyper-Threading als acht Kerne angezeigt wird. Hyper-Threading ist kein Ersatz für zusätzliche Kerne, aber eine Dual-Core-CPU mit Hyper-Threading sollte besser abschneiden als eine Dual-Core-CPU ohne Hyper-Threading.

Mehrere Kerne

Ursprünglich hatten CPUs einen einzigen Kern. Das bedeutete, dass die physische CPU eine einzige zentrale Verarbeitungseinheit hatte. Um die Leistung zu steigern, fügen die Hersteller zusätzliche Kerne oder zentrale Verarbeitungseinheiten hinzu. Eine Dual-Core-CPU hat zwei zentrale Recheneinheiten, daher erscheint sie dem Betriebssystem als zwei CPUs. Eine CPU mit zwei Kernen könnte beispielsweise zwei verschiedene Prozesse gleichzeitig ausführen. Dies beschleunigt Ihr System, da Ihr Computer mehrere Dinge gleichzeitig tun kann.

Im Gegensatz zu Hyper-Threading gibt es hier keine Tricks – eine Dual-Core-CPU hat buchstäblich zwei zentrale Recheneinheiten auf dem CPU-Chip. Eine Quad-Core-CPU hat vier Zentralprozessoren, eine Octa-Core-CPU hat acht Zentralprozessoren und so weiter.

Dies trägt zu einer dramatischen Leistungssteigerung bei, während die physische CPU-Einheit klein gehalten wird, sodass sie in einen einzelnen Sockel passt. Es muss nur ein einziger CPU-Sockel mit einer einzelnen darin eingesetzten CPU-Einheit vorhanden sein – nicht vier verschiedene CPU-Sockel mit vier verschiedenen CPUs, die jeweils ihre eigene Stromversorgung, Kühlung und andere Hardware benötigen. Es gibt weniger Latenz, weil die Kerne schneller kommunizieren können, da sie sich alle auf demselben Chip befinden.

Der Task-Manager von Windows zeigt dies ziemlich gut. Hier sieht man beispielsweise, dass dieses System über eine eigentliche CPU (Sockel) und vier Kerne verfügt. Hyperthreading lässt jeden Kern für das Betriebssystem wie zwei CPUs aussehen, sodass 8 logische Prozessoren angezeigt werden.

Mehrere CPUs

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Die meisten Computer haben nur eine einzige CPU. Diese einzelne CPU kann über mehrere Kerne oder Hyper-Threading-Technologie verfügen – aber es ist immer noch nur eine physische CPU-Einheit, die in einen einzigen CPU-Sockel auf dem Motherboard gesteckt wird.

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Bevor Hyper-Threading und Multi-Core-CPUs auf den Markt kamen, versuchten die Leute, Computern durch Hinzufügen zusätzlicher CPUs zusätzliche Rechenleistung zu verleihen. Dies erfordert ein Motherboard mit mehreren CPU-Sockeln. Das Motherboard benötigt auch zusätzliche Hardware, um diese CPU-Sockel mit dem RAM und anderen Ressourcen zu verbinden. Es gibt viel Overhead bei dieser Art von Setup. Es gibt zusätzliche Latenz, wenn die CPUs miteinander kommunizieren müssen, Systeme mit mehreren CPUs mehr Strom verbrauchen und das Motherboard mehr Sockel und Hardware benötigt.

Systeme mit mehreren CPUs sind heute unter Heimanwender-PCs nicht sehr verbreitet. Selbst ein leistungsstarker Gaming-Desktop mit mehreren Grafikkarten verfügt in der Regel nur über eine einzige CPU. Sie finden mehrere CPU-Systeme unter Supercomputern, Servern und ähnlichen High-End-Systemen, die so viel Rechenleistung wie möglich benötigen.


Je mehr CPUs oder Kerne ein Computer hat, desto mehr Dinge kann er gleichzeitig tun und die Leistung bei den meisten Aufgaben verbessern. Die meisten Computer haben jetzt CPUs mit mehreren Kernen – die effizienteste Option, die wir besprochen haben. Auf modernen Smartphones und Tablets finden Sie sogar CPUs mit mehreren Kernen. Intel-CPUs verfügen auch über Hyper-Threading, was eine Art Bonus ist. Einige Computer, die viel CPU-Leistung benötigen, haben möglicherweise mehrere CPUs, aber es ist viel weniger effizient, als es sich anhört.

Bildnachweis: lungenkrank auf Flickr , Mike Babcock auf Flickr , DeclanTM auf Flickr

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Chris Hoffman ist Chefredakteur von How-To Geek. Er schreibt über ein Jahrzehnt über Technologie und war zwei Jahre lang Kolumnist bei PCWorld. Chris hat für die New York Times geschrieben, wurde als Technologieexperte von Fernsehsendern wie Miamis NBC 6 interviewt und ließ sich von Nachrichtenagenturen wie der BBC über seine Arbeit berichten. Seit 2011 hat Chris über 2.000 Artikel geschrieben, die fast eine Milliarde Mal gelesen wurden – und das nur hier bei How-To Geek.
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